Сегодня человечество не может обойтись без искусственных материалов. Они обладают рядом уникальных качеств, доступны и значительно удешевляют производство. Одним из таких материалов выступает полиэтилен. Температура плавления, а также прочие его технические характеристики заслуживают подробного рассмотрения. Ведь это один из самых востребованных сегодня материалов. Более половины всего этилена, производимого мировой химической промышленностью, направляется для получения полиэтилена. Чтобы понимать, почему он так популярен сегодня, следует рассмотреть его характеристики.
Что собой представляет вещество
Структура молекулы полиэтилена достаточно простая. Она выглядит как цепочка, которая состоит из атомов углерода. К каждому из них присоединяются 2 молекулы водорода. В мире существует две модификации этого вещества. Они различны по структуре. Это отражается и на свойствах, которыми обладает полиэтилен (температура плавления и кипения, потребительские свойства). Объединяет их только происхождение. Обе модификации получают из этилена.
Первая разновидность полиэтилена состоит из линейных мономеров. Их степень полимеризации равна 5000 и больше. Вторая модификация имеет разветвления мономеров. Они состоят из атомов углерода (от 4 до 6).
Чтобы создать линейный полиэтилен, применяют специальные катализаторы. Процесс полимеризации идет при температуре до 150 °С.
Характеристики
Термопластичным полимером, который характеризуется непрозрачностью при толстом слое, предстает для нас полиэтилен. Температура плавления, технические особенности материала делают его популярным. Он кристаллизуется в диапазоне от -60 до -269 °С.
Основным его положительным качеством является отсутствие смачивания полиэтилена водой. В домашних условиях он не подвержен воздействию различных органических растворителей. Также он не вступает в реакцию при комнатной температуре с водными солевыми, кислотными и щелочными растворами.
При повышении температуры до 60 °С, материал становится уязвим для серной и азотной кислот. Применяя окислители для обработки поверхности полиэтилена, следует ожидать разрушения поверхностного слоя. Материал начинает смачиваться водой. Это качество необходимо для склеивания полиэтилена.
Способы полимеризации
В зависимости от способа полимеризации этилена, полиэтилен бывает 3 видов: низкого, высокого давления и линейный тип материала. Это определяет, какими качествами будет обладать полиэтилен. Температура плавления, технические свойства каждой разновидности различны. Поэтому их применяют практически в любой сфере человеческой деятельности.
Полиэтилен, изготовленный под высоким давлением, более мягкий. Его полимеризируют радикальным методом. Давление при это достигает 1-3 тыс. атм. Температура равна 180 °С. Кислород в этом случае участвует как инициатор.
Полиэтилен низкого давления изготавливают при помощи катализаторов Циглера-Натта. В этом процессе также принимает участие органический растворитель. Рабочее давление составляет не менее 5 атм., а температура превышает 80 °С.
Линейный (средний) полиэтилен является промежуточным материалом между рассмотренными разновидностями. Это касается его качеств и свойств. Его изготавливают при давлении 30-40 атм. При использовании металлоценовых катализаторов удается получить продукт усиленной прочности.
Причина различий свойств полиэтилена
Разветвленность структуры макромолекул определяет свойства, которыми обладает полиэтилен. Температура плавления, плотность зависят от вида цепи. Чем больше разветвлений она имеет, тем более эластичный материал с меньшими кристаллическими свойствами получается на выходе.
Такая особенность структуры затрудняет образование более плотной упаковки макромолекул, становится препятствием 100% уровня кристалличности. Материал также имеет атмосферную фазу. В ней содержатся недостаточно упорядоченные участки молекул. Способ производства определяет соотношение кристаллической и атмосферной фаз. Именно эта особенность влияет на свойства полиэтилена.
Поэтому пленки, которые производят под низким давлением, более проницаемые, чем их другие разновидности. Чем больше кристалличность (молекулярная масса), тем выше механические показатели. Поэтому в виде пленки материал прозрачен и эластичен. Но листы из полиэтилена будут жесткими и непрозрачными.
Воздействие температуры
Под воздействием окружающей среды меняются качества, которыми наделен полиэтилен. Температура плавления этого вещества также зависит от способа производства. В общем виде при нагреве полиэтилен проходит несколько стадий. Сначала он становится более мягким, эластичным. Он легко поддается деформации под воздействием механических влияний.
Температура хрупкости, при которой средний полиэтилен теряет свои прочностные характеристики, составляет 70 °С. При дальнейшем ее повышении вещество размягчается еще больше. Оно полностью теряет присущую ранее форму при нагреве 120 °С. В жидкую субстанцию он превращается при температуре 130 °С.
Помимо температуры нагрева, необходимо учитывать воздействие ультрафиолета. Если материал применяется для уличных изделий, необходимо выбирать более прочные разновидности. Иначе мягкий, эластичный полиэтилен после года эксплуатации под прямыми солнечными лучами станет твердым и хрупким. Даже цвет материала меняется со временем.
Полиэтилен низкого давления
У каждой разновидности материала существуют особенные качества. Это расширяет спектр применения, которым обладает полиэтилен. Температура плавления (высокая плотность) составляет 120-135 °С. У отдельных марок теплостойкость составляет 110 °С. Высокая молекулярная плотность способствует повышению тепловой и ударной стойкости.
Помимо перечисленных качеств, полиэтилен низкого давления менее подвержен химическим воздействиям. Однако излишняя плотность молекул при низких температурах делает материал хрупким, он становится проницаемым для паров, газов.
Эта разновидность материала обладает хорошими диэлектрическими характеристиками. Он биологически неактивен, но легко перерабатывается в промышленном производстве.
Полиэтилен высокого давления
К этой группе относят эластичный, легкий полиэтилен. Температура плавления, свойства кристаллизации не позволяют выполнять из него высокопрочные, устойчивые к нагревам изделия. В зависимости от марки может иметь разную плотность. Их температура плавления составляет от 60 до 90 °С.
Так же, как и предыдущий тип материала, полиэтилен высокого давления бывает более прочным, если молекулярная масса увеличивается. Он становится менее подверженным химическим, ультрафиолетовым влияниям. Но при этом снижается его способность выдерживать удары. На таком полиэтилене в сильные морозы появляются трещины, разрывы. Он становится проницаемым для паров и газов.
У такого материала также присутствуют хорошие диэлектрические качества. Он не проявляет стойкости к жирам, маслу. Зато этот материал способен сдерживать радиационные лучи. Биологически этот материал также инертен, но прост в переработке.
Применение полиэтилена низкого давления
Присущие материалу качества определяют область применения, которую имеет полиэтилен. Температура плавления (применение этого показателя обязательно при выборе каждого изделия) позволяет делать из такого вещества упаковку и тару. Чаще всего изготавливают контейнера выдувным формованием. Это могут быть емкости для косметики или духов, пищевая тара.
Канистры и контейнера из полиэтилена низкого давления применяют в автомобильной и химической промышленности, при изготовлении бочек и топливных баков.
Набирает оборотов производство упаковочных пленок из подобного материала. Его широко применяют при производстве труб, фитингов. Это дешевый и долговечный материал. Он способен вытеснить прочую конкурентную продукцию с рынка.
Применение полиэтилена высокого давления
Полиэтилен, температура плавления которого ниже, чем у предыдущей разновидности, применяется в производстве пленок для сельского хозяйства, пищевой промышленности и прочих технических целей. Его востребованность постоянно растет.
Различные пленки для сельскохозяйственных целей могут иметь дополнительную армировку, их цвет также различен. Их применяют в теплицах, на полях для повышения качества и объемов урожая.
Пищевые пленки, пакеты во всем мире потребляются с каждым годом все в больших масштабах. Этот вид материала вытеснил из основных рыночных сегментов продукцию из других материалов.
Структура потребления
Полиэтилен, температура плавления которого определяет область его применения, во всем мире пользуется большим спросом. Структура потребления материала довольно интересна. 60-70% полиэтилена используется для изготовления листов и пленок.
Также довольно большую часть в общем объеме производства занимают изделия, полученные литьем под давлением или при помощи экструзии. Более незначительно производство изоляции для электрических проводов, труб и фитингов. Также полиэтилен применяется для получения изделий путем выдувания и прочего.
В производстве листов и пленок практически всегда применяют полиэтилен высокого давления (низкой плотности). Они изготавливаются разными способами. Толщина пленок находится в пределах 0,03-0,3 мм, а листов – 1-6 мм.
Помимо упаковки, из такого материала могут производить мешки, сумки, облицовки для ящиков, коробки и прочую тару. Свойства, которыми должно обладать изделие, определяют способ производства полиэтилена. В конце производства каждому типу материала присваивается марочность. Она помогает подобрать правильную разновидность материала для любой отрасли.
