Физико-механические свойства.

Свойства СВМПЭ, являющегося кристаллическим полиме­ром, при температуре ниже температуры плавления существенно зависят от молекулярной и надмолекулярной структуры.

СВМПЭ из всех разработанных марок ПЭНД имеет самую высокую прочность, ударостойкость и к растрескиванию [44, с. 16]. Ценной особенностью СВМПЭ является способность сохранять высокие прочностные характеристики в широком ин­тервале температур. Это можно объяснить [45] тем, что при кристаллизации полиэтилена из расплава все элементы над­молекулярной структуры оказываются в той или иной мере связанными между собой «проходными» макромолекулами. Кроме того, в полимере всегда имеется некоторое количество физических узлов (зацепление молекул). Как правило, первые и вторые образуются в основном за счет длинных макромоле­кул, содержащихся в полимере. Проходные молекулы исходного кристаллического полимера и физические узлы сохраняются и при вытяжке полиэтилена, связывая отдельные участки элемен­тов надмолекулярной структуры и определяя их прочность. По мере увеличения длины макромолекул и доли высокомоле­кулярных фракций полимера содержание таких проходных мо­лекул и физических узлов возрастает, а следовательно, увели­чивается и количество связываемых ими элементов надмолеку­лярной структуры. Это, в свою очередь, приводит к увеличению прочности, ударостойкости и к растрескиванию СВМПЭ.

При низких температурах подвижность макромолекул сни­жается, и возрастает роль межмолекулярных сил в увеличении указанных выше показателей тем в большей степени, чем боль­ше длина макромолекул. Однако с ростом длины макромоле­кул затрудняется кристаллизация, при этом степень кристаллич­ности полиэтилена и размеры кристаллитов уменьшаются [46]. Этим объясняется более низкое значение плотности СВМПЭ по сравнению со стандартным ПЭНД. Так, в случае использо­вания металлорганических катализаторов СВМПЭ с молеку­лярной массой 1000000 и 4000000 имеет плотность 938 и 933 кг/м3 соответственно, тогда как стандартный ПЭНД — 949—954 кг/м3, а в случае применения катализаторов, нанесен­ных на носитель, плотность СВМПЭ (мол. масса примерно 2 000 000) составляет 940 кг/м8, а стандартного ПЭНД — 962 кг/м3 [47].

СВМПЭ имеет вы­сокие значения таких показателей, как температура падения прочности, разрушающее напряжение при растяжении, ударная вязкость. Особое внимание стоит обратить на исключительно высокую стойкость к растрескиванию СВМПЭ, образцы кото­рого при выдержке в такой поверхностно-активной среде, как 20%-ный водный раствор эмульгатора ОП-7, при темпера­туре 50 °С в течение 1000 ч и более не растрескивается.

СВМПЭ обладает высокой стойкостью к удару и практиче­ски не разрушается до —100°С. При определении по ГОСТ 4647—69 ударной вязкости для образцов с надрезом СВМПЭ (мол. масса 2000000) и ПЭНД (мол. масса 500000) не наблюдалось разрушения образцов СВМПЭ в интервале тем­ператур от +20 до —70 °С, в то время как для ПЭНД получены следующие значения:

При более низких температурах, вплоть до —180 °С, хотя и происходит разрушение испытуемого образца СВМПЭ, сохра­няется сравнительно высокое значение ударной вязкости. В за­висимости от условий испытания ударная вязкость, естественно, будет изменяться. Наиболее жестким условием испытания яв­ляется нанесение на образец острого надреза (под углом 15°). Однако и в этом случае значения ударной вязкости высоки и находятся в пределах 11—110 кДж/м2 при температурах от —200до+120°С [42].

Ударостойкость возрастает с увеличением молекулярной массы СВМПЭ. При исследовании этой зависимости показано, что рост ударной вязкости наблюдается для СВМПЭ вплоть до молекулярной массы 5000000—6000000.

Предел текучести, твердость и модуль упругости при ком­натной температуре находятся в соответствии с плотностью СВМПЭ и несколько ниже, чем у стандартного ПЭНД.

Разрушающее напряжение при растяжении СВМПЭ во всем исследованном интервале температур значительно выше, чем у стандартного ПЭНД. Определение «истинной проч­ности», т. е. рассчитанной на сечение в момент разрыва образца, показало, что для СВМПЭ оно не изменяется с повы­шением температуры и составляет 28,5 МПа при температуре от 60 до 100°С [45]. У стандартного ПЭНД наблюдается па­дение «истинной прочности» с повышением температуры, и при 100 °С она составляет 15,7 МПа.

При отрицательных температурах у СВМПЭ относительное удлинение при разрыве значительно выше, чем у стандартного ПЭНД. Он как бы является более гибким полиме­ром, а, следовательно, и более морозостойким. При положитель­ной температуре картина изменяется, СВМПЭ становится менее гибким.

Известно, что ПЭНД может иметь максимум на кривых за­висимости удлинения при разрыве от температуры. Положение этого максимума по оси температур зависит от содержания высокомолекулярных фракций [45]. Возрастание доли таких фракций и их молекулярной массы приводит к смещению мак­симума в сторону более высоких температур. ПЭНД с молеку­лярной массой 190000 имеет максимум при 70—90 °С, ПЭНД с молекулярной массой 260000 имеет, по-видимому, максимум при температуре, близкой к 100°С, а СВМПЭ при еще более высокой температуре. Это явление существенно расширяет интервал рабочих температур СВМПЭ.

СВМПЭ имеет хорошие антифрикционные свойства, близкие к свойствам фторопласта-42 и полиамида П-68, широко приме­няемых в качестве антифрикционных материалов. Коэффициент трения СВМПЭ также равен коэффициенту трения фторопласта и полиамида.

Износостойкость СВМПЭ вдвое превышает износостойкость остальных марок ПЭНД. При введении в него твердых смазок, нанример графита, в количестве примерно 0,5% износостой­кость увеличивается в 2 раза и приближается к износостойкости стали (36,4 мин/мм3).