ПНД — свойства, виды, производство и применение. Материал пнд что это такое.

Полиэтилен низкого давления обладает хорошей формуемостью и прочностью, что заслуживает широкого применения, так как это долговечный материал. Благодаря этим свойствам он может использоваться во многих областях промышленного производства и не только.

ПНД — свойства, виды, производство и применение

Полиэтилен низкого давления (ПНД) производится с середины прошлого века и до сих пор не утратил своего значения. Сейчас это один из самых востребованных материалов на мировом рынке полимеров.

ПЭНД — это синтетический материал, получаемый путем полимеризации газообразного этилена. Это полупрозрачный полимер с матовой поверхностью.

Аббревиатура ПНД — полиэтилен низкого давления.

Полиэтилен состоит только из углерода и водорода.

Его химическая формула — C2H4N.

Полимер производится в специальной камере при низком давлении не более 2,0 кг/см².

По сравнению с другими полимерами, ПЭНД имеет более высокую плотность, поэтому его также называют HDPE, что расшифровывается как полиэтилен высокой плотности.

Существует не менее десяти торговых названий этого популярного полимера — бакелит, монофиламент, хайфакс, супердилан и т.д.

В международной транслитерации ПЭВП соответствует аббревиатуре HDPE.

Преимущества и недостатки ПНД

Полимер характеризуется следующими свойствами, которые стали конкурентными преимуществами:

• приемлемой износоустойчивостью и противодействием «сжатию↔растягиванию», связанными с высокой кристалличностью материала;
• повышенной теплостойкостью, ПНД не меняет своих свойств при температурах от -20 °С до +110º С;
• низким коэффициентом трения;
• высокой влагонепроницаемостью;
• способностью не взаимодействовать с агрессивной средой;
• свойствами диэлектрика;
• легкостью сварки-склейки и переработки ПНД.

Основным недостатком ПЭНД является старение под воздействием солнечного света и ультрафиолетового излучения.

Этому негативному свойству противодействуют, используя дополнительные ингибиторы — производные бензофенона, иногда в структуру полимера добавляют 2-3% мазута.

Свойства полиэтилена низкого давления

• Синтетический полимер легко поддается формованию при нагреве, что позволяет производить изделия экструзией, выдувом или литьем.
• В составе изделий ПНД представляет твердую субстанцию с воскообразной, матовой на ощупь поверхностью.
• По горючести полиэтилен отнесен к классу трудно возгораемых (В1) и нормально возгораемых (В2) материалов. Самовоспламенение происходит при температуре + 350°С.
• Вещество химически нейтрально и устойчиво к растворам солей, невосприимчиво к щелочным и кислотосодержащим растворам слабой концентрации. Оно чувствительно к воздействию концентрированной азотной и серной кислоты.
• Синтетический полимер нетоксичен, поэтому допускается производство посуды и пищевых емкостей из этого материала.
• Показатель плотности базовых марок полиэтилена составляет более 0,945 г/см.
• Степень кристалличности полимера составляет 70–80% .

При ударе предметы из этого полимера издают резонансный звук. Это отличает ПЭНД от других полимеров и композитов. «Пленка ПНД отличается от своего аналога высокого давления характерной матовой поверхностью.

Преимущества ПНД

К преимуществам ПЭВП относятся:

— инертность к широкому спектру химических веществ,

— устойчивость к колебаниям температуры,

— высокая ударная прочность,

— высокие диэлектрические свойства.

Существует три метода производства PVP. Первый заключается в полимеризации суспензии подготовленных гранул и проведении процесса в специальном суспензионном растворе. Для стабилизации состава используются химические стабилизаторы, например, оксиды легких металлов, неагрессивные кислоты. Смесь необходимо постоянно перемешивать в процессе полимеризации, чтобы обеспечить максимальную стабильность комбинации ингредиентов. В результате этого процесса получается материал с чрезвычайно однородной структурой, без слабых мест и дефектов. Недостатком этого метода является попадание остатков стабилизатора в конечный продукт.

Второй метод, растворная полимеризация, проводится при температуре 60-130 °C с использованием катализатора. Полученный материал однороден, эластичен, структура восстанавливается в диапазоне малых деформаций, износоустойчив. К недостаткам можно отнести сложность выбора катализатора, так как многие химические элементы начинают участвовать в химической реакции под воздействием температуры, что недопустимо из-за влияния на конечный результат.

Третий вариант — газофазная полимеризация, которая в настоящее время используется лишь в некоторых отраслях промышленности. Она практически не используется из-за не очень высокого качества конечного продукта. Полимеризация происходит в газовой среде. При этом методе молекулы могут свободно перемещаться и сталкиваться, поэтому конечный продукт получается не очень однородным, а отдельные участки могут иметь более низкую износостойкость.

При полимеризации образуется несколько побочных продуктов, которые являются отходами производства. Большинство из этих отходов вредны для окружающей среды, поэтому их необходимо правильно хранить и утилизировать. Этим не следует пренебрегать, поскольку все процессы хранения и утилизации регулируются законом, и последствия несоблюдения могут быть очень серьезными.

Как в целом выглядит состав гранулята ПЭНД?

В реактор добавляется раствор этилена в насыщенном углеводороде гексане. Состав сначала нагревается до 160 C, а затем до 2500 C. Давление достигает 5,3 МПа. В течение 10-15 минут композиция контактирует с катализатором, затем полимер должен быть отделен от раствора (в испарителе) и примесей (в сепараторе).

Последняя фаза — формирование гранул, после чего происходит пропаривание водяным паром, а затем охлажденные гранулы высыпаются в специальные контейнеры.

В результате получается продукт, готовый к дальнейшей переработке. Для достижения желаемых свойств могут быть добавлены дополнительные добавки.

Фото с сайта granula.pro

Химические свойства ПНД

Материал устойчив к щелочам, маслам и продуктам, содержащим спирт. Он не устойчив к азотной кислоте, серной кислоте и галогенам.

Класс горючести B: B1 — огнестойкость и B2 — нормальная горючесть. Самопроизвольное горение происходит при температуре около 350 C.

Химический состав материала фактически состоит только из водорода и углерода, поэтому при сгорании выделяются только углекислый и угарный газы, вода и немного сажи. Пропорции газов зависят от температуры, вентиляции и доступа кислорода во время горения. Остановить процесс горения можно с помощью воды.

Таблица 1. Физические и химические свойства ПЭВП

ГОСТ	16338-85
Плотность, г/см3	0,94-0,96
Цвет	от прозрачного до белого в зависимости от толщины
Запах	отсутствует
Температура для размягчения в воздушной среде по Вика, вС	120-125
Плотность насыпания гранул, в г/см3	0,5-0,6
Проводимость тока	не проводит
Разрушающее напряжение при изгибе, в МПа	19,0-35,0
Предельная прочность при срезе, в МПа	19,0-35,0
Удельное электрическое поверхностное сопротивление, в Ом	1014
Влагопоглощение за 30 суток, в %	0,03-0,04
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц	0,0002-0,0005
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц	2,32-2,36

Гранулят вторичного пластика является сырьем, используемым при производстве широкого спектра пластиковых изделий, и может значительно снизить стоимость продукции при минимальной потере качества

Вторичные гранулы ПЭВД изготавливаются из отходов или использованных изделий из ПЭВД. Этот процесс осуществляется с помощью гранулятора, который расплавляет отходы на мелкие кусочки и создает пряди, которые затем разрезаются на гранулы. Вторичная грануляция ПЭНД дешевле первичной грануляции. И это более дешевый способ производства продукции, что является самым важным фактором для производителей и покупателей.

Фото с сайта ok-stanok.ru

Однако при использовании вторичных гранул ПНД необходимо учитывать ГОСТы, законы Российской Федерации и качество материала. Например, из переработанных гранул нельзя изготавливать детские игрушки и пищевые пленки. Если отходы загрязнены или содержат посторонние вещества, это может повлиять на качество конечного продукта. Поэтому перед использованием вторичного гранулята ПЭНД необходимо проверить его свойства и соответствие производственным требованиям.

Различия между ПЭНД и ПЭВД

При производстве этих материалов требуется разное давление, поэтому макромолекулы и свойства конечного продукта в итоге отличаются.

ПЭНД — это полиэтилен низкой плотности, который обладает высокой прочностью в основном за счет своей гибкости и эластичности.

ПЭНД — это полиэтилен высокой плотности, обладающий повышенной прочностью с точки зрения химической и радиационной стойкости, но низким показателем пластичности.

Области применения ПНД

ПЭНД очень часто используется для производства потребительских товаров. Такими изделиями часто являются одноразовые тарелки, упаковка, различные контейнеры для хранения продуктов питания, а также игрушки, крышки для бутылок или флаконов и т.д.

Фото с сайта ok-stanok.ru

В производстве ПНД используется для изготовления труб, которые благодаря своей повышенной прочности заменяют металлические трубы, не нуждаются в защитном покрытии и весят меньше. Трубы ПНД используются для прокладки подземных водо- и газопроводов. Эти трубы сваривают, нагревая их электричеством. Когда материал вытягивается, концы элементов прижимаются друг к другу и удерживаются вместе до остывания, затем излишки материала отрезаются.

Таблица 3: Области применения ПЭВД

Трубы	Газовое снабжение, водоснабжение холодное, дренажные и канализационные коммуникации
Кабельная изоляция	Материалы для изоляции кабелей высокого напряжения
Листы, мембраны	Листы: различные элементы для областей машиностроения, гидроизоляция Мембраны: элементы для обустройства гидроизоляции
Крышки	2-составные и односоставные крышки для ПЭТ бутылок, крышки для косметических продуктов, бытовой химии
Пленки	Пакеты фасовочные, пакет майка, воздушно-пузырьковая пленка
Тара	Канистры, баки, цистерны
Товары массового потребления	Кухонные изделия, предметы для дома, инвентарь для сада и огорода
Автокомплектующие	Около 400 различных изделий для автотранспорта
Прочее	Мебель, тарные ведра, детские игрушки, фитинги

Производимые в настоящее время марки полиэтилена и сополимеров этилена:

• ПНД (HDPE) Полиэтилен низкого давления
• ПВД (LDPE) Полиэтилен высокого давления
• ЛПЭНП (LLDPE, PELLD) Линейный полиэтилен низкой плотности
• ВЭМПЭ (HMWPE, VHMWPE) Полиэтилен высокомолекулярный
• UHMWPE Полиэтилен сверхвысокомолекулярный
• EPE Вспенивающийся полиэтилен
• PEC Хлорированный полиэтилен
• PEX или XLPE, XPE Полиэтилен сшитый

Классификация

Полиэтилен высокой плотности может производиться в различных марках в зависимости от технологии производства. Так, в его массе могут содержаться всевозможные примеси, которые являются как продуктами происходящей реакции, так и остатками сопутствующих веществ:

• Суспензионный ПВП может содержать различные химические стабилизаторы, образующие суспензионную массу из гранул при холодной» полимеризации этилена. Это могут быть неагрессивные кислоты, оксиды легких металлов, полимерные спирты и даже некоторые виды глины. Такой пластик наиболее качественный, однородный, без нарушений структуры и слабых зон.
• Растворный полиэтилен часто содержит доли катализаторов, присутствующих в реакции полимеризации «горячим» способом.
• Газофазный имеет в составе остатки газов и эфирных веществ. Из всех трех видов он имеет наиболее слабую структуру, так как сравнительно неоднороден и включает наличие менее устойчивых к износу участков.

Из-за наличия в ПЭНД посторонних элементов и веществ (особенно катализаторов) он чаще всего используется в промышленных целях, где прочность важнее экологичности и нетоксичности.

Применение

Широкое применение ПЭНД в промышленности и быту объясняется не только его хорошими свойствами, но и сравнительно недорогим производством. Его легкая формуемость при нагревании выше температуры плавления позволяет производить различные изделия, поэтому гранулят этого полиэтилена служит сырьем для производства следующих необходимых материалов:

ПНД экструдируется для производства:

• пленки – гладкие и пузырьковые,
• пленочный рукав для изготовления пакетов,
• коммуникационные трубы,
• изоляции электрокабелей,
• листовые и сеточные материалы.

Используется для производства химических емкостей, контейнеров, бочек и т.д.

Он формуется под давлением:

• товары бытового назначения (игрушки, посуду, инвентарь, изделия для кухни и ванной, крышки для банок, бутылочной тары и т.п.),
• швейную и мебельную фурнитуру,
• комплектующие для различной техники (авто, бытовые приборы и др.).

Он формуется с использованием роторного процесса:

• Баки,
• Дорожные блоки,
• Масштабные конструкции в виде игровых площадок, колодцев, эстакад.

Кроме того, при вспенивании ПЭНД образуется качественно новый продукт — вспененный полиэтилен, который используется в теплоизоляции зданий.

ИНТЕРЕСНО! Полиэтилен низкого давления используется для производства ультратонких, похожих на ткань пленок толщиной до 7 мкм. Они являются альтернативой жирорастворимой пергаментной бумаги, обладают отличной водостойкостью, а также паро- и аромобарьерными свойствами.

Полиэтилен низкого давления (высокой плотности)

Что такое ПНД

ПЭНД — это термопластичный полимер высокой плотности, изготовленный из этилена. Сильные межмолекулярные связи придают материалу высокую степень твердости. Полиэтилен низкой плотности используется для изготовления строительных, бытовых, садоводческих и огороднических изделий. Но что такое ПЭНД? Инновация или проверенное временем изобретение? Давайте узнаем!

ПНД на рынке материалов

ПЭНД появился на нашем рынке не так давно. Фактически, люди заговорили о нем только тогда, когда интерес к трубам из ПЭНД начал расти. Но важно знать, что на Западе этот материал известен уже давно. Он был изобретен в Германии в 1953 году. И в то время материал уже был прекрасно изучен. Производители позаботились о том, чтобы в процессе производства в материал сразу же добавлялись добавки, улучшающие его свойства.

Например, первоначально считалось, что у материала слишком высокий коэффициент расширения при изменении температуры. Однако благодаря добавкам материал удалось стабилизировать. Однако важно знать, что высокий коэффициент расширения компенсируется хорошей эластичностью. Поэтому этот недостаток является несколько надуманным.

Для каких изделий идеален ПНД

ПЭНД является идеальным материалом для следующих продуктов:

• труб для водоснабжения и канализации, газоснабжения, транспортировки сыпучих продуктов,
• приточных систем вентиляции,
• систем автополива,
• конструкций для парников, теплиц,
• валиков, шпуль и других приспособлений, которые облегчают хранение материалов в рулонах,
• корпусов лодок,
• деталей технических установок (бытовой и промышленной аппаратуры),
• крышек (в том числе, для пищевых банок),
• швейной фурнитуры.

Чем выигрышен ПНД

Исследования показывают, что ПЭНД следует ценить за ряд свойств:

• прочность,
• износостойкость,
• отсутствие склонности к окислению\ржавчине,
• инертность к большинству химикатам и перепадам температур,
• адаптивность к сложным монтажным задачам, в том числе, соединению труб при помощи обжимных фитингов – без применения сварки,
• относительно низкую себестоимость,
• ударную прочность,
• высокие диэлектрические качества.

Как производят ПНД

ПЭНД — это продукт, который может быть изготовлен несколькими способами:

• газофазной полимеризацией этилена.
• сополимеризацией этилена и а-олефина (гексена-1).

В обоих случаях важно присутствие сложных металлоорганических катализаторов:

• галогенидов,
• алкоксидов,
• амидов,
• оксигалогенидов.

На практике, особенно в технологии сополимеризации, наилучшими являются иммобилизованные катализаторы. Они обеспечивают превосходную селективность проникновения в полимерную цепь эксена-1.

Для начала процесса полимеризации производственные рабочие поддерживают температуру 50-60 °C.

Для очистки полученного ПЭНД от остатков катализатора используется центрифуга или система гидроциклонов и специальных моечных машин.

Нитрофосфат натрия добавляется в качестве стабилизатора для улучшения характеристик полимера. В полимер также могут быть добавлены этиленгликоль и воск. Последние не влияют на прочность и долговечность материала, но используются для эстетики. Когда ПЭНД используется для производства труб, применяются следующие катализаторы

Перспективными активаторами катализаторов считаются соединения метилалюмоксана или изобутилалюмоксана. Важно, чтобы они были синтезированы на поверхности гидратированных алюмосиликатов.

Для оптимизации процесса сополимеризации выгодно использовать среду толуола.

Чем ПНД отличается от ПВД

ПЭНП очень похож на ПЭВП, но поскольку он производится при другом давлении, используются другие макромолекулы полиэтилена, которые, в свою очередь, имеют другие свойства.

1. ПНД очень плотный и, соответственно, жёсткий, ПВД, напротив, эластичный и более рыхлый. Поэтому трубы из ПНД всегда выигрывают перед трубами из ПНД.
2. ПВД в отличие от ПНД менее шуршащий материал, поэтому при производстве упаковки, напротив, разумнее использовать ПВД.
3. ПНД признан более термостойким материалом по сравнению с ПВД. Высокая температура плавления позволяет стерилизовать изделия даже при помощи пара. Эта особенность не может не быть в поле внимания производителей медицинского оборудования
4. Полиэтилен низкого давления превосходит полиэтилен низкого давления по выносливости со стороны напорных сред. Безнапорные трубопроводы можно производить и из полимера низкого давления, а вот напорные трубопроводы, а таем более газопроводы – исключительно из ПНД.
5. ПНД превосходит ПВД по степени стойкости к жирам и маслам.

Преимущества и недостатки ПНД

Преимущества ПЭНД заключаются в следующем:

• высокая прочность и твёрдость;
• высокая износостойкость;
• нетоксичный материал;
• безопасность использования;
• на материал не воздействуют агрессивные среды (кислая, щелочная);
• стойкость к радиации;
• материалу не страшны микроорганизмы, которые могут воздействовать на него.

Как обычно, в дополнение к многочисленным преимуществам всегда можно указать и на недостатки.

К ним относятся:

• возможность плавления при высоких температурах;
• при воздействии солнечных лучей или ультрафиолетового излучения возможна деформация материала или полная потеря пригодности.

Области применения ПНД

Спектр применения ПЭНД огромен. Этот материал используется как на крупных промышленных предприятиях, так и в мелкосерийном производстве. Его физические и химические свойства позволяют применять его в довольно широком диапазоне. Кроме того, в полиэтиленовых изделиях удобно хранить различные жидкости, они активно используются для упаковки различных товаров. ПНД получил столь широкое распространение не только благодаря своим универсальным свойствам, но и благодаря доступной цене. Он не требует больших затрат на производство, товар характеризуется низкой стоимостью.

Благодаря широкому спектру применения ПЭНД, можно производить большое количество продукции различного назначения.

Товары для бытового и повседневного использования:

• детские игрушки;
• посуда;
• изделия для ванной комнаты (мыльницы, ёмкости для бытовой химии и т.д.);
• различные аксессуары для дома.

Из ПЭНД изготавливается большое количество упаковочных материалов (пленки, пакеты и т.д.).

Важно знать, что в большинстве коммуникационных систем (водоснабжение, канализация и т.д.) используются трубы из полиэтилена низкого давления. Это неудивительно, ведь этот материал отвечает всем требованиям, которые к ним предъявляются. Труба под раковину также изготовлена из ПНД, что еще раз подтверждает ее широкое применение. Прочность и долговечность материала позволяет нам долгое время поддерживать системы коммуникаций в хорошем состоянии.

ПНД также используется для строительства резервуаров для воды, которые можно найти практически в каждом доме. Материал также используется для строительства дорожных ограждений.

Марки полиэтилена

Сегодня известно множество разновидностей полиэтилена. К ним относятся следующие:

• ПНД (полиэтилен низкого давления).
• ПВД (полиэтилен высокого давления).
• ПЭСД (полиэтилен среднего давления).
• ПЭСП (линейный полиэтилен средней плотности).
• ЛПЭНП (линейный полиэтилен низкой плотности).
• VLDPE (полиэтилен очень низкой плотности).
• ВМПЭ (высокомолекулярный полиэтилен).
• PEX (сшитый полиэтилен).
• MPE (металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности).