Секреты полиэтилена

Невинным выражением «обычный полиэтилен» материаловеда можно и обидеть.
Самый популярный в мире пластик, которого только в России за год производят более 1,5 млн тонн, далеко не так обычен.
Этот полимер используется для продуктовых пакетов и суставных протезов, износостойкой облицовки и сверхпрочных корабельных тросов.

Любой полиэтилен – это полимер, состоящий из звеньев этилена (C2H4, молекулярная масса 28 Да).
Впервые его синтезировали еще в 1936 году, при высокой температуре и давлении получив цепи массой от 20 тыс. до 500 тыс., с длинными ответвлениями.
Такой полиэтилен высокого давления (ПЭВД) до сих пор остается самым распространенным, хотя, используя специальные катализаторы, получают и линейный ПЭВД с более короткими боковыми цепями.

Сверху вниз: 1) полиэтилен низкого давления со слаборазветвленной цепью; 2) линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД) со множеством коротких ответвлений; 3) полиэтилен высокого давления с высокоразветвленной цепью

А с 1954 года полимер производят при довольно умеренных условиях: полиэтилен низкого давления с массой от 80 тыс. до 800 тыс. отличается повышенной прочностью и температурой размягчения. Наконец, применяя комплексные металлоорганические катализаторы, синтезируют сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) массой уже в миллионы дальтон.


Сверхвысокомолекулярный полиэтилен, укрепленный химическими сшивками, отличается прочностью, низким коэффициентом трения и высокой биосовместимостью. Это позволяет использовать его даже для суставных протезов.

Цепочки СВМПЭ так длинны и запутанны, что в расплавленном состоянии полимер будет очень вязким, отдаленно напоминая резину. Его обработка требует особых методов, зато позволяет получать продукты исключительных свойств. Это как нитки в клубке: короткие легко выдернуть, не порвав, а длинные спутываются и друг с другом, и сами с собой, растащить их намного сложнее. То же и с полиэтиленом: чем длиннее молекулярные цепи, тем больше будет между ними «зацеплений». Эти физические сшивки делают СВМПЭ химически инертным и биосовместимым, что позволяет применять его в медицинских протезах. Низкий коэффициент трения сравним с тефлоном, и износостойкими СВМПЭ-покрытиями можно улучшить работу подшипников.

Если же ориентировать цепочки СВМПЭ в каком-нибудь общем направлении, такой полимер станет невероятно прочным: единичное волокно диаметром тоньше человеческого волоса (20–60 мкм) выдержит нагрузку около 1 кг. В пересчете на единицу массы прочность канатов, изготовленных из волокон СВМПЭ, будет гораздо выше, чем у стальных. При этом плотность материала останется меньше, чем у воды: такие тросы не тонут и не размокают.
via ПМ