از ظروف پلاستیکی، بطریها، کیسهها گرفته تا اسباب بازیهای پلاستیکی. به هر کجا که نگاه کنیم محصولات پلاستیکی زیادی میبینیم که از پلی اتیلن ساخته شده است. پلی اتیلن یکی از محبوبترین مواد گرمانرم است که امروزه در دسترس است و در بسیاری از صنایع برای ساخت و تولید محصولات متنوع مورد استفاده قرار میگیرد. اما ، پلی اتیلن چیست؟ از چه چیزی ساخته شده است؟ چگونه پلی اتیلن را پردازش کنیم؟
پلی اتیلن یک ترموپلاستیک سبک وزن و بادوام با ساختار متغیر کریستالی است. این ماده یکی از پلاستیکهای پرمصرف در جهان است (به طوری که سالانه دهها میلیون تن از این ماده در سراسر جهان تولید میشود). از پلی اتیلن در مصارف مختلف برای فیلمها، لولهها، قطعات پلاستیکی و … در صنایع مختلف (بستهبندی، خودرو، برق و غیره) استفاده میشود. پلی اتیلن از پلیمریزاسیون مونومر اتیلن (یا اتن) ساخته میشود. فرمول شیمیایی پلی اتیلن(C2H4) است.
پلی اتیلن با افزودن یا پلیمریزاسیون رادیکال مونومرهای اتیلن (الفین) ساخته میشود. (فرمول شیمیایی اتن – C2H4). برای انجام پلیمریزاسیون پلی اتیلن از کاتالیزورهای زیگلر-ناتا و متالوسن استفاده میشود.
پلی اتیلن از خانواده پلیمرهای پلی الفین است و بر اساس تراکم و شاخه طبقه بندی میشود. متداولترین انواع پلی اتیلن عبارتند از:
پلی اتیلنهای شاخهای که به دو دسته زیر تقسیمبندی میشوند:
پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)
پلی اتیلن خطی با چگالی کم (LLDPE)
پلی اتیلنهای خطی خود به دو دسته مختلف تقسیمبندی میشوند:
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)
پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE)
پلی اتیلن متقاطع (PEX یا XLPE)
علاوه بر دستهبندی ذکر شده در بالا، پلی اتیلن در انواع دیگر نیز موجود است مانند:
پلی اتیلن با چگالی متوسط (MDPE)
پلی اتیلن با چگالی بسیار کم (VLDPE)
پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا (HMWPE)
پلی اتیلن فوق العاده کم وزن مولکولی (ULMWPE)
پلی اتیلن کلردار (CPE)
پلی اتیلن سبک یا پلی اتیلن با چگالی کم یا LDPE مخفف Low Density Poly Ethelene، یک پلیمر نیمه سخت و نیمه شفاف است. این نوع پلی ایتیلن در مقایسه با HDPE، دارای درجه بالاتری از شاخههای زنجیرهای جانبی کوتاه و بلند است. پلی اتسلن سبک در فشار بالا در بازه ۱۰۰۰-۳۰۰۰ بار و در بازه دمایی ۸۰-۳۰۰ درجه سانتیگراد از طریق فرآیند پلیمریزاسیون رادیکال آزاد تولید می شود. LDPE از ۴۰۰۰ تا ۴۰،۰۰۰ اتم کربن تشکیل شده است که دارای شاخههای کوتاه زیادی است.
دو فرآیند اساسی که برای تولید پلی اتیلن با چگالی کم استفاده می شود:
مسیرهای اتوکلاو یا لوله ای همزن.
راکتور لولهای. که این روش به دلیل سرعت بالای تبدیل اتیلن، نسبت به مسیر اتوکلاو اولویت پیدا کرده است.
انواع پلی اتیلن
HDPE
LDPE
پلی اتیلن چگونه ساخته می شود
LLDPE
UHMWPE
PEX یا LXPE
مقایسه انواع پلی اتیلن ها
فرایند شکل دهی پلی اتیلن
پلی اتیلن
پلی اتیلن یکی از انواع پلیمرهای رایج است که سبک، مقاوم با ساختارهای کریستالی متفاوت است اما به صورت کلی نیمه بلوری می باشد. یکی از پرمصرف ترین پلاستیک ها در دنیا می باشد و در کاربردهای مختلفی نظیر فیلم ها، شیلنگ، لوله و … کاربرد دارد.
در مقاله زیر در رابطه با انواع پلی اتیلن و کاربردهای آنها، خواص و ویژگی هریک از آن ها مانند پلی اتیلن سبک و سنگین و شبکه ای، شرایط فرایندی پلی اتیلن مانند دمای تزریق و… صحبت خواهیم کرد.
پلی اتیلن از پلیمریزاسیون مونومر اتیلن ساخته می شود و ساختار آن به شکل زیر است:
ساختار پلی اتیلن PE
انواع پلی اتیلن:
پلی اتیلن بر اساس دانسیته و ساختار خطی آن دسته بندی می شود. مهمترین انواع پلی اتیلن عبارتند از:
پلی اتیلن های شاخه دار: LDPE (پلی اتیلن سبک یا دانسیته پایین) و LLDPE (پلی اتیلن سبک خطی)
پلی اتیلن های خطی: HDPE (پلی اتیلن سنگین یا دانسیته بالا) و UHMWPE (پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا)
پلی اتیلن شبکه ای: PEX یا LXPE
در بعضی مواقع پلی اتیلن به دسته های دیگری مانند MDPE (پلی اتیلن با دانسیته متوسط)، VLDPE(پلی اتیلن با دانسیته بسیار پایین) نیز تقسیم بندی می شود.
پلی اتیلن سنگین HDPE
پلی اتیلن سنگین یک ترموپلاستیک مقرون به صرفه با ساختار خطی و درجه شاخه ای پایین می باشد. دمای پلیمریزاسیون آن پایین و حدود 300 درجه می باشد. همچنین فشار راکتور پلیمریزاسیون نیز فشار پایینی می باشد (حدود 80 بار). HDPE با دو روش پلیمریزاسیون دوغابی و فاز گازی تولید می شود. این پلی اتیلن انعطاف پذیر، نیمه شفاف، مقاوم به شرایط آب و هوایی و دارای سختی مناسب در دمای خیلی پایین می باشد.
خواص پلی اتیلن سنگین HDPE:
نقطه ذوب 140-120 درجه سانتی گراد
دانسیته یا چگالی 0/970-0/940 گرم بر سانتیمتر مکعب
مقاومت عالی به اکثر حلال های شیمیایی
مقاومت خیلی خوب به الکل ها
مقاومت متوسط به روغن و گریس
مقاومت ضعیف به هیدروکربن ها
استحکام کششی بالاتر نسبت به سایر انواع پلی اتیلن
فرایند پذیری مناسب
خواص عایق الکتریکی عالی
جذب آب بسیار کم
قابلیت تطابق با قوانین غذا دارو و بهداشتی
عیب های پلی اتیلن سنگین HDPE:
مستعد به ترک خوردگی
سفتی کم تر از پلی پروپیلن
شرینکیج در قالب بالا
مقاومت به UV ضعیف
مقاومت به حرارت پایین
کاربردهای پلی اتیلن سنگین HDPE
صنایع بسته بندی: پلی اتیلن سنگین HDPE در بسته بندی شامل جعبه ها، سینی، بطری های شیر و آب میوه، بشکه ها به دلیل مقاومت به ضربه بالا کاربرد دارند.
کاربرد hdpe در بسته بندی
کالاهای مصرفی: به علت قیمت نسبتا پایین و فرایند پذیری آسان، پلی اتیلن سنگین ماده پر مصرفی در کالای مصرفی روزمره مانند جعبه یخ، اسباب بازی، لوازم خانگی، کیسه زباله و… می باشد.
الیاف و منسوجات: نظر به استحکم کششی بالا، HDPE کاربرد زیادی در ساخت طناب، تور ماهیگیری، تور مربوط به کارکردهای کشاورزی، الیاف های صنعتی و یا حتی تزیینی و … کاربرد دارند.
لوله و اتصالات: پلی اتیلن سنگین با توجه خواص گفته شده و چقرمگی بالا، یکی از پرمصرف ترین ماده در تولید لوله و اتصالات پلاستیکی می باشد.
سایر کاربردها: کابل ها، منهل ها و مخازن پلاستیکی، صنایع خودروسازی، مخزن های سوخت و …
کاربردهای پلی اتیلن سنگین hdpe
پلی اتیلن سبک LDPE
پلی اتیلن سبک یک پلیمر نیمه سخت و نیمه شفاف است. در مقایسه با HDPE شاخه های جانبی بیشتری دارد. فشار راکتور تولید آن بالا می باشد (3000 بار) و توسط فرایند رادیکال آزاد تولید می شود. دو تکنیک برای تولید LDPE استفاده می شود: اتوکلاو یا راکتور لوله ای
خواص پلی اتیلن سبک:
نقطه ذوب 115 – 105 درجه سانتی گراد
دانسیته 0/940- 0/910 گرم بر سانتیمتر مکعب
مقاومت خوب به الکل و اسید ها
مقاومت محدود به هیدروکربن های آلیفاتیک و آروماتیک، روغن های معدنی
مقاومت دمایی تا 80 درجه (تا 95 درجه برای مدت زمان کوتاه)
فرایند پذیری خوب
مقاومت به ضربه بالا در دماهای پایین
مقاومت خوب به شرایط آب و هوایی
خواص عایق الکتریکی عالی
جذب آب بسیار پایین
در فرم فیلم نازک، شفاف می باشد
معایب پلی اتیلن سبک LDPE:
مستعد به ترک خوردگی
استحکام پایین، سفتی پایین
نفوذ گاز بالا
نفوذ کربن دی اکسید دارد
مقاومت به UV پایین
قابلیت اشتعال بالا
کاربردهای پلی اتیلن سبک LDPE
از پلی اتیلن سبک بیش تر در ساخت ظروف، بعضی بطری ها، کیسه های پلاستیکی و تجهیزات آزمایشگاهی مختلف استفاده می شود. مهم ترین کاربرد LDPE در کیسه های پلاستیکی است.
بسته بندی: به دلیل قیمت نسبتا پایین و انعطاف پذیری خوب، LDPE در بسته بندی بطری های دارویی و بطری های فشاری (SQUEEZE BOTTLE)، درب ها، کیسه ها، فیلم های پلاستیک بسته بندی مواد غذایی و … استفاده می شود.
لوله و اتصال: در بعضی انواع لوله و اتصالات از پلی اتیلن سبک استفاده می شود.
کاربرد پلی اتیلن سبک ldpe
پلی اتیلن سبک خطی LLDPE
پلی اتیلن سبک خطی، پلیمری است که از پلیمریزاسیون اتیلن با مونومر 1- بوتن و مقادیر پایین 1- هگزن و 1-اوکتن، با استفاده از کاتالیست زیگلر ناتا و متالوسن استفاده می شود و از لحاظ ساختاری شبیه LDPE می باشد.
ساختار LLDPE یک زنجیره اصلی خطی با شاخه های غیر یکسان بسیار کوتاه می باشد.
خواص پلی اتیلن سبک خطی LLDPE:
انعطاف پذیری بالا با ضربه بالا
رنگ شیری و شفاف
مقاومت عالی به بافرهای قوی و ضعیف
مقاومت شیمیایی خوب
مقاومت به نفوذ بخار آب خوب
مقاومت به ضربه خوب
مقاومت به ترک خوردگی خوب
کاربرد LLDPE:
مناسب برای کاربردهای فیلم های مختلف مانند استرچ، فیلم های کشاورزی و بسته بندی می باشند. فیلم های پلی اتیلن بدون خاکستر و باقی مانده در کربن دی اکسید می سوزند. فیلم های پلی اتیلن فاقد نرم کننده و فلزات سنگین هستند. از نظر فیزیولوژیکی بی خطر هستند. بدون بو و آلودگی می باشند.
پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا UHMWPE
پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا، وزن مولکولی تقریبا 10 برابر بیش تر از پلی اتیلن سنگین HDPE دارند. توسط کاتالیست متالوسنی ساخته می شود.
UHMWPE خواص مکانیکی عالی دارد، مانند مقاومت سایشی بالا، مقاومت ضربه بالا و ضریب اصطکاک پایین
پلیمری است تقریبا بی اثر و به همین دلیل در محیط هایی با خورندگی بالا در دماهای متوسط استفاده می شود. حتی در دماهای بالا به طیف وسیعی از حلال ها مقاوم است ( به استثای هیدروکربن های آروماتیک و هالوژنه، مواد اکسید کننده قوی ماننده اسید نیتریک)
این خواص عالی باعث می شود UHMWPE در کاربردهایی با کارایی بالا مورد استفاده قرار گیرد. مانند لوله ها، آستر ها، سیلو ها و ظروف یا تجهیزاتی که نیاز به مقاومت در برابر سایش بالا دارند.
پلی اتیلن شبکه ای PEX یا XLPE
پلی اتیلن سنگین شبکه ای شده PEX یا XLPE نوعی از پلی اتیلن است که توسط های روش های موجود با پیوند های عرضی ایجاد شده شبکه ای شده برای کارکردهای حساس طراحی شده اند.
رایج ترین روش تولید پلی اتیلن شبکه ای PEX، واکنش پلی اتیلن با پراکسید ها تحت فشار است که سبب تولید رادیکال آزاد می شود. این رادیکال آزاد های تولید شده سبب ایجاد پیوند های عرضی در پلی اتیلن می شود. از این نوع پلی اتیلن در تولید لوله های چند لایه (PEX-AL-PEX) که دارای مقاومت بالا به گرما می باشند و همچنین ساخت کابل های عایق الکتریسیته استفاده می شوند. معمولا به پلی اتیلن شبکه ای که در صنعت سیم و کابل استفاده می شود، XLPE گویند.
سوالی که در اینجا مطرح است این است که هنگامی که پلی اتیلن شبکه ای شود (دارای درصد ژل بالا) عملا به علت ساختار شبکه موجود ایجاد شده در آن، ذوب نشده و فرایند آن غیر ممکن خواهد بود. چگونه از این مواد در ساخت لوله و یا کابل استفاده می شود؟
برای حل این مشکل باید عمل شبکه ای شدن یا ایجاد پیوند های عرضی پس از شکل دهی انجام گیرد. روش معمول استفاده از کاتالیست می باشد. بدین صورت که معمولا پلی اتیلن را توسط یکسری واکنش های شیمیایی آماده واکنش با کاتالیست مخصوص به خود می کنند. این مواد با ترکیب درصد سازنده (معمولا 95 درصد پلی اتیلن اماده شده و 5 درصد کاتالیست) مخلوط کرده و وارد اکسترودر می کنند تا شکل دهی انجام شود. پس از اینکه لوله و یا محصول از اکسترودر خارج شد حالا به دلیل وجود کاتالیست باید عمل پخت و شبکه ای شدن کامل گردد. این عمل در حضور رطوبت و بخار آب انجام خواهد شد. برای این کار نیز دو روش مرسوم وجود دارد، اول قرارگیری در معرض هوای عادی و استفاده از رطوبت موجود در هوا (زمان بر می باشد) که اکثر تولید کنندگان لوله PEX-Al-PEX از این روش استفاده می کنند. دوم استفاده از اتاق بخار که اکثر تولیدکنندگان کابل از این روش ها استفاده می کنند.
ویژگی های پلی اتیلن شبکه ای PEX
مقاومت دمای بالا و پایین خوب
مقاومت به هیدرولیز
خواص الکتریکی و عایقی بالا
مقاومت سایش بالا
بدون اثر بر آب آشامیدنی
سرعت اکستروژن بالا
استحکام مکانیکی مناسب
رایند شکل دهی پلی اتیلن
انواع فرایند های شکل دهی پلاستیک ها مفصلا در بخش تکنولوژی شکل دهی توضیح داده شده است.
پلی اتیلن را نیز می توان به روش های مختلف نظیر قالب گیری تزریقی، قالب گیری دمشی، اکستروژن، قالب گیری دورانی و … شکل دهی کرد.
رایج ترین فرایند شکل دهی پلی اتیلن سبک LDPE اکستروژن است. البته که LDPE را می توان به روش های تزریق و دورانی نیز شکل دهی کرد.
پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا UHMWPE با روش قالب گیری فشاری، رام اکستروژن و… فرایند می شود. و نمی توان آن را با روش هایی مانند تزریق، اکستروژن معمولی یا دمشی فرایند کرد زیرا حتی در دماهای بالاتر از نقطه ذوب خود نیز جریان پیدا نمی کند و جاری نمی شود.
© تمامی حقوق برای شرکت پترو بامداد آذران محفوظ است.