Силиконы для промышленности и быта

Трубы из сшивающегося полиэтилена >> Промышленные силиконы, масла, полиуретан, смазки, компаунды, герметики, акриловые смолы

  СИЛИКОНЫ :: МАСЛА :: ПОЛИУРЕТАН :: СМАЗКИ :: КОМПАУНДЫ :: ГЕРМЕТИКИ :: АКРИЛОВЫЕ СМОЛЫ :: СКУЛЬПТУРЫ

 
  
Главная | О компании | Продукция | Поставки | Поддержка | Цены | Информация | Контакты
 

Силиконовая продукция

Трубы из сшивающегося полиэтилена

 

Информация

 
   
Формовочные силиконы от 305 грн/кг
Промышленные силиконовые смазки производства DOW CORNING (DC) и Пента
Гидрофобизаторы, очистители фасадов (смывки), cмягчители тканей
Антипригарные средства для хлебопекарного производства
Жидкости и эмульсии на основе кремнийорганического состава
Резины из силикона
Силиконовые каучуки
Герметизирующие средства, одно- и двухкомпонентные компаунды, катализаторы и подслои
Пеногасители на основе силикона
Химреагенты для нефтегазовой промышленности
Силиконовые материалы для косметических средств и бытовой химии
Силаны. Аппреты
Различные добавочные материалы для полимерных и лакокрасочных изделий
Этилсиликаты (ЭТС), готовые связующие (ГС), Тэтраэтоксисиланы и тэтраэтил ортосиликаты (ТЭОС)
Силиконы для электронной техники
Силиконовые средства по уходу за руками
Силиконовые материалы для различных целей
Аэросилы
Органосилоксаны
Золь гидроксида циркония
Поверхностно активные вещества (ПАВы) и различные моющие средства
Товары, используемые для народного потребления
Описание продукции марки Molykote
Виксинты и другие заливочные компаунды для герметизации электро- и радио приборов
Концентрированные моющие средства из экологически чистого материала
Изделия из силиконовой резины
Технические шнуры
Предметы декоративного искусства, а также изготовление скульптур и их копий
Полиуретан
Акриловая и полиэфирная смола
Оборудование при работе с силиконом и полиуретаном

     

Категория: Технологии и материалы

В течение последних десятилетий наблюдается бурный рост объема производства труб и соединительных деталей трубопроводов из полимерных материалов.

Это связано, во-первых, со значительно меньшими капитальными затратами и сроками при организации их производства, а также монтажа трубопроводов из них по сравнению с металлическими трубами. Во-вторых, трубы из полимерных материалов обладают ценными эксплуатационными характеристиками. Можно отметить незначительную массу, стойкость к гидравлическим ударам, малые потери напора и практически отсутствие минеральных отложений на внутренней поверхности, высокие тепло- и электроизоляционные свойства, коррозионную и химическую стойкость, допустимость контакта с питьевой водой и пищевыми продуктами и ряд других положительных качеств.

Чаще всего полимерные трубы изготовляются из полиэтилена обычно низкого давления (~СН2-СН2~), и жесткого (непластифицированного) поливинилхлорида (~СН2-СНСl~). При этом напорные трубы можно изготавливать из обоих полимеров. Трубы из обычного полиэтилена не могут применяться при повышенных температурах из-за характерной для полиэтилена ползучести, ограничивающей несущую способность трубы. Под термином «ползучесть» понимают развитие больших необратимых деформаций при длительной работе изделия в нагруженном состоянии. Критическими для таких труб считаются условия (давление - температура - время), при которых относительная деформация изделия превышает 3%. Для полиэтиленовых труб с заданным сроком службы не менее 50 лет при нормальных температурах критические деформации достигаются при напряжениях в стенках более 5 МПа, а для труб, изготовленных из жесткого поливинилхлорида, - при 20 МПа [1]. При повышении температуры вследствие быстрого развития ползучести несущая способность полиэтиленовых труб резко падает. Такое поведение полиэтиленовых изделий можно проиллюстрировать ростом деформации трубы под действием постоянного внутреннего давления, вызывающего возникновение радиального напряжения в ее стенке при различных температурах (рис 1).

Рис.1. Зависимость относительной деформации трубы Ln[ε] от действия постоянного внутреннего давления в течение длительного времени испытания Ln τ при различных температурах.

1, 4 - из линейного полиэтилена при температуре 20 и 80°C; 3 - из жесткого поливинилхлорида при 80°С; ε = 3% - предельно допустимая деформация; τ = 50 лет - расчетное время эксплуатации

После сброса давления вследствие развития ползучести размеры трубы не восстанавливаются до исходных размеров, значительная часть деформации необратима (см. рис.1). Из рис. 1 видно, что при некоторой критической температуре (80°С) деформация полиэтиленовой трубы достигает критического значения за короткое время, что приводит к быстрому выходу ее из строя (разрушению). Аналогичным образом ведет себя труба при нормальных температурах при напряжениях в стенке, превышающих критические значения (5 МПа). Так как напряжение, вызывающее деформацию трубы, определяется не только избыточным внутренним давлением, но и отношением толщины ее стенки к диаметру (уравнение Лапласа), существует возможность снижения ползучести за счет утолщения стенки. Однако этот прием так же, как и армирование полиэтиленовых труб полимерной нитью, не решает проблемы ползучести полиэтилена при повышенных температурах. В аналогичных условиях размеры поливинилхлоридных труб достаточно стабильны. Причинами этой стабильности являются высокая разветвленность и переплетенность макромолекул поливинилхлорида поляризация связи +C-Cl-, обеспечивающая высокий уровень межмолекулярного взаимодействия - физические межмолекулярные связи - (рис. 2, а). Структура поливинилхлорида в этом подобна структуре химически сшитых (вулканизованных) полимеров.

Рис.2. Схема структуры полимерных материалов

а - поливилхлорид; б - полиэтилен; в - сшитый полиэтилен; 1 - молекулы полимера; 2 - петли и зацепления между молекулами полимера; 3 - межмолекулярные физические связи между полярными группами полимерной молекулы; 4 - прочные межмолекулярные химические (силоксановые) связи

Геометрические переплетения молекул поливинилхлорида и физические связи между ними препятствуют их необратимому смещению относительно друг друга и развитию необратимых процессов, обусловливающих ползучесть. У слаборазветвленного неполярного полиэтилена (рис. 2, б), роль зацеплений и физических связей мала, поэтому ползучесть проявляется в большей степени и при меньших температурах.

В последние годы возникли проблемы, связанные с экологической опасностью утилизации изделий из поливинилхлорида. Это обусловлено выделением при их сжигании токсичных диоксинов, способных накапливаться в почве и живых организмах. В связи со сложностью вторичной переработки поливинилхлорида его сжигание трудно проконтролировать и, следовательно, избежать. Поэтому в странах ЕЭС и ряде других развитых странах в настоящее время приняты и финансируются программы по сокращению производства изделий из поливинилхлорида и в перспективе полному запрету их производства, импорта и применения. Становится актуальной задача разработки недорогих полимерных материалов, альтернативных поливинилхлориду. Одним из наиболее эффективных решений этой проблемы является изготовление напорных труб из сшивающегося полиэтилена, работающих при температурах. В этом случае снижения ползучести добиваются созданием трехмерной структуры у полиэтилена за счет поперечных межмолекулярных химических связей (рис. 2, в). Сшивание полиэтилена благоприятно сказывается на его эксплуатационных характеристиках [2]:

  • повышается максимальная температура эксплуатации;
  • уменьшаются деформации под нагрузкой и ползучесть, в том числе при повышенных температурах;
  • улучшаются прочностные характеристики при разрыве/изломе и трещиностойкость;
  • увеличивается стойкость к абразивному износу;
  • усиливается эффект памяти в термоусаживающихся изделиях;
  • улучшаются характеристики при динамических нагрузках;
  • повышается химическая стойкость;
  • снижается газопроницаемость.
Изделия из сшитого полиэтилена выпускаются в мире тысячами тонн для производства напорных труб (включая трубы для газопроводов и горячего водоснабжения), соединительных деталей трубопроводов, футерованных труб, кабельной изоляции и оболочек, усадочных трубных обвязок и других изделий.

В настоящее время в промышленности используются три основные способа сшивания полиэтилена: радиационное, пероксидное и силанольное (два последних принято называть химическим сшиванием). Силанольное сшивание является самым эффективным средством повышения тепло- и химической стойкости полиэтилена. Его преимущества [2] связаны с достижением более высоких прочностных характеристик и теплостойкости, улучшенными барьерными свойствами, возможностью изготовления изделий сложной формы, например, термоформование гофрированных труб.

В общем виде технологический процесс изготовления силанольно сшитых труб включает в себя два основных этапа [3]. На первом расплав полиэтилена совмещается с винилалкоксисиланом и пероксидом. В процессе перемешивания при температурах, превышающих температуру разложения пероксида, происходит инициированная им прививка молекул непредельного силана к макромолекулам полиэтилена (образуется привитой сополимер), что в упрощенном виде можно представить, следующим образом:

После этого еще возможно соединение изделий сваркой и их дополнительное термоформование.

На второй стадии в этом сополимере в присутствии катализатора конденсации (металлоорганические соединения) и следов воды происходит образование межмолекулярных силоксановых связей, обеспечивающих поперечное сшивание полиэтилена (например, при обработке в кипящей воде или паром в течение нескольких часов или при выдержке при обычной влажности на воздухе или в почве около месяца):

Нами было установлено, что реальные поперечные силоксановые сшивки в отличие от приведенной выше схемы, могут иметь большую длину и включают в себя более 10 молекул силана). Потеря текучести и значительное снижение ползучести достигается уже при 70%-ном сшивании полиэтилена, и дальнейшее увеличение степени сшивания нецелесообразно, так как не приводит к заметному улучшению комплекса механических характеристик, но вызывает снижение деформационной способности образцов. Таким образом, структурирование полиэтилена происходит после формования изделия и при сравнительно низких температурах. Следует отметить, что попадание следов воды в силанольно сшивающиеся композиции при хранении приводит к частичному преждевременному сшиванию полимера уже при экструзии. Следствием этого является значительное нарастание вязкости расплава. Поэтому такие материалы хранятся в герметичной водонепроницаемой (металлизированной) упаковке, а срок их использования ограничен (в упаковке - не более полугода, после растаривания - не более суток). В настоящее время распространены два одностадийных технологических процесса изготовления изделий из силанольно сшивающегося полиэтилена [2]:

  • переработка привитых сополимеров полиэтилена и силана;
  • переработка обычных полиэтиленов с добавками сшивающих агентов.
Первый процесс («Силинк») заключается в переработке в изделия заранее изготовленного сополимера полиэтилена и силанов с добавкой концентрата катализатора конденсации. Переработка в изделия может осуществляться на серийном оборудовании. Режимы переработки такого комплекса близки к обычным. Однако цена комплекса полимер-катализатор более чем в 2 раза выше цены обычного экструзионного полиэтилена низкого давления. Качество материала гарантируется поставщиком-производителем. Основными поставщиками такого сырья в Россию являются: Borealis (Швеция), Solvey (Бельгия), Union Carbide (США), Mitsubishi (Япония) и другие фирмы.

По механическим характеристикам такие материалы не намного превосходят обычные полиэтилены низкого давления. Относительное удлинение при разрыве даже ниже, чем у несшитых полиэтиленов (хотя и этого достаточно для нормальной эксплуатации труб). Основное преимущество таких материалов: снижение ползучести при нагружении и повышение прочности при повышенных температурах. Рабочие температуры достигают 100°С. К недостаткам этого способа следует отнести малую гибкость в выборе сырья и наличие только зарубежных поставщиков. Для повышения эффективности производства невозможно использование вторичных ресурсов.

Второй процесс («Моносил») заключается в переработке полиэтилена обычных марок с дозированием сшивающих агентов, в том числе жидких, в рабочую зону экструдера. Такой технологический процесс является более гибким с точки зрения выбора основного сырья, номенклатуры и объемов производства изделий. Однако этот метод требует использования специального оборудования, что ограничивает его применение. Более перспективным является модифицированный способ, заключающийся в использовании гранулированных концентратов силанольно сшивающих агентов. В этом случае возможно изготовление изделий с поперечно сшитой структурой на обычном перерабатывающем оборудовании. Недостатками этой технологической схемы обычно считают неравномерность и нестабильность такого процесса сшивания.

Проводимые в ООО "Пента-91" совместно с МИТХТ имени М.В.Ломоносова исследования процесса силанового сшивания различных марок полиэтилена и других полимеров показали, что указанные выше недостатки можно устранить правильным выбором полимера-матрицы и соотношения сшивающих агентов (силана, инициатора, катализатора и др.) в концентрате (продукт «Пента-1002»), Было установлено, что необходимое для достижения оптимальной степени сшивания содержание сшивающих агентов в полиэтиленовой композиции зависит от молекулярной массы перерабатываемого в изделия полиэтилена. Так, оптимальное для сшивания ПЭ 273 с показателем текучести расплава (ПТР) 0,5 г/10 мин соотношение сшивающих агентов не обеспечива ет сшивки ПЭ 276 с ПТР = 3 г/10 мин. В то же время оптимальное для сшивания ПЭ 276 содержание сшивающих агентов является чрезмерным для ПЭ 273 и может сделать невозможной переработку такой композиции. Таким образом, рекомендуемое для достижения оптимальной степени сшивания содержание предлагаемого концентрата (СК) зависит от ПТР полиэтилена и может быть определено из соотношения:

где К - коэффициент, зависящий от состава универсального концентрата силанольно сшивающих агентов («Пента-1002»).

Дополнительным способом использования указанного концентрата может являться создание усиленных несшитых материалов на основе полиолефинов (силиконизированные полиолефины). Было установлено, что при зведенми в полиэтилен вдвое меньшего, чем необходимо для сшивания, количества концентрата прочность изделий увеличивается в 1,5 раза по сравнению с исходной без потери текучести, формуемости и свариваемости материала. Ожидается, что особенно эффективным такое применение указанного концентрата будет в композициях, наполненных минеральными наполнителями и стекловолокном.

В настоящее время продолжаются работы по исследованию возможности использования модифицированного концентрата «Пента» для силанольного сшивания различных по химической структуре полимеров и их смесей, включая смеси вторичных полимеров. Направление, связанное с силанольным сшиванием и, возможно, получением при переработке в изделия новых материалов, содержащих многокомпонентные привитые сополимеры таких различных по химической природе полимеров, как ПЭНД, ПЭВД, ПП, ПЭТ, ПА, составляющих большую часть бытовых полимерных отходов, представляется перспективным, в том числе при производстве труб и соединительных деталей трубопроводов.

Список литературы
1. Д.Ф. Каган. Трубопроводы из пластмасс. М.: Химия , 1980.

2. Л.М. Панзер, В.И. Бизанг. Силановое сшивание полиэтилена для улучшения качества продукции и облегчения технологического процесса. Пластические массы //1998, №3, с. 3-8.

3. Патенты: JP 53063453 (1978.06.06.), JP 5331144995, GB 1542543 (1979.03.21), JP 54081457 (1979.06.27), JP 56008446 (1981.01.28), JP 56088446 (1981.07.17), JP 60084346 (1985.05.13), US 4529750 (1985.07.16.), ЕР 149782 (1985.07.31), ЕР 207627 (1987.01.07), JP 62253608 (1987.11.05), WO 9221721 (1992.12.10), JP 2000290437 (2000.07.07), WO 20001053367 (2001.07.26).

"Трубопроводы и экология", №4 2003 год

См. также: Добавки для полимерных и лакокрасочных материалов

Антон
26.09.2007

www.penta-si.com.ua

Промышленные смазки Molykote®
25.08.2008

Продукты для стекловолоконной промышленности
17.07.2008

Производители полимеров объявили о новых повышениях цен
10.06.2008

Применение силиконов при остеклении
26.05.2008

Пента®-1005 марки 1-A (Модификатор пластмасс)

Пента®-1005 марки 2-А (Модификатор пластмасс)

Пента®-551 (Пластификатор)

Пента®-107 (Антиадгезионная (разделительная) смазка)

Пента®-111 (Антиадгезионная (разделительная) смазка)

 
      Новости промышленности...
Технологии и материалы...
Новости науки...
Новости компании...
Полиуретановая гидроизоляция
Силикон для бетона (эпоксидной смолы)
Инструкция по применению SK-790
Силиконовая смазка
Теплопроводящий силиконовый герметик
Пентэласт-714
Инструкция по применению Вакуумной установки ВУ-861
Инструкция по применению Пентэласт-750
Праймер для силиконов
Теперь Вы можете получить образцы силиконовых компаундов
Биотехнологи создали робота-медузу
Группа компаний "Пента" выкуплена американцами
Силастик вместо резины
«ТАНЕКО» отгрузил первую партию трансмиссионного масла для «Автоваза»
ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ С ПОЛИУРЕТАНАМИ – ЧТО НЕОБХОДИМО ПРОВЕРИТЬ
Все статьи...