Листовой полиэтилен, его виды и получение

Производство и особенности пенополиэтилена

Пенополиэтилен изготавливается путем обработки полиэтилена высокого давления (ПЭВД), в который добавляются красители, огнеупорные реагенты и другие углеводородные соединения. Для изготовления используют метод экструзии, в результате которого получается вспененный полиэтилен с большим количеством замкнутых пор с воздухом внутри. После этого материал подвергают термической обработке и вспениванию под температурой 180о, и, в случае необходимости, далее проводится сшивка готового материала. Сшитый пенополиэтилен изготавливается радиационным или химическим путем. Полиэтилен, катализаторы реакций и антиокислительные вещества плавятся, доводятся до термопластического состояния, а после этого формируются листы, которые сшиваются между собой. Несшитый пенополиэтилен образуется за счет вспенивания пропан-бутановой смесью или фреонами обычного полиэтилена.

Особенности материала

Среди главных особенностей пенополиэтилена необходимо выделить следующие:

Отличные показатели теплопроводности, позволяющие использовать пенополиэтилен для теплоизоляции. Показатели теплопроводности вспененного полиэтилена — 0.037 Вт/м*К
Пониженная гигроскопичность. Данное свойство позволяет использовать материал в качестве защитного барьера от жидкостей и влаги.
Качественная звукоизоляция. Физические свойства материала позволяют использовать его в качестве звукоизоляции не только в строительстве, но и в машиностроении.
Допустимый диапазон температур эксплуатации — 240 градусов.
Прочность и износостойкость. Материал не подвержен воздействию биологически агрессивных сред, насекомых и других внешних факторов.

Отметим интересный факт: вспененный полиэтилен толщиной в 1 см с легкостью заменяет 15-см кладку кирпича или 5 см слой минеральной ваты.

Переработка отходов

Для утилизации отходов пенополиэтилена используются те же технологии, что и для невспененного — термомеханический и термохимический рециклинг, или пиролиз.

Главная особенность газонаполненных полимеров – низкая плотность – вносит коррективы в технологию. При переработке отходы ППЭ спрессовываются в специализированных машинах – термокомпакторах.

На рынке оборудования можно найти устройства со степенью прессования до 90:1. Брикетированный в компакторах ППЭ можно загружать в экструдер или термическую печь, использовать в качестве сырья для получения полиэтиленового воска.

Преимущества вспененного полиэтилена

Промышленная техническая изоляция из вспененного полиэтилена пользуется спросом благодаря практичности и функциональности. Основные преимущества НПЭ:

Легкость. Материал не утяжеляет трубопроводы, технологическое оборудование, емкости, инженерные системы.

Низкая теплопроводность. «Несшитый» полиэтилен эффективно снижает тепловые потери в сетях и конструкциях.

Хорошая звукопоглощающая способность. НПЭ поглощает шум и повышает акустический комфорт.

Технологичность. Легкая резка в размер, склейка экономят время на установке, сокращают время монтажа в несколько раз.

Доступность. Простая технология производства обуславливает низкую цену вспененного полиэтилена.

Изоляция из НПЭ — универсальное решение. Она защищает от промерзаний и снижения температуры рабочей среды, конденсата, вибраций, механических повреждений, сокращает расходы на эксплуатацию трубопроводов, оборудования, конструкций.

Что такое вспененный полиэтилен, виды материала, технологии производства

Весь производимый на сегодняшний момент вспененный полиэтилен делится на три вида:

Несшитый (НПЭ). Самый дешевый из линейки вспененного полиэтилена. Его выпуск Европа наладила еще в конце прошлого века. Расплавленную в экструдере полимерную массу насыщают газом, как правило, бутаном. При заливке в форму полиэтилен попадает в зону атмосферного давления, пузырьки газа пытаются выйти на поверхность, и, застывая, образуют ячеистую структуру. Несшитый пенополиэтилен — хороший теплоизолятор, но из-за малой плотности и рыхлой крупнопористой структуры изделия из него редко используют в строительстве. В основном материал идет на изготовление упаковки.
Сшитый химическим способом (ХППЭ). Оборудование для производства вспененного полиэтилена ХППЭ используется то же, что и для несшитого, но при этом в технологию вводят дополнительную обработку перекисью водорода. Это убирает все недостатки присущие несшитому полиэтилену — материал становится плотнее, ячейки меньше, полимер может восстанавливать свою первоначальную форму после деформации.
Сшитый физическим или радиационным способом (ФППЭ). Самый дорогой из вспенненых полиэтиленов. Сшивка молекул полимера происходит за счет потока электронов, испускаемых излучателем. Облучение образует поперечные связи, укрепляющие молекулярную сетку пенополиэтилена. На выходе получают эластичное мягкое полотно с гладкой поверхностью, способное выдерживать давление до 0,035МПа. У физически и химически сшитого ПЭ близкие характеристики, но ФППЭ быстрее восстанавливает форму после нагрузки и лучше прилегает к уплотняемым формам. Подложку для пола делают из вспененного полиэтилена, изготовленного радиационным способом.

Это интересно: Терморегулятор для инкубатора своими руками — рассматриваем в общих чертах

Технические и потребительские характеристики

Пенополиэтилен – что это такое, и какими свойствами он обладает? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить основное свойство любого материала со вспененной структурой – возможность удерживать тепло внутри себя и не допускать его потерь.

Теплоизоляция считается основной потребительской характеристикой этого материала, что позволило в первую очередь, использовать его в строительной сфере.

Кроме этого, полимер обладает целым рядом характеристик:

малый вес. Благодаря этому свойству, материал широко используется во всех сферах, где небольшая масса не дает существенной нагрузки на опорные элементы и не увеличивает вес готового изделия или конструкции;
не подвержен гниению

Важное качество, которое позволяет использовать полимер в наружной изоляции трубопроводов и зданий, а так же в местах с тропическим климатом и агрессивной микробиологической средой;
широкий диапазон рабочих температур дает возможность применять пену в разных климатических поясах;
экологическая чистота и химическая инертность гарантирует, что во время эксплуатации материал не будет выделять токсины и канцерогены.

Кроме указанных выше свойств, пенополиэтилен обладает малым коэффициентом водопоглощения (менее 2%), хорошими шумоизоляционными свойствами и легкостью обработки.

https://youtube.com/watch?v=dmxolnXC4_U

Классификация

Поропласты на основе полиэтилена классифицируются по следующим признакам:

вид исходного сырья;
способ вспенивания;
способ сшивки.

Для изготовления ППЭ применяются гранулы ПВД и ПНД, а также различные композиции на их основе. Молекулярная структура любой разновидности полиэтилена позволяет получать материалы с прогнозируемыми свойствами.

При производстве пенополиэтиленаприменяются два метода создания газообразной фазы:

Физический. Это непосредственный впрыск газа (бутана или других легких насыщенных углеводородов) в расплав исходного сырья – наиболее дешевый способ вспенивания. Однако он требует применения специализированного оборудования и соблюдения повышенных предупредительных мер пожарной безопасности.
Химический. В исходное сырье вводятся реагенты, разлагающиеся с выделением газов. Химическое вспенивание может выполняться на стандартном литейном и экструзионном оборудовании. Состав добавок определяется требованиями к плотности и размеру ячеек.

Современные технологии производства позволяют получать различные молекулярные структуры газонаполненного полиэтилена:

Несшитый (НПЭ). Его получают по технологии физического вспенивания. Полиэтилен при этом сохраняет исходную структуру, заданную при синтезе. НПЭ отличается сравнительно низкими прочностными характеристиками и применение его оправдано в условиях незначительных механических нагрузок.
Химически сшитый (ХС-ППЭ). Технология включает в себя следующие этапы: смешивание сырья со вспенивающими и сшивающими реагентами, формирование исходной заготовки-матрикса, ступенчатый нагрев в печи. Термическая обработка приводит к тому, что между полимерными нитями возникают поперечные связи (происходит сшивка), а затем проходит газообразование. Изделия из ХС-ППЭ имеют мелкопористую структуру, матовую поверхность и более высокие в сравнении с продукцией из НПЭ механические показатели: прочность, устойчивость разрывам, упругость, т.е. способность возвращать прежнюю толщину после сдавливания.
Физически сшитый (ФС-ППЭ). Материал не содержит сшивающих добавок, а вместо первой ступени термообработки заготовка-матрикс обрабатывается потоком электронов, инициирующим процесс сшивки. Возможность контролировать количество поперечных связей позволяет варьировать характеристиками материала и размерами ячеек.

Изделия из пенополиэтилена и область их применения

Скорлупы для труб представляют собой трубные оболочки с четко выдержанным внутренним диаметром. Могут выпускаться с готовым технологическим разрезом по всей длине (для смонтированных труб) или без разреза. Оболочки для труб, проходящих на открытом воздухе, изготавливают в защитном полимерном покрытии. Используются в качестве теплоизоляции инженерных систем ГВС и систем кондиционирования. Выпускаются с наружным диаметром 6-114 мм, толщиной вспененного полиэтилена 6-25 мм.

Компенсационные маты — используют в качестве амортизирующей теплоизоляции в местах поворотов трубопроводов ГВС, для тепло- и шумоизоляции стен, перегородок, полов. Получают маты путем склеивания полотнищ вспененного полиэтилена. Процесс происходит при высоких температурах, поэтому тело демпфирующего мата представляет собой неразрывную структуру, устойчивую к внешним повреждениям. Маты компенсационные из вспененного полиэтилена поставляются листами, стандартный размер — 1х2 м, толщина от 10 до 100 мм.

Жгуты — цилиндрический уплотнитель из вспененного полиэтилена, выпускаются изделия с наружным диаметром Ø 6-120 мм. 1. Жгуты Ø 6-12 мм закладывают в температурные швы бетонных полов. Ø 12-20 мм уплотняют зазоры между стеной и коробками дверей или окон. Ну а самыми большими в сортаменте жгутами Ø 20-60 мм заполняют стыки в стенах панельных домов.

Подложка — изготавливается из физически и химического сшитого ППЭ. Выпускается в рулонах шириной до 3 метров и толщиной 2-5 мм. Подложка из вспененного полиэтилена используется в качестве подкладочного слоя между стяжкой и ламинатом.

Упаковочный пенополиэтилен. На упаковку идет, как правило, несшитый пенополиэтилен в виде рулонов и пакетов разного размера и толщины (0,5-20 мм). Но встречается и тара, изготовленная под заказ — различные вкладыши, защитные уголки. Пакеты из вспененного пенополиэтилена — наиболее популярный тип упаковки. Они не пропускают воду, прочны, амортизируют удары и снижают вибрацию груза во время перевозок. Чтобы сделать пакет более прочным и улучшить его теплоизолирующие свойства, сверху его покрывают металлизированной пенопропиленовой или обычной пленкой, капроном, крафтбумагой. Упаковочный материал из вспененного полиэтилена используется для перевозки электротехники, мебели, посуды, обуви.

УПАКОВКА ДЛЯ МЕБЕЛИ И ТЕХНИКИ

ИЗОЛОН НПЭ-01 и НПЭ-02 разработаны специально для упаковки бытовой техники, мебели и других дорогостоящих изделий, подлежащих бережному хранению и транспортировки. Они идеально подходят для сохранения товарного вида любой продукции, стекла, фарфора, полированных поверхностей из любых материалов.
ИЗОЛОН НПЭ обладает универсальными защитными свойствами, предохраняет от ударов и царапин, загрязнений, в том числе нефтепродуктами, губительного воздействия низких температур, любых протеканий и испарений, прямого солнечного света, распространения неблагоприятной микробиологической среды,
Благодаря полной экологической безопасности подтвержденной санитарно-эпидемиологическим заключением, материал может быть рекомендован как упаковка для посуды, детских игрушек, других изделий, требующих повышенного внимания к безопасности материалов, в том числе и упаковки.
Бережно сохраняя товарный вид продукта, ИЗОЛОН НПЭ и сам внешне выгодно отличается от большинства упаковочных материалов, абсолютно ровный и гладкий, приятный на глаз, мягкий на ощупь материал своим видом подчеркивает качество упакованного изделия.

Преимущества и недостатки

Утеплитель, характеризующийся закрытопористой структурой, имеет множество положительных качеств:

Универсальность

Материал подходит для изоляции разнотипных поверхностей и объектов.
Отличные показатели влаго-, теплозащиты.
Вспененное покрытие используется в качестве звукоизоляции, если применяется материал толщиной от 5 мм и более.
Малый вес.
Экологичность.
Паронепроницаемость.
В процессе горения утеплитель не выделяет токсичных веществ.
На поверхности ППЭ не появляется грибок и плесень.
Вспененный материал устойчив к воздействию химических соединений, что важно в строительстве.
Упругость.
Эластичность.
Приемлемая стоимость.
Длительный период службы.. Недостатков у покрытия намного меньше

К ним относят низкие прочностные характеристики. Вспененный материал не отличается устойчивостью к воздействию нагрузок на сжатие. По этой причине ППЭ чаще применяют для изоляции горизонтальных поверхностей. Под воздействием ультрафиолетового излучения утеплитель теряет свойства, поэтому его либо закрывают защитным покрытием, либо применяют вариант с фольгированным слоем поверх основного материала

Недостатков у покрытия намного меньше. К ним относят низкие прочностные характеристики. Вспененный материал не отличается устойчивостью к воздействию нагрузок на сжатие. По этой причине ППЭ чаще применяют для изоляции горизонтальных поверхностей. Под воздействием ультрафиолетового излучения утеплитель теряет свойства, поэтому его либо закрывают защитным покрытием, либо применяют вариант с фольгированным слоем поверх основного материала.

https://youtube.com/watch?v=dwefeh1PiU4

Виды

На сегодняшний день изготавливается множество видов вспененного полиэтилена, различающихся следующими параметрами:

Типом базового полиэтилена: Из полиэтилена высокого давления (ПВД),
Из полиэтилена низкого давления (ПНД) и др.

Молекулярной структурой:

Несшитый вспененный ПЭ, вспениваемый физическими газообразователями. Сохраняет изначальную молекулярную структуру полиэтилена.

Сшитый химическим либо физическим способом. Имеет модифицированную структуру молекулярных связей, а также гораздо большую устойчивость к механическим и температурным нагрузкам, влаге и химическим реагентам.
Структурой самого изделия:

Пенообразный,

Порообразный,
Сотовый.

Кроме этого, для удобства использования вспененный ПЭ может производиться в разных формах: листовой, плиточный, в виде трубки, пленки и т.п. и с покрытиями из различных материалов (фольга и др.)

Производство пенополиэтилена

В настоящее время известны два вида пенополиэтилена, получаемые разными способами. Условно их подразделяют на:

сшитые пены (обозначается как ППЭ — пенополиэтилен)
несшитые пены (обозначается как НПЭ — несшитый пенополиэтилен)

Сшитые пены

Вспененный полиэтилен, производится на сложной технологической линии со ступепенчатым нагревом. Его выходные параметры определяются соотношением полиэтилена и вспенивающих и функциональных добавок. Благодаря этому лист ППЭ можно сделать с минимальным отклонениями от заданных параметров (± 0,1 мм по толщине и ± 1 кг/м3 по плотности). Материал имеет ровную поверхность и мелкоячеистую структуру с закрытой порой. За счет этого более устойчив к необратимым разрушениям под действием высоких точечных нагрузок чем НПЭ. Экологической безопасен, из него изготавливают туристические и спортивные коврики. Имеет отличные эксплуатационные свойства Различают два вида сшитого пенополиэтилена:

— химически сшитый

— физически сшитый

Статья о Сшитом пенополиэтилене

Несшитые пены

Получаются при вспенивании полиэтилена пропан-бутановой смесью или разрешенными фреонами. В экструдере под давлением происходит расплав и смешивание полиэтилена со вспенивающим реагентом (как правило, пропан-бутановой смесью). При выходе из экструдера за счет уменьшения внешнего давления газ расширяется, и, таким образом получается газонаполненный пузырь. Так как температура при выходе из экструдера резко падает, вышедшая пузырьковая пена затвердевает и образуется пенополиэтилен. По ряду целевых характеристик (теплопроводности, снижению уровня ударного шума, звукопоглощению, паронепроницаемости) не уступает ППЭ. За счет того, что НПЭ в 2,5-5 раз дешевле чем ППЭ широко применяется в качестве тепло-, звукоизоляции, ложементов, упаковки и т.д.

Виды

Типом базового полиэтилена:
1. Из полиэтилена высокого давления (ПВД),
2. Из полиэтилена низкого давления (ПНД) и др.
Молекулярной структурой:
1. Несшитый вспененный ПЭ, вспениваемый физическими газообразователями. Сохраняет изначальную молекулярную структуру полиэтилена.
2. Сшитый химическим либо физическим способом. Имеет модифицированную структуру молекулярных связей, а также гораздо большую устойчивость к механическим и температурным нагрузкам, влаге и химическим реагентам.
Структурой самого изделия:
1. Пенообразный,
2. Порообразный,
3. Сотовый.

Виды полиэтилена

На данный момент промышленность выпускает большое количество марок полиэтилена, отличающихся способом производства и свойствами:

ПЭ высокого давления – ПВД;
ПЭ среднего давления – ПСД;
ПЭ низкого давления – ПНД;
ЛПВД – линейный высокого давления, устойчивый к ультрафиолету и агрессивным веществам, но менее прочный, поэтому его соединяют послойно.
ЛПВД низкого давления имеет схожие характеристики, но материал сам по себе прочный, устойчив к ударным нагрузкам и сжатию. Применяются подобные технологии для производства бытовых емкостей, которые способны выдержать низкое и среднее давление.

Линейные марки ПЭ практически не разлагаются в окружающей среде, поэтому упаковочные изделия подлежат специальной утилизации, чтобы не нарушать экологию.

Кроме вышеописанных видов есть специальные материалы, которые применяются в строительстве. Это сшитый и несшитый полиэтилен.

Сшитый

«Сшивание» значительно изменяет свойства материала Сшивка – это технология, которая увеличивает прочностные характеристики полиэтилена, формула которого CH2. Молекулы при химической реакции образуют трехмерную ячеистую сетку, так как из них уходит водород, а углерод соединяется между собой. Есть понятие – степень сшивки. Это соотношение «сшитых» молекул и общего их количества.

Есть три способа сшить ПЭ:

Физический. В процессе сшивки исходный материал подвергается воздействию рентгеновскими лучами. Метод ненадежен, так как изделия имеют неравномерную степень сшивки из-за плохого проникновения лучей по всей толщине. Также изделия марки PEX-C не способны возвращать прежнюю форму при деформациях. При низких температурах изделия трескаются.
Химический, который выполняется с помощью азотных (марка PEX-D) и силановых (PEX-B) радикалов. Метод также не получил распространения из-за несовершенства изделий. Степень сшивания 65%, что очень мало.
Пероксидный метод (PEX-A). Используется перекись водорода при высоких температурах. Позволяет получить максимально возможную степень сшивки – 85%.

Сверхвысокомолекулярный ПЭ

Сверхвысокомолекулярный ПЭ обладает высокой морозостойкостью и ударопрочностью Материал, имеющий исключительные свойства, применяющийся в экстремальных условиях:

высокая морозостойкость;
устойчивость к коррозии;
стойкость к абразивному воздействию;
низкий коэффициент трения;
ударопрочность;
инертность к химическим веществам.

Хлорсульфированный полиэтилен (ХПС)

Добавки сернистого ангидрида и хлора позволяют получить каучукоподобный ПЭ, который имеет повышенные термостойкие свойства, а также устойчивость к внешним воздействиям окружающей среды. Используется:

для производства клея и герметиков;
для производства износостойких напольных покрытий;
в производстве красок для бетона и металла.

Материал способен растворяться в уксусной кислоте и хлорированном углеводороде.

Переработка отходов

Виды по способу производства

Для простоты объяснения пенополиэтилен по способу производства разделяют на «сшитый» и «несшитый», хотя применяемые технологии для каждого вида могут иметь отличия. Главное отличие между полученными материалами заключается в том, что при производстве молекулярная структура «несшитого» пенополиэтилена не меняется в отличие от «сшитого», хотя оба материала называются вспененными.

Каждый из полученных видов материала обладает рядом отличительных особенностей и, как следствие, немного разной областью применения. Под технологией «сшивки» подразумевается процесс образования поперечных связей звеньев молекул в трехмерную область с широкими ячейками.

https://youtube.com/watch?v=Y7WJJN_Xxzk

Основные свойства материала

Листовой вспененный ПЭ – эластичный, термопластичный материал, который не боится ни биологического, ни химического разложения под действием наиболее распространенных реагентов.

Технические характеристики

Технические характеристики вспененного листа включают:

Практически абсолютную водонепроницаемость при водопоглощении не более 2 % от объёма,
Паро-и воздухонепроницаемость,
Минимальную теплопроводность – всего 0,038 Вт/м*К, дающую очень высокий коэффициент теплоизоляции,
Высокую возможность звукопоглощения при толщине материала не менее 0,5 мм,
Нетоксичность и безопасность в использовании.
Срок эксплуатации в стандартных условиях более 60-ти лет.

Заключение

На российском рынке ППЭ с 2010 года наблюдается непрерывный рост. За это время отечественные производители практически полностью вытеснили зарубежных конкурентов, поскольку их продукция не отстает ни по качеству, ни по марочному составу.

Главной отраслевой проблемой считается постоянный рост цен на сырье. Поэтому сегмент ППЭ представляет значительный интерес для производителей вторичной гранулы хорошего качества.

Вспененный полиэтилен — все более распространенный материал в строительстве, использующийся как утеплитель для труб, пола и стен, для шумоизоляции. Его относительно низкая стоимость позволяет использовать ППЭ в других видах промышленности, изготавливая различные изделия и предметы.

Применение несшитого пенополиэтилена

Несшитый вспененный полиэтилен удобен для упаковки, при надобности смягчает давление при нагрузке. Имеет неограниченный срок годности. Не может испортится, выгодно при упаковке ценных товаров и грузов. На рынке упаковки НПЭ не имеет равных конкурентов, и занимает 90 % в применении.
Используется как упаковочный материал для электротехники, посуды, мебели, изделий из стекла. Отлично защищает поверхность от пыли и технического мусора.
НПЭ отлично применяется для изоляции от влаги, воды, пара, конденсата и механического шума.
При минимальных требованиях качества его применяют в строительстве в качестве теплоизоляции, машиностроении. Не подходит в использовании, когда имеются мощные нагрузки либо слишком горячая температура воздуха.
Хорошо применяется для снижения энергозатрат при сбережении в доме тепла – благодаря отражающей изоляции. Широко используют чтобы выровнять поверхность, подложить под паркет, ламинат, линолеум.
Имеет разнообразную форму выпуска – в сетке полиэтиленовой, в рулоне, в листах разной толщины. С ламинированной либо фольгированной основой несшитый пенополиэтилен выполнит защитные функции в зависимости от требований и поставленной задачи.
В Европейском Союзе существует ограничение в применении НПЭ, его используют только под упаковку.