Raw materials and characteristics of high-density polyethylene pipe (HDPE pipe)

1. Полиэтилен высокой плотности (HDPE): основное сырье для изготовления труб HDPE

Основным сырьем для изготовления труб HDPE является полиэтилен высокой плотности (HDPE). Этот материал изготавливается путем полимеризации мономеров этилена и обладает следующими выдающимися характеристиками:

Высокая плотность: плотность HDPE составляет от 0,941 г/см³ до 0,965 г/см³, что обеспечивает ему высокую жесткость, прочность и устойчивость к давлению, а также может соответствовать требованиям сложного использования труб.

Химическая стойкость: труба HDPE может противостоять эрозии большинства кислот, щелочей и химикатов и подходит для транспортировки химических жидкостей или сточных вод.

Высокая термостойкость: хотя HDPE обладает хорошей прочностью при низких температурах, он также может сохранять стабильные характеристики при высоких температурах и подходит для широкого диапазона температур.

Устойчивость к УФ-излучению: сам материал HDPE обладает высокой устойчивостью к УФ-излучению и подходит для длительного использования на открытом воздухе.

Основные характеристики

HDPE — это высококристаллическая, неполярная термопластичная смола. Внешний вид исходного HDPE — молочно-белый, и он в определенной степени полупрозрачен в тонких срезах. PE обладает превосходной устойчивостью к большинству бытовых и промышленных химикатов. Некоторые типы химикатов могут вызывать химическую коррозию, такие как едкие окислители (концентрированная азотная кислота), ароматические углеводороды (ксилен) и галогенированные углеводороды (четыреххлористый углерод). Полимер негигроскопичен и имеет хорошую стойкость к водяному пару и может использоваться для упаковки. HDPE обладает хорошими электрическими свойствами, особенно высокой диэлектрической прочностью изоляции, что делает его очень подходящим для проводов и кабелей. Марки со средней и высокой молекулярной массой обладают превосходной ударопрочностью как при комнатной температуре, так и при низких температурах -40F. Уникальные свойства различных марок HDPE заключаются в подходящем сочетании четырех основных переменных: плотности, молекулярной массы, распределения молекулярной массы и добавок. Для производства полимеров со специальными характеристиками по индивидуальному заказу используются различные катализаторы. Эти переменные объединяются для производства марок HDPE для различных целей, достигая наилучшего баланса производительности.

Плотность

Это основная переменная, которая определяет свойства HDPE, хотя четыре упомянутые переменные взаимодействуют друг с другом. Этилен является основным сырьем для полиэтилена. Несколько других сомономеров, таких как 1-бутен, 1-гексен или 1-октен, также часто используются для улучшения свойств полимера. Для HDPE содержание этих немногих мономеров обычно не превышает 1%-2%. Добавление сомономеров немного снижает кристалличность полимера. Это изменение обычно измеряется плотностью, которая имеет линейную зависимость от кристалличности. Общая классификация в Соединенных Штатах указана ASTM D1248, и плотность HDPE составляет более 0,940 г/см3; плотность полиэтилена средней плотности (MDPE) колеблется от 0,926 до 0,940 г/см3. Другие классификации иногда классифицируют MDPE как HDPE или LLDPE. Гомополимеры имеют самую высокую плотность, самую большую жесткость, хорошее сопротивление проницаемости и самую высокую температуру плавления, но, как правило, имеют плохую стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESCR). ESCR — это способность ПЭ противостоять растрескиванию, вызванному механическим или химическим напряжением. Более высокая плотность, как правило, улучшает механические свойства, такие как прочность на разрыв, жесткость и твердость; термические свойства, такие как температура размягчения и температура тепловой деформации; и проницаемость, такую как воздухопроницаемость или проницаемость водяного пара. Более низкая плотность улучшает его ударную вязкость и E-SCR. Плотность полимера в основном зависит от добавления сомономеров, но также в меньшей степени от молекулярной массы. Высокий процент молекулярной массы немного снижает плотность. Например, гомополимеры имеют различную плотность в широком диапазоне молекулярной массы.

2. Добавки: улучшают эксплуатационные характеристики труб из полиэтилена высокой плотности

Добавление антиоксидантов предотвращает деградацию полимера во время обработки и предотвращает окисление готового продукта во время использования. Антистатические добавки используются во многих упаковочных сортах для уменьшения прилипания пыли и грязи к бутылкам или упаковке. Для определенных применений требуются специальные формулы добавок, такие как ингибиторы меди, связанные с применением проводов и кабелей. Отличная устойчивость к атмосферным воздействиям и УФ-излучению (или солнечному свету) может быть достигнута путем добавления добавок, устойчивых к УФ-излучению. ПЭ без дополнительной устойчивости к УФ-излучению или технического углерода не рекомендуется для постоянного использования на открытом воздухе. Высококачественные пигменты технического углерода обеспечивают отличную устойчивость к УФ-излучению и часто могут использоваться на открытом воздухе, например, в качестве проводов, кабелей, слоев резервуаров или труб.

Для улучшения общих эксплуатационных характеристик труб из ПЭВП в процессе производства обычно добавляют различные вспомогательные материалы и добавки, в том числе:

Антиоксиданты: используются для предотвращения окислительной деградации ПЭВП из-за высоких температур во время обработки, обеспечивая стабильность и долговечность трубы.

Поглотители УФ-излучения: Особенно для труб HDPE, используемых на открытом воздухе, добавление УФ-стабилизаторов (например, сажи) может эффективно продлить срок службы трубы и избежать старения, вызванного ультрафиолетовыми лучами.

Мастербатч: Обеспечивает различные цвета (например, черный, синий и т. д.) для труб HDPE, а также имеет функции идентификации. Например, синий цвет обычно обозначает трубы водоснабжения, а черный часто используется для канализационных или других промышленных труб.

Технологические добавки: Такие как смазочные материалы, которые могут улучшить производительность обработки труб HDPE и обеспечить хорошую текучесть во время обработки.

Рациональное использование этих добавок может значительно улучшить производительность труб HDPE и сделать их более адаптируемыми к более суровым условиям эксплуатации.

Методы обработки

ПЭ может быть изготовлен с использованием широкого спектра различных методов обработки. С этиленом в качестве основного сырья, пропиленом, 1-бутеном и гексеном в качестве сополимеров, полимеризация суспензии или полимеризация в газовой фазе принимается под действием катализатора. Полученный полимер подвергается флэшингу, разделению, сушке, гранулированию и другим процессам для получения готового продукта с однородными частицами. Включая такие, как листовая экструзия, экструзия пленки, экструзия трубы или профиля, выдувное формование, литье под давлением и ротационное формование. ПЭВП подходит для различных процессов формования термопластичного формования и имеет хорошую обрабатываемость формованием, например, литье под давлением, экструзия, выдувное формование, ротационное формование, нанесение покрытия, процесс вспенивания, термоформование, сварка термосваркой, термосварка и т. д.

Экструзия

Марки, используемые для экструзионного производства, обычно имеют индекс расплава менее 1 и среднее или широкое ММР. Во время обработки низкий МИ может обеспечить подходящую прочность расплава. Марки с более широким ММР больше подходят для экструзии, поскольку они имеют более высокую скорость производства, более низкое давление пресс-формы и сниженную тенденцию к разрыву расплава.

ПЭ имеет множество применений для экструзии, таких как провода, кабели, шланги, трубы и профили. Применение труб варьируется от желтой трубы малого сечения для природного газа до толстостенной черной трубы диаметром 48 дюймов для промышленных и муниципальных трубопроводов. Трубы с полыми стенками большого диаметра быстро растут в качестве замены бетонным ливневым стокам и другим канализационным линиям.

Листы и термоформование

Термоформованные облицовки многих больших охладителей пикникового типа изготавливаются из ПЭ, который является прочным, легким и долговечным. Другие листовые и термоформованные изделия включают крылья, облицовку баков, щитки для поддонов, транспортные коробки и банки. Широкое и растущее применение листов — это грунтовая пленка или облицовка бассейнов, которая основана на прочности, химической стойкости и непроницаемости MDPE.

Выдувное формование

Более 1/3 HDPE, продаваемого в Соединенных Штатах, используется для выдувного формования. Они варьируются от бутылок для отбеливателя, моторного масла, моющих средств, молока и дистиллированной воды до больших холодильников, автомобильных топливных баков и канистр. Свойства сортов для выдувного формования, такие как прочность расплава, ES-CR и прочность, аналогичны свойствам, используемым для листовых и термоформовочных применений, поэтому можно использовать похожие сорта.

Инжекционно-выдувное формование обычно используется для изготовления небольших контейнеров (менее 16 унций) для упаковки фармацевтических препаратов, шампуней и косметики. Одним из преимуществ этого процесса является то, что бутылки автоматически зачищаются, что исключает необходимость в этапах постобработки, как при обычном выдувном формовании. Обычно используются сорта со средним и широким ММР, хотя доступны некоторые сорта с узким ММР для улучшения качества поверхности.

Ротационное формование

Материалы для этого процесса обычно измельчаются в порошки, которые плавятся и текут во время термических циклов. Для ротационного формования используются два типа ПЭ: общего назначения и сшиваемый. ПЭСП/ПЭВП общего назначения обычно имеет диапазон плотности от 0,935 до 0,945 г/см3 и имеет узкое ММР, что обеспечивает высокую ударопрочность и минимальную деформацию продукта с диапазоном индекса расплава от 3 до 8. Более высокие марки МИ, как правило, не подходят, поскольку они не обладают ударопрочностью и стойкостью к растрескиванию под воздействием окружающей среды, требуемыми для ротационно-формованных продуктов.

Пленка

Обработка пленки ПЭ обычно выполняется с использованием обычной обработки раздувом или плоской экструзии. Большая часть ПЭ используется для пленки, можно использовать обычный ПЭНП или линейный ПЭНП. Пленка ПЭВП обычно используется в местах, где требуется превосходная растяжимость и отличная непроницаемость. Например, пленка ПЭВП часто используется для пакетов для товаров, продуктовых пакетов и упаковки для продуктов питания.

Основные применения

1 Изделия, полученные литьем под давлением: коробки для оборота, крышки для бутылок, бочки, колпачки, контейнеры для пищевых продуктов, подносы, мусорные баки, коробки и пластиковые цветы

2 Изделия, полученные выдувным формованием: полые изделия, такие как различные серии бочек, контейнеров, бутылок, моющих средств, химикатов, косметики и т. д., бензобаков, предметов первой необходимости и т. д. Также существуют изделия из выдувной пленки, такие как пакеты для упаковки пищевых продуктов, пакеты для различных покупок, пленки для подкладки удобрений и т. д.

3 Изделия, полученные экструзией: трубы и фитинги для труб в основном используются в газотранспортной отрасли, транспортировке коммунальной воды и химикатов, такие как дренажные трубы для строительных материалов, газовые трубы, трубы для горячей воды и т. д.: листы в основном используются для сидений, чемоданов, контейнеров для обработки и т. д.

4 Ротационное формование: изделия, полученные литьем под давлением, такие как большие контейнеры, резервуары для хранения, бочки, коробки и т. д.

5. Полиэтилен можно перерабатывать в пленки, оболочки проводов и кабелей, трубы, различные полые изделия, изделия, полученные литьем под давлением, волокна и т. д. Он широко используется в сельское хозяйство, упаковка, электроника и электрика, машиностроение, автомобили, предметы первой необходимости и т. д.

Трубы из полиэтилена высокой плотности стали незаменимым выбором в современных трубопроводных системах благодаря своим уникальным преимуществам, таким как коррозионная стойкость, устойчивость к высокому давлению и длительный срок службы. Разумно выбирая подходящие смолы и добавки HDPE, производители могут производить трубы из полиэтилена высокой плотности, отвечающие различным потребностям, которые широко используются в водоснабжении, дренаже, сельскохозяйственном орошении, транспортировке нефти и газа и других областях.