کاربرد انواع گریدهای پلی اتیلن LLD ،HD و LD (کاربرد پلی اتیلن)

 

پلی اتیلن (پلی ­اتن یا پلی­ تن) مهمترین پلاستیک در جهان است و هر ساله بیش از 80 میلیون تن تولید می شود. به دلیل تنوع گونه‌های پلی اتیلن، این پلیمر کاربردهای وسیعی دارد و با انتخاب گرید متناسب با کاربرد پلی اتیلن، می‌توان هم زمان به خواص مکانیکی و قیمت مناسب دست یافت. همان طور که در بخش اول بیان شد، پلی اتیلن‌ها بر اساس چگالی به سه گرید اصلی سنگین (HD)، سبک خطی (LLD) و سبک (LD) تقسیم می‌شوند. از ویژگی‌های این پلیمر این است که سمی نبوده و معمولا در صنایع غذایی به کار می‌رود. در جدول 1، کاربرد و استفادۀ نهایی انواع گریدهای پلی اتیلن مشاهده می‌شود:

 

جدول 1: نمونه‌های استفاده از پلی اتیلن

گرید پلی اتیلن	کاربرد	استفادۀ نهایی
HDPE	نوار جهت دار، کیسۀ بافته شده، تک رشته، لوله، فیلم دمشی، قالب‌گیری تزریقی و قالب گیری دمشی	کیسۀ بافته شده و تک رشته‌ای، لولۀ معمولی یا تحت فشار، کانال کابل‌های فیبر نوری، فیلم بسیار براق و کاغذی، ظروف صنعتی بالای 100 لیتر، قالب‌گیری لایه نازک، مستربچ
LLDPE	فیلم دمشی، فیلم ریخته گری، پوشش اکستروژن، قالب‌گیری/کامپاندینگ تزریقی، قالب گیری چرخشی	فیلم گرید ضد بلاک برای کاربری های سنگین و خاص، فیلم لایه ای، ریخته گری و کششی، بسته بندی خصوصا برای مایعات، مستربچ، کیسۀ حمل و نقل، سبد خرید، پوشش پارچۀ بافته شده، ورقه، فویل آلومینیومی
LDPE	فیلم دمشی/ریخته گری، فیلم ریخته گری، گرید اکستروژن پوششی، قالب گیری تزریقی	مستربچ، پوشش پودری و اکستروژنی، قالب گیری نرم، بسته بندی، فیلم تک و دو اکسترود برای بسته بندی مایعات، کاربری سنگین، جمع شونده، UV، لایه سازی چسبنده، فوم، کشاورزی، فیلم لایه‌ای حرارت و فشار

 

یکی از مهم ترین کاربرد‌های انواع گریدهای پلی اتیلن، ساخت انواع مستربچ افزودنی، رنگی و پرکننده است. باید توجه داشت با توجه به گریدهای مختلف پلی اتیلن، کاربری آنها در ساخت قطعات پلاستیکی متفاوت است. در شکل 1، نمونه‌ای از کاربرد هریک از گریدهای پلی اتیلن نشان داده شده است:

با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE)	با دانسيته بالا (HDPE)	متوسط (MDPE)
سبك خطي (LLDPE)	سبک با دانسيتۀ پايين (LDPE)	با اتصالات عرضی (PEX)

شکل 1: کاربرد انواع گریدهای پلی اتیلن در ساخت قطعات پلاستیکی

 

انواع روش‌های شکل دهی پلی اتیلن‌ها بر اساس کاربرد نهایی

تنوع خواص فیزیکی و مکانیکی و در نتیجه گریدهای مختلف پلی اتیلن باعث شده که این پلیمرها در محدودۀ وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند. مهم‌ترین تقسیم بندی پلی اتیلن‌ها بر اساس چگالی آن ها است. از طرف دیگر، پارامتر اساسی برای انتخاب گرید مناسب پلیمرها، شاخص جریان مذاب است. نموداری که در شکل 2 مشاهده می‌شود، دید اولیۀ مناسبی برای انتخاب گرید مناسب پلی اتیلن به ما می‌دهد:

شکل 2: تقسم بندی گریدهای پلی اتیلن براساس چگالی و شاخص جریان مذاب

 

باید توجه داشت که با توجه به کاربرد نهایی و گرید پلی اتیلن مصرفی، روش شکل دهی آن نیز متفاوت است. همان طور که در شکل 3 مشاهده می‌شود، LLDPE و LDPE عمدتاً برای ساخت فیلم بسته بندی و عایق حرارتی استفاده می‌شوند. HDPE نیز از طریق قالب گیری دمشی برای ساخت ظروف نگهداری مواد شیمیایی مانند مایع شوینده و ظروف استوانه شکل برای بسته بندی صنعتی به کار می‌رود. این گرید پلی اتیلن به صورت لوله نیز شکل دهی می‌شود.

HDPE	LDPE/LLDPE

شکل 3: کاربردهای پلی اتیلن

 

در اکثر روش‌های فرآوری، گرانول‌های پلی اتیلن را از طریق قیف درون سیلندری می‌ریزند تا گرم شوند. درون این سیلندر یک پیچ دوار، تودۀ مذاب را با فشار از خروجی انتهای آن، به بیرون می‌راند که در آن جا قبل از سرد شدن و جامد شدن پلی اتیلن می‌توان آن را به محصولات مختلف تبدیل کرد. این سیلندر دارای پیچ که برای ذوب مواد به کار می‌رود، اکسترودر نامیده می‌شود. این روش، در ساخت صندلی‌های باغ، رویۀ پیچ، دستگیرۀ در یا بطری‌های فشاری و … در شکل و اندازه‌های مختلف ممکن است. همان طور که در شکل 4 مشاهده می‌شود، در حین فشار دادن، مواد می‌توانند صاف شده و تبدیل به صفحه شوند یا کشیده شده و به صورت فویل شکل دهی شوند. به طور کلی، روش‌های شکل دهی عبارتند از قالب گیری (به دو روش تزریقی و دمشی)، فویل (به دو روش دمشی و سطحی)، ورقه و و فوم. لازم به ذکر است که می‌توان از خروجی اکسترودر نیز به طور مستقیم برای ساخت قطعات ساده بهره برد.

شکل 4: شمای کلی اکسترودر و انواع شکل‌های پلاستیک

 

1. قالب گیری: شکل دهی به روش قالب‌گیری از طریق تزریق، دمش و چرخش امکان پذیر است. با تزریق مذاب به قالب می‌توان محصولات بزرگ و کوچک مانند درپوش، پوشش، دستگیره، وسایل باغ، سبد و ظروف سبزی، میوه و ضایعات باغ را تولید کرد. قالب‌گیری دمشی نیز طی چهار مرحلۀ اکستروژن، بسته شدن قالب، دمش و خروج محصول نهایی انجام می‌گیرد. این روش برای ساخت بطری‌ها به کار می‌رود. در شکل 5، کلیۀ مراحل قالب گیری دمشی و محصولات نهایی آن مشاهده می‌شود. روش قالب گیری چرخشی نیز روش خوبی برای ساخت اشیای بزرگ تو خالی مانند ظروف بزرگ یا اتاقک‌های کوچک است. در این روش پودر پلی اتیلن درون قالب داغ ریخته می‌شود و با چرخش شدید آن، شکل دهی و ساخت محصول نهایی انجام می‌گردد.

شکل 5: مراحل قالب گیری دمشی و محصولات نهایی آن

 

2. ساخت فویل: فویل‌های پلی اتیلن نیز به دو روش دمشی و صفحه‌ای ساخته می‌شوند. در روش دمشی، همان طور که در شکل 6 مشاهده می‌شود، در جهت ورود مواد مذاب، هوای فشرده دمیده می‌شود. پس از خنک شدن میل‌ها، فویل دو لایه روی هم قرار گرفته و رول می‌شوند. این روش برای ساخت کیسه‌های زباله و حمل و نقل بسیار مناسب هستند.

شکل 6: شمای دستگاه تولید فویل به روش دمشی و محصولات نهایی آن

 

در روش سطحی ساخت فویل، مواد مذاب از طریق عبور از خروجی بسیار باریکی فشرده می‌شوند و با عبور از روی کلندرهای متوالی به شکل تک لایه شکل دهی می‌شوند. این لایۀ بسیار نازک، رول شده و سریعا سرد می‌گردد. این نوع فویل‌ها برعکس فویل‌های دمشی، تنها در یک جهت امکان کشیدگی دارند. فویل سطحی اغلب برای چسباندن روی لایه‌های مواد دیگر به کار می‌رود. این شکل دهی در طی مراحل اکستروژن، کلندرینگ  و شکل دهی حرارتی انجام می‌گردد. در شکل 7، مراحل شکل دهی این روش و محصولات نهایی آن مشاهده می‌شود:

شکل 7: شمای دستگاه تولید فویل به روش صفحه‌ای و محصولات نهایی آن

 

3. ساخت ورقه: شکل دهی برای ساخت ورقه، کاملا مشابه روش سطحی ساخت فویل است، با این تفاوت که در این جا ضخامت نمونه بیشتر است. ورقه‌های پلی اتیلن اغلب در ساخت اشکال برجسته به کار می‌روند.

4. ساخت فوم با کاربرد عایق: پلی اتیلن ماده‌ای است که به عنوان عایق حرارتی یا الکتریکی بسیار شناخته شده است. فوم، با افزودن مادۀ فوم یا گاز به پلی اتیلن مذاب ایجاد می‌شود. این مواد به دلیل ساختار سلولی، برای کاربرد عایق حرارتی بسیار مناسب هستند. همۀ گریدهای پلی اتیلن را می‌توان به حالت فوم فرآوری کرد که در شکل 8، انواع آن مشاهده می‌شود:

با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE)

با دانسيته بالا (HDPE)

سبك خطي (LLDPE)

سبک با دانسيته پايين (LDPE)

با اتصالات عرضی (PEX یا XLPE)

شکل 8: کاربرد انواع گریدهای پلی اتیلن در ساخت فوم

 

افزودنی‌ها

پلی اتیلن گاهی می‌تواند به همان شکل طبیعی فرآوری شود اما در بیشتر مواقع، مادۀ دیگری نیاز است تا آن را متناسب با کاربرد خاصی اصلاح کند. مواد افزودنی در بهبود استحکام سایشی، مقاومت در برابر UV، جلوگیری از اشتعال پذیری، رنگ آمیزی آنها و لیزکنندگی فیلم‌ها کاربرد دارند.

 

پلی اتیلن: پلیمر ارزشمند امروز و فردا

پلی اتیلن جزء ضروری زندگی امروز است و در بازار جهانی امروز، موقعیتی پایدار دارد. این ماده نوآوری زیادی در زمینۀ مواد عایق بندی و بسته بندی دارد. این پلیمر بهترین گزینه برای نگهداری و حمل و نقل مواد غذائی است و کاربرد گسترده‌ای در پوشش‌ها، عایق کابل‌ها و بسته بندی دارد. به دلیل خواص ویژۀ پلی اتیلن، نمی‌توان گزینۀ بهتر با قیمت مناسب‌تر از آن یافت. این پلیمر سخت ترین آزمون‌های دوام، ایمنی، بهداشت و سازگاری با محیط زیست را گذرانده است. بدون شک نیاز به این محصولات روز به روز افزایش خواهد یافت و همان طور که در شکل 9 مشاهده می‌شود، همه چیز گواه آن است که در آینده می‌توان انتظاری بیش از پیش از این پلیمر ارزشمند داشت. اما لازم به ذکر است که پلی اتیلن در همۀ موارد بهترین گزینه نیست. مثلاً برای کاربری لولا، پلی اتیلن دومین انتخاب است و بهترین پلیمر پلی پروپیلن است.

شکل 9: سرعت رشد نیاز جهانی پلی اتیلن