1. 소개
폴리에틸렌 (체육) 에틸렌 단량체의 중합에 의해 생성된 중합체이다. (CH2=CH2).
1930년대 처음 상용화, PE는 이제 분자량에 따라 특성이 정의되는 다양한 가공 형태로 제공됩니다., 체인 아키텍처 (분기), 및 처리 (가교를 포함한).
PE의 화학적 불활성 조합, 처리 가능성, 저렴한 비용과 유연한 필름부터 초강력 고체에 이르기까지 다양한 기계적 특성이 포장 전반에 걸쳐 편재되어 있음을 설명합니다., 건설, 수송, 소비자, 의료 및 산업 분야.
2. 폴리에틸렌이란? (체육)?
폴리에틸렌 (체육) 에틸렌을 중합하여 생산되는 반결정성 열가소성 수지 계열입니다. (CH2=CH2).
저렴한 비용으로 인해 세계에서 가장 널리 사용되는 플라스틱입니다., 화학적 불활성, 넓은 처리 창과 조정 가능한 기계적 동작 범위 - 소프트부터, 매우 견고한 유연한 필름, 내마모성 고체.
주요 속성
- 내화학성: 대부분의 산에 탁월, 알칼리, 용매 및 연료.
- 기계적: 넓은 범위 - LDPE는 부드럽고 확장 가능합니다.; HDPE는 단단하고 강합니다.; UHMWPE는 고강도와 탁월한 충격 인성을 결합합니다..
- 열의: 융점은 일반적으로 등급에 따라 ~105~135°C입니다.; 엔지니어링 플라스틱에 비해 서비스 온도는 일반적으로 제한됩니다..
- 수분: 본질적으로 비흡습성 (무시할 수 있는 수분 섭취량).
- 입다 & 마찰: UHMWPE는 저마찰 및 내마모성이 뛰어납니다..
3. 상업용 PE 등급 및 차이점
PE는 일반적으로 다음과 같이 분류됩니다.:
- LDPE (저밀도 폴리에틸렌): 밀도 ~0.910~0.925g/cm³; 유연한, 좋은 선명도 (영화), 낮은 인장 강도. 스퀴즈 병에 공통, 영화, 케이블 재킷.
- LLDPE (선형 저밀도 폴리에틸렌): LDPE와 유사한 밀도; 단쇄 분기로 인해 필름의 우수한 인장 강도 및 천공 저항성. 스트레치 필름 및 공압출 구조에 널리 사용됩니다..
- MDPE (중밀도 PE): 밀도 ~0.926~0.940g/cm³; 가스 파이프 및 일부 블로우 성형에 사용됨.
- HDPE (고밀도 폴리에틸렌): 밀도 ~0.940~0.970g/cm³; 뻣뻣한, 좋은 내화학성, 파이프에 사용, 컨테이너, 회전 성형 부품.
- UHMWPE (초고분자량 PE): Mw 일반적으로 >3×10⁶g/mol; 뛰어난 내마모성, 매우 낮은 마찰; 라이너에 사용, 문장, 슬라이딩 응용 프로그램 및 일부 의료용 임플란트.
- XLPE (가교 PE): 온도를 향상시키기 위해 PE가 화학적으로 가교되거나 방사선으로 가교됨, 크리프 및 내화학성; 고온 배관 및 케이블 절연에 사용.
- 메탈로센 촉매 PE (mPE / mLLDPE): 보다 엄격한 분자량 분포 및 개선된 기계적 특성 제어 - 높은 투명도의 필름과 맞춤형 기계적 거동을 가능하게 합니다..
각 Grade는 Mw를 조절하여 가공성 및 적용 성능에 최적화됩니다., 공단량체 함량 및 촉매.
4. 일반적인 물리적 및 기계적 특성
아래 표는 대표적인 것입니다., 일반적인 PE 등급의 일반적인 범위. 설계에 중요한 값을 보려면 제조업체 데이터시트를 사용하세요..
| 재산 | LDPE | LLDPE | MDPE | HDPE | UHMWPE |
| 밀도 (g · cm⁻³) | 0.910-0.925 | 0.915-0.930 | 0.926-0.940 | 0.940-0.970 | 0.930-0.940 |
| 인장 강도 (MPA) | 8–15 | 12–20 | 14–25 | 20-37 | 30–45 |
| 휴식시 신장 (%) | 200–800 | 200–600 | 200–400 | 100–600 | 100–400 |
| 영률 (GPA) | 0.2–0.4 | 0.3–0.6 | 0.6–0.9 | 0.8–1.5 | 0.8–1.5 |
| 녹는점 (° C) | 105-115 | 105–120 | 120–130 | 125-135 | 130-138 |
| 노치가 있는 아이조드 (Kj는 매트를 보여줍니다) | 30–100 (힘든) | 30–100 | 20–60 | 10–40 | 50–200 (매우 힘든) |
| 내마모성 | 낮은 | 보통의 | 보통의 | 좋은 | 훌륭한 |
| 지속적인 서비스 온도 (° C) | ~65~80 | ~65~80 | ~80–90 | ~80–110 | ~80~120 |
| 내화학성 | 훌륭한 | 훌륭한 | 훌륭한 | 훌륭한 | 훌륭한 |
| 수분 흡수 | 무시할 수 있습니다 | 무시할 수 있습니다 | 무시할 수 있습니다 | 무시할 수 있습니다 | 무시할 수 있습니다 |
5. 가공 방법 및 제조 고려 사항
PE는 거의 모든 열가소성 기술로 가공됩니다.:
- 압출 — 파이프, 시트, 영화, 프로필. 파이프와 라이너의 HDPE 및 UHMW는 압출되거나 램 압출됩니다..
- 블로우 성형 — 병 및 용기 (HDPE, LDPE).
- 주입 성형 — 피팅, 하우징 및 부품 (HDPE, LDPE 변형).
- 회전 (회전성형) — 큰 속이 빈 부품 (탱크, 카약).
- 영화 캐스팅 / 날려버린 필름 — 포장 필름 (LDPE, LLDPE, mLLDPE).
- 압축 소결 / 램 압출 / 압축 성형 — UHMWPE는 Mw가 매우 높기 때문에 이러한 방식으로 처리되는 경우가 많습니다. (기존의 용융 흐름 없음).
- 가교 방법 - 화학적인 (과산화물), 실란 그래프팅 또는 전자빔 / 더 높은 온도 또는 개선된 크리프 저항성을 위해 XLPE를 생산하는 감마 방사선.
6. 등급별 주요 용도
- LDPE / LLDPE: 유연한 필름, 쇼핑백, 라이너, 필름 포장, 케이블 외장, 농업용 필름.
- HDPE: 물과 가스 분배 배관, 블로우 성형 용기 (우유병), 지오멤브레인, 회전 성형 탱크, 구조 구성 요소.
- MDPE: 가스 분배관, 지오멤브레인.
- UHMWPE: 스트립을 입다, 슈트와 라이너, 슬라이딩 베어링, 체인 가이드, 정형외과 임플란트 (엉덩이 및 무릎 구성 요소), 탄도섬유 (Dyneema®와 같은 UHMWPE 섬유 / 스펙트럼®).
- XLPE: 고온 파이프 애플리케이션 (온수/공업용), 케이블 절연.
7. 성능 문제 및 실패 모드
화학적으로 견고하지만, PE에는 설계할 수 있는 몇 가지 알려진 실패 메커니즘이 있습니다.:
환경 스트레스 균열 (ESC)
- 정의: 특정 화학물질이나 계면활성제의 존재 하에서 응력 하에서 균열 형성 및 전파.
PE의 가장 심각한 실패 모드 - 수율보다 낮은 응력 수준은 세제와 접촉할 때 시간이 지남에 따라 균열을 일으킬 수 있습니다., 글리콜, 아니면 일부 탄화수소. - 완화: ESC 내성 제제를 선택하십시오, 잔류/포착 응력 감소 (처리 및 어닐링 개선), 날카로운 노치를 피하고 지속적인 인장 응력을 줄입니다..
크리프 및 장기 변형
- PE는 지속적인 하중 하에서 상당한 크리프를 나타냅니다., 특히 높은 온도에서.
안전율을 고려한 크리프 설계; HDPE를 사용하다, 필요한 경우 크리프 감소를 위해 XLPE 또는 UHMW 선택.
UV / 산화적 분해
- 불안정한 PE는 UV 및 산소에 의해 분해됩니다.: 표면 백킹, 취성 및 기계적 성질의 손실.
UV 흡수제로 안정화, 카본 블랙 착색 및 항산화제는 실외 응용 분야에 일반적입니다..
고온 및 치수 한계에서 낮은 강성
- PE의 계수는 온도에 따라 감소합니다.; 서비스 온도 제한에 접근하는 구조적 응용 분야의 경우 열 편향을 높이기 위해 더 높은 강성 또는 가교 결합이 있는 재료를 선택합니다..
퓨전 / 용접 고려 사항 (배관용)
- HDPE 배관은 일반적으로 맞대기 융합 또는 전기 융합으로 연결됩니다.; 잘못된 용접으로 인해 접합부가 약해지고 조기 실패가 발생합니다. 용접 절차와 작업자 자격이 중요합니다..
8. 환경, 재활용 및 지속 가능성 측면
- 재활용: PE는 재활용성이 뛰어납니다. (기계적 재활용); HDPE 및 LDPE는 일반적으로 포장 및 비핵심 제품으로 재가공됩니다.. PE에는 재활용 코드가 할당되어 있습니다.: #2 (HDPE) 그리고 #4 (LDPE).
- 제한: 오염, 혼합된 폴리머와 첨가제로 인해 재활용 흐름이 복잡해집니다.. UHMWPE 및 충전 등급은 고부가가치 제품으로 재가공하기가 더 어렵습니다..
- 바이오 기반 옵션: 에틸렌은 바이오에탄올에서 생산될 수 있다 (바이오PE) 화석 기반 PE와 동일한 특성을 가짐.
- 수명 종료: 에너지 회수 및 화학적 재활용을 통한 소각 (해중합) 기술적인 옵션입니다; 수명주기 분석은 애플리케이션 및 복구 속도에 따라 달라집니다..
- 환경 문제: 필름 및 마모 입자에서 발생하는 미세 플라스틱 (예를 들어, 컨베이어 라이너에서) 고려가 필요하다.
9. 비교 분석 — 폴리에틸렌 (체육) 대. 기타 일반적인 재료
아래 표를 비교하면 체육 여러 재료 엔지니어가 일반적으로 부품의 대안으로 간주하는, 영화, 파이프 또는 마모 부품.
| 재산 / 표준 | 체육 (LDPE / HDPE) | PP (폴리 프로필렌) | PVC (엄격한) | 포엠 / 아세탈 | 나일론 (PA6 / PA66) |
| 밀도 (g · cm⁻³) | 0.91-0.97 | 0.90-0.91 | 1.34-1.45 | ≈ 1.41 | 1.12–1.15 |
| 인장 강도 (MPA) | 8-37 (LD→HD) | 30–40 | 35–60 | 50–75 | 50–90 |
| 영률 (GPA) | 0.2–1.5 | 1.0–1.8 | 2.7–3.5 | 2.8–3.5 | 2.5–3.5 |
| 녹는 / 사용 가능한 온도 (° C) | Tm ~105–135 / ≒ 65–110 사용 | Tm ~160–170 / ≒ 90–120 사용 | Tg/연화 ~75-80 / ≒ 40–60 사용 | Tm ~165–175 / ≒ 80–100 사용 | Tm ~215–265 / ≒ 80–120 사용 |
| 내화학성 | 훌륭한 (산, 기지, 많은 용매) | 매우 좋은 (PE와 유사) | 좋은 (산, 염류, 많은 화학물질) | 좋은 (연료, 유화) | 좋은 (탄화수소, 유화) |
| 수분 흡수 | 무시할 수 있습니다 | 무시할 수 있습니다 | 무시할 수 있습니다 | ~ 0.2–0.3% | 1–3% (흡습성) |
입다 / 마찰 거동 |
좋은 (HDPE가 LDPE보다 우수함) | 보통의 | 보통의 | 훌륭한 (낮은 마찰, 낮은 마모) | 좋은 |
| 치수 안정성 | 보통의 (부하가 걸리면 크리프) | 보통의 | 좋은 | 훌륭한 | 보통의 (습기의 영향을 받음) |
| UV 저항 (불안정한) | 가난한 (안정제가 필요하다) | 가난한 | 더 나은 (제형에 따라 다름) | 가난한 | 가난한 |
| 가공성 | 훌륭한 (압출, 불다, 주입, 회전성형) | 훌륭한 | 좋은 (하지만 처리 기간이 좁음) | 좋은 (주입, 가공) | 좋은 (성형 전 건조가 필요함) |
| 재활용 | 매우 좋은 (HDPE/LDPE는 널리 재활용됩니다.) | 매우 좋은 | 제한된 (염소 함량) | 제한된 | 보통의 |
| 일반적인 응용 프로그램 | 영화, 병, 파이프, 탱크, 라이너 | 자동차 트림, 경첩, 컨테이너 | 파이프, 창 프로필, 피팅 | 정밀 기어, 부싱, 밸브 | 기어, 문장, 주택, 관 재료 |
10. 결론
폴리에틸렌은 다양한 등급이 매우 광범위한 기계적 및 가공 동작을 포괄하는 다목적 열가소성 제품군입니다..
PE의 장점은 내화학성입니다., 처리 가능성, 저렴한 비용과 유연한 필름부터 매우 견고한 슬라이딩 부품까지 다양한 기능 제공.
가장 일반적인 엔지니어링 함정은 환경 응력 균열입니다., 크리프 및 UV 저하 - 각각 등급 선택을 통해 처리 가능, 안정화 및 디자인.
대부분의 산업 디자이너에게, PE는 사양과 테스트를 통해 한계를 이해하고 관리할 때 경제적이고 강력한 선택으로 유지됩니다..
FAQ
LDPE와 HDPE의 차이점은 무엇입니까?
LDPE에는 사슬 분기가 더 많습니다., 낮은 결정성과 낮은 밀도 (≒0.91~0.925g/cm³) → 부드러워지다, 보다 유연한 필름.
HDPE는 분기가 거의 없습니다., 더 높은 결정성 (≒0.94~0.97g/cm³) → 더 단단해짐, 더 강한 부품과 파이프.
PE가 가끔 약한 화학물질에 의해 갈라지는 이유는 무엇입니까??
환경스트레스 크래킹이군요 (ESC): 특정 계면활성제 및 세제는 인장 응력 하에서 느린 균열 성장을 촉진합니다.. ESC 내성 등급을 선택하고 응력 집중을 줄이면 위험이 완화됩니다..
압력 배관에 PE를 사용할 수 있습니까??
예 — HDPE 및 MDPE는 식수 및 가스 분배에 널리 사용됩니다.. 적절한 융합 용접과 자격을 갖춘 재료/프로세스가 필수적입니다..
언제 UHMWPE를 선택해야 합니까??
내마모성이 매우 높을 경우 UHMWPE를 선택하십시오., 낮은 마찰 및 충격 인성이 필요합니다. (컨베이어 라이너, 패드를 착용하십시오, 슬라이딩 베어링, 특정 의료용 임플란트).
폴리에틸렌은 재활용이 가능합니까??
예: HDPE와 LDPE는 가장 많이 재활용되는 플라스틱 중 하나입니다., 그러나 오염과 혼합 폴리머는 재활용 품질에 영향을 미칩니다..
기계적 재활용과 새로운 화학물질 재활용 경로가 모두 사용됩니다..
