Polyethylen (kurz PE) ist ein thermoplastisches Harz, das durch Polymerisation von Ethylen hergestellt wird. Dazu gehören auch Copolymere aus Ethylen mit einer kleinen Menge α-Olefin. Polyethylen hat viele Vorteile, wie zum Beispiel eine geruchlose, ungiftige, wachsartige Haptik, gute Kältebeständigkeit, gute chemische Stabilität und die Fähigkeit, der Erosion der meisten Säuren und Laugen zu widerstehen. Bei Raumtemperatur ist es in allgemeinen Lösungsmitteln unlöslich, weist eine geringere Wasseraufnahme auf und verfügt über gute elektrische Isoliereigenschaften.
Polyethylen ist eine teilkristalline Polymerverbindung, die mit Ethylenmonomer durch Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckverfahren polymerisiert werden kann. Darüber hinaus stehen Wirbelschicht-Dampfphasen-, Aufschlämmungs- und Lösungsverfahren zur Herstellung von linearem Polyethylen niedriger Dichte zur Verfügung.
Abhängig von der Dichte kann Polyethylen in Typen wie Polyethylen ultraniedriger Dichte (ULDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE) eingeteilt werden. .
Abhängig von der Methode der Polymersynthese kann Polyethylen in Hochdruckpolyethylen (Polyethylen hergestellt bei 101.3354.6 MPa), Mitteldruckpolyethylen (2.17.1 MPa) und Niederdruckpolyethylen (0.1 bis 2.1 MPa) eingeteilt werden.
Abhängig von der relativen Molekülmasse kann Polyethylen in mittlere relative Molekülmasse (5.25 Millionen, in der Industrie üblich und für Allzweckprodukte verwendet), hohe relative Molekülmasse (ca. 500,000) und ultrahohe relative Molekülmasse (1,001,500,000) unterteilt werden. und eine extrem niedrige relative Molekularmasse (ca. 10,000, hauptsächlich verwendet als Schmiermittel und Dispergiermittel für die Kunststoffformung).
Abhängig von der Struktur der Polymermolekülkette kann Polyethylen in lineares Polyethylen (z. B. HDPE, MDPE, LLDPE, VLLDPE, ULLDPE, MLLDPE, EPPE, UHMWPE) und verzweigtes Polyethylen (LDPE) eingeteilt werden.
1. Polyethylen ultraniedriger Dichte (ULDPE)
Polyethylen ultraniedriger Dichte (ULDPE), kurz ULDPE, ist ein Polymer, dessen Polymerisationsmechanismus dem von LLDPE ähnelt, da es eine lineare Struktur ohne lange Kettenverzweigungen aufweist. Aus diesem Grund wird ULDPE auch als zweite Generation von LLDPE bezeichnet. Im Vergleich zu LLDPE weist ULDPE mehr kurze verzweigte Ketten auf, und die verzweigten Ketten sind kürzer und regelmäßiger als die von LDPE und enthalten keine langkettigen Verzweigungen. Es hat eine engere Molekulargewichtsverteilung und eine andere Kristallphasenstruktur und einen anderen Verschränkungsgrad als LDPE. Das Vorhandensein einer großen Anzahl kurzkettiger Verzweigungen in ULDPE-Folien schwächt die Bildung kristalliner Zonen in der Polymerhauptkette. Wenn kristalline Bereiche gebildet werden, werden die kristallinen Bereiche verformt, was zu Defekten führt. Unter den gleichen Kristallisationsbedingungen unterscheidet sich die Kristallstruktur von ULDPE deutlich, was zu Produkten führt, deren physikalische und mechanische Eigenschaften sich deutlich von denen anderer Polyethylene unterscheiden.
ULDPE zeichnet sich aus durch:
- Hervorragende Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit, Reißfestigkeit und Durchstoßfestigkeit.
- Thermische Eigenschaften: Da VLPDE und ULDPE im Vergleich zu langkettigem verzweigtem LDPE kurzkettige lineare Kristalle sind, sind ihre Kristallstrukturdefekte weniger ausgeprägt, was einen höheren Schmelzpunkt, etwa 20 °C höher als bei EVA-Copolymeren, zur Folge hat höhere Betriebstemperatur für ihre Produkte.
- Modul: U/VLDPE hat im Vergleich zu LDPE, LLDPE und HDPE einen niedrigeren Modul, wodurch seine Folien robust, flexibel und weich im Griff sind.
- Kompatibilität: U/VLDPE lässt sich gut mit anderen Polyolefinen mischen und weist eine gute Kompatibilität auf.
- Weitere Eigenschaften: U/VLDPE zeichnet sich durch eine hervorragende Dickenreduzierungsfähigkeit (bis zu 10–12.7 µm), gute Isolierung, optische Eigenschaften, chemische Beständigkeit, Ölbeständigkeit und Versiegelbarkeit aus.
In Bezug auf Anwendungen:
Im Hinblick auf Verteidigungsmunitionsausrüstung kann ULDPE aufgrund seiner guten Schlagfestigkeit und seines großen spezifischen Energieabsorptionsvermögens für die Herstellung von Schutzkleidung, Helmen, ballistischen Materialien wie Hubschraubern, Panzern und Schiffen, Panzerschutzplatten und Radarschutzhüllen verwendet werden Abdeckung, Raketenabdeckung, kugelsichere Westen, Stichschutzwesten, Schilde, Fallschirme und so weiter.
In der Luft- und Raumfahrttechnik eignet sich ULDPE aufgrund seines geringen Gewichts, der hohen Festigkeit und der guten Schlagfestigkeit für Flügelspitzenstrukturen verschiedener Flugzeuge, Luftschiffstrukturen und Bojenflugzeuge.
Im zivilen Bereich kann ULDPE zu Seilen, Kabeln, Segeln und Fischereigeräten für die Schiffstechnik verarbeitet werden. Unter Eigengewicht ist die Bruchlänge von ULDPE-Seilen 8-mal länger als bei Stahlseilen und 2-mal länger als bei Aramidseilen. Die Seile können als feste Ankerseile für Supertanker, Offshore-Betriebsplattformen, Leuchttürme usw. verwendet werden.
In industriellen Anwendungen kann ULDPE als druckbeständige Behälter, Förderbänder, Filtermaterialien, Polsterplatten für Kraftfahrzeuge usw. verwendet werden; Im Baubereich kann es für Wände, Trennkonstruktionen usw. verwendet werden. Im Maschinenbau wird ULDPE häufig zur Herstellung aller Arten von Zahnrädern, Nocken, Laufrädern, Rollen, Riemenscheiben, Lagern, Achsplatten, Buchsen und Klammern verwendet Wellen, Dichtungen, Dichtungen, elastische Kupplungen, Schrauben und andere mechanische Teile.
Im Bereich Sportartikel wird ULDPE zu Helmen, Skiern, Windsurfbrettern, Angelruten, Schlägern sowie Fahrrädern, Gleitbrettern und ultraleichten Flugzeugteilen verarbeitet.
Im medizinischen Bereich wird ULDPE in Materialien für Zahnschienen, medizinischen Implantaten und orthopädischem Nahtmaterial verwendet. Es weist eine gute Biokompatibilität und Haltbarkeit bei hoher Stabilität auf und verursacht keine allergischen Reaktionen. Daher wird ULDPE häufig in klinischen Anwendungen eingesetzt. Darüber hinaus wird es unter anderem bei der Herstellung von medizinischen Handschuhen und anderen medizinischen Maßnahmen eingesetzt.
2. Polyethylen niedriger Dichte (LDPE).)
Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) ist ein Thermoplast, der durch radikalische Polymerisation von Ethylen unter hohem Druck hergestellt wird. Dieses Material liegt in Form milchig-weißer, runder, perlenförmiger Partikel vor, ist ungiftig, geschmacks- und geruchlos und hat eine nicht glänzende Oberfläche. Seine Dichte liegt zwischen 0.916 und 0.930 g/cm³. LDPE hat weichere Eigenschaften sowie eine gute Duktilität, elektrische Isolierung, chemische Stabilität, Verarbeitbarkeit und Kältebeständigkeit (bis zu -70 °C). Allerdings sind seine mechanische Festigkeit, Feuchtigkeitsbarriere, Luftbarriere und Lösungsmittelbeständigkeit schlecht. Seine Molekülstruktur ist nicht regelmäßig genug, seine Kristallinität ist niedrig (55 % bis 65 %) und sein kristalliner Schmelzpunkt ist niedrig (108 bis 126 °C).
LDPE vereint einige hervorragende Eigenschaften wie hohe Transparenz, chemische Inertheit, guten Verschluss sowie einfache Formung und Verarbeitung. Daher wird es häufig in der Polymerindustrie eingesetzt.
LDPE eignet sich für verschiedene thermoplastische Formverfahren wie Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen, Rotationsformen, Beschichten, Schäumen, Thermoformen, Heißluftschweißen, Heißschweißen und so weiter.
LDPE wird hauptsächlich zur Herstellung von Folienprodukten wie Agrarfolien, Bodendeckerfolien, Agrarfolien und Gemüsegewächshausfolien verwendet. Es wird auch in Verpackungsfolien für Süßwaren, Gemüse, Tiefkühlkost und mehr verwendet. Darüber hinaus kann LDPE in blasgeformten Folien für Flüssigkeitsverpackungen (z. B. Milch, Sojasauce, Fruchtsaft, Tofu und Sojamilch) verwendet werden; Hochleistungsbeutel, Schrumpffolien, elastische Folien und Linerfolien; Folien für den Bau, allgemeine industrielle Verpackungsfolien und Lebensmittelbeutel usw. LDPE kann auch in Spritzgussprodukten wie kleinen Behältern, Deckeln, Dingen des täglichen Bedarfs, Kunststoffblumen und spritzstreckblasgeformten Behältern verwendet werden. Es kann auch in medizinischen Geräten, Pharma- und Lebensmittelverpackungsmaterialien, extrudierten Rohren, Platten, Draht- und Kabelumwicklungen, Profilen, thermogeformten Produkten usw. verwendet werden. Blasgeformte Hohlformprodukte können auch aus LDPE hergestellt werden, beispielsweise Milch- und Marmeladenbehälter , Medikamente, Kosmetika, Behälter für chemische Produkte, Tanks usw.
3. Lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE).)
Lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) ist ein Kunststoff, der durch Copolymerisation von Ethylen und höheren Alpha-Olefinen wie Buten, Hexen oder Octen bei viel niedrigeren Temperaturen und Drücken hergestellt wird. LLDPE hat eine enge Molekulargewichtsverteilung und eine lineare Struktur, die ihm im Vergleich zu typischem Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) andere rheologische Eigenschaften verleiht.
LLDPE ist ein milchig-weißes Granulat, ungiftig, geschmacks- und geruchlos. Seine Dichte beträgt 0.918–0.935 g/cm³. Im Vergleich zu LDPE weist LLDPE höhere Erweichungs- und Schmelztemperaturen, eine bessere Festigkeit, Zähigkeit, Steifigkeit, Hitze- und Kältebeständigkeit sowie eine gute Beständigkeit gegen umgebungsbedingte Spannungsrisse, Schlagzähigkeit und Reißfestigkeit auf. Darüber hinaus ist LLDPE auch beständig gegen Säuren, Laugen und organische Lösungsmittel und wird häufig in der Industrie, Landwirtschaft, Medizin, Gesundheit und im täglichen Bedarf eingesetzt.
In Bezug auf die Anwendungen wird LLDPE in einer Vielzahl von Folienmärkten eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Beuteln, Müllsäcken, elastischen Verpackungen, Industrieeinlagen, Handtucheinlagen und Einkaufstaschen. Diese Anwendungen nutzen die verbesserte Festigkeit und Zähigkeit des LLDPE-Harzes. Spritzguss und Rotationsguss sind die häufigsten Formanwendungen für LLDPE, und aufgrund seiner überlegenen Zähigkeit und Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen eignet es sich theoretisch für Produkte wie Abfallbehälter, Spielzeug und Kühlgeräte.
4. Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE)
Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) ist ein Kunststoff zwischen Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), der sowohl die Steifigkeit von HDPE als auch die Flexibilität und Kriechfestigkeit von LDPE aufweist und die Vorteile beider vereint. MDPE ist ein Harz aus der Copolymerisation von Ethylen und Octen mit einem speziellen linearen Ethylengerüst und verzweigten Octenketten, das eine hervorragende Zähigkeit und langfristige Wasserdruckbeständigkeit bietet.
Der synthetische Prozess zur Herstellung von MDPE übernimmt die Methode von LLDPE. Zu den häufig verwendeten Alpha-Olefinen gehören Propylen, 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen usw. Die Menge des verwendeten Olefins beeinflusst die Größe der Dichte und die Olefinmenge beträgt im Allgemeinen etwa 5 % (Massenanteil). MDPE kann durch Extrusion, Injektion, Blasformen, Rotations-, Rotations- und Pulverformen usw. hergestellt werden und die Parameter seines Produktionsprozesses ähneln denen von HDPE und LDPE.
MDPE führt durchschnittlich 20 Methyl- oder 13 Ethylketten pro 1000 Kohlenstoffatome in die Hauptkette des Moleküls ein, wobei unterschiedliche Anzahl und Länge der Verzweigungen die Änderung der Eigenschaften beeinflussen. Durch die Copolymerisation erhöht sich die Anzahl der Ketten, die die kleinen Kristallstücke verbinden.
MDPE ist beständig gegen Spannungsrisse in der Umgebung und behält seine Festigkeit langfristig bei. Seine relative Dichte beträgt 0.926–0.953 g/cm³, die Kristallinität beträgt 70 %–80 %, das durchschnittliche Molekulargewicht beträgt 200,000, die Zugfestigkeit beträgt 8–24 MPa, die Bruchdehnung beträgt 50 %–60 %, die Schmelztemperatur beträgt 126–135 °C Die Schmelzfließgeschwindigkeit beträgt 0.1–35 g/10 min und die Wärmeverformungstemperatur (0.46 MPa) beträgt 49–74 °C.
MDPE kann in den Bereichen Rohre, Folien, Hohlbehälter usw. eingesetzt werden. Die Produkte können zum Hochgeschwindigkeitsformen verschiedener Flaschen, automatischer Hochgeschwindigkeitsverpackungsfolien, verschiedener Spritzgussprodukte, Rotationsgussprodukte, Draht- und Kabelummantelungen, wasserdichter Materialien, Wasserleitungen, Gasleitungen usw. verwendet werden.
5. Polyethylen hoher Dichte (HDPE).)
Polyethylen hoher Dichte (HDPE) ist ein ungiftiger, nicht riechender, geruchloser weißer Partikel mit einem Schmelzpunkt von etwa 130 °C und einer relativen Dichte von 0.941–0.960 g/cm 3. Es weist eine gute Hitze- und Kältebeständigkeit auf , chemische Stabilität sowie hohe Steifigkeit und Zähigkeit, gute mechanische Festigkeit, dielektrische Eigenschaften und Beständigkeit gegen Spannungsrisse in der Umgebung. Die Schmelztemperatur beträgt 120-160°C. Für Materialien mit größeren Molekülen liegt der empfohlene Schmelztemperaturbereich zwischen 200 und 250 °C.
HDPE wird durch einen Polymerisationsprozess mit einem ionischen Reaktionsmechanismus hergestellt. Je nach verwendetem Initiator und Reaktionsdruck wird in Niederdruck- und Mitteldruckverfahren unterschieden, wodurch Produkte mit hohem Molekulargewicht, kurzen und wenigen Verzweigungen und damit hoher Kristallinität und Dichte entstehen. Die Polymerisationsbedingungen für die Niederdruckmethode sind: Druck 0.1–1.5 MPa, Temperatur zwischen 65–100 °C, unter Verwendung eines Initiators vom Ziegler-Natta-Typ: Al(C2H5)3-TiCl4. Der Mechanismus der Polymerisationsreaktion ist koordinativer anionischer Natur. HDPE eignet sich aufgrund seiner guten Formbarkeit für verschiedene thermoplastische Formverfahren wie Spritzguss, Extrusion, Blasformen, Rotationsformen, Beschichten, Schäumverfahren, Thermoformen, Heißsiegelschweißen, Thermoschweißen usw.
Zu seinen Hauptvorteilen gehören Säure- und Alkalibeständigkeit, Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel, hervorragende elektrische Isolierung und die Beibehaltung einer gewissen Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen. Seine Oberflächenhärte, Zugfestigkeit, Steifigkeit und andere mechanische Festigkeiten sind höher als bei LDPE, ähnlich wie PP, zäher als PP, aber mit einem geringeren Oberflächenglanz als PP. Die Hauptnachteile sind schlechte mechanische Leistung, schlechte Atmungsaktivität, anfällig für Verformung, Alterung, Sprödigkeit, geringere Sprödigkeit als PP, anfällig für Spannungsrisse, geringe Oberflächenhärte, anfällig für Kratzer. Es ist schwer zu bedrucken, erfordert zum Bedrucken eine Oberflächenkoronabehandlung, kann nicht galvanisiert werden und hat eine matte Oberfläche.
Anwendungen von HDPE aus Polyethylen hoher Dichte:
- Spritzgussprodukte: Wendeboxen, Flaschenverschlüsse, Fässer, Verschlüsse, Lebensmittelbehälter, Tabletts, Mülleimer, Schachteln und Plastikblumen.
- Blasgeformte Produkte: Hohlgeformte Produkte wie verschiedene Serien von Blasformfässern, Behältern, Flaschen, die Reinigungsmittel, Chemikalien, Kosmetika, Benzintanks, Dinge des täglichen Bedarfs usw. enthalten. Dazu gehören auch Folienprodukte wie Lebensmittelverpackungsbeutel, verschiedene Einkaufstüten und Düngemittelauskleidung Filme usw.
- Extrudierte Produkte: Rohre und Formstücke, die hauptsächlich in der Gasübertragung, im öffentlichen Wasser- und Chemietransport verwendet werden, wie z. B. Abflussrohre für Baustoffe, Gasrohre, Warmwasserrohre usw.; Plattenmaterialien, die hauptsächlich für Sitze, Koffer, Transportbehälter usw. verwendet werden.
- Rotationsformen: Spritzgussprodukte wie große Behälter, Lagertanks, Fässer, Kisten usw.
- Es kann zu Folien, Draht- und Kabelmänteln, Rohren, verschiedenen Hohlprodukten, Spritzgussprodukten, Fasern usw. verarbeitet werden. Weit verbreitet in der Landwirtschaft, Verpackung, Elektronik, Maschinen, Automobilen, für den täglichen Bedarf und anderen Bereichen.
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