Аэрополимерные материалы из СВМПЭ

Аэрополимерные материалы из СВМПЭ — сверхлёгкие высокопористые материалы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, в которых полимер занимает лишь малую долю объёма, а остальное — сообщающиеся поры, заполненные воздухом. По строению они близки к аэрогелям: низкая плотность и низкая теплопроводность. Но в отличие от хрупких кремнезёмных аэрогелей каркас из СВМПЭ гибкий и не крошится, а сам полимер гидрофобен и не впитывает воду. Такие материалы применяют для теплоизоляции, сорбции нефтепродуктов и звукопоглощения.

Заявки на аэрополимерные материалы из СВМПЭ принимаем на 5052082@mail.ru.

Что такое аэроматериалы и при чём здесь СВМПЭ

Аэрогелем называют твёрдое тело с очень высокой пористостью, полученное из геля заменой жидкости на газ без разрушения каркаса. Классические аэрогели делают из диоксида кремния: они рекордно плохо проводят тепло, но хрупки и пылят.

СВМПЭ — полиэтилен с молекулярной массой в миллионы г/моль. Очень длинные цепи дают прочность, ударную вязкость и износостойкость, которые сохраняются на морозе. Поэтому из СВМПЭ можно построить гибкий пористый каркас, который не рассыпается при изгибе. Подробно о самом полимере — в статье «СВМПЭ (PE-UHMW) — сверхвысокомолекулярный полиэтилен».

Как получают высокопористые материалы из СВМПЭ

Аэрогели из раствора

СВМПЭ растворяют при нагреве (около 130 °C) в углеводородном растворителе. При охлаждении раствор превращается в гель с сеткой из кристаллизующихся цепей. Растворитель удаляют так, чтобы каркас не схлопнулся, — экстракцией сверхкритическим диоксидом углерода. Получаются монолиты и листы пористостью 90 % и выше; в опытах достигнута плотность 0,02–0,05 г/см³ при пористости 96–98 %. Каркас высококристаллический (около 80 %), поры в основном крупные (макропоры).

Каркас из микро- и нановолокон

Второй путь — сначала получить из СВМПЭ микро- и нановолокна, сформировать из них объёмный слой и скрепить волокна в местах контакта, а временный (жертвенный) материал, державший форму, затем удалить. Так получают листовые материалы с упругим каркасом из волокон; сверхкритическая сушка для этого не нужна.

Какой вариант выбрать

• Для максимальной лёгкости и наименьшей теплопроводности — аэрогели из раствора.
• Для крупноформатных листов, которые режут, гнут и крепят механически, — материалы с волокнистым каркасом.

Пористость и плотность

Пористость считают по плотности материала и плотности самого СВМПЭ (0,93–0,94 г/см³):

Плотность материала, г/см³	Пористость, %
0,02	около 98
0,05	около 95
0,10	около 89
0,15	около 84
0,20	около 79

Чем выше пористость, тем меньше масса и, как правило, теплопроводность, но ниже прочность на сжатие. Плотность выбирают под задачу.

Теплоизоляционные свойства

Теплопроводность пористого материала ограничена снизу теплопроводностью воздуха в порах — около 0,026 Вт/(м·К) при 20 °C. Опуститься заметно ниже этого уровня могут только материалы с порами в десятки нанометров, где молекулам газа «тесно»: так работают кремнезёмные аэрогели (около 0,015–0,03 Вт/(м·К)). У аэрополимеров из СВМПЭ поры в основном крупнее, поэтому их теплопроводность выше, чем у кремнезёмных аэрогелей, и её значение берут из паспорта конкретного материала. Преимущества же — в другом:

• материал гидрофобен и не впитывает воду;
• каркас гибкий и не крошится, не пылит, выдерживает вибрацию;
• СВМПЭ сохраняет ударную вязкость на морозе — материал пригоден для низкотемпературной изоляции.

Ограничение: СВМПЭ — горючий полимер, плавится около 133–135 °C, а длительная рабочая температура марок по паспортам — около 80–90 °C. Для высокотемпературной изоляции и мест с требованиями негорючести материал не годится.

Сорбция нефтепродуктов

Гидрофобная пористая структура впитывает нефть, масла и топливо, но не воду. В опытах аэрогель из СВМПЭ поглощал масло в количестве, равном собственной массе, менее чем за минуту. На этом основаны сорбирующие маты для сбора разливов нефтепродуктов с поверхности воды.

Где применяют аэрополимерные материалы из СВМПЭ

• теплоизоляция для низких температур и влажных условий, тонкие утеплители;
• сорбенты для сбора нефтепродуктов;
• звукопоглощающие и виброгасящие вставки;
• тепловая защита приборов и электроники, работающих при умеренных температурах.

Формы поставки и что указать в заявке

• лист, пластина, мат, рулон или изделие по чертежу;
• размеры и толщина;
• требуемая плотность или пористость, теплопроводность при рабочей температуре;
• условия работы: температура, влажность, контакт с нефтепродуктами, нагрузки;
• количество.

Вопросы и ответы

Чем аэрополимер из СВМПЭ отличается от кремнезёмного аэрогеля?

Кремнезёмный аэрогель лучше изолирует и не горит, но хрупок и пылит. Аэрополимер из СВМПЭ гибкий, гидрофобный и не крошится, но работает только при умеренных температурах.

До какой температуры можно применять материал?

Длительно — до 80–90 °C (по паспортам марок СВМПЭ); плавится полимер около 133–135 °C. На холоде СВМПЭ не становится хрупким, поэтому материал применяют и для низкотемпературной изоляции.

Впитывает ли материал воду?

Нет. Полиэтилен гидрофобен, поэтому пористая структура заполняется нефтепродуктами и маслами, а вода в неё без давления не входит.

Можно ли резать и склеивать листы?

Листы режут ножом и пилой. Поверхность полиэтилена плохо склеивается, поэтому под клей её активируют; способ крепления согласуют в заявке.

Заказать аэрополимерные материалы из СВМПЭ

Поставляем высокопористые листовые материалы из СВМПЭ и изделия из них по техническому заданию. Пришлите задачу на 5052082@mail.ru — подберём плотность и толщину и сообщим сроки.