Сшитый полиэтилен (PE-X или XLPE, ПЭ-С) — полимер этилена с поперечно сшитыми молекулами (PE — PolyEthylene , X — Cross-linked).

Во вспененном виде поперечно-связанная молекулярная структура сшитого полиэтилена обладает высокой прочностью и плотностью, низкой теплопроводностью, низким влагопоглощением, высокой стойкостью к химическим воздействиям и хорошими показателями поглощения ударного шума. Сшитый пенополиэтилен отличается сложной технологией производства, экологической безопасностью. Молекулы сшиваются за счёт химических веществ введённых в полимер или за счёт облучения пучком электронов, поэтому различают химически и физически (радиационно) сшитый полиэтилен .

При сшивке в молекулярных цепочках, содержащих атомы углерода и водорода, под воздействием определённых факторов (повышенная температура, кислород , облучение электронами высокой энергии), отрываются отдельные атомы водорода. Образовавшаяся свободная связь используется для соединения отдельных цепочек между собой.

Технология производства

Химическая сшивка

1. Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки.

   

2. Нагрев матрикса, вследствие чего происходит сшивка с одновременным вспениванием материала.

Химически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет мелко пористую структуру (размер пор <1 мм). Пора закрытая (в отличие от поролона) поверхность со значительной шероховатостью.

Физическая сшивка

1. Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки;
2. Облучение экструдированного листа быстрыми электронами, которые генерируются ускорителем, содержащим эмиттер электронов и систему их разгона до требуемых уровней энергии;
3. Вспенивание облучённого экструдированного листа в специальной печи вспенивания, содержащей ряд функциональных зон и несколько типов источников нагрева — получение собственно физически сшитого пенополиэтилена.

Физически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет микропористую структуру. Пора закрытая. Поверхность гладкая.

Технологии производства сшитого полиэтилена PE-X для труб

1. Пероксидная (нагрев в присутствии пероксидов), при которой получают материал с обозначением PEX-A. Трубы PEX-A обладают лучшими характеристиками устойчивости к нагрузкам среди всех разновидностей. Сшивание пероксидом позволяет скрепить до 90 % макромолекул . При разматывании бухты они быстро выпрямляются и хорошо держат форму. На изгибах (в пределах допустимых норм и соблюдении технологии) не заламываются;
2. Силановая (обработка влагой, в которую предварительно был имплантирован силан + катализатор ), при которой получают материал с обозначением PEX-B. Сшивка силаном даёт около 80% скрепления молекул исходного полимера. Производственный процесс проходит в два этапа. На первом полимер насыщается силаном, на втором – насыщается дополнительной водой (гидратируется). Трубы не уступают по прочности пероксидным, но менее эластичны и хуже восстанавливают первоначальную форму;
3. Электронная (облучение пучком электронов), при которой получают материал PEX-C. Здесь применяется облучение пучком электронов высокой энергии промышленного ускорителя для сшивки полимеров, выход поперечных связей в готовом материале составляет около 60% от общего числа возможных. Выходные характеристики материала зависят от пространственной ориентации при производстве. Трубы получаются не слишком гибкими, склонными к заломам. Заломы устранить можно только с помощью соединительной муфты;
4. Азотная, при которой получают материал с обозначением PEX-D. Полезный выход здесь около 70%, что больше, чем у PEX-C. Однако эта технология самая сложная в практической реализации и производители от её использования постепенно отказываются.

Преимущества сшивки

За счёт сшивки молекул вспененного полиэтилена улучшаются следующие параметры:

• теплостойкость (рабочий температурный интервал сшитых пенополиэтиленов, как правило, на 20-30 °C выше не сшитых);
• физико-механические показатели (разрушающее напряжение при растяжении, предел прочности при сжатии, относительная остаточная деформация при сжатии, динамическая жесткость) при равной плотности и толщине могут быть лучше на 5-15%;
• возможность использования сшитого пенополиэтилена при кратковременных точечных нагрузках (5-20 кг/см ² (50-200 тонн/м ² ), использование «несшитого» пенополиэтилена в данном случае не желательно, так как ячейки могут необратимо деформироваться (лопаться));
• стойкость к ультрафиолету и атмосферостойкость;
• стабильность геометрических размеров;

• Показатели качества:

Показатель	Сшитый полиэтилен	ПЭВД (LDPE)	Пенополиетилен	Пенополиэтилен не сшитый
Доля сшивки. %	60-90	<3	не определяется 1	не определяется 1
Плотность, кг/м 3	940-960	900-930	25-200	17-40
Температура размягчения, °С	130-140	100	нет данных	100
Максимальная рабочая температура, °С	90-95	-	95	85
Удлинение при разрыве, %	350-500	100-800	100-160	100-200
Напряжение на разрыв, МПа В продольном направлении В поперечном направлении	20-25	7-17	>0,25 >0,2	~0,36 ~0,17
Коэффициент теплопроводности ʎ 25 , Вт/мК	0,35-0,4	0,20-0,36	0,039-0,05	0,039-0,045
Модуль упругости на изгиб, МПа	600-900	118-225	-	-
Динамический модуль упругости, МПа	-	-	0,14-1,80	0,12-0,93
Относительное сжатие, нагрузка 2000 кПа	-	-	0,01-0,1	0,02-0,1
Остаточная деформация, % (после 25% линейной деформации)	-	-	<7	3-6
Срок службы 2 , лет	3-50	-	50	50

Примечания:

1. Стандартизированная методика ГОСТ Р 57748-2017, не пригодна для определения доли сшивки вспененных материалов.
2. Срок службы для труб нормирует ГОСТ Р 57748-2017. Сроки службы сильно сокращаются при высокой температуре теплоносителя, так при температуре до 70 °С срок службы труб 25 лет и более. При температуре 95 °С срок службы сокращается до 2-3 лет. Срок службы пенополиэтиленов определен по ГОСТ ISO 188-2003. Эта методика даёт не релевантные результаты для полимерных материалов, чей срок службы отличается от срока хранения.

Области применения сшитого пенополиэтилена

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 7 июня 2020 )

• строительно-ремонтная отрасль ( теплоизоляция ; снижение ударного шума в конструкциях плавающих полов и ступеней, а также в качестве подложки под паркет , доску-ламинат и различные напольные покрытия; звукоизоляция ; гидроизоляция);
• кабельная промышленность (изоляция жил и внешняя оболочка кабелей и проводов);
• автомобилестроение (формирование интерьера автомобиля, панелей приборов, дверных карт; тепло- , шумоизоляция, формирование воздуховодов и другое);
• медицина (изготовление пластырей, бандажа, применение в ортопедической обуви);
• обувная промышленность (формование стелек, запятников, мягких вставок);
• спорт, отдых, туризм (применение в виде ковров, матов, плавательных досок, спасательных средств и т. д.);
• авиа и вертолетостроение (теплоизоляция);
• армия, спецподразделения (ковры хаки).

Области применения сшитого полиэтилена

Сшитый полиэтилен обладает уникальными свойствами по прочности и стойкости к различным разрушающим явлениям, исключая высокую температуру.

• Изготовление напорных труб для холодного и горячего водоснабжения;
• Изготовление систем отопления;
• Изготовление изоляции кабелей высокого напряжения;
• Изготовление специальных строительных материалов и как элемент конструкционного назначения.

Литература

• ГОСТ Р 57748-2017 «Композиты полимерные. Метод определения параметров полимерной сетки сшитого сверхвысокомолекулярного полиэтилена в растворителе»
• ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия»
• В. К. Князев, Н. А. Сидоров. Облучённый полиэтилен в технике. М., «Химия», 1974, 376 с.
• Князев В. К., Сидоров Н. А. Применение облучённого полиэтилена в радиоэлектронике. М., «Энергия», 1972. 64 с.
• Прижижецкий С. И., Самсоненко А. В. «Новый стандарт проектирования тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.», Промышленное и Гражданское Строительство 12/2008, Издательство «ПГС», ISSN 0869-7019
• Батраков А. Н., Амплеева И. А., «Сшитые и несшитые пены, их сходство и различие», Промышленное и Гражданское Строительство 9/2005, Издательство «ПГС», ISSN 0869-7019
• А. И. Ларионов, Г. Н. Матюхина, К. А. Чернова, «Пенополиэтилен, его свойства и применение», Ленинградский дом научно-технической пропаганды, г. Ленинград, 1973 г.
• И. В. Кулешов, Р. В. Торнер, «Теплоизоляция из вспененных полимеров», Москва Стройиздат 1987 г.
• Берлин А. А. Основы производства газонаполненных пластмасс и эластомеров. М" Гюсхимиздат, 1954.
• Воробьёв В. А, Андрианов Р А, Федосеев Г П Полимерные теплоизоляционные материалы в строительстве М., ВЗСТ, МВнССО РСФСР, 1964

Ссылки