انواع گریدهای پلی اتیلن

پلی‌اتیلن به عنوان یکی از پرمصرف‌ترین و متنوع‌ترین پلیمرهای ترموپلاستیک در جهان نقشی حیاتی در زندگی روزمره ما ایفا می‌کند. از بسته‌بندی مواد غذایی و ساخت بطری‌های آب گرفته تا لوله‌های انتقال گاز و قطعات خودرو این ماده پلیمری همه‌جا حضور دارد. اما آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چرا یک بطری پلاستیکی انعطاف‌پذیر است در حالی که یک لوله پلاستیکی سخت و مقاوم است؟ راز این تفاوت در انواع گریدهای پلی ‌اتیلن نهفته است.

با توجه به این اهمیت این موضوع در این مقاله به بررسی جامع انواع گریدهای پلی ‌اتیلن ویژگی‌ها کاربردها و تفاوت‌های آن‌ها خواهیم پرداخت تا دریابیم چگونه انتخاب درست پلی‌اتیلن می‌تواند نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت و عملکرد محصولات داشته باشد.

هر گرید از پلی‌اتیلن خواص متفاوتی دارد که باعث می‌شود برای کاربردهای خاصی مناسب باشد. آشنایی با این گریدها به دلایل متعددی مهم است:

• بهبود کیفیت و کارایی محصولات: انتخاب گرید مناسب پلی‌اتیلن مستقیماً بر کیفیت و عملکرد محصول نهایی تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال استفاده از HDPE در ساخت لوله‌های انتقال آب باعث مقاومت بیشتر لوله در برابر فشار و خوردگی می‌شود در حالی که استفاده از LDPE در فیلم‌های بسته‌بندی انعطاف‌پذیری و شفافیت مورد نیاز را فراهم می‌سازد.
• کاهش هزینه‌ها: با شناخت دقیق گریدهای مختلف پلی‌اتیلن می‌توان بهینه‌ترین نوع پلیمر را برای هر کاربرد انتخاب کرد و از هزینه‌های اضافی ناشی از استفاده از مواد نامناسب جلوگیری کرد. در برخی کاربردها که نیاز به استحکام بسیار بالا نیست می‌توان از گرید ارزان‌تر LDPE به جای HDPE استفاده کرد.
• ترکیبات جدید: آشنایی با خواص گوناگون انواع گریدهای پلی اتیلن به مهندسان و طراحان امکان می‌دهد تا با ترکیب مناسب مواد محصولات نوآورانه‌ای با ویژگی‌های منحصربه‌فرد تولید کنند. این امر می‌تواند منجر به توسعه محصولات جدید با کارایی بالاتر و کاربردهای گسترده‌تر شود.
• حفظ محیط زیست: با توجه به اهمیت مسائل زیست‌محیطی انتخاب گرید مناسب پلی‌اتیلن می‌تواند در کاهش اثرات منفی پلاستیک‌ها بر محیط زیست مؤثر باشد.
• افزایش ایمنی: در برخی کاربردها مانند ساخت قطعات خودرو یا تجهیزات پزشکی انتخاب گرید مناسب پلی‌اتیلن می‌تواند ایمنی محصولات را تضمین کند. به عنوان مثال استفاده از HDXLPE در ساخت قطعات خودرو مقاومت بالاتری در برابر ضربه و حرارت ایجاد می‌کند.

خواص پلی‌اتیلن تحت تأثیر عواملی مانند چگالی، شاخه‌دار شدن، وزن مولکولی و میزان بلورینگی قرار دارد. این ویژگی‌ها، استحکام، انعطاف‌پذیری و عملکرد حرارتی را تعیین می‌کنند و درک آن‌ها برای تولیدکنندگان جهت کاربردهای خاص حیاتی است.

چگالی و تأثیر آن بر خواص

چگالی پلی‌اتیلن بر استحکام، سفتی و انعطاف‌پذیری تأثیر می‌گذارد. پلی‌اتیلن سبک (LDPE) نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر است، در حالی که پلی‌اتیلن سنگین (HDPE) استحکام و سفتی بیشتری ارائه می‌دهد. علاوه بر این چگالی بر مقاومت شیمیایی و دوام نیز تأثیرگذار است.

شاخه‌دار شدن زنجیره‌های پلیمری و تأثیر آن

شاخه‌دار شدن بر نحوه اتصال زنجیره‌های پلیمری به یکدیگر تأثیر می‌گذارد. LDPE دارای شاخه‌دار شدن قابل توجهی است که ماده‌ای نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر ایجاد می‌کند. HDPE شاخه‌دار شدن کمی دارد که منجر به زنجیره‌های فشرده می‌شود و استحکام و سفتی بالایی را فراهم می‌کند.

وزن مولکولی

وزن مولکولی به طول زنجیره‌های پلیمری اشاره دارد. پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بالاتر، استحکام و مقاومت بیشتری در برابر ضربه و سایش دارد، اما فرآیندپذیری آن ممکن است دشوارتر باشد. در مقابل پلی‌اتیلن با وزن مولکولی پایین‌تر، فرآیندپذیری آسان‌تری دارد، اما استحکام آن کمتر است.

بلورینگی و اثرات آن

بلورینگی به آرایش منظم زنجیره‌های پلیمری اشاره دارد. بلورینگی بالا، استحکام، سفتی و مقاومت حرارتی را افزایش می‌دهد، اما انعطاف‌پذیری را کاهش می‌دهد. موادی با بلورینگی پایین، مانند LDPE، فراوان‌تر و شفاف‌تر هستند.

آشنایی با گریدهای پلی‌اتیلن نه تنها برای متخصصان صنایع پلاستیک بلکه برای هر فردی که به نوعی با محصولات پلاستیکی سروکار دارد امری ضروری است. در ادامه با جزئیات بیشتری به بررسی انواع گریدهای پلی ‌اتیلن و کاربردهای آن‌ها خواهیم پرداخت.

یکی از رایج‌ترین انواع گریدهای پلی اتیلن، (HDPE) یا پلی اتیلن با چگالی بالا با چگالی بین 0.94 تا 0.96 گرم بر سانتی متر مکعب است. HDPE دارای ساختار زنجیره پلیمری خطی با شاخه‌های جانبی کم است که منجر به بلورینگی و چگالی بالای آن می‌شود.این پلیمر به دلیل استحکام کششی و ضربه‌ای بالا مقاومت شیمیایی عالی و مقاومت خوب در برابر حرارت در تولید محصولاتی مانند بطری‌ها و ظروف پلاستیکی لوله‌های انتقال آب و گاز قطعات خودرو مخازن سوخت اسباب‌بازی‌ها و کیسه‌های خرید به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این گرید از پلی اتیلن به دلیل ساختار شاخه‌دار زنجیره‌های پلیمری دارای انعطاف‌پذیری بالا مقاومت شیمیایی خوب و مقاومت ضربه مناسب است.پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) دارای چگالی بین 0.910 تا 0.940 گرم بر سانتی متر مکعب است. LDPE در تولید فیلم‌های پلاستیکی کیسه‌های خرید بطری‌ها و ظروف پلاستیکی انعطاف‌پذیر روکش سیم و کابل و فیلم‌های کشاورزی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE) دارای ساختاری خطی با شاخه‌های جانبی کوتاه است و چگالی آن در محدوده 0.915 تا 0.925 گرم بر سانتی متر مکعب قرار دارد.پلی اتیلن با چگالی کم از کوپلیمریزاسیون اتیلن با الفین‌های بالاتر مانند بوتن هگزن و اکتن به دست می‌آید. این پلیمر به دلیل انعطاف پذیری بالا مقاومت کششی خوب و مقاومت در برابر ضربه به طور گسترده در تولید فیلم‌های بسته‌بندی کیسه‌های حمل ورق‌های ژئوممبران روکش سیم و کابل و تولید ظروف پلاستیکی استفاده می‌شود.

پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE) با وزن مولکولی بین 3 تا 6 میلیون یک پلیمر مهندسی با خواص استثنایی است. این پلی اتیلن به دلیل مقاومت سایشی بسیار بالا مقاومت شیمیایی عالی و ضریب اصطکاک بسیار پایین در کاربردهای خاصی که نیاز به دوام و استحکام فوق‌العاده است مورد استفاده قرار می‌گیرد.این پلیمر در برابر سایش و ضربه مقاومت فوق العاده ای دارد که آن را برای کاربرد در تسمه های نقاله قطعات مکانیکی و پزشکی ایده آل می سازد. از دیگر ویژگی های برجسته UHMWPE می توان به جذب رطوبت پایین مقاومت در برابر اشعه UV و مواد شیمیایی مختلف و زیست سازگاری آن اشاره کرد.این خواص باعث شده تا UHMWPE در تولید ایمپلنت های پزشکی (مانند پروتز مفاصل) آستر مخازن و قطعات مورد استفاده در صنایع غذایی به کار گرفته شود.

یکی دیگر از انواع گریدهای پلی اتیلن، (ULMWPE) یا پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار پایین است که به عنوان موم پلی اتیلن (PE-WAX) نیز شناخته می‌شود دارای وزن مولکولی کمتر از 10,000 است. این ماده به دلیل وزن مولکولی کم دارای خواص متمایزی از سایر انواع گرید پلی اتیلن است.این پلی اتیلن، به طور کلی به شکل جامد مومی یا پودر است و بیشتر به عنوان افزودنی در صنایع مختلف کاربرد دارد. از ویژگی‌های مهم ULMWPE می‌توان به نقطه ذوب پایین حلالیت در حلال‌های آلی و خاصیت روان کنندگی اشاره کرد.

پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا (HMWPE) دارای وزن مولکولی در محدوده 300,000 تا 1 میلیون است. این گرید از پلی اتیلن خواص مکانیکی و حرارتی بهتری نسبت به گریدهای سبک‌تر دارد.این پلیمر به دلیل استحکام کششی بالا مقاومت در برابر ضربه و سایش خوب و همچنین مقاومت شیمیایی مناسب در تولید محصولاتی مانند لوله‌های صنعتی ورق‌های ژئوممبران مخازن ذخیره سازی مواد شیمیایی و پوشش کابل ها کاربرد فراوانی دارد. مقاومت حرارتی HMWPE نسبت به LDPE بالاتر بوده و در دمای بالاتری نسبت به آن ها به حالت نرمی تغییر شکل می دهند.

پلی اتیلن با چگالی بالا و اتصالات عرضی (HDXLPE) نوعی از پلی اتیلن با چگالی بالا است که با ایجاد اتصالات عرضی بین زنجیره‌های پلیمری خواص فیزیکی و حرارتی آن بهبود یافته است.این فرآیند اتصال عرضی باعث افزایش مقاومت حرارتی مقاومت شیمیایی و استحکام کششی پلیمر می‌شود. HDXLPE به دلیل مقاومت مکانیکی و حرارتی بالای خود در ساخت لوله‌های گرمایش از کف عایق کابل‌ها و سیم‌های برق و قطعات خودرو استفاده می‌شود.فرآیند اتصال عرضی می تواند با استفاده از روش های شیمیایی یا فیزیکی انجام شود. مقاومت سایشی این پلی اتیلین با چگالی بالا نیز از ویژگی های مهم آن است که باعث شده در محیط های صنعتی به کار گرفته شود.

پلی اتیلن با اتصالات عرضی (PEX یا XLPE)  یا متقاطع یک پلیمر ترموپلاستیک است که با ایجاد اتصالات عرضی بین زنجیره‌های پلیمری خواص فیزیکی و حرارتی آن بهبود یافته است. این فرآیند سبب افزایش مقاومت حرارتی مقاومت شیمیایی استحکام کششی و مقاومت خزشی پلیمر می شود.PEX به دلیل مقاومت بالا در برابر دما و فشار انعطاف پذیری خوب و مقاومت شیمیایی در ساخت لوله‌های انتقال آب گرم و سرد سیستم‌های گرمایش از کف و عایق کابل‌های برق کاربرد فراوانی دارد.همچنین PEX در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و طول عمر بالایی دارد که آن را گزینه ای مناسب برای محیط های صنعتی کرده است. اتصال عرضی در PEX به روش های مختلف از جمله پرتو الکترونی پراکسیدها یا سیلان ها انجام می شود.

از دیگر انواع گریدهای پلی اتیلن، پلی اتیلن با چگالی متوسط یا (MDPE) است که دارای چگالی بین 0.926 تا 0.940 گرم بر سانتی متر مکعب است.این گرید از پلی اتیلن خواص بینابینی بین LDPE و HDPE دارد. MDPE به دلیل تعادل مناسب بین استحکام و انعطاف پذیری مقاومت ضربه خوب و مقاومت شیمیایی مناسب در تولید محصولاتی مانند لوله‌های گاز کیسه‌های سنگین فیلم‌های بسته‌بندی و ظروف پلاستیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.فرآیندپذیری مناسب و هزینه کمتر نسبت به HDPE از مزایای MDPE است. MDPE در برابر تنش ترک خوردگی مقاوم است و می تواند در محیط هایی که احتمال ترک خوردگی وجود دارد به کار گرفته شود.

نوع دیگری از انواع گریدهای پلی اتیلن با چگالی پایین، (VLDPE) یا پلی اتیلن با چگالی بسیار کم است که دارای چگالی کمتر از 0.910 گرم بر سانتی متر مکعب است.این گرید از پلی اتیلن به دلیل انعطاف‌پذیری بسیار بالا کشسانی خوب و مقاومت ضربه مناسب در تولید فیلم‌های کششی فیلم‌های بسته‌بندی مواد غذایی فیلم‌های پوشش دهنده و روکش‌های الاستومری به کار می‌رود.VLDPE همچنین به عنوان اصلاح کننده ضربه در ترکیب با سایر پلیمرها استفاده می‌شود. VLDPE دارای خاصیت چسبندگی بالایی است که سبب استفاده از آن در برخی از چسب ها می شود. فرآیند تولید VLDPE به گونه ای است که می توان آن را به صورت سفارشی تولید کرده و خواص آن را بر اساس نیاز تغییر داد.

این نوع پلی اتیلین از طریق کلردار کردن پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) یا پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) به دست می‌آید.کلردار کردن پلی اتیلن باعث بهبود خواص آن از جمله مقاومت حرارتی مقاومت شیمیایی مقاومت در برابر شعله و انعطاف پذیری می شود.CPE به عنوان یک پلیمر اصلاح کننده در تولید مواد اولیه PVC قطعات خودرو روکش کابل‌ها شلنگ‌ها و محصولات لاستیکی به طور گسترده کاربرد دارد. همچنین CPE می تواند به عنوان یک افزودنی در چسب ها و درزگیرها به کار برود.

این نوع از پلمیر با استفاده از کاتالیزورهای متالوسن تولید می شود. این کاتالیزورها امکان تولید پلی اتیلن با توزیع وزن مولکولی باریک‌تر و یکنواختی بیشتر را فراهم می‌کنند.MPE در مقایسه با پلی اتیلن های سنتی خواص مکانیکی و اپتیکی بهتری دارد. این پلیمر به دلیل استحکام کششی بالا مقاومت پارگی خوب شفافیت عالی و خواص سد کنندگی مناسب در تولید فیلم های بسته بندی مواد غذایی فیلم های کششی فیلم های کشاورزی و ظروف پلاستیکی شفاف به طور گسترده استفاده می شود.

انتخاب گرید مناسب پلی‌اتیلن بستگی به نیازهای خاص کاربرد مورد نظر شما دارد. هنگام انتخاب، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• انعطاف‌پذیری در برابر استحکام/سختی: اگر به ماده‌ای انعطاف‌پذیر نیاز دارید، LDPE و VLDPE گزینه‌های مناسبی هستند. در مقابل، HDPE و UHMWPE استحکام و سختی بیشتری ارائه می‌دهند.
• مقاومت در برابر مواد شیمیایی: برای کاربردهایی که در معرض مواد شیمیایی قرار دارند، HDPE و PEX انتخاب‌های بسیار خوبی هستند.
• ماندگاری و دوام: UHMWPE و HMWPE مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر سایش و ضربه دارند و برای کاربردهایی که دوام بالایی مورد نیاز است، مناسبند.
• عملکرد در دماهای بالا: اگر کاربرد شما در دماهای بالا است، PEX و HDXLPE گزینه‌های مناسبی خواهند بود.