Сравнение характеристик труб из пэ, пп, пвх
Изделия из ПЭ
Изделия из полипропилена
Изделия из ПВХ
Название и обозначения ПВХ
Зарубежные: Polyvinyl chloride, PVC; FPVC, PVC-F, PVC-P (пластифицированный); RPVC, PVC-R, PVC-U (непластифицированный); E-PVC, PVC-E (эмульсионный); PVC-S, S-PVC (суспензионный). Отечественные: поливинилхлорид, ПВХ; пластикат ПВХ, ПВХ-п (пластифицированный); винипласт, ПВХ-нп, ПВХ-ж (непластифицированный).
Общая характеристика и свойства
Аморфный материал, свойства которого сильно зависят от метода получения ПВХ получают суспензионным (suspension), эмульсионным (emulsion) методами, полимеризацией в массе - блочным методом (mass, bulk). Суспензионный ПВХ или ПВХ С (PVC-S) имеет сравнительно узкое молекулярно-массовое распределение, малую степень разветвленности, более высокую степень чистоты, низкое водопоглощение, хорошие диэлектрические свойства, лучшую термостойкость и светостойкость. Эмульсионный ПВХ или ПВХ Е (PVC-E) характеризуется широким молекулярно-массовым распределением, высоким содержанием примесей, высоким водопоглощением, худшими диэлектрическими характеристиками, худшей термостойкостью и светостойкостью. Максимальная температура длительной эксплуатации: 60 оС. Пластифицированный материал или пластикат (FPVC, PVC-F, PVC-P) выдерживает охлаждение до -60 -3 оС, непластифицированный (RPVC, PVC-R, PVC-U) - до -15 оС. Температура стеклования: 70 - 105 оС. Имеет широкий разброс механических характеристик. Пластифицированный PVC - эластичный материал. Непластифицированный или "жесткий" PVC (винипласт) имеет высокую прочность и жесткость. Материал на основе суспензионного ПВХ имеет хорошие диэлектрические характеристики (но хуже, чем у PE, PP, PS). Непластифицированный PVC имеет высокую химическую стойкость, стоек к действию бензина, масел, разбавленных кислот и щелочей. Растворяется в при нагревании в дихлорэтане, хлорбензоле, тетрагидрофуране. Пластифицированный PVC отличается меньшей химической стойкостью. Трудногорючий материал. Существуют прозрачные марки.
Характеристики пластифицированного ПВХ:
Плотность (23 оС): 1.13 - 1.58 г/см3 Предел текучести при растяжении (23 оС): 4 - 7 МПа Модуль упругости при растяжении (23 оС): 2 - 19 МПа Характеристики ненаполненных марок (жесткий ПВХ): Плотность (23 оС): 1.33 - 1.53 г/см3 Предел текучести при растяжении (23 оС): 40 - 66 МПа Модуль упругости при растяжении (23 оС): 2200 - 3300 МПа Температура переработки Температура расплава: 160 - 200; 180 - 200; 190 - 230 оС. Температура формы: 20 - 40 оС. Примечание: Режим литья конкретной марки может отличаться от приведенных здесь данных. Оптимальный режим литья изделия может быть определен в компьютерном анализе Усадка при литье под давлением Типичная усадка для непластифицированных марок: 0.5 - 0.7; 0.3 - 0.8%. Типичная усадка для пластифицированных марок: 1 - 3% Примечание: Усадка конкретной марки может отличаться от приведенных здесь данных.
Примеры применения: Панели Вспененный ПВХ (листы) Пластиковые трубы Сайдинг Оконный профиль Подоконники Древеснонаполненный профиль Прозрачный лист Гофротрубы Кабель каналы Кабельная изоляция Жесткие и эластичные детали автомобилей. Упаковка. Эластичные и жесткие детали технического назначения. Прокладки, уплотнения. Фитинги. Детали электротехнического назначения. Неразъемные вилки соединительных шнуров. Детали медицинского назначения. Прозрачные детали систем взятия и переливания крови. Эластичные детали обуви. Подошвы. Верх и обсоюзка обуви. А также: линолеум, пленки, пластикаты, трубы и детали трубопроводов, листы, искусственные кожи, тара и упаковка, профильно-погонажные изделия и др..
Переработка
Производство изделий из ПВХ
В технологии производства продукции из поливинилхлорида приоритетным при выборе марки для производства различных изделий является константа Фикентчера. Константа Фикентчера, показывает среднюю молекулярную массу ПВХ, которую определяют как: Kф=1000k
Значение k находят по уравнению:
lg ηотн |
= |
75k2 |
|
k |
|
|
|||
c |
1+1.5kc |
где: ηотн - относительная вязкость при 20o С; c - концентрация раствора, обычно 0,5 или 1 г на 100 мл растворителя (чаще всего циклогексанона или дихлорэтана), [г/100мл]; Наиболее распространена в Европе и всем мире (примерно пятьдесят процентов потребителей ПВХ) перерабатывают смолу с константой Фикентчера 65-68. Это дает следующие преимущества: высокую насыпную плотность (0,55 – 0,6) кг/куб.см.; хорошую перерабатываемость при надежном соблюдении всех стандартов. В чистом виде ПВХ не используется, так как это нетермостойкий хрупкий материал, который под действием высоких температур начинает интенсивно деполимеризоваться с выделением хлористого водорода и других соединений. ПВХ может использоваться в составе композиции, состоящей из полимера и разнообразных добавок, делающих полимер способным к переработке. Современные поливинилхлоридные композиции могут включать в себя до 15-20 индивидуальных компонентов, которые можно разделить на ряд более крупных групп. В композиции жесткого ПВХ вводят стабилизаторы для повышения способности материала к переработке при повышенных температурах, смазки и модификаторы текучести для снижения прилипаемости (адгезии) расплава к оборудованию, модификаторы ударопрочности для увеличения стойкости к нагрузкам при эксплуатации, наполнители для повышения вязкости и формоустойчивости расплавов, а также для уменьшения стоимости композиции, другие добавки, повышающие стойкость к воздействию внешних факторов. В мягкие композиции помимо указанных добавок вводят пластификаторы, благодаря которым изделия приобретают эластичность гибкость, способность к работе при отрицательных температурах. С увеличением содержания пластификатора в композиции изделие становится более гибким.
Краткое описание технологии приготовления жестких ПВХ-композиций
Э
тапы
производства непластифицированной
ПВХ-композиции:
1. ПВХ-смола и аддитивы загружаются в отдельные емкости системы автоматического дозирования, смешивания и подачи. В этой системе в соответствии с заданным рецептом происходит последовательное взвешивание компонентов. Отмеренные порции компонентов, добавляются к также предварительно дозированному количеству ПВХ-смолы. 2. смесь всех компонентов засыпается в горячий смеситель 3. Приготовленная порция смешивается последовательно в горячем и в холодном миксере, а затем с помощью вакуума подается в так называемые промежуточные емкости для дозревания Смеситель ПВХ состоит из силосов для хранения ПВХ-порошка и емкостей для мелких компонентов смеси, систем пневмотранспорта, системы дозирования и взвешивания компонентов, горячего и холодного смесителей, промежуточного бункера для стабилизации смеси. Более качественные модели оснащены автоматизированным комплексом управления. Компьютерные системы позволяют не только наблюдать и контролировать параметры процессов дозирования всех компонентов, перемешивания, стабилизации доставки готовой смеси в приемные бункеры экструдеров, но и управлять технологическим процессом. Весь процесс смешивания осуществляется в полностью автоматическом режиме при непрерывном компьютерном контроле соответствия параметров рабочего процесса требованиям технологической документации. Для придания требуемых свойств конечному изделию исходный полимер должен быть переработан в комплексе с рядом технологических добавок, состав и количественное соотношение которых является строго индивидуальным для каждого технологического процесса. Ниже дано краткое описание основных групп соединений, используемых при переработке поливинилхлорида в индивидуальные композиции.
Добавки Стабилизаторы
Нестабильность ПВХ, т.е. склонность к химическим превращениям, прежде всего проявляется в элиминировании HCl и образовании в макромолекулах единичных и сопряженных >С==С<-связей. Разложение ПВХ может усложняться за счет других реакций, в частности сшивания, окисления и др. Стабилизаторы поливинилхлорида должны выполнять следующие основные функции: а) химические стабилизаторы - уменьшать вредное воздействие термического и термоокислительного распада полимера; б) фотостабилизаторы - защищать ПВХ от старения, вызываемого действием света; в) стабилизаторы антирады – защищать ПВХ от деструкции в условиях воздействия альфа, бета, гамма и рентгеновского излучения; г) механохимические стабилизаторы – тормозить химические процессы, вызываемые постоянными или переменными механическими воздействиями; д) биохимические стабилизаторы - защищать материалы из ПВХ от разрушающего действия различных видов вредных живых организмов или выделяемых ими веществ. Пластификаторы - вещества, вводимые в полимерный материал для придания ему эластичности и пластичности при переработке и эксплуатации, они могут понижать температуры текучести, хрупкости (морозостойкости) и стеклования, некоторые могут повышать свето-, огне- и термостойкость полимеров. Общие требования к пластификаторам:
термодинамическая совместимость с полимером
низкая летучесть
отсутствие запаха
химическая инертность
устойчивость к экстракции из полимера жидкими средами (масла, моющие, растворители)
температура разложения пластификатора не должна быть ниже температуры переработки полимера
экологическая безопасность, отсутствие токсичности
Виду большого разнообразия химического состава соединений, применяемых в качестве пластификаторов, классификация их весьма условна; обычно различают:
1) сложные ди- и три эфиры органических кислот, 2) другие мономерные органические продукты, 3) полимерные продукты. Вторая группа пластификаторов представлена соединениями, некоторые их которых следующие: бензоаты, сульфамиды, полиэфиры гликолей, например, триэтиленгликоль дигексаноат. Группу полимерных пластификаторов представляют продукты поликонденсации пропандиола или бутандиола с адипиновой, реже -фталевой кислотой. Около 90% производимых пластификаторов относится к группе сложноэфирных пластификаторов. Доминирующую часть этой группы составляют эфиры фталевой кислоты: фталаты. Другие сложные эфиры, применятся в промышленности в значительно меньших объемах, они представлены тримеллитатами, тетрамеллитатами, терефталатами, адипинатами, себацинатами, азелаинатами, акрилатами, метакрилатами малеатами, фосфатами. Фталатные пластификаторы отличаются достаточно большим многообразием спиртовой составляющей. Для их производства используют линейные и разветвленные первичные спирты С4-С13. Около 80% (и более) производимых пластификаторов всех видов приходится на фталаты - С8-С10, остальное составляют фталаты других спиртов, а также тримеллитаты, адипинаты и др.
Диверсификация сложноэфирных пластификаторов основана на различных сочетаниях кислотной составляющей и спиртовой компоненты (вариации числа атомов углерода в спирте в диапазоне C4-C13 и его изомерного состава), а также на использовании различных смесевых композиций сложных эфиров. Главными видами производимых пластификаторов также являются фталаты (~70% от общего объема выпуска пластификаторов). Среди них самым распространенным является ди(2-этилгексил)фталат (диоктил-фталат, ДОФ).
Лубриканты
По характеру влияния на ПВХ лубриканты обычно делят на внутренние и внешние. Внутренняя смазка. В результате снижается вязкость расплава, повышается текучесть композиций, уменьшается количество тепла, образующегося при трении и под действием сдвиговых усилий, устраняются флуктуации температуры в массе расплава.
Внешняя смазка не смачивает полимер, в основном увеличивает поверхностное скольжение расплавленных композиций, снижает адгезию к металлу, предотвращая прилипание к металлическим частям перерабатывающих машин и облегчая извлечение изделий из формы; препятствует слипанию пленочных материалов.
Диоксид Титана
Используется в качестве белого пигмента для монохромных изделий белого цвета, используемых как внутри помещений, так и снаружи. Ряд торговых марок пигмента выпускается со специальной поверхностной обработкой частиц комплексом органических и неорганических соединений, что приводит к увеличению срока службы изделия без потери товарного вида.
Модификаторы ударопрочности и перерабатываемости Благодаря высокой совместимости с ПВХ и высокому молекулярному весу стандартные модификаторы перерабатываемости сцепляют короткие цепочки ПВХ, переносят срез, созданный технологическим оборудованием и способствуют лучшему плавлению композиции.
Оптические отбеливатели
Действие оптических отбеливателей основано на их способности поглощать ультрафиолетовое излучение в области 300-400 нм, преобразовывая его при этом в видимую часть спектра (400-500 нм), т.е. синий или фиолетовый свет. Отбеливающее действие основано на компенсации недостатка синего излучения в отраженном свете, что приводит к увеличению яркости обработанной поверхности и дает эффект ослепительной белизны.
Перечисленные группы соединений отражают не полную картину применяемых добавок. В предлагаемый обзор не включены такие группы как, вспенивающие агенты, хелаторы, состабилизаторы, пигменты, красители и ряд других.