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.
Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки.Физически сшитый пенополиэтилен
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
Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки;
Облучение экструдированного листа быстрыми электронами, которые генерируются ускорителем, содержащим эмиттер электронов и систему их разгона до требуемых уровней энергии;
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
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;
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;
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;
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/см2 (50-200 тонн/м2), 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 определяется1
не определяется1
Плотность, кг/м3
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 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 службы2, лет
3-50
-
50
50
Примечания:
Стандартизированная методика ГОСТ Р 57748-2017, не пригодна для определения доли сшивки вспененных материалов.
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.
