- Что такое полиэтилен высокой плотности (HDPE)? Его свойства, типы и применение.
- Как производится полиэтилен высокой плотности (HDPE)?
- Свойства полиэтилена высокой плотности (HDPE)
- Использование полиэтилена высокой плотности (HDPE)
- Преимущества использования полиэтилена высокой плотности (HDPE)
- Недостатки использования полиэтилена высокой плотности (HDPE)
- Как полиэтилен высокой плотности (HDPE) влияет на здоровье человека
- Является ли полиэтилен высокой плотности (HDPE) токсичным?
- Типы полиэтилена высокой плотности (HDPE)
- В чем разница между полиэтиленом и полиэтиленом высокой плотности?
- В чем разница между полиэтиленом высокой плотности (HDPE) и полиэтиленом низкой плотности (LDPE)?
Что такое полиэтилен высокой плотности (HDPE)? Его свойства, типы и применение.
В этой статье будет рассмотрено, что такое ПЭВП, как он производится, его материал и химические свойства, области применения и поставщики ПЭВП.
Полиэтилен высокой плотности (сокращенно HDPE) представляет собой термопластичный полимер, полученный из нефти, с обобщенной химической формулой (C2H4)n.
Формула HDPE представляет собой повторяющееся мономерное звено этилена и образует молекулярную цепь полиэтилена.
ПЭВП отличается от других форм полиэтилена тем, что частота разветвления его боковой цепи ниже, чем у других типов полиэтилена, где ПЭВП обычно называют «линейной» цепью.
Эта линейная структура позволяет ПЭВП более плотно упаковываться и является причиной его впечатляющих характеристик материала. Другая основная информация о HDPE содержится в таблице ниже:
| Химическая формула | (С2Н4)н |
|---|---|
|
Общие имена |
HDPE, полиэтилен высокой плотности (PEHD), алкатен, полиэтилен, пластик №2 |
|
Плотность |
0,958 г/см3 (среднее) |
|
Состав |
Линейный |
|
Свойства материала |
Высокое отношение прочности к плотности, ударопрочность и химическая стойкость, возможность вторичной переработки, высокая температура плавления, легко формуется и обрабатывается |
Как производится полиэтилен высокой плотности (HDPE)?
HDPE производится в 4 этапа:
- ПЭВП получают из нефти и представляют собой линейную полимерную цепь, содержащую несколько ответвлений. Процесс производства ПЭВП различается в зависимости от производителя, но на первом этапе обычно берут углеводороды на нефтяной основе и нагревают до высокой температуры, в результате чего углеводородные цепи распадаются на более полезные мономеры, такие как молекулы этилена (при производстве ПЭВП этот этилен собирается в виде газа).
- После сбора необходимых мономеров металлические катализаторы (тетрахлорид титана, хлорид диэтилалюминия, оксид хрома на кремнеземе и т. д.) смешивают с газообразным этиленом и другими соединениями, которые катализируют в суспензию полиэтилена.
- Эту суспензию очищают от оставшегося катализатора, а ПЭВП извлекают путем экстракции, фильтрации и сушки.
- На этом этапе полиэтилен высокой плотности обрабатывается и изготавливается на складе или в виде конкретных продуктов.
Это ОЧЕНЬ упрощенное представление о процессе, поскольку органическая химия полимеризации гораздо более детальна (и химики-органики до сих пор не до конца понимают механизм реакции!).
Несмотря на это, обратите внимание, что HDPE производится из нефти и обрабатывается с использованием катализаторов для получения длинного, линейного и плотного полиэтилена, который теперь известен как полиэтилен высокой плотности.
На приведенной ниже схеме показан технологический процесс производства ПЭВП:
Производство полиэтилена высокого давления
Свойства полиэтилена высокой плотности (HDPE)
Ниже приведена таблица, содержащая свойства материала HDPE. Обратите внимание, что каждое значение представлено в диапазоне, поскольку разные компании производят разные смеси ПЭВП, каждая из которых имеет свой собственный набор свойств материала.
| Свойства | Английские ед. изм | Метрические |
|---|---|---|
|
Плотность |
0,0337–0,0459 фунта/дюйм3 |
0,933 – 1,27 г/см3 |
|
Предел текучести (при растяжении, при -30,0–70,0 °C/–22,0–158 °F) |
1000 – 4350 фунтов на квадратный дюйм |
6.89476 – 30 МПа |
|
Модуль упругости |
70 – 210 фунтов на квадратный дюйм |
0,483 – 1,45 ГПа |
|
Предел текучести при изгибе |
2400 – 13200 фунтов на квадратный дюйм |
16,5 – 91 МПа |
|
Izod Impact, зубчатый |
0,375 – 14,1 фут-фунт/дюйм |
0,20 – 7,50 Дж/см |
|
Температура плавления |
78,8 – 275 °F |
26,0 – 135 °С |
|
Максимальная рабочая температура (воздух) |
176 – 248 °F |
80,0 – 120 °С |
|
Линейная усадка пресс-формы |
0,00500 – 0,0400 дюйма/дюйм |
0,00500 – 0,0400 см/см |
|
Впитывание воды |
0,0100 – 0,300% |
0,0100 – 0,300% |
|
Коэффициент трения |
0,200 – 0,280 |
0,200 – 0,280 |
Важными показателями ПЭВП являются его термостойкость и зависимость плотности от прочности. ПЭВП известен своей термостойкостью, поскольку он остается пригодным для использования и жестким до достижения максимальных рабочих температур, при которых он эффективно формуется и обрабатывается.
Его температура плавления также может быть довольно высокой, как правило, выше, чем у большинства других пластиков в этой весовой категории.
Прочность ПЭВП по сравнению с его плотностью позволяет использовать небольшое количество материала для переноски веса в несколько фунтов без особых проблем.
Эта прочность в сочетании с превосходной прочностью на растяжение является причиной того, что ПЭВП обычно используется в кувшинах для молока, бутылках из-под отбеливателя и других емкостях для хранения жидкостей. Знакомым примером является бутылка с насосом, показанная на изображении ниже:
Использование полиэтилена высокой плотности (HDPE)
Пластик HDPE используется в широком списке приложений, поскольку в настоящее время он является одним из самых универсальных пластиковых материалов во всем мире.
Его прочность, ударопрочность и коррозионная стойкость, химический профиль и другие ценные характеристики делают его идеальным материалом для различных отраслей промышленности. Ниже приведен краткий список некоторых из множества применений пластика HDPE:
- Коррозионностойкие трубы, лист ПНД и исходный материал
- Топливные баки
- Контейнеры для еды и напитков, пластиковые бутылки, кувшины для молока, чашки и т. д.
- Бутылки для шампуня/кондиционера, тюбики для мазей, контейнеры для средств личной гигиены и т. д.
- Мусорные баки, мусорные баки, пластиковые контейнеры и т.д.
- Пакеты для хлеба, вкладыши для хлопьев, контейнеры для хранения продуктов и т. д.
- Бутылки из-под стирального порошка
- Переработанные пластиковые пиломатериалы и композиты
- Медицинское оборудование
- Нить для 3D-печати
- Компоненты для лодок
- Изоляторы коаксиального кабеля
- Канализационная сеть
- Пиротехнические компоненты
и другие.
Полиэтилен высокой плотности используется почти в каждом бизнесе в той или иной степени, но его можно найти в высоких концентрациях (наряду с другими его собратьями из полиэтилена) в больницах благодаря его низкому поглощению влаги, химической стойкости, возможности вторичной переработки и низкой скорости удержания бактерий.
ПЭВП и аналогичные пластмассы являются идеальными материалами для изготовления медицинских трубок, пленок, соединителей, лабораторного оборудования, катетеров, пакетов для внутривенных вливаний, лицевых масок, корпусов устройств, мембран, компонентов для доставки лекарств, упаковки и многого другого.
Некоторые специальные формы HDPE, такие как полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE), даже используются в ортопедических имплантатах, таких как замена коленного или тазобедренного сустава, благодаря их низкому коэффициенту трения, высокой износостойкости, ударной вязкости, химической и коррозионной стойкости и биосовместимости.
Преимущества использования полиэтилена высокой плотности (HDPE)
Пластик HDPE имеет основные преимущества по сравнению с другими материалами, которые придают ему статус знаменитости, которого он заслуживает. Ниже приведен краткий перечень преимуществ ПНД:
- Высокое соотношение прочности и веса
- Низкий коэффициент трения и низкое влагопоглощение
- Высокая ударопрочность, устойчивая к вмятинам и царапинам
- Плесень, грибок, гниение, минеральные кислоты/щелочи, почва и атмосферостойкость
- Устойчив к химическим веществам, воде, растворителям, кислотам, моющим средствам и чистящим жидкостям
- Очень пластичен при нагревании и испытывает усадку от средней до низкой
- Легко перерабатывается
- Можно стерилизовать кипячением, не накапливает бактерии и можно мыть в посудомоечной машине.
- Заменяет более тяжелые материалы в некоторых приложениях
- Экономически эффективным
Недостатки использования полиэтилена высокой плотности (HDPE)
HDPE, как и любой другой материал, имеет свои недостатки. Ниже приведен краткий перечень недостатков пластика ПНД:
- В некоторых формах он может быть легковоспламеняющимся, так как это продукт на нефтяной основе.
- Обладает высоким тепловым расширением
- Слаб к окислителям и хлорированным углеводородам
- Трудно связать
- Чувствителен к растрескиванию под напряжением в неоптимальных условиях
Как полиэтилен высокой плотности (HDPE) влияет на здоровье человека
ПЭВП используется в пищевых продуктах и напитках и обычно считается безопасным в твердой форме (когда он обозначается как безопасный для пищевых продуктов).
Тем не менее, ПЭВП имеет определенные неблагоприятные последствия для здоровья при определенном воздействии. Например, пластиковая пыль HDPE может вызвать кратковременное раздражение глаз и горла.
Предполагается, что ПЭВП сгорает без образования токсичных паров, но многие типы ПЭВП содержат добавки, которые при сгорании выделяют токсичные пары, которые могут отрицательно сказаться на здоровье.
Кроме того, продолжаются споры о том, в значительной степени ли пластмассы, такие как HDPE, выщелачивают химические вещества с эстрогенной активностью.
Это выщелачивание произошло бы, если бы, скажем, бутылки из ПЭВП были оставлены в солнечной машине, где тепло и УФ-излучение разрушали бы пластик и выщелачивали химические вещества в саму воду.
Является ли полиэтилен высокой плотности (HDPE) токсичным?
В твердом, чистом виде полиэтилен высокой плотности считается нетоксичным. Огромный объем молока (не говоря уже о других напитках), доставляемого в контейнерах из ПЭВП, является достаточным доказательством того, что ПЭВП не обладает острой токсичностью и фактически безопасен при контакте с пищевыми продуктами.
Однако он может стать токсичным при сжигании с добавками или красителями или при проглатывании после воздействия растворителя, который выщелачивает вредные побочные химические вещества.
Типы полиэтилена высокой плотности (HDPE)
HDPE поставляется во многих составах в зависимости от марки и конкретного применения, но обычно типы HDPE делятся на два сорта в зависимости от плотности: класс 300 и класс 500 (где число обозначает плотность материала). Оба типа бывают белого или черного цвета, но 500 сортов, как правило, могут быть окрашены в любой желаемый оттенок.
HDPE может быть изготовлен со специальной формулой для различных применений. Ниже приведен список некоторых типов ПЭВП, смешанного для конкретных сред или ситуаций:
- Разделочная доска HDPE
- ПЭВП повышенной жесткости
- УФ-стабилизированный полиэтилен высокой плотности
- Гравируемый HDPE
- Антимикробный полиэтилен высокой плотности
- HDPE под дерево
- Литье под давлением HDPE
и другое.
В чем разница между полиэтиленом и полиэтиленом высокой плотности?
Полиэтилен — это общее название для обозначения всех пластмасс, образованных из мономера (C2H4)n, в то время как полиэтилен высокой плотности — это особая форма полиэтилена, которая была разработана так, чтобы быть более плотной, более линейной по структуре цепи и прочнее, чем другие формы.
Полиэтилен включает в себя все возможные типы, такие как полиэтилен низкой плотности (LDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE), а также другие. В промышленности полиэтилен — это класс материалов, а ПЭВП — частный случай этого класса полимеров.
В чем разница между полиэтиленом высокой плотности (HDPE) и полиэтиленом низкой плотности (LDPE)?
HDPE и LDPE состоят из одних и тех же мономерных единиц, но функционально представляют собой два разных полиэтиленовых материала.
HDPE имеет более линейную структуру цепи, что делает его прочнее, плотнее и жестче, чем полиэтилен низкой плотности (LDPE).
По этой причине LDPE является более гибким и имеет более низкую кристалличность. Оба материала пригодны для вторичной переработки, однако их нельзя перерабатывать вместе, поскольку ПЭНП имеет тенденцию быстро размягчаться и засорять оборудование для переработки.
LDPE слаб к нагреву, его плотность снижается после температуры выше 20 ° C, в то время как HDPE может оставаться функциональным при высоких температурах, таких как 100 ° C.
ПЭВП имеет в целом лучшую механическую и химическую стойкость, но оба, как правило, слабы по отношению к окислителям и некоторым углеводородам. LDPE более прозрачен, чем HDPE, оба легко поддаются обработке и считаются водонепроницаемым материалом.
Решение о том, какой полиэтиленовый полимер лучше всего подходит для определенного применения, зависит от бюджета, предполагаемых свойств материала и особых задач.
Невозможно однозначно сказать, что лучше: HDPE или LDPE (поскольку оба очень популярны), но у обоих есть основания для их использования, помимо сравнения прочности и сопротивления.
Если определяющим фактором является цена, то выигрывает ПВД; если вы хотите создать структурную деталь, HDPE, вероятно, будет лучшим выбором.
В этой статье было представлено, что такое полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) и как он используется в промышленности в качестве универсального конструкционного материала.
