1. Invoering
Polyethyleen (Pe) is een polymeer dat wordt geproduceerd door polymerisatie van het monomeer ethyleen (CH₂=CH₂).
Voor het eerst op de markt gebracht in de jaren dertig, PE is nu beschikbaar in meerdere technische vormen waarvan de eigenschappen worden bepaald door het molecuulgewicht, keten architectuur (vertakking), en verwerking (inclusief verknoping).
PE's combinatie van chemische inertie, Verwerkbaarheid, lage kosten en een spectrum aan mechanisch gedrag – van flexibele films tot ultrasterke vaste stoffen – verklaren de alomtegenwoordigheid ervan in verpakkingen, bouw, vervoer, consument, medische en industriële sectoren.
2. Wat is polyethyleen (Pe)?
Polyethyleen (Pe) is een familie van semi-kristallijne thermoplasten geproduceerd door het polymeriseren van ethyleen (CH₂=CH₂).
Het is het meest gebruikte plastic ter wereld vanwege de combinatie van lage kosten, chemische inertie, breed verwerkingsvenster en een instelbaar bereik aan mechanisch gedrag - van zacht tot zacht, flexibele films tot zeer taai, slijtvaste vaste stoffen.
Belangrijkste eigenschappen
- Chemische weerstand: uitstekend tegen de meeste zuren, alkalis, oplosmiddelen en brandstoffen.
- Mechanisch: breed bereik — LDPE is zacht en rekbaar; HDPE is stijf en sterk; UHMWPE combineert hoge sterkte met uitzonderlijke slagvastheid.
- Thermisch: smeltpunten doorgaans ~105–135 °C, afhankelijk van de kwaliteit; bedrijfstemperaturen zijn over het algemeen beperkt in vergelijking met technische kunststoffen.
- Vocht: in wezen niet-hygroscopisch (verwaarloosbare wateropname).
- Dragen & wrijving: UHMWPE heeft een uitstekende lage wrijvings- en slijtvastheid.
3. Commerciële PE-kwaliteiten en wat ze anders maakt
PE wordt doorgaans als volgt gecategoriseerd:
- LDPE (Polyethyleen met lage dichtheid): dichtheid ~0,910–0,925 g/cm³; flexibele, goede duidelijkheid (films), lage treksterkte. Gebruikelijk voor knijpflessen, films, kabel jassen.
- LLDPE (Lineair polyethyleen met lage dichtheid): dichtheid vergelijkbaar met LDPE; superieure treksterkte en lekweerstand in films als gevolg van vertakking met korte ketens. Op grote schaal gebruikt voor rekfolie en gecoëxtrudeerde structuren.
- MDPE (PE met gemiddelde dichtheid): dichtheid ~0,926–0,940 g/cm³; gebruikt voor gasleidingen en sommige blaasvormen.
- HDPE (Polyethyleen met hoge dichtheid): dichtheid ~0,940–0,970 g/cm³; stijf, goede chemische resistentie, gebruikt voor pijp, containers, rotatiegiet onderdelen.
- UHMWPE (PE met ultrahoog moleculair gewicht): Mw typisch >3×10⁶ g/mol; uitstekende slijtvastheid, zeer lage wrijving; gebruikt voor voeringen, lagers, glijdende toepassingen en sommige medische implantaten.
- XLPE (Vernet PE): PE chemisch of door straling verknoopt om de temperatuur te verbeteren, kruip en chemische weerstand; gebruikt voor hogetemperatuurleidingen en kabelisolatie.
- Metalloceen-gekatalyseerd PE (mPE / mlLDPE): een strakkere molecuulgewichtsverdeling en verbeterde controle van de mechanische eigenschappen - maakt films met hoge helderheid en op maat gemaakt mechanisch gedrag mogelijk.
Elke kwaliteit is geoptimaliseerd voor verwerkbaarheid en applicatieprestaties door Mw aan te passen, comonomeergehalte en katalysatoren.
4. Typische fysische en mechanische eigenschappen
De onderstaande tabel geeft representatief weer, typische bereiken voor gangbare PE-kwaliteiten. Gebruik gegevensbladen van de fabrikant voor ontwerpkritische waarden.
| Eigendom | LDPE | LLDPE | MDPE | HDPE | UHMWPE |
| Dikte (g · cm⁻³) | 0.910–0,925 | 0.915–0,930 | 0.926–0,940 | 0.940–0,970 | 0.930–0,940 |
| Treksterkte (MPA) | 8–15 | 12–20 | 14–25 | 20–37 | 30–45 |
| Verlenging bij breuk (%) | 200–800 | 200–600 | 200–400 | 100–600 | 100–400 |
| Young's modulus (GPA) | 0.2–0.4 | 0.3–0.6 | 0.6–0.9 | 0.8–1.5 | 0.8–1.5 |
| Smeltpunt (° C) | 105–115 | 105–120 | 120–130 | 125–135 | 130–138 |
| Gekerfde Izod (Kj toont mat) | 30–100 (moeilijk) | 30–100 | 20–60 | 10–40 | 50–200 (heel zwaar) |
| Draag weerstand | Laag | Gematigd | Gematigd | Goed | Uitstekend |
| Continue servicetemp (° C) | ~65-80 | ~65-80 | ~ 80–90 | ~80–110 | ~80–120 |
| Chemische weerstand | Uitstekend | Uitstekend | Uitstekend | Uitstekend | Uitstekend |
| Wateropname | Verwaarloosbaar | Verwaarloosbaar | Verwaarloosbaar | Verwaarloosbaar | Verwaarloosbaar |
5. Verwerkingsmethoden en productieoverwegingen
PE wordt met vrijwel elke thermoplastische techniek verwerkt:
- Extrusie — pijpen, vellen, film, profielen. HDPE en UHMW in buizen en liners worden geëxtrudeerd of geramd.
- Blaasvormen — flessen en containers (HDPE, LDPE).
- Spuitgieten — fittingen, behuizingen en componenten (HDPE, LDPE-varianten).
- Roterend (rotatiegieten) — grote holle delen (tanks, kajaks).
- Filmcasting / geblazen film — verpakkingsfolies (LDPE, LLDPE, mlLDPE).
- Compressie sinteren / extrusie van ram / Compressievormen — UHMWPE wordt vaak op deze manier verwerkt vanwege de extreem hoge Mw (geen conventionele smeltstroom).
- Verknopingsmethoden – chemisch (peroxiden), silaantransplantatie of elektronenbundel / gammastraling om XLPE te produceren voor hogere temperaturen of verbeterde kruipweerstand.
6. Belangrijkste toepassingen per graad
- LDPE / LLDPE: flexibele folie, boodschappentassen, linies, film verpakking, kabel ommanteling, agrarische films.
- HDPE: water- en gasdistributieleidingen, geblazen containers (melkflessen), geomembranen, rotatiegegoten tanks, structurele componenten.
- MDPE: gasverdeelleiding, geomembranen.
- UHMWPE: slijtage strips, glijbanen en voeringen, glijlagers, kettinggeleiders, orthopedische implantaten (heup- en kniecomponenten), ballistische vezels (UHMWPE-vezels zoals Dyneema® / Spectra®).
- XLPE: pijptoepassingen bij hoge temperaturen (warm water/industrieel), kabel isolatie.
7. Prestatie-uitdagingen en faalwijzen
Hoewel chemisch robuust, PE heeft verschillende bekende faalmechanismen waartegen ontworpen kan worden:
Scheuren door omgevingsstress (ESC)
- Definitie: scheurvorming en voortplanting onder spanning in de aanwezigheid van specifieke chemicaliën of oppervlakteactieve stoffen.
De meest kritische faalwijze van PE: spanningsniveaus onder de opbrengst kunnen na verloop van tijd scheuren veroorzaken bij contact met schoonmaakmiddelen, glycol, of sommige koolwaterstoffen. - Verzachting: kies ESC-resistente formuleringen, vermindering van resterende/vangende stress (Verbeter de verwerking en het gloeien), vermijd scherpe inkepingen en verminder langdurige trekspanningen.
Kruip- en langdurige vervorming
- PE vertoont aanzienlijke kruip onder aanhoudende belasting, vooral bij verhoogde temperatuur.
Ontwerp voor kruip met veiligheidsfactoren; gebruik HDPE, XLPE of selecteer UHMW voor minder kruip waar nodig.
UV / oxidatieve afbraak
- Ongestabiliseerd PE wordt afgebroken onder UV en zuurstof: oppervlakte krijten, verbrossing en verlies van mechanische eigenschappen.
Stabilisatie met UV-absorbers, carbon black-pigmentatie en antioxidanten zijn routine voor buitentoepassingen.
Lage stijfheid bij hoge temperaturen en dimensionale grenzen
- De modulus van PE daalt met de temperatuur; voor structurele toepassingen die de grenzen van de bedrijfstemperatuur naderen, selecteert u materialen met een hogere stijfheid of verknoping om de warmteafbuiging te vergroten.
Fusie / lasoverwegingen (voor leidingen)
- HDPE-leidingen worden doorgaans met elkaar verbonden door stomplassen of elektrolassen; slecht lassen leidt tot zwakke verbindingen en voortijdig falen – lasprocedures en kwalificatie van de operator zijn van cruciaal belang.
8. Omgevings-, recycling- en duurzaamheidsaspecten
- Recyclabaliteit: PE is zeer recyclebaar (mechanische recycling); HDPE en LDPE worden vaak opnieuw verwerkt tot verpakkingen en niet-kritieke producten. PE krijgt recyclingcodes toegewezen: #2 (HDPE) En #4 (LDPE).
- Beperkingen: besmetting, gemengde polymeren en additieven compliceren recyclingstromen. UHMWPE en gevulde soorten zijn moeilijker te herverwerken tot hoogwaardige producten.
- Biobased opties: Uit bio-ethanol kan ethyleen worden geproduceerd (bio-PE) met identieke eigenschappen als PE op fossiele basis.
- Einde van de levensduur: verbranding met energieterugwinning en chemische recycling (depolymerisatie) zijn technische opties; levenscyclusanalyse is afhankelijk van de toepassings- en herstelpercentages.
- Milieuproblemen: vorming van microplastics uit films en slijtagedeeltjes (Bijv., van transportbanden) vergt overweging.
9. Vergelijkende analyse — Polyethyleen (Pe) vs. andere veel voorkomende materialen
De onderstaande tabel vergelijkt Pe met verschillende materialen die ingenieurs doorgaans als alternatief voor onderdelen beschouwen, films, leidingen of slijtageonderdelen.
| Eigendom / Criterium | Pe (LDPE / HDPE) | PP (Polypropyleen) | PVC (Onbuigzaam) | Pok / Acetaal | Nylon (PA6 / PA66) |
| Dikte (g · cm⁻³) | 0.91–0,97 | 0.90–0,91 | 1.34–1.45 | ≈ 1.41 | 1.12–1.15 |
| Treksterkte (MPA) | 8–37 (LD → HD) | 30–40 | 35–60 | 50–75 | 50–90 |
| Young's modulus (GPA) | 0.2–1.5 | 1.0–1.8 | 2.7–3.5 | 2.8–3.5 | 2.5–3.5 |
| Smeltend / bruikbare temp (° C) | Tm ~105–135 / gebruik ≈ 65–110 | Tm ~160–170 / gebruik ≈ 90–120 | Tg/verzachting ~75–80 / gebruik ≈ 40–60 | Tm ~165–175 / gebruik ≈ 80–100 | Tm ~215–265 / gebruik ≈ 80–120 |
| Chemische weerstand | Uitstekend (zuren, honken, veel oplosmiddelen) | Erg goed (gelijk aan PE) | Goed (zuren, zouten, veel chemicaliën) | Goed (brandstoffen, oliën) | Goed (koolwaterstoffen, oliën) |
| Vochtabsorptie | Verwaarloosbaar | Verwaarloosbaar | Verwaarloosbaar | ~ 0,2-0,3% | 1–3% (hygroscopisch) |
Dragen / wrijvingsgedrag |
Goed (HDPE beter dan LDPE) | Gematigd | Gematigd | Uitstekend (lage wrijving, lage slijtage) | Goed |
| Dimensionale stabiliteit | Gematigd (kruipen onder belasting) | Gematigd | Goed | Uitstekend | Gematigd (aangetast door vocht) |
| UV -weerstand (ongestabiliseerd) | Arm (stabilisatoren nodig) | Arm | Beter (formulering afhankelijk) | Arm | Arm |
| Verwerkbaarheid | Uitstekend (extrusie, blazen, injectie, rotatiegieten) | Uitstekend | Goed (maar smal verwerkingsvenster) | Goed (injectie, bewerking) | Goed (vereist drogen vóór het vormen) |
| Recyclabaliteit | Erg goed (HDPE/LDPE op grote schaal gerecycled) | Erg goed | Beperkt (chloorgehalte) | Beperkt | Gematigd |
| Typische toepassingen | Films, flessen, pijpen, tanks, linies | Auto -trim, scharnieren, containers | Pijpen, raam profielen, uitrusting | Precisie -tandwielen, bussen, kleppen | Versnelling, lagers, behuizingen, buizen |
10. Conclusies
Polyethyleen is een veelzijdige thermoplastische familie waarvan de verschillende kwaliteiten een zeer breed scala aan mechanisch en verwerkingsgedrag bestrijken.
De sterke punten van PE zijn chemische resistentie, Verwerkbaarheid, lage kosten en een capaciteit variërend van flexibele films tot ultrasterke glijdende onderdelen.
De meest voorkomende technische valkuilen zijn scheuren door omgevingsstress, kruip en UV-degradatie – elk te verhelpen door middel van kwaliteitselectie, stabilisatie en ontwerp.
Voor de meeste industriële ontwerpers, PE blijft een economische en robuuste keuze als de beperkingen ervan worden begrepen en beheerd door middel van specificatie en testen.
FAQ's
Wat is het verschil tussen LDPE en HDPE?
LDPE heeft meer ketenvertakkingen, lagere kristalliniteit en lagere dichtheid (≈0,91–0,925 g/cm³) → zachter, flexibelere films.
HDPE heeft weinig vertakkingen, hogere kristalliniteit (≈0,94–0,97 g/cm³) → stijver, sterkere onderdelen en pijp.
Waarom barst PE soms onder milde chemicaliën??
Dat is het kraken van omgevingsstress (ESC): bepaalde oppervlakteactieve stoffen en detergentia bevorderen de langzame scheurgroei onder trekspanning. Het selecteren van ESC-bestendige kwaliteiten en het verminderen van stressconcentraties verkleint het risico.
Kan PE worden gebruikt voor drukleidingen?
Ja – HDPE en MDPE worden veel gebruikt voor de distributie van drinkwater en gas. Goed smeltlassen en gekwalificeerde materialen/processen zijn essentieel.
Wanneer moet ik kiezen voor UHMWPE?
Kies voor UHMWPE als de slijtvastheid zeer hoog is, lage wrijving en slagvastheid zijn vereist (transportbanden, Draag pads, glijlagers, bepaalde medische implantaten).
Is polyethyleen recyclebaar?
Ja: HDPE en LDPE behoren tot de meest gerecyclede kunststoffen, maar vervuiling en gemengde polymeren beïnvloeden de recyclingkwaliteit.
Mechanische recycling en opkomende chemische recyclingroutes worden beide gebruikt.
