Полиэтилен низкого давления (ПНД)
Полиэтилен низкого давления (ПНД или HDPE) – современный материал, который относится к группе термопластичных полимеров и используется для изготовления отопительных, газовых, водопроводных и канализационных систем. Его получают путем полимеризации этилена при низком давлении. Используется в широком диапазоне температурных условий, что особенно важно для систем водоснабжения, подверженных замерзанию. Компания «АльфаТрейд» предлагает трубы из ПНД в ассортименте по лучшим ценам в РФ.
Виды и описание труб из ПНД
Независимо от разновидностей материала, HDPE позволяет создавать легкие и прочные конструкции, которые отличаются экологической безопасностью. Имеют срок службы не менее 50 лет, характеризуются повышенной устойчивостью к высокому давлению и температурам.
Виды полиэтилена по количеству связей и сополимеров в составе:
- ПЭ63 (1-е поколение) – имеет низкую жесткость и плотность. Полимерная цепь состоит из одного этилена. Показатели минимальной прочности (MRS) не превышают 6,3 МПа. Без деформации выдерживает давление 1,25 МПа. Со временем материал становится хрупким. Отличается низкой стоимостью эксплуатации. Используется в основном для изготовления вспомогательных деталей и труб низкого давления.
- ПЭ80 (2-е поколение) – обладает средней химической стойкостью к растворителям, щелочам и кислотам. Производится с включением в молекулярную цепь гексена или бутена. Отличается эластичностью и стойкостью к истиранию, повреждению и разрыву. Показатель MRS не менее 8,0 МПа. Используется для изготовления оболочек кабельной продукции. Хорошо подходит для длительного контакта с жидкостями. Используется в условиях среднего давления.
- ПЭ100 (3-е поколение) – высокоплотный полиэтилен имеет повышенную устойчивость к УФ-излучению, что делает его подходящим для наружных применений. Показатели MRS не более 10,0 МПа. Бимодальный полимер состоит из коротко-, длинноцепных молекул и введенного сомономера. Используется при производстве труб большого диаметра, предназначенных для повышенных нагрузок.
Если сравнивать с ПВД (полиэтиленом высокого давления), то у всех видов ПНД более низкие показатели плотности и молекулярной массы. Полиэтилен низкого давления отличается гибкой структурой, повышенной устойчивостью к ударам и износу. При выборе между ПНД и ПВД следует учитывать установленные требования к использованию. Если необходима более гибкая труба, например для газо- или водопровода, то предпочтительнее использовать ПНД. Если нужна жесткая труба для системы водоснабжения под давлением, то ПВД является более подходящим выбором.
Методы производства ПНД
Процесс изготовления полиэтилена низкой плотности состоит из двух этапов:
- полимеризации этилена;
- переработки полиэтилена низкого давления.
Технология полимеризации зависит от используемых катализаторов, температуры, давления и других факторов. Используется три основных метода полимеризации этилена: суспензионный, растворный, газофазный. Каждый из них имеет определенные особенности и преимущества.
Суспензионная полимеризация
Диспергируется в водной среде, где находится в форме суспензии мелких капель. Для этого используется ПАВ (поверхностно-активное вещество), например полиэтиленгликоль или стеарат натрия. Капли этилена подвергаются полимеризации при наличии катализатора, обычно это пероксид.
В результате органическое соединение превращается в полиэтилен, который образует сферические частицы в суспензии. После полимеризации суспензия разделяется на полимерную и водную фазу. Полимерная фаза проходит процесс фильтрации и сушки для получения готового материала.
Растворная полимеризация
Для растворения мономера используется органический растворитель (гексан или толуол):
- реакционная смесь подвергается воздействию тепла или света;
- достигается желаемая степень образования высокомолекулярного соединения;
- полимер отделяется от раствора, проходит процессы очистки и сушки;
- подвергается дальнейшей обработке для получения конечного продукта, например, через экструзию или литье.
Растворная полимеризация позволяет получить ПНД различной плотности и молекулярной массы. Этот метод широко используется в промышленности для производства пленок, труб, контейнеров и других изделий.
Газофазная полимеризация
Этилен образуется в газообразной фазе без использования растворителя или воды. Процесс начинается с подачи органического соединения и катализатора в реактор, где они смешиваются, в результате чего происходит полимеризация. Газофазный метод осуществляется при повышенных давлениях и температурах, чтобы обеспечить оптимальные условия для реакции.
В результате этилен превращается в полиэтилен, образующий гранулы в газообразной фазе. После полимеризации они отделяются от газовой среды, проходят процесс охлаждения и сушки.
Химические свойства ПНД
Отличается повышенной твердостью и жесткостью благодаря высокой молекулярной массе. Удельная теплоемкость составляет около 1,9 кДж/(кг*°C) – материал при передаче или поглощении тепла слабо нагревается или охлаждается.
Особенности HDPE:
- Молекулы имеют линейную структуру цепей без ответвлений или смежных звеньев – плотно присоединяются друг к другу и формируют сильные межмолекулярные связи.
- Температура плавления составляет около 130-135 градусов – для перевода материала из твердого состояния в жидкое, или наоборот, необходимо нагреть его до указанного значения.
- Низкий коэффициент линейного расширения – слабо изменяет размеры при повышении температуры.
Обладает низкой теплопроводностью – плохо проводит тепло от одной точки к другой. Это обусловлено высокой степенью кристалличности и низкой плотностью дефектов.
Основные характеристики ПНД
Имеет ряд уникальных свойств и характеристик, делающих его идеальным материалом для использования в разных инженерных системах водоснабжения и в других областях:
- Хорошая ударная прочность – выдерживает высокие механические нагрузки без деформации, благодаря чему является прочным и долговечным.
- Теплостойкость – при изготовлении используется температура плавления от +180 до 200 градусов, благодаря чему материал может охлаждаться до –60 градусов.
- Стойкость к воздействию агрессивных сред – подходит для транспортировки и хранения жиров, масел, щелочей и кислот.
- Непроницаемость для газов, паров и жидкостей – исключает проникновение вредных веществ в систему водоснабжения и защищает от утечек.
- Диэлектрические свойства – не проводит электрический ток, поэтому безопасен для использования в системах водоснабжения, где требуется изоляция от электрических полей.
- Легкий вес – имеет низкую плотность и небольшую массу, что облегчает транспортировку и установку. Это важно при строительстве систем водоснабжения, где требуется маневренность и удобство в монтаже.
ПНД подвергается вторичной переработке, что позволяет уменьшить негативное воздействие на окружающую среду и снизить затраты на производство новых материалов. Это делает его экологически дружественным и устойчивым вариантом для использования в системах водоснабжения.
Применение ПНД в инженерных системах
Широко используется в различных направлениях, включая трубопроводы для водо- и газоснабжения, технического пользования и канализации. Трубы ПНД также подходят для создания компрессионных кранов и конструкций с полиэтиленовыми патрубками, которые устанавливаются под землей.
Фитинги, включая компрессионные, сегментные, литые и электросварные, также изготавливаются из ПНД. Кроме того, этот материал применяется для создания дренажных, инспекционных, дождеприемных и кабельных колодцев. Незаменим в качестве защитной оболочки для структур, которые изолируются полиуретановой пеной (ППУ). Для прокладки труб из ПНД используется метод горизонтального направленного бурения (ГНБ).
Полиэтилен низкого давления является универсальным материалом, обладающим рядом уникальных свойств и характеристик. Его применение в инженерных системах обеспечивает высокую надежность, долговечность и безопасность. Благодаря своей эластичности и возможности вторичной переработки, ПНД является популярным выбором в современном строительстве коммуникационных систем.