Jakim tworzywem jest polietylen (PE)

Przedstawimy ogólne właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne tworzywa jakim jest polietylen. Pokażemy jak szerokie zastosowanie w przemyśle ma ten materiał. Zaprezentujemy jakie półprodukty dostępne są na rynku, oraz jakiej obróbce można poddać płyty i pręty PE.

Tworzywo sztuczne, które najczęściej wykorzystywane jest w przemyśle i życiu codziennym to polietylen. Obecnie szacuje się, że 30% całkowitej światowej produkcji tworzyw sztucznym zajmuje PE. W przeliczeniu na tony wynik jest imponujący - prawie 60 milionów ton rocznie. 



Polietylen to materiał należący do polimerów składających się z wodoru i węgla.  Został wymyślony przez niemieckiego chemika Hansa Von Pechmanna pod koniec XIX wieku. Dalsze badania były prowadzone na szeroką skalę w Wielkiej Brytanii w latach trzydziestych XX wieku. Przyniosły one rozwiązania dotyczące produkcji tego tworzywa.  

Obecnie polietylen dostępny jest w kilku różnych wariantach o innym przeznaczeniu.
Wyróżniamy między innymi takie rodzaje jak:

LDPE (law density polyethylene) - polietylen wysokociśnieniowy, o niskim zagęszczeniu cząsteczek - miękki
HDPE (high density polyethylene) – polietylen niskociśnieniowy, gęsty - twardy
PEX - polietylen usieciowany o zwiększonej trwałości
LLDPE (linear law density) - tworzywo o niskim zagęszczeniu cząsteczek - miękkie
ULDPE (ultra law density) - termoplast o bardzo niskiej gęstości
PE-RT to polietylen o strukturze tkaniny,  o podwyższonej odporności na temperaturę. 

Dwa główne, najbardziej popularne rodzaje, to materiały o wysokiej (HDPE) i niskiej (LDPE) gęstości.
Polietylen HDPE ma gęstość na poziomie 0,941- 0,965 g/cm³. Jest materiałem wysoko krystalicznym czyli twardym i wytrzymałym.
Jego temperatura topnienia wacha się w granicach 126 -135°C. 
Natomiast polietylen LDPE jest polimerem amorficznym.
Jego gęstość ma zakres 0,910 - 0,930 g/cm³, zaś temperatura topnienia 105 -108°C.

Gdzie ma zastosowanie polietylen?

Polietylen używa się  przede wszystkim  przy produkcji opakowań. Najczęściej spotkamy się z foliami spożywczymi, torbami i reklamówkami na zakupy czy wieczkami pojemników.
Polietylen LDPE - ten o mniejszej gęstości używany jest na przykład do produkcji izolacji na przewody, folii stretch, wszelkich cienkościennych opakowań, torebek czy worków. Każde opakowanie kartonowe na napoje zawiera 20% polietylenu, jako warstwę chroniąca przez przeciekaniem.

Polietylen HDPE to twarde tworzywo konstrukcyjne wykorzystywane często do produkcji rur i zaworów wodnych, kanalizacyjnych, grzewczych czy wentylacyjnych. Z tego materiału wytwarzane się także pojemniki na żywność, skrzynki, kanistry, części samochodowe, zabawki, butelki czy elementy sprzętów AGD.
 

Dostępne półprodukty z polietylenu występują w postaci płyt, prętów i tulei.
Tworzywo w tej postaci może być poddawane kolejnym etapom obróbki. Najczęściej stosuje się formatowanie i frezowanie. Bardziej skomplikowane elementy według projektu można wyciąć na ploterze. Dzięki temu, że PE jest odporny na wodę - bez problemu możemy zastosować cięcie wodą urządzeniem  Water Jet.  W firmie Alinox, oprócz zakupu płyt i wałków polietylenowych, możemy zamówić formatowanie lub dowolne cięcie według nadesłanego projektu.
 

Tabela dostępnych w Alinox arkuszy PE oraz średnic prętów PE

PŁYTY polietylenowe HDPE 1000	PŁYTY polietylenowe HDPE 500	PRĘTY polietylenowe HDPE 1000	dostępna kolorystyka
arkusze: 1000 mm x 2000 mm	arkusze: 1000 mm x 2000 mm	długość standardowa: 1000 mm
grubości: 1 mm - 100 mm	grubość: 1 mm - 100 mm	średnice: 20 mm - 160 mm	naturalny, czarny, niebieski, zielony

Alinox  oferuje cięcie płyt o grubości 8 mm wzwyż oraz cięcie wałków polietylenowych pod konkretne zamówienie. Pręty w odcinkach o zakresie długości od 50 mm do 1000 mm można zamówić w dziale handlowym. Alinox Dział Handlowy

Właściwości fizyczne i mechaniczne PE

• Tworzywo ma bardzo dobre właściwości ślizgowe. Dodatkowo, na rynku dostępne są warianty polietylenu modyfikowanego olejem mineralnym. Proces ten odbywa się podczas polimeryzacji. Otrzymany produkt zapewnia ciągłe smarowanie podczas eksploatacji. 
• PE Charakteryzuje się niską ścieralnością. Ścieralność według metody wodno-piaskowej wacha się w granicach 100 - 110.
• Twardość polietylenu HDPE w skali Shore'a to 64 - 66 D.  Natomiast twardość mierzona próbnikiem kulkowym podczas 30 sekund wyniosła 38 - 40 N/mm2 .
• Tworzywo jest odporne na korozję naprężeniową czyli polimery nie pękają z powodu wewnętrznych naprężeń czy zewnętrznych obciążeń. W skrócie można powiedzieć, że PE jest tworzywem wytrzymałym mechanicznie.
• Ma bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne. Rezystencja powierzchniowa wynosi >10 ¹³ om/cm, natomiast rezystencja skośna to >10¹⁶ om/cm.
• Ma wysoką udarność czyli odporność na złamanie przy uderzeniu. Udarność z karbem Charpiy’ego według normy DIN 53453 wynosi 150 (100 dla PE czarnego) mj/mm².
• Charakteryzuje się wysoką stabilnością wymiarową.
• Odznacza się niską absorbcją wilgoci. Podczas 24 godzinnego testu chłonność wody wyniosła 0,01%.
   

Właściwości chemiczne polietylenu

PE jest odporny chemicznie na:
słabe i mocne kwasy nieorganiczne, kwasy organiczne, sole nieorganiczne, alkohole, glikole, aldehydy i ketony.

Warunkowo wykazuje odporność na:
kwasy utleniające i niektóre ich sole, węglowodory alifatyczne i aromatyczne,  oleje mineralne, estry i etery.

Tworzywo niestety nie jest odporne na:
substancje silnie utleniające, chlorowcowane węglowodory i halogeny (F, Cl, Br, J).

Polietylen, a kontakt z żywnością

Produkcja i przetwórstwo żywności to kolejna z branż, która chętnie wykorzystuje PE. Przede wszystkim ze względu na to, że materiał jest odporny na hydrolizę. Ale przede wszystkim jest neutralny fizjologicznie, dlatego nie wchodzi w reakcje z produktami spożywczymi. Tworzywo to jest dopuszczone do kontaktu z żywnością, dlatego każdy dobry producent dostarcza atest PZH dla tego materiału.  Przyjęło się, że wszelkie zabezpieczenie i osłony PE używane w przemyśle spożywczym są w kolorze zielonym. 
 

 

Polietylen z regranulatu

Jeśli spotkacie się z literką "R" w nazwie polietylenu, znaczy to, że powstał z materiału odzyskanego, czyli regranulatu. Jego parametry będą zbliżone, choć mogą być nieco niższe, od materiału pierwotnego, czystego. Warto jednak sięgnąć po ten materiał z kilku powodów. Jeśli wymagania parametrów nie są wyśrubowane, ten materiał równie dobrze spełni swoje zadanie. Na pewno będzie bardziej ekonomiczny - cena polietylenu R jest niższa. Ważnym aspektem będzie świadomość, że to materiał z recyclingu, powtórnie odzyskany, dlatego w jakimś sensie ekologiczny.

Czy można spawać PE?

Jak najbardziej tworzywa polietylenowe można poddawać zarówno obróbce mechanicznej ze skrawaniem jaki i spawaniu. Standardowo używamy do tego spawarki do plastiku, której działanie polega na nadtopieniu materiału gorącym powietrzem. Do celów przemysłowych można użyć ekstrudera do plastiku lub spawarki stacjonarnej. Warto zaznaczyć, aby do łączenia używać granulatu lub prętów dobrej jakości, certyfikowanych. Materiał "no name", może zawierać nieoznaczone domieszki, które wpłyną na niską jakość spawu.
 

 

Ekologiczny polietylen

Opakowania z tworzyw są tanie, łatwo dostępne i wygodne. Powrotu do papieru i szkła, zapewne nie będzie, bo cena produktu w takim opakowaniu będzie znacznie wyższa. Naturalną drogą, która połączy aspekt ekonomiczny i ekologiczny, będzie stworzenie tworzyw biodegradowalnych. Co prawda jesteśmy na początku tej drogi, ale już jest materiał PE, który posiada polimery organiczne, z wkładem roślinnym. Taki materiał rozkłada się szybciej emitując nieszkodliwe dla środowiska substancje. Dzięki oksy-degradacji i foto-degradacji takie plastiki rozkładają się przy zetknięciu z powietrzem i promieniowaniem UV. Natomiast ich zawartości, stanowiąca wyłącznie TDPA (Totally Degradable Plastics Additives) sprawia, że końcowym produktem rozkładu są w pełni naturalne i nietoksyczne substancje.  Produkcja eko-PE jest też mniej emisyjna.
To jednak przyszłość, a na razie potrzeba edukacji, szczególnie w kwestii segregacji i zalet recyclingu.