Трубное сырье: полиэтилен
ПЭ100, PERT, PE-RC, PE-LS - что это и чем они отличаются
Черный ПЭ100, соответствующий требованиям ГОСТ 18599, ГОСТ Р 58121.1 - это бимодальный полиэтилен низкого давления, синтезированный на катализаторах Цинглера—Натта из этилена и гексена. Не спешите закатывать глаза, мы сейчас все поясним.
Синтез и свойства.
Максимально упрощенная схема синтеза ПНД выглядит так:
Этилен (газ) растворяют в гексене (жидкость), затем при давлении 3-4 атмосферы и температуре 220С под действием катализаторов происходит полимеризация, после материал пропаривают, чтобы удалить низкомолекулярные летучие фрагменты, сушат и на выходе получают мелкодисперсный порошок белого цвета - прекрасный чистый полиэтилен.
Чистый ПНД - это высококристаллический (потому и плотность высока) и преимущественно гомо- полимер , в цепи которого менее 1% сомономера.
Далее порошок, в компании такой же мелкодисперсной сажи, термостабилизаторов и процессинговых добавок отправляется в огромный экструдер, из которого выходит черная стренга, которую нарезают на привычные нам черные гранулы.
Именно близость размеров частиц сажи и порошкового полиэтилена, а так же подобранные режимы компаундирования позволяют получить прекрасное распределение и контролируемое количество технического углерода в цепи, чего не возможно добиться введением в натуральный гранулированный ПНД гранулированного сажевого мастербатча. Поэтому контроль количества и типа распределения сажи - это самый популярный метод экспресс-оценки качества полимерной трубы для транспортировки воды и газа.
Кроме того, концентраты часто изготовлены на основе ПВД, так как он легче перерабатывается и имеет более высокую текучесть), эти полимеры не смешиваются между собой, создавая при эксплуатации напорных труб дополнительные зоны повышенного напряжения, что в конечном итоге приводит к тому, что трубы выходят из строя намного раньше ожидаемого срока.
Компании-производители и ученые исследователи уже научились управлять свойствами готового продукта, меняя технологию, но не останавливаются на достигнутом.
Моды (и Диор тут не причем).
Одной из важнейших характеристик любого полимера является молекулярная масса - точнее, когда мы говорим о полимерах, молекулярно-массовое распределение. ММР - это соотношение количества макромолекул разной массы в некотором количестве полимера.
Типичная кривая ММР полимера выглядит так:
Бимодальный полиэтилен получают, применяя мультиреакторные технологии и комбинацию катализаторов. ММР такого материала выглядит так:
В итоге мы получаем материал, состоящий из макромолекул двух усредненных размеров (модов) и объединяющий в себе все лучшее от ПНД и ПВД. При этом сомономер «подшивается» преимущественно на более длинные и тяжелые молекулы (красный график). Именно наличие контролируемых количнеств сомономера определенной длины- то есть ответвлений от основной цепи - обеспечивает стойкость материала к растрескиванию и способность изделия работать под давлением.
Хорошая статья о синтезе бимодального ПЭ:
PE-RТ - полиэтилен повышенной термостойкости (temperature resistance). Отличается от знакомого нам ПНД - сополимера с гексеном ( С6Н12)- тем, что в качестве сомономера используется октен (углеводород с 8 атомов углерода в цепи), что позволяет увеличить температуру размягчения и максимальную температуру эксплуатации.
Дабы не пускаться в сложные объяснения структуры полимеров, давайте просто представим полимер как клубок змей, упихнутый в коробку.
Часть из них уложена так, что практически не может двигаться (это кристаллы), чтобы их расшевелить или распутать, нужно потратить много сил ( энергии), а другая часть - ползает и перемещается относительно друг друга (это аморфная часть полимера).
Отметим, что змеи хладнокровные, поэтому при понижении температуры двигаются менее активно.
А теперь вспомним фильм об Индиане Джонсе и представим, что это не наши дачные ужики, а змеи с шипами на спинах - чем длиннее и изогнутее эти шипы, тем сложнее им физически перемещаться друг относительно друга в нашей коробке. Тем больше нужно подогреть коробку, чтобы эти неповоротливые животные зашевелились. Примерно так же влияет удлинение боковой цепи полимера на его термическую стойкость.
Как отличить PERT от обычного PE? Довольно просто. Необходимо испытать его на прочность и удлинение при растяжении при температурах, отличных от стандартных (80С), при которых «обычный» ПЭ уже начнет размягчаться.
PE-RC - полиэтилен повышенной стойкости к растрескиванию (crack resistance) - прекрасная разработка наших европейских коллег, которые научились «прививать» большее количество сомономера к еще более длинным молекулам ПНД:
Такой материал действительно имеет более высокую стойкость к распространению трещин, срок его эксплуатации
Бизнесмены вожделенно потирают руки, ведь и стоит он в 3 раза дороже «обычного» ПЭ100 и со стороны кажется, что отличить один от другого без длительных и сложных тестов не возможно. Но новая версия стандарта ГОСТ Р 70628 описывает вполне экспрессную методику определения модуля деформационного упрочнения (приложение ДБ), поэтому фальсифицировать продукт не удастся.
PE-LS - материал с уменьшенной стекаемостью (low sagging).
Гравитацию никто не отменял, и проблема «гуляющей» толщины по низу трубы большого диаметра - нередкая проблема.
Большее разделение модов (достигается корректировкой процесса синтеза) помогает нивелировать этот процесс, однако обратная сторона этого преимущества — сложная переработка.