1. Perkenalan
Polietilen (PE) adalah polimer yang dihasilkan oleh polimerisasi monomer etilen (CH₂=CH₂).
Pertama kali dikomersialkan pada tahun 1930-an, PE sekarang tersedia dalam berbagai bentuk rekayasa yang sifat-sifatnya ditentukan oleh berat molekul, arsitektur rantai (percabangan), dan pemrosesan (termasuk ikatan silang).
Kombinasi kelembaman kimia PE, Kemampuan proses, biaya rendah dan spektrum perilaku mekanis—mulai dari film fleksibel hingga padatan yang sangat tangguh—menjelaskan keberadaannya di seluruh kemasan, konstruksi, mengangkut, konsumen, sektor medis dan industri.
2. Apa Itu Polietilen (PE)?
Polietilen (PE) adalah keluarga termoplastik semi-kristal yang diproduksi dengan mempolimerisasi etilen (CH₂=CH₂).
Ini adalah plastik yang paling banyak digunakan di dunia karena harganya yang murah, Inertness Kimia, jendela pemrosesan yang luas dan beragam perilaku mekanis yang dapat disesuaikan — mulai dari yang lembut, film fleksibel hingga sangat keras, padatan tahan aus.
Properti utama
- Ketahanan terhadap bahan kimia: sangat baik untuk sebagian besar asam, alkalis, pelarut dan bahan bakar.
- Mekanis: jangkauan luas — LDPE lunak dan dapat diperluas; HDPE kaku dan kuat; UHMWPE memadukan kekuatan tinggi dengan ketangguhan benturan yang luar biasa.
- Panas: titik leleh biasanya ~105–135 °C tergantung pada kadarnya; suhu layanan umumnya terbatas dibandingkan dengan plastik rekayasa.
- kelembaban: pada dasarnya non-higroskopis (pengambilan air dapat diabaikan).
- Memakai & gesekan: UHMWPE memiliki ketahanan gesekan dan abrasi rendah yang luar biasa.
3. Nilai PE komersial dan apa yang membuatnya berbeda
PE biasanya dikategorikan sebagai berikut:
- LDPE (Polietilen Kepadatan Rendah): kepadatan ~0,910–0,925 g/cm³; fleksibel, kejelasan yang baik (film), kekuatan tarik rendah. Umum untuk botol pemerasan, film, jaket kabel.
- LLDPE (Polietilen Kepadatan Rendah Linier): kepadatan mirip dengan LDPE; kekuatan tarik yang unggul dan ketahanan tusukan pada film karena percabangan rantai pendek. Banyak digunakan untuk stretch film dan struktur co-extruded.
- MDPE (PE Kepadatan Sedang): kepadatan ~0,926–0,940 g/cm³; digunakan untuk pipa gas dan beberapa blow moulding.
- HDPE (Polietilen Kepadatan Tinggi): kepadatan ~0,940–0,970 g/cm³; kaku, ketahanan kimia yang baik, digunakan untuk pipa, wadah, bagian rotomoulding.
- UHMWPE (PE dengan Berat Molekul Sangat Tinggi): Biasanya >3×10⁶ g/mol; ketahanan abrasi yang luar biasa, gesekan yang sangat rendah; digunakan untuk liner, bantalan, aplikasi geser dan beberapa implan medis.
- XLPE (PE ikatan silang): PE secara kimia atau radiasi berikatan silang untuk meningkatkan suhu, mulur dan ketahanan kimia; digunakan untuk pipa suhu tinggi dan insulasi kabel.
- PE dengan katalis metalosen (mPE / mLLDPE): distribusi berat molekul yang lebih ketat dan kontrol sifat mekanik yang lebih baik — memungkinkan film dengan kejernihan tinggi dan perilaku mekanis yang disesuaikan.
Setiap tingkatan dioptimalkan untuk kemampuan proses dan kinerja aplikasi dengan menyesuaikan Mw, kandungan komonomer dan katalis.
4. Sifat fisik dan mekanik yang khas
Tabel di bawah ini memberikan representasi, rentang khas untuk nilai PE umum. Gunakan lembar data pabrikan untuk nilai kritis desain.
| Milik | LDPE | LLDPE | MDPE | HDPE | UHMWPE |
| Kepadatan (g · cm⁻³) | 0.910–0,925 | 0.915–0.930 | 0.926–0,940 | 0.940–0,970 | 0.930–0,940 |
| Kekuatan tarik (MPa) | 8–15 | 12–20 | 14–25 | 20–37 | 30–45 |
| Perpanjangan saat putus (%) | 200–800 | 200–600 | 200–400 | 100–600 | 100–400 |
| modulus Young (IPK) | 0.2–0.4 | 0.3–0.6 | 0.6–0.9 | 0.8–1.5 | 0.8–1.5 |
| Titik lebur (° C.) | 105–115 | 105–120 | 120–130 | 125–135 | 130–138 |
| Izod berlekuk (Kj menunjukkan mat) | 30–100 (keras) | 30–100 | 20–60 | 10–40 | 50–200 (sangat sulit) |
| Pakai ketahanan | Rendah | Sedang | Sedang | Bagus | Bagus sekali |
| Suhu layanan berkelanjutan (° C.) | ~65–80 | ~65–80 | ~80–90 | ~80–110 | ~80–120 |
| Ketahanan terhadap bahan kimia | Bagus sekali | Bagus sekali | Bagus sekali | Bagus sekali | Bagus sekali |
| Penyerapan air | Diabaikan | Diabaikan | Diabaikan | Diabaikan | Diabaikan |
5. Metode pemrosesan dan pertimbangan pembuatan
PE diproses oleh hampir semua teknik termoplastik:
- Ekstrusi — pipa, lembaran, film, profil. HDPE dan UHMW dalam pipa dan liner diekstrusi atau diekstrusi ram.
- Cetakan tiup — botol dan wadah (HDPE, LDPE).
- Cetakan injeksi — perlengkapan, perumahan dan komponen (HDPE, Varian LDPE).
- Rotasi (cetakan rotomoulding) — bagian berongga besar (tank, kayak).
- Pengecoran film / film yang ditiup — film kemasan (LDPE, LLDPE, mLLDPE).
- Sintering kompresi / ekstrusi ram / cetakan kompresi — UHMWPE sering diproses dengan cara ini karena Mw yang sangat tinggi (tidak ada aliran lelehan konvensional).
- Metode ikatan silang — kimia (peroksida), pencangkokan silan atau berkas elektron / radiasi gamma untuk menghasilkan XLPE untuk suhu yang lebih tinggi atau meningkatkan ketahanan mulur.
6. Aplikasi utama berdasarkan kelas
- LDPE / LLDPE: film fleksibel, tas belanja, liner, kemasan film, selubung kabel, film pertanian.
- HDPE: pipa distribusi air dan gas, wadah cetakan tiup (botol susu), geomembran, tangki rotomoulded, komponen struktural.
- MDPE: pipa distribusi gas, geomembran.
- UHMWPE: memakai strip, peluncuran dan liner, bantalan geser, panduan rantai, implan ortopedi (komponen pinggul dan lutut), serat balistik (Serat UHMWPE seperti Dyneema® / spektrum®).
- XLPE: aplikasi pipa suhu tinggi (air panas/industri), isolasi kabel.
7. Tantangan kinerja dan mode kegagalan
Meskipun kuat secara kimia, PE memiliki beberapa mekanisme kegagalan yang diketahui untuk dirancang:
Retak stres lingkungan (ESC)
- Definisi: pembentukan retakan dan perambatannya di bawah tekanan dengan adanya bahan kimia atau surfaktan tertentu.
Mode kegagalan PE yang paling kritis — tingkat tekanan di bawah hasil dapat menyebabkan keretakan seiring waktu jika terkena deterjen, glikol, atau beberapa hidrokarbon. - Mitigasi: pilih formulasi yang tahan ESC, mengurangi tegangan sisa/perangkap (meningkatkan pemrosesan dan anil), menghindari takik yang tajam dan mengurangi tegangan tarik yang berkelanjutan.
Deformasi merayap dan jangka panjang
- PE menunjukkan mulur yang signifikan di bawah beban berkelanjutan, terutama pada suhu tinggi.
Desain untuk creep dengan faktor keamanan; menggunakan HDPE, XLPE atau pilih UHMW untuk mengurangi creep jika diperlukan.
UV / degradasi oksidatif
- PE yang tidak stabil terdegradasi di bawah sinar UV dan oksigen: kapur permukaan, penggetasan dan hilangnya sifat mekanik.
Stabilisasi dengan peredam UV, pigmentasi karbon hitam dan antioksidan merupakan hal rutin untuk aplikasi luar ruangan.
Kekakuan rendah pada suhu tinggi dan batas dimensi
- Modulus PE turun seiring dengan suhu; untuk aplikasi struktural yang mendekati batas suhu servis, pilih material dengan kekakuan atau ikatan silang yang lebih tinggi untuk meningkatkan defleksi panas.
Fusi / pertimbangan pengelasan (untuk perpipaan)
- Perpipaan HDPE biasanya digabungkan dengan butt fusion atau electrofusion; pengelasan yang buruk menyebabkan sambungan lemah dan kegagalan dini — prosedur pengelasan dan kualifikasi operator sangat penting.
8. Lingkungan, aspek daur ulang dan keberlanjutan
- Daur ulang: PE sangat mudah didaur ulang (daur ulang mekanis); HDPE dan LDPE umumnya diolah kembali menjadi produk kemasan dan non-kritis. PE diberi kode daur ulang: #2 (HDPE) Dan #4 (LDPE).
- Batasan: kontaminasi, campuran polimer dan aditif mempersulit aliran daur ulang. UHMWPE dan nilai isi lebih sulit untuk diproses ulang menjadi produk bernilai tinggi.
- Pilihan berbasis bio: etilen dapat dihasilkan dari bioetanol (bio-PE) dengan sifat yang identik dengan PE berbasis fosil.
- Akhir kehidupan: pembakaran dengan pemulihan energi dan daur ulang bahan kimia (depolimerisasi) adalah pilihan teknis; analisis siklus hidup bergantung pada aplikasi dan tingkat pemulihan.
- Masalah lingkungan: pembentukan mikroplastik dari film dan partikel aus (MISALNYA., dari liner konveyor) memerlukan pertimbangan.
9. Analisis Komparatif - Polietilen (PE) vs.. bahan umum lainnya
Tabel di bawah ini membandingkannya PE dengan beberapa insinyur material yang biasa dipertimbangkan sebagai alternatif suku cadang, film, pipa atau komponen aus.
| Milik / Kriteria | PE (LDPE / HDPE) | hal (Polypropylene) | PVC (Kaku) | POM / Acetal | Nilon (Pa6 / PA66) |
| Kepadatan (g · cm⁻³) | 0.91–0,97 | 0.90–0,91 | 1.34–1.45 | ≈ 1.41 | 1.12–1.15 |
| Kekuatan tarik (MPa) | 8–37 (LD→HD) | 30–40 | 35–60 | 50–75 | 50–90 |
| modulus Young (IPK) | 0.2–1.5 | 1.0–1.8 | 2.7–3.5 | 2.8–3.5 | 2.5–3.5 |
| Meleleh / suhu yang dapat digunakan (° C.) | Tm ~105–135 / gunakan ≈ 65–110 | Tm ~160–170 / gunakan ≈ 90–120 | Tg/pelunakan ~75–80 / gunakan ≈ 40–60 | Tm ~165–175 / gunakan ≈ 80–100 | Tm ~215–265 / gunakan ≈ 80–120 |
| Ketahanan terhadap bahan kimia | Bagus sekali (asam, pangkalan, banyak pelarut) | Sangat bagus (mirip dengan PE) | Bagus (asam, garam, banyak bahan kimia) | Bagus (bahan bakar, minyak) | Bagus (Hidrokarbon, minyak) |
| Penyerapan kelembaban | Diabaikan | Diabaikan | Diabaikan | ~ 0,2-0,3% | 1–3% (hidroskopis) |
Memakai / perilaku gesekan |
Bagus (HDPE lebih baik dari LDPE) | Sedang | Sedang | Bagus sekali (gesekan rendah, keausan rendah) | Bagus |
| Stabilitas dimensi | Sedang (merayap di bawah beban) | Sedang | Bagus | Bagus sekali | Sedang (terpengaruh oleh kelembapan) |
| Resistensi UV (tidak stabil) | Miskin (membutuhkan stabilisator) | Miskin | Lebih baik (tergantung formulasi) | Miskin | Miskin |
| Kemampuan proses | Bagus sekali (ekstrusi, meniup, injeksi, rotomolding) | Bagus sekali | Bagus (tapi jendela pemrosesan sempit) | Bagus (injeksi, pemesinan) | Bagus (membutuhkan pengeringan sebelum dicetak) |
| Daur ulang | Sangat bagus (HDPE/LDPE banyak didaur ulang) | Sangat bagus | Terbatas (kandungan klorin) | Terbatas | Sedang |
| Aplikasi khas | Film, botol, pipa, tank, liner | Trim otomotif, engsel, wadah | Pipa, profil jendela, perlengkapan | Roda gigi presisi, bushing, katup | Roda gigi, bantalan, perumahan, tubing |
10. Kesimpulan
Polietilen adalah keluarga termoplastik serbaguna yang tingkatannya berbeda-beda mencakup rentang perilaku mekanis dan pemrosesan yang sangat luas.
Kekuatan PE adalah ketahanan terhadap bahan kimia, Kemampuan proses, berbiaya rendah dan beragam kemampuan mulai dari film fleksibel hingga komponen geser yang sangat tangguh.
Kesalahan teknik yang paling umum adalah retaknya tekanan lingkungan, degradasi mulur dan UV — masing-masing dapat diatasi melalui pemilihan tingkatan, stabilisasi dan desain.
Bagi sebagian besar desainer industri, PE tetap menjadi pilihan yang ekonomis dan kuat ketika keterbatasannya dipahami dan dikelola melalui spesifikasi dan pengujian.
FAQ
Apa perbedaan antara LDPE dan HDPE?
LDPE memiliki lebih banyak rantai percabangan, kristalinitas yang lebih rendah dan kepadatan yang lebih rendah (≈0,91–0,925 g/cm³) → lebih lembut, film yang lebih fleksibel.
HDPE memiliki sedikit percabangan, kristalinitas yang lebih tinggi (≈0,94–0,97 g/cm³) → lebih kaku, bagian dan pipa yang lebih kuat.
Mengapa PE terkadang retak jika terkena bahan kimia ringan?
Itu adalah retaknya tekanan lingkungan (ESC): surfaktan dan deterjen tertentu mendorong pertumbuhan retakan yang lambat di bawah tekanan tarik. Memilih grade yang tahan ESC dan mengurangi konsentrasi tekanan akan mengurangi risiko.
Bisakah PE digunakan untuk pipa bertekanan?
Ya — HDPE dan MDPE banyak digunakan untuk distribusi air minum dan gas. Pengelasan fusi yang tepat dan bahan/proses yang berkualitas sangat penting.
Kapan saya harus memilih UHMWPE?
Pilih UHMWPE bila ketahanan abrasi sangat tinggi, gesekan rendah dan ketangguhan benturan diperlukan (liner konveyor, Pakai bantalan, bantalan geser, implan medis tertentu).
Apakah polietilen dapat didaur ulang?
Ya: HDPE dan LDPE termasuk plastik yang paling banyak didaur ulang, namun kontaminasi dan campuran polimer mempengaruhi kualitas daur ulang.
Daur ulang mekanis dan jalur daur ulang bahan kimia yang baru muncul keduanya digunakan.
