Классификация полиэтилена по плотности

В отечественной технической литературе принято также деление полиэтилена по способу производства на полиэтилен высокого давления (ПЭВД), который соответствует полиэтилену низкой плотности (ПЭНП); полиэтилен среднего давления (ПЭСД), получаемый при давлении 3,5–4,0 МПа и температуре 65–160 °С; полиэтилен низкого давления (ПЭНД), получаемый при дав­лении 0,7 МПа и температуре 200–275 °С и соответствующий, как правило, полиэтилену высокой плотности (ПЭВП).

Для повышения термической, световой и радиационной стабильности в ба­зовые (чистые) марки полиэтилена вводят различные антиоксиданты и стабилизаторы, получая полиэтиленовые композиции. Наиболее распространенными антиоксидантами для полиэтилена являются аро­матические амины, фенолы, фосфиты, серосодержащие фенолы, а в качестве светостабилизаторов применяются производные бензофенолов, технический углерод (сажа) и т. п. Обычно количество стабили­заторов не превышает десятых долей процента от массы полимера. В полиэтилен трубных марок в качестве светостабилизатора, как пра­вило, вводят 1,8–3,0 % газовой канальной сажи (выполняющей также роль красителя черного цвета), которая способствует повышению атмосферостойкости и снижает интенсивность фотоокислительного ста­рения полиэтилена. Для окрашивания полиэтилена в другие цвета применяют двуокись титана, кадмий, окись хрома.

Подобно другим кристаллическим полимерам полиэтилен не обладает строго определенной температурой плавления, а пла­вится в интервале температур. С повышени­ем температуры содержание аморфной фазы увеличивается до тех пор, пока не расплавятся все кристаллические области. Полиэти­лен высокой плотности плавится при более высокой температуре и в более узком интервале темпера­тур (124–132 °С), чем полиэтилен низкой плотности (103–115 °С). Та­кое постепенное плавление опреде­ляется в основном наличием разброса длин макромолекул и двухфазной структурой полиэтилена, возника­ющей в результате кристаллизации очень длинных макромолекул.

Поскольку способ получения полиэтилена и его плотность не позволяют судить об эксплуатационных характеристиках мате­риала, классификация трубных марок полимеров осуществляется в соответствии с минимальной длительной прочностью изготовленных из них полиэтиле­новых труб (Minimum Required Strength, или MRS). Классификация полиэти­лена по показателю МRS принята международными стандартами ISO 12162 и ISO 9080 и определяется зависимостью стойкости трубных образцов, выпол­ненных из рассматривае­мого материала, к внут­реннему давлению и вре­мени его воздействия при заданной температуре.

Классификация по пока­зателю MRS связана со спе­цифической особенностью полимеров деформировать­ся со временем под действи­ем приложенных нагрузок. Чем меньше скорость нарастания деформаций, тем доль­ше срок службы трубопрово­дов, и наоборот. Скорость на­растания деформаций зависит от структуры материала, вели­чины напряженного состояния и температуры эксплуатации. Этот процесс, носящий также название усталостной или дли­тельной прочности, графичес­ки представляется в виде на­клонных прямых линий, по­казывающих зависимость кольцевых (тангенциальных) напряжений (а)в стенке труб от времени и температуры эк­сплуатации (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Кривые регрессии полиэтилена

При испытаниях на определение MRS образцы труб нагружаются внутренним давлением, которое создает в стенке трубы кольцевое напряжение заданного уровня, и доводятся до разру­шения. Испытания проводятся как минимум при трех температурах (20, 60 и 80 °С), а их длительность достигает 9000 часов. Зависимость кольцевого напряжения от времени до разрушения и температуры испыта­ния, найденная при обработке полученных данных предписанными статистическими методами, позволяет оценить прочностные свойства полимера и экстраполировать их на заданный период времени.

В зависимости от полученных при испытаниях результатов по­лиэтилен относят к различным типам (табл. 1.2). К примеру, марка полиэтилена может быть отнесена к типу ПЭ 100 только в том случае, если полученное значение длительной прочности (при 20 °С и времени 50 лет) превышает значение 10 МПа. В России классификация полиэтилена для газопроводов по значению минимальной длительной прочности принята с 1995 г. С момента получения композиций полиэтилена с различными сополимерами появилось три поколения марок полиэтилена: ПЭ 63, ПЭ 80 и ПЭ 100. Марки ПЭ 80 и ПЭ 100 применяются при изготовлении газопроводных труб. Марки ПЭ 32 и ПЭ 63 допускается применять при строительстве водопроводных сетей и технологических трубопроводов.

Таблица 1.2