ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВА СЩИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Садирова Саодат Насреддиновна

DOI: 10.24412/2181-144X-2022-1-56-60 Садирова C.H.

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВА СЩИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Садирова Саодат Насреддиновна - ст.препод. Бухарского инженерно-технологического института, E-mail: saodat1966@list.ru

Аннотация. В данной статье рассмотрены основные промышленные способы сшивания полиэтилена, степень сшивки и ее влияние на свойства сщитого полиэтилена, преимущества и недостатки методов сшивания, а также области применение сшитого полиэтилена

Ключевые слова: сшитый полиэтилен, силановый способ, пероксидный способ радиационный способ, степень сшивки, кристалличность материала, имплантация силана, модифицированная сетчатая структура

ЧОКЛАНГАН ПОЛИЭТИЛЕННИ ХОССАЛАРИНИ УРГАНИШ

Садирова Саодат Насреддиновна - Бухоро мух,андислик технология институти катта укитувчиси, E-mail: saodat1966@list.ru

Аннотация. Мазкур маколада полиэтиленни чоклашнинг асосий саноат усуллари, чоклаш даражаси ва уни чокланган полиэтилен хоссаларига таъсири, шунингдек чоклаш усулларининг ютук ва камчиликлари *амда чокланган полиэтиленни куллаш со^алари куриб чикилган.

Таянч иборалар: чокланган полиэтилен, силанли усул, пероксидли усул, радиацион усул, чоклаш даражаси, материаллнинг кристаллиги, силанни имплантациялаш, модификацияланган турли структура.

STUDYING THE PROPERTIES OF CROSSLINKED POLYETHYLENE

Sadirova Saodat Nasreddinovna - Senior Lecturer, Bukhara Engineering Technological Institute, E-mail: saodat1966@list.ru

Abstract. This article discusses the main industrial methods for crosslinking polyethylene, the degree of crosslinking and its effect on the properties of crosslinked polyethylene, the advantages and disadvantages of crosslinking methods, as well as the scope of crosslinked polyethylene.

Key words: a^oss-linked polyethylene, silane method, peroxide method, radiation method, degree of crosslinking, material crystallinity, silane implantation, modified network structure

Модификация молекулярной структуры избавила полимерные материалы от основного недостатка - термопластичности- и позволила им эксплуатироваться в условиях повышенных температур. Один из таких материалов - сшитый полиэтилен. Сшитым называется полиэтилен с модифицированной сетчатой структурой. Его молекулы соединены между собой дополнительными боковыми связями.

Различные методы сшивания полиэтилена первоначально разрабатывались с целью повышения рабочей температуры изделий из полимеров. Однако, процессы сшивания позволяют улучшить и другие характеристики полимеров, такие как: уменьшение деформации под нагрузкой дает улучшенные характеристики на разрыв/излом при механическом напряжении в пленках и кабелях; увеличение химической стойкости (вт.ч.к воздействию растворителей); увеличенное абразивное

jfI __wlwSi INDEXfi&vCOP£RNICUS (j^sr^^N 56

сопротивление в кабельных оболочках и трубах; эффект памяти для усадочных трубных обвязок, пленок и упаковочных пленок; улучшенные характеристики динамической нагрузки для прессованных изделий и вспененного материала; повышенная стойкость к старению; повышенный модуль упругости; повышенная ударопрочность при низких температурах; пониженное каплеобразование (при горении) [1,2].

Известно три основных промышленных способов сшивки полиэтилена, в зависимости от которых сшитый полиэтилен индексируется соответствующей литерой. РЕХ - обозначение сшитого полиэтилена. Это пероксидный, силановый и радиационные процессы сшивания. В европейских стандартах приняты обозначения соответственно: PEX-A, PEX-B, PEX-C.

В обычном (несшитом) полиэтилене длинные молекулы не сцеплены друг с другом в полимерной матрице. В то же время такие механические свойства как жесткость, прочность на разрыв и т.п. решительным образом зависят от взаимного расположения, «запутанности» молекул. Поэтому не удивительно, что возможность принудительной сцепки молекул друг с другом вызывает огромный интерес.

Химическая сцепка молекул, известная как «сшивка», настолько меняет свойства сырого полиэтилена, что становится возможным применение материала для изготовления труб в теплоснабжении. Однако, интерес к сшивке привел и к изрядной путанице касательно методов производства и выгод той или иной технологии.

Основная цель сшивки - получить тепловую стабильность материала, находящегося под давлением. Например, для труб из полиэтилена высокой плотности (HDPE), возможность реализации продолжительных нагрузок при температуре 60°С - крайне редка. После сшивки рабочая температура может достигать 100-120°С. Конкретный предел зависит от начальной плотности, степени и типа сшивки. Сопротивление трещинообразованию также существенно повышается. Напряжение на разрыв остается тем же или чуть больше, а вот удлинение на разрыв становится меньше. Сшивка делает полиэтилен жестче. Сшитый полиэтилен характеризуется такими параметрами как: доля сшивки, доля материала в форме кристаллита, напряжение на разрыв, удленение на разрыв. Выделяются три технологии производства PEX: Пероксидная (нагрев в присутствии пероксидов); Силановая (обработка влагой HDPE, в который предварительно был имплантирован силан + катализатор); Радиационная (облучение электронами).

Сшитый полиэтилен, прошедший любую из названных технологий сшивки, получает упорядоченную сетчатую структуру, сходную по свойствам с кристаллической решеткой твердых веществ. Однако в каждом случае полученный материал имеет свои небольшие отличия:

• Как уже отмечено, наиболее равномерная сшивка пероксидная, хотя и менее продуктивная, и более дорогая,

• Пероксидный способ неприменим к изготовлению многослойных труб,

• Наиболее быстро получается готовая продукция при силановом способе,

• Самый простой процесс и дешевое сырьё используются в радиационном способе,

• Силановый способ дает наиболее плотный, но и наименее гибкий материал.

Глубину всего процесса можно охарактеризовать «степенью сшивки», то есть,

вычислить этот показатель (отношение материала, который получил трехмерную связь, к всему полиэтилену, участвовавшему в реакции). Определение показателя осуществляется с помощью растворителя, который основан на толуоле. В нем РЕХ выпадает как осадок, а несшитый материал попросту растворяется [3].

Не всегда большой процент сшивки является определяющим показателем для выбора технологии. Например, изготовление термоусаживаемых трубок обычно

ведется именно радиационным методом, так как в этом случае процент сшивки вполне достаточен, а производительность и экономичность способа выигрывают перед другими.

Для изготовления сшитого полиэтилена широко используется высокоплотный полиэтилен (PEHD), обладающий мощными молекулярными связями. В процессе производства в него вводят пероксид (РЕХ-а), силан (РЕХ-Ь) или пронизывают электронами (РЕХ-с) [4,5].

Если принимать во внимание пероксидную сшивку, то можно сказать, что это наиболее дорогой метод, так как требует применения пероксидов или гидропероксидов. Кстати таким методом получится материал со степенью сшивки 75%. Трубы, полученные таким методом, намного прочнее по сравнению с изделиями, полученными иными методами. Силановый метод - это воздействие на PEHD органосиланидов (сшивка 65%). Подобная технология позволяет осуществлять сшивку уже на сваренных трубах, только вот промежуток времени между изготовлением и непосредственно сшивкой не должен превышать полгода.

Облучение предоставляет степень сшивки 60%. Это процесс воздействия на материал заряженными частицами. Изделие облучается в твердом состоянии. Основные недостатки метода - это неоднородность материала в результате, но есть и достоинства — сшитый полиэтилен получает повышенную эластичность. Это позволяет использовать РЕХ-с в качестве термоусаживаемых трубок.

Пероксидная технология. Пероксиды - соединение, активирующиеся при повышенной температуре, порождая свободные радикалы. Радикал отрывает атом водорода от атома углерода в цепи полиэтилена, оставляя РЕ-радикал. Такая активная молекула может соединиться с аналогичной и образовать связь, т.е. сшивку. Самый популярный пероксид - 2,5-dimethyl-2,5-di-(butylperoxy) hexane. При комнатной температуре - в жидкой фазе, но может адсорбироваться на большом разнообразии поверхностей. При высокой (180-220°С) температуре разлагается, образуя свободные радикалы.

Пероксид адсорбируется на комках или катушках полиэтилена, затем смесь подается в цилиндр с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение, где и быстро плавится. Проходя через обычную фильеру полиэтилен формируется в трубу. Дальше нагрев образовавшейся еще жидкой трубы приводит непосредственно к реакции сшивки и пероксид выполняет свою задачу. Самое главное в этом процессе - обеспечить нужный тепловой профиль, чтобы предотвратить чрезмерно раннюю сшивку в стволе экструдера, дабы, в свою очередь, предотвратить большие потери давления. В таких случаях рекомендуется применять специальные шнеки.

Только данная технология (пероксидная) осуществляет сшивку в расплавленной фазе. Благодаря этому гарантируется случайное распределение «стежков» сшивки по объему расплава. Следствием является также более низкая плотность отвердевшего материала. Здесь принципиально важен температурный контроль. Максимальная доля сшивки определяется количеством пероксида.

Силановая. Эта технология родилась в конце 60-х годов. Имеется две ее разновидности: monosil и sioplas. Monosil-технология вводит винилсилан в полиэтилен в момент обычной экструзии полиэтиленовой трубы. В sioplas-технологии используется уже готовая, поставляемая производителем полиэтилена смесь полиэтилена с силаном - полиэтилен+винилсилан+пероксид. В эту смесь добавляется каучук-катализатор (т.н. «ускоритель»), все это в последствие подается в экструдер для превращения в трубу. Силановая технология - менее требовательна и может выполняться практически на любом экструзионном оборудовании. Единственный недостаток - необходимость работы паровой бани в строгом согласии со скоростью процесса. Можно считать преимуществом возможность ресайклинга

(переработки) сшитого по этой технологии полиэтилена обратно в исходный (сырой) полиэтилен. Для этого материал обрабатывается в воде или метаноле при высокой температуре (выше критической). Полученный таким образом полиэтилен обладает тем же молекулярным весом, что и сырой полиэтилен, при этом можно добиться равенства гелевой доли (доли сшивки) нулю. Физико-механические свойства практически не отличаются от таковых для сырого. Силановая технология в целом позволяет получить более гибкий и экономичный процесс сшивки. В противоположность другим методам полиэтилен сшивается силан-кислород-силан радикалами, а не углерод-углерод радикалами.

В обоих случаях труба на выходе из экструдера «доходит» до кондиции в паровой бане при высокой температуре в течение нескольких часов, где и происходит процесс сшивки (уже в твердой фазе) благодаря диффузии влаги внутрь материала (вода реагирует с силаном, образуя активные группы радикалы, которые и сшивают молекулы полиэтилена). В принципе эта диффузия и лимитирует скорость процесса. Здесь сшивка происходит в твердой фазе. Те, кто

предпочитает пользоваться monosil-технологией - делают все сами. Те же, кто пользуется sioplas-технологией, должны выбирать где покупать насыщенный силаном полиэтилен, а где каучук-катализатор. При этом следует иметь в виду, что насыщенный полиэтилен не хранится долго - максимум от 4 до 6 месяцев. Главное в monosil, сравнительно с sioplas-технологией, - адсорбция жидкого силана пористым полимерным носителем (катушки и т.п.). В этом главная причина улучшения диспергируемости силана, что обеспечивает возможность производства труб большого сечения. Трубы по этой технологии выдерживают до 110°С.

Максимальная доля сшивки определяется количеством винил-силана и временем выдержки в паровой бане.

Радиационная. Облучение электронами полиэтилена при умеренной температуре, не требует добавки каких-либо веществ. На практике труба много раз проходит через линейный ускоритель. Чем больше доза (обычно выражаемая в мегарадах), тем больше доля сшивки, происходящая так же в твердой фазе. Максимальная доля сшивки определяется дозой облучения.

К недостаткам радиационного метода следует отнести дороговизну. Его используют чаще в производстве термоусаживающихся муфт или изоляционного материала для кабелей. Его преимущество перед пероксидной технологией (такое же, впрочем, как и силановой) - сшивка происходит в готовом по форме предмете. Несмотря на недостатки этого метода, число его приверженцев неуклонно растет.

Получающиеся структуры сшитого полиэтилена и термомеханические свойства отличаются друг от друга при разных технологиях. Чтобы ответить на вопрос «какая из технологий лучше» - было проведено сравнение; в качестве испытуемого образца использовался один и тот же материал - HDPE с имплантированным винил-силаном без катализатора. Условия процессов для трех технологий - пероксидной, радиационной и силановой были следующими: смесь сырья с пероксидами обрабатывалась при 170°С; сырье облучалось излучением 1 МЭВ; смесь сырья (95%) и ускорителя (5%) подвергалась воздействию влаги во влажном воздухе (90% влажность) при 40°С. Измерения в ходе экспериментов проводились касательно: доли сшивки; поведения материала при кристаллизации; свойств расплава (при 190°С); сопротивляемости (при 150°С); удлинения на разрыв (при 150°С).

Проведенные исследование дает следующий вывод: принципиальное отличие силановой технологии заключается в том, что доля кристалличности материала не зависит от степени сшивки (образец сохраняет кристаллическую фазу неизменной при любой концентрации «стежков» сшивки). Объяснение этого факта следующее, формирование структуры кристаллической фазы произошло еще во время имплантации силана в исходный полиэтилен (у производителя полиэтилена,

например, в случае sioplas-технологии). Таким образом, в сыром (исходном) полиэтилене места размещения винил-силана, сформировали кристаллическую структуру (чуть меньше 70%, как видно из рис. 6 ~3~). Последующая сшивка происходит именно на этих точках-центрах. Следовательно, сшивка не может изменить кристалличности, т.к. это уже было сделано до нее введением силана. Но для пероксидной или радиационной технологий стежки не обязательно случаются в местах размещения силана - скорее всего в случайных местах. Итак, силановая технология сохраняет кристалличность - один из основных параметров полимера. Что касается механических свойств, из проведенных опытов можно сделать вывод о более однородной сшивке в случае пероксидной технологии. В целом же разница незначительна. С потребительской точки зрения любая из технологий дает похожие результаты при соблюдении всех условий процесса. Пероксидная технология требует поршневой экструдер или экструдер с пригодными модификациями из-за возникновения высокого противодавления в стволе экструдера в момент сшивки. С пероксидами надо обращаться осторожно. Возможность варьирования конечной сшивки в этом методе максимальна. Степень сшивки прямо пропорциональна количеству пероксида, антиокислительному уровню и температуре. Но это и самый требовательный процесс.

Сшитый полиэтилен обладает универсальными свойствами как прочности, так и стойкости к различным разрушающим явлениям, включая высокую температуру. Именно поэтому область его применения охватывает все места, где требуются именно такие свойства: для изготовления напорных труб для холодного либо горячего водоснабжения, в производстве элементов систем отопления, для изоляции кабелей высокого напряжения, при создании специальных стройматериалов и как элемент изделий конструкционного назначения.

Литературы:

1. Садирова, Саодат Насреддиновна. "Инновационные бимодальные смолы" Universum: технические науки 11-4 (92) (2021): 74-76.

2. Садирова, Саодат, and Самандар Усмонов. "Бимодальные смолы залог качественной продукции" InterConf (2021).

3. Ниёзова, Раъно Нажмутдиновна, Камолиддин Рамазонович Хужакулов, and Садриддин Файзуллоевич Фозилов. "Модификация синтетического жира и применение его для жирования кож " BBK 79 (2020): 600.

4. Sadirova, S. N. "New technological approach for treatment of karakul hides" International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences 2.2 (2021): 44-49.

5. Темирова, Матлаб Ибодовна, and Элбек Улугбекович Файзиев. "Чармни ошлашда махаллий сувда эрувчан фаол синтетик полимерларни куллаш" International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences 2.1 (2021): 33-38.

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВА СЩИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Садирова Саодат Насреддиновна

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Садирова Саодат Насреддиновна

STUDYING THE PROPERTIES OF CROSSLINKED POLYETHYLENE

Текст научной работы на тему «ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВА СЩИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА»