Metody i odmiany syntezy polietylenu
(1) Polietylen o niskiej gęstości (LDPE)
Po dodaniu śladowych ilości tlenu lub nadtlenków jako inicjatorów do czystego etylenu, sprężeniu do około 202,6 kPa i ogrzaniu do około 200°C, etylen polimeryzuje do białego, woskowatego polietylenu. Metodę tę powszechnie nazywa się procesem wysokociśnieniowym ze względu na warunki pracy. Powstały polietylen ma gęstość 0,915–0,930 g/cm³ i masę cząsteczkową od 15 000 do 40 000. Jego struktura cząsteczkowa jest silnie rozgałęziona i luźna, przypominając strukturę „drzewiastą”, co tłumaczy jego niską gęstość, stąd nazwa polietylen niskiej gęstości.
(2) Polietylen średniej gęstości (MDPE)
Proces średniociśnieniowy polega na polimeryzacji etylenu w ciśnieniu 30–100 atmosfer z użyciem katalizatorów z tlenków metali. Powstały polietylen ma gęstość 0,931–0,940 g/cm³. MDPE można również wytwarzać poprzez mieszanie polietylenu o wysokiej gęstości (HDPE) z LDPE lub poprzez kopolimeryzację etylenu z komonomerami, takimi jak buten, octan winylu lub akrylany.
(3) Polietylen o wysokiej gęstości (HDPE)
W normalnych warunkach temperatury i ciśnienia etylen jest polimeryzowany przy użyciu wysoce wydajnych katalizatorów koordynacyjnych (związków metaloorganicznych składających się z alkiloglinu i czterochlorku tytanu). Dzięki wysokiej aktywności katalitycznej reakcja polimeryzacji może przebiegać szybko przy niskim ciśnieniu (0–10 atm) i niskiej temperaturze (60–75°C), stąd nazwa proces niskociśnieniowy. Powstały polietylen ma nierozgałęzioną, liniową strukturę cząsteczkową, co przyczynia się do jego wysokiej gęstości (0,941–0,965 g/cm³). W porównaniu z LDPE, HDPE charakteryzuje się lepszą odpornością na ciepło, właściwościami mechanicznymi i odpornością na pękanie naprężeniowe pod wpływem środowiska.
Właściwości polietylenu
Polietylen to mlecznobiałe, woskowate, półprzezroczyste tworzywo sztuczne, dzięki czemu doskonale nadaje się jako materiał izolacyjny i osłonowy do przewodów i kabli. Jego główne zalety to:
(1) Doskonałe właściwości elektryczne: wysoka rezystancja izolacji i wytrzymałość dielektryczna; niska przenikalność elektryczna (ε) i tangens strat dielektrycznych (tanδ) w szerokim zakresie częstotliwości, przy minimalnej zależności od częstotliwości, co czyni go niemal idealnym dielektrykiem do kabli komunikacyjnych.
(2) Dobre właściwości mechaniczne: elastyczny, a jednocześnie wytrzymały, z dobrą odpornością na odkształcenia.
(3) Wysoka odporność na starzenie cieplne, kruchość w niskich temperaturach i stabilność chemiczna.
(4) Doskonała wodoodporność przy niskim wchłanianiu wilgoci; rezystancja izolacji na ogół nie zmniejsza się po zanurzeniu w wodzie.
(5) Jako materiał niepolarny wykazuje wysoką przepuszczalność gazów, przy czym LDPE ma najwyższą przepuszczalność gazów wśród tworzyw sztucznych.
(6) Niska gęstość właściwa, wszystkie poniżej 1. LDPE wyróżnia się szczególnie gęstością ok. 0,92 g/cm³, podczas gdy HDPE, pomimo wyższej gęstości, wynosi zaledwie ok. 0,94 g/cm³.
(7) Dobre właściwości przetwórcze: łatwe topienie i plastyfikowanie bez rozkładu, łatwe schładzanie do uzyskania odpowiedniego kształtu oraz możliwość precyzyjnej kontroli geometrii i wymiarów produktu.
(8) Kable wykonane z polietylenu są lekkie, łatwe w montażu i proste w zakańczaniu. Polietylen ma jednak również kilka wad: niską temperaturę mięknienia; łatwopalność, wydzielającą zapach przypominający parafinę podczas spalania; słabą odporność na pękanie naprężeniowe i pełzanie. Należy zachować szczególną ostrożność podczas stosowania polietylenu jako izolacji lub osłony kabli podmorskich lub kabli instalowanych w stromych, pionowych spadkach.
Tworzywa polietylenowe do przewodów i kabli
(1) Izolacja uniwersalna z tworzywa polietylenowego
Składa się wyłącznie z żywicy polietylenowej i przeciwutleniaczy.
(2) Odporny na warunki atmosferyczne polietylen
Składa się głównie z żywicy polietylenowej, przeciwutleniaczy i sadzy. Odporność na warunki atmosferyczne zależy od wielkości cząstek, zawartości i dyspersji sadzy.
(3) Tworzywo polietylenowe odporne na pękanie pod wpływem naprężeń środowiskowych
Wykorzystuje polietylen o wskaźniku płynięcia poniżej 0,3 i wąskim rozkładzie masy cząsteczkowej. Polietylen można również usieciować poprzez napromieniowanie lub metody chemiczne.
(4) Izolacja wysokonapięciowa z tworzywa polietylenowego
Izolacja kabli wysokiego napięcia wymaga zastosowania ultraczystego tworzywa polietylenowego, uzupełnionego stabilizatorami napięcia i specjalistycznymi wytłaczarkami, które zapobiegają tworzeniu się pustych przestrzeni, ograniczają wyładowania żywicy oraz poprawiają odporność na łuk elektryczny, odporność na erozję elektryczną i odporność na wyładowania koronowe.
(5) Półprzewodzący plastik polietylenowy
Powstaje w wyniku dodania przewodzącej sadzy do polietylenu, zazwyczaj przy użyciu drobnej sadzy o dużej strukturze.
(6) Termoplastyczna, niskodymna, bezhalogenowa (LSZH) mieszanka kablowa z poliolefiny
Materiałem bazowym tego związku jest żywica polietylenowa, do której dodawane są wysokowydajne bezhalogenowe środki zmniejszające palność, środki przeciwdymowe, stabilizatory termiczne, środki przeciwgrzybicze i barwniki, przetwarzane poprzez mieszanie, uplastycznianie i peletyzację.
Polietylen usieciowany (XLPE)
Pod wpływem promieniowania wysokoenergetycznego lub czynników sieciujących, liniowa struktura molekularna polietylenu przekształca się w strukturę trójwymiarową (sieciową), przekształcając materiał termoplastyczny w materiał termoutwardzalny. W przypadku zastosowania jako izolacja,XLPEWytrzymują ciągłe temperatury pracy do 90°C i temperatury zwarcia 170–250°C. Metody sieciowania obejmują sieciowanie fizyczne i chemiczne. Sieciowanie radiacyjne jest metodą fizyczną, natomiast najpopularniejszym środkiem sieciującym jest DCP (nadtlenek dikumylu).
Czas publikacji: 10 kwietnia 2025 r.