پلی اتیلن چیست و چه کاربردی دارد؟

پلی اتیلن یکی از پرکاربردترین و محبوب ترین مواد پلیمری در جهان است که سالانه بیش از ۹۰ میلیون تن تولید می شود. این ماده در زندگی روزمره ما حضور پررنگی دارد. در روند تولید کیسه های خرید، لوله های آب، ظروف پلاستیکی و حتی تجهیزات پزشکی از این ماده استفاده می شود.

هدف ما در این مقاله از سه ستاره سمنان (مرکز فروش لوله برق یو پی وی سی) این است که انواع آن، ویژگی هایش و دامنه گسترده استفاده از آن در صنعت را به شما معرفی کنیم. شناخت پلی اتیلن به شما کمک کند تا درک بهتری از این ماده همه کاره داشته باشید.

پلی اتیلن چیست؟

پلی اتیلن که به اختصار PE نامیده می شود، نوعی پلیمر است که از اتصال زنجیری مولکول های اتیلن به یکدیگر ساخته می شود. این ماده از خانواده پلیمرهای ترموپلاستیکی است، به این معنی که با گرما نرم شده و با سرد شدن دوباره سخت می شود.

پلی اتیلن یک ماده پلیمری است که از واحدهای منفرد اتیلن تشکیل شده است. اتیلن ها به صورت زنجیره ای به دنبال هم قرار گرفته و مولکول بزرگ پلیمری را تشکیل داده اند. ماده اولیه پلی اتیلن از نفت خام و گاز طبیعی به دست می آید.

این ماده در سال ۱۹۳۳ توسط دو شیمیدان انگلیسی به نام های رجینالد گیبسون و اریک فاست به طور تصادفی کشف شد. از آن زمان تاکنون، این ماده به یکی از ضروری ترین مواد اولیه در صنایع مختلف تبدیل شده است.

فرمول شیمیایی پلی اتیلن

فرمول شیمیایی پلی اتیلن (C2H4)n است که در آن n نشان دهنده تعداد واحدهای تکراری اتیلن است. اتیلن خود یک هیدروکربن اشباع شده با فرمول شیمیایی C2H4 است.

ساختار مولکولی پلی اتیلن بسیار ساده است. یک زنجیر طولانی از اتم های کربن که دو اتم هیدروژن به هر اتم کربن متصل است. این ساختار ساده همان چیزی است که پلی اتیلن را به یکی از پرکاربردترین پلاستیک ها تبدیل کرده است.

هنگام پلیمریزاسیون، یکی از پیوندهای دوگانه بین دو کربن در مولکول اتیلن شکسته می شود و اتیلن ها به صورت زنجیره ای به یکدیگر متصل می شوند. این فرآیند با استفاده از کاتالیزورهای خاص مانند زیگلر-ناتا و متالوسن انجام می شود.

خواص پلی اتیلن

پلی اتیلن خواص مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و الکتریکی منحصر به فردی دارد که آن را برای کاربردهای متنوع مناسب می کند:

خواص مکانیکی پلی اتیلن

• سبک وزن: وزن کم پلی اتیلن باعث می شود حمل و نقل و نصب آن بسیار آسان باشد
• انعطاف پذیری: قابلیت خم شدن و شکل گیری بدون شکستن
• مقاومت در برابر ضربه: توانایی تحمل فشارهای فیزیکی
• چقرمگی بالا: مقاومت در برابر پارگی و شکستن

خواص شیمیایی پلی اتیلن

• مقاومت عالی در برابر اسیدها و بازهای قوی
• مقاومت در برابر اکسیدان های ملایم
• پلی اتیلن آبگریز است و آب را جذب نمی کند
• مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی

خواص حرارتی پلی اتیلن

• نقطه ذوب بین ۱۲۰ تا ۱۳۵ درجه سانتی گراد
• قابلیت ذوب شدن و بازگشت به حالت جامد
• ضریب انتقال حرارت پایین

خواص الکتریکی پلی اتیلن

• عایق الکتریکی عالی
• استحکام دی الکتریک بالا
• مقاومت در برابر عبور جریان الکتریکی

انواع پلی اتیلن

پلی اتیلن بر اساس چگالی، ساختار مولکولی و نحوه تولید به انواع مختلفی تقسیم می شود. هر نوع خواص و کاربردهای خاص خود را دارد:

۱. پلی اتیلن سبک (LDPE)

پلی اتیلن کم چگالی یا سبک یک پلیمر نیمه سخت و نیمه شفاف است. این نوع دارای شاخه های جانبی بیشتری نسبت به انواع دیگر دارد. ویژگی های آن عبارتند از:

• چگالی: ۰.۹۱۰-۰.۹۲۵ گرم بر سانتی متر مکعب
• نقطه ذوب: ۱۰۵-۱۱۵ درجه سانتی گراد
• فشار تولید: بالا (۱۰۰۰-۵۰۰۰ اتمسفر)
• انعطاف پذیری بالا
• شفافیت بیشتر
• نرم تر از سایر انواع

کاربردهای آن عبارتند از:

• کیسه های پلاستیکی خرید
• فیلم های بسته بندی مواد غذایی
• بطری های دارویی و فشاری
• ظروف پلاستیکی سبک
• درب ها و کاورها
• عایق کابل و سیم

۲. پلی اتیلن سنگین (HDPE)

پلی اتیلن با چگالی بالا یا سنگین دارای ساختار بدون شاخه و منظم است که به صورت مستقیم به یکدیگر پیوند دارند. ویژگی های آن عبارتند از:

• چگالی: ۰.۹۴۰-۰.۹۷۰ گرم بر سانتی متر مکعب
• نقطه ذوب: ۱۲۰-۱۴۰ درجه سانتی گراد
• فشار تولید: پایین (۶-۷ اتمسفر)
• استحکام کششی بالا
• مقاومت به ضربه عالی
• سخت تر و مقاوم تر

کاربردهای آن عبارتند از:

• لوله های آب و گاز
• مخازن پلی اتیلن برای ذخیره آب
• بطری های شیر و آب میوه
• بشکه ها و جعبه های صنعتی
• اسباب بازی کودکان
• مبلمان فضای باز
• وان های صنعتی و کشاورزی

۳. پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE)

این نوع پلیمری است که از پلیمریزاسیون اتیلن با مونومرهای ۱-بوتن، ۱-هگزن و ۱-اکتن تولید می شود. ویژگی های آن عبارتند از:

• انعطاف پذیری بالا
• استحکام بهتر از LDPE
• مقاومت به پارگی بیشتر

۴. پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE)

این نوع با وزن مولکولی بین ۳ تا ۶ میلیون تولید می شود.

کاربردهای آن عبارتند از:

• الیاف ضدگلوله برای جلیقه های محافظ
• قطعات مقاوم به سایش
• ورق های لغزنده برای زمین اسکیت
• ایمپلنت های پزشکی

۵. پلی اتیلن شبکه ای (PEX یا XLPE)

این نوع حاوی پیوندهای عرضی است که پلی اتیلن را از ترموپلاستیک به ترموست تبدیل می کند. ویژگی های آن عبارتند از:

• مقاومت حرارتی بهبود یافته
• مقاومت شیمیایی بالاتر
• پایداری ابعادی عالی

کاربردهای آن عبارتند از:

• لوله کشی آب گرم
• سیستم های گرمایش از کف
• عایق کابل و سیم

۶. پلی اتیلن ۳۸۴۰

این گرید خاص برای قالب گیری دورانی طراحی شده است. ویژگی های آن عبارتند از:

• مقاومت بالا در برابر ضربه
• مقاومت در برابر ترک
• مقاومت در برابر اشعه UV
• فرآیند پذیری عالی

کاربردهای آن عبارتند از:

• مخازن آب و مخازن صنعتی
• وان های پلی اتیلنی
• قایق های کایاک
• اتاقک های سیار

کاربرد پلی اتیلن

پلی اتیلن به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود در صنایع بسیار متنوعی کاربرد دارد. در قسمت بالا به برخی کاربردهای آن اشاره کردیم. در بخش زیر این کاربردها را بیشتر مورد بررسی قرار میدهیم:

مزایا استفاده از پلی اتیلن

پلی اتیلن مزایای بی شماری دارد که آن را به انتخابی مناسب در صنایع مختلف تبدیل کرده است:

مزایای اقتصادی

• قیمت مناسب: هزینه تولید پایین نسبت به بسیاری از مواد دیگر
• کاهش هزینه حمل و نقل: به دلیل وزن سبک
• صرفه جویی در هزینه نصب: نصب آسان و سریع

مزایای فیزیکی

• وزن سبک: تا ۸ برابر سبک تر از فولاد
• استحکام بالا: نسبت استحکام به وزن عالی
• انعطاف پذیری: قابلیت خم شدن بدون شکستن
• مقاومت در برابر ضربه: تحمل فشارهای مکانیکی بالا
• چقرمگی بالا: مقاوم در برابر پارگی و شکستگی

مزایای شیمیایی

• مقاومت شیمیایی عالی: در برابر اسیدها و بازهای قوی
• مقاومت در برابر خوردگی: عدم زنگ زدگی
• مقاومت در برابر رطوبت: عدم جذب آب
• پایداری در مقابل اکسیداسیون: عمر طولانی

مزایای زیست محیطی

• قابل بازیافت: امکان ذوب و استفاده مجدد
• غیرسمی: بی خطر برای سلامتی انسان
• کاهش ضایعات: به دلیل دوام بالا

مزایای عملکردی

• عایق حرارتی خوب: ضریب انتقال حرارت پایین
• عایق الکتریکی عالی: مناسب برای کاربردهای برقی
• مقاومت در برابر UV: با افزودن تثبیت کننده های UV
• مقاومت در برابر قارچ و باکتری: بهداشتی و قابل استفاده در صنایع غذایی

مزایای فرآیندی

• قابلیت فرآیند پذیری آسان: امکان شکل دهی با روش های مختلف
• امکان تولید انبوه: سرعت تولید بالا
• تنوع در رنگ ها: قابلیت رنگ آمیزی

مزایای کاربردی ویژه

• مقاومت در برابر زلزله: مناسب برای لوله کشی
• اتصال مستحکم: بدون نشتی در اتصالات جوشی
• مقاومت در دماهای پایین: عملکرد خوب تا دمای منفی ۵۰ درجه
• شفافیت: در بعضی گریدها برای بسته بندی

معایب و محدودیت های پلی اتیلن

با وجود مزایای فراوان، پلی اتیلن محدودیت هایی نیز دارد که باید در نظر گرفته شود:

محدودیت های حرارتی

• حساسیت به حرارت بالا: نقطه ذوب پایین نسبت به فلزات
• تغییر شکل در دماهای بالا: کاهش استحکام با افزایش دما
• نامناسب برای کاربردهای پرحرارت: محدودیت دمایی

محدودیت های مکانیکی

• استحکام کششی پایین تر: نسبت به فلزات
• سختی کم: قابلیت خراش برداشتن
• خزش تحت فشار مداوم: تغییر شکل آهسته در طول زمان

محدودیت های شیمیایی

• حساسیت به اشعه UV: شکننده شدن در معرض نور خورشید (بدون تثبیت کننده)
• مقاومت ضعیف در برابر هالوژن ها: کلر و بروم
• مقاومت کم در برابر برخی حلال ها: هیدروکربن های آلیفاتیک و معطر

محدودیت های زیست محیطی

• تجزیه کند در طبیعت: زمان تجزیه بسیار طولانی
• تولید از منابع نفتی: وابستگی به سوخت های فسیلی
• مشکلات بازیافت: در صورت آلودگی یا ترکیب با سایر مواد

محدودیت های عملکردی

• نفوذپذیری برای برخی گازها: نگهداری گازهای معینی مشکل است
• تغییر رنگ در طول زمان: زردی یا تغییر رنگ با گذشت زمان
• چسبندگی ضعیف: نیاز به پیش تیمار برای رنگ آمیزی یا چسباندن

محدودیت های خاص

• مقاومت پایین به سایش: در کاربردهای اصطکاک بالا
• قابلیت اشتعال: قابل احتراق در دماهای بالا
• حساسیت به ترک خوردگی تنش محیطی: در شرایط خاص

نتیجه گیری

پلی اتیلن به عنوان یکی از پرکاربردترین و همه کاره ترین مواد پلیمری، نقش کلیدی در صنایع مختلف ایفا می کند. این ماده با خواص منحصر به فرد خود از جمله سبکی، مقاومت شیمیایی، انعطاف پذیری و قیمت مناسب، جایگاه ویژه ای در تولید محصولات روزمره، صنعتی و کشاورزی پیدا کرده است.

انواع مختلف پلی اتیلن مانند LDPE، HDPE، LLDPE و PEX هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند و با توجه به نیاز می توان مناسب ترین نوع را انتخاب کرد.

سوالات متداول