צינור (להשקיה)

פוליאתילן בצפיפות גבוהה, השם באנגלית הוא "High Density Polyethylene", או בקיצור "HDPE".HDPE הוא שרף תרמופלסטי מאוד גבישי, לא קוטבי.המראה של ה-HDPE המקורי הוא לבן חלבי, והחלק הדק שקוף במידה מסוימת.ל-PE יש עמידות מצוינת לרוב הכימיקלים הביתיים והתעשייתיים.סוגים מסוימים של כימיקלים עלולים לגרום לקורוזיה כימית, כגון חומרים מחמצנים קורוזיביים (חומצה חנקתית מרוכזת), פחמימנים ארומטיים (קסילן) ופחמימנים הלוגנים (פחמן טטרכלוריד).הפולימר אינו היגרוסקופי ובעל עמידות טובה לאדי מים, וניתן להשתמש בו למטרות אריזה.ל-HDPE תכונות חשמליות טובות, במיוחד החוזק הדיאלקטרי הגבוה של הבידוד, מה שהופך אותו למתאים מאוד לחוטים וכבלים.לדרגות משקל מולקולרי בינוני עד גבוה יש עמידות מעולה בפני פגיעה, אפילו בטמפרטורת החדר ואפילו בטמפרטורות נמוכות של -40F.

HDPE הוא פוליאולפין תרמופלסטי המיוצר על ידי קופולימריזציה של אתילן.למרות שה-HDPE הושק בשנת 1956, הפלסטיק הזה עדיין לא הגיע לרמה בוגרת.חומר לשימוש כללי זה מפתח כל הזמן את השימושים והשווקים החדשים שלו.

תכונות עיקריות

HDPE הוא שרף תרמופלסטי לא קוטבי עם גבישיות גבוהה.המראה של ה-HDPE המקורי הוא לבן חלבי, והחלק הדק שקוף במידה מסוימת.ל-PE יש עמידות מצוינת לרוב הכימיקלים הביתיים והתעשייתיים.סוגים מסוימים של כימיקלים עלולים לגרום לקורוזיה כימית, כגון חומרים מחמצנים קורוזיביים (חומצה חנקתית מרוכזת), פחמימנים ארומטיים (קסילן) ופחמימנים הלוגנים (פחמן טטרכלוריד).הפולימר אינו היגרוסקופי ובעל עמידות טובה לאדי מים, וניתן להשתמש בו למטרות אריזה.ל-HDPE תכונות חשמליות טובות, במיוחד החוזק הדיאלקטרי הגבוה של הבידוד, מה שהופך אותו למתאים מאוד לחוטים וכבלים.לדרגות משקל מולקולרי בינוני עד גבוה יש עמידות מעולה בפני פגיעה, אפילו בטמפרטורת החדר ואפילו בטמפרטורות נמוכות של -40F.המאפיינים הייחודיים של דרגות שונות של HDPE הם השילוב הנכון של ארבעה משתנים בסיסיים: צפיפות, משקל מולקולרי, התפלגות משקל מולקולרית ותוספים.זרזים שונים משמשים לייצור פולימרים מותאמים אישית בעלי תכונות מיוחדות.השילוב של משתנים אלה מייצר דרגות HDPE למטרות שונות;השגת האיזון הטוב ביותר בביצועים.

צְפִיפוּת

זהו המשתנה העיקרי שקובע את המאפיינים של HDPE, אם כי ארבעת המשתנים שהוזכרו כן משפיעים זה על זה.אתילן הוא חומר הגלם העיקרי של פוליאתילן.כמה קומונומרים אחרים, כגון 1-בוטן, 1-הקסן או 1-אוקטן, משמשים לעתים קרובות גם לשיפור ביצועי הפולימרים.עבור HDPE, תכולת המונומרים המעטים לעיל בדרך כלל אינה עולה על 1%-2%.תוספת של קומונומר מפחיתה מעט את הגבישיות של הפולימר.שינוי זה נמדד בדרך כלל על ידי צפיפות, שיש לה קשר ליניארי עם הגבישיות.הסיווג הכללי של ארצות הברית הוא בהתאם ל-ASTM D1248, והצפיפות של HDPE היא 0.940g/.מעל C;טווח הצפיפות של MDPE הוא 0.926 ~ 0.940g/CC.סיווגים אחרים מסווגים לפעמים MDPE כ-HDPE או LLDPE.להומופולימרים יש את הצפיפות הגבוהה ביותר, הקשיחות הגבוהה ביותר, חדירות טובה ונקודת ההתכה הגבוהה ביותר, אך בדרך כלל יש להם עמידות נמוכה בפני פיצוח מתח סביבתי (ESCR).ESCR היא היכולת של PE להתנגד לסדקים הנגרמים על ידי מתח מכני או כימי.צפיפות גבוהה יותר משפרת בדרך כלל חוזק מכני, כגון חוזק מתיחה, קשיחות וקשיות;תכונות תרמיות כגון טמפרטורת נקודת ריכוך וטמפרטורת עיוות חום;ואטימות, כגון חדירות אוויר או חדירות אדי מים.צפיפות נמוכה יותר משפרת את חוזק ההשפעה שלו ואת E-SCR.צפיפות הפולימרים מושפעת בעיקר מהוספת קומונומרים, אך במידה פחותה ממשקל מולקולרי.אחוז המשקל המולקולרי הגבוה מפחית מעט את הצפיפות.לדוגמה, להופולימרים יש צפיפויות שונות במגוון רחב של משקלים מולקולריים.

ייצור וזרז

שיטת הייצור הנפוצה ביותר של PE היא באמצעות עיבוד תמיסה או שלב גז, ומעטים מיוצרים על ידי עיבוד שלב הפתרון.כל התהליכים הללו הם תגובות אקסותרמיות המערבות מונומר אתילן, מונומר א-אולפין, מערכת זרז (יכול להיות יותר מתרכובת אחת) וסוגים שונים של מדללים פחמימנים.מימן וכמה זרזים משמשים לשליטה במשקל מולקולרי.כור הסילוף הוא בדרך כלל מיכל מבוחש או כור לולאה בקנה מידה גדול יותר בשימוש נפוץ יותר שבו ניתן להזרים ולערבב את הסלרי.כאשר אתילן וקומונומר (לפי הצורך) באים במגע עם הזרז, נוצרים חלקיקי פוליאתילן.לאחר הוצאת המדלל, מייבשים את גרגרי הפוליאתילן או גרגירי האבקה ומוסיפים את התוספים לפי המינון לייצור כדורים.קו ייצור מודרני עם כורים גדולים עם מכבשי בורג כפול יכול לייצר יותר מ-40,000 פאונד של PE לשעה.פיתוח זרזים חדשים תורם לשיפור הביצועים של דרגות HDPE חדשות.שני סוגי הזרזים הנפוצים ביותר הם זרזים מבוססי תחמוצת כרום של פיליפס וזרזי אלומיניום תרכובת טיטניום-אלקיל.ל-HDPE המיוצר על ידי זרז פיליפס יש חלוקת משקל מולקולרית ברוחב בינוני;לזרז האלומיניום טיטניום-אלקיל יש חלוקת משקל מולקולרית צרה.הזרז המשמש בייצור פולימרי MDW צרים בכור כפול יכול לשמש גם לייצור דרגות MDW רחבות.לדוגמה, שני כורים בסדרה המייצרים מוצרים במשקל מולקולרי שונים באופן משמעותי יכולים לייצר פולימרים בעלי משקל מולקולרי דו-מודאלי בעלי מגוון שלם של התפלגות משקל מולקולרי.אביזרי צנרת PE

משקל מולקולרי

משקל מולקולרי גבוה יותר מביא לצמיגות פולימר גבוהה יותר, אך צמיגות קשורה גם לטמפרטורה ולקצב הגזירה המשמשים בבדיקה.ריאולוגיה או מדידת משקל מולקולרי משמשת לאפיון המשקל המולקולרי של החומר.לדרגות HDPE יש בדרך כלל טווח משקל מולקולרי של 40,000 עד 300,000, והמשקל המולקולרי הממוצע מתאים בערך לטווח אינדקס ההיתוך, כלומר מ-100 עד 0. 029/10 דקות.באופן כללי, MW גבוה יותר (MW מדד נמס נמוך יותר) משפר את חוזק ההיתוך, קשיחות טובה יותר ו-ESCR, אך MW גבוה יותר גורם לעיבוד

התהליך קשה יותר או דורש לחץ או טמפרטורה גבוהים יותר.

התפלגות משקל מולקולרית (MWD): ה-WD של PE משתנה בין צר לרחב בהתאם לזרז המשמש ותהליך העיבוד.

מדד מדידת ה-MWD הנפוץ ביותר הוא מדד חוסר אחידות (HI), השווה למשקל המולקולרי הממוצע (MW) חלקי המשקל המולקולרי המספר הממוצע (Mn).טווח אינדקס זה עבור כל דרגות HDPE הוא 4-30.ה-MWD הצר מספק עיוות נמוך והשפעה גבוהה במהלך תהליך היציקה.ה-MWD הבינוני עד הרחב מספק יכולת עיבוד עבור רוב תהליכי האקסטרוזיה.MWD רחב יכול גם לשפר את חוזק ההיתוך והתנגדות הזחילה.

תוסף

תוספת של נוגדי חמצון יכולה למנוע פירוק של הפולימר במהלך העיבוד ולמנוע חמצון של המוצר המוגמר במהלך השימוש.תוספים אנטי-סטטיים משמשים בדרגות אריזה רבות כדי להפחית את ההידבקות של בקבוקים או אריזות לאבק ולכלוך.יישומים ספציפיים דורשים ניסוחים תוספים מיוחדים, כגון מעכבי נחושת הקשורים ליישומי חוטים וכבלים.ניתן להשיג עמידות מצוינת במזג האוויר ואנטי אולטרה סגול (או אור שמש) על ידי הוספת תוספים נגד UV.ללא תוספת של PE עמיד UV או שחור פחמן, מומלץ לא להמשיך להשתמש בו בחוץ.פיגמנטים בשחור פחמן ברמה גבוהה מספקים עמידות מצוינת ל-UV ומשמשים לעתים קרובות ביישומים חיצוניים, כגון חוטים, כבלים, שכבות מיכל או צינורות.

שיטות עיבוד

ניתן לייצר PE במגוון רחב של שיטות עיבוד שונות.שימוש באתילן כחומר הגלם העיקרי, פרופילן, 1-בוטן והקסן כקופולימר, תחת פעולת זרז, מאמצים את תהליך פילמור התרחיץ או פילמור שלב הגז, והפולימר המתקבל מובזק, מופרד, מיובש, מגורען וכו' תהליך לקבלת מוצרים מוגמרים עם חלקיקים אחידים.כולל כגון שחול יריעות, שחול סרט, שחול צינורות או פרופילים, יציקת מכה, הזרקה ודפוס סיבובי.

▲ שחול: לדרגה המשמשת לייצור שחול יש בדרך כלל אינדקס נמס נמוך מ-1 ו-MWD בינוני עד רחב.במהלך העיבוד, MI נמוך יכול להשיג חוזק התכה מתאים.דרגות MWD רחבות יותר מתאימות יותר לשחול מכיוון שיש להן מהירויות ייצור גבוהות יותר, לחצי תבנית נמוכים יותר ונטייה מופחתת לשברי נמס.

ל-PE יש יישומי אקסטרוזיה רבים, כגון חוטים, כבלים, צינורות, צינורות ופרופילים.יישומי צנרת נעים בין צינורות צהובים בחתך קטן לגז טבעי ועד צינורות שחורים בעלי קירות עבים בקוטר של 48 אינץ' עבור צינורות תעשייתיים ועירוניים.השימוש בצינורות חלולים בקוטר גדול כתחליף לצינורות ניקוז מי גשמים העשויים מבטון וצינורות ביוב אחרים הולך וגדל במהירות.

סדין ותרמופורמינג: בטנת התרמופורמינג של מקררי פיקניק גדולים רבים עשויה PE, שהיא קשיחה, קלה ועמידה.מוצרי גיליון ומוצרים תרמופורמים אחרים כוללים מגני בוץ, ספינות טנקים, מגני מחבת, קופסאות משלוח ומיכלים.מספר רב של יישומי יריעות צומחים במהירות הם כפרים בתחתית חיפוי או בריכות, המבוססים על הקשיחות, העמידות הכימית והאטימות של MDPE.

▲ דפוס מכה: יותר מ-1/3 מה-HDPE הנמכר בארצות הברית משמש ליציקת מכה.אלה נעים מבקבוקים המכילים אקונומיקה, שמן מנוע, דטרגנט, חלב ומים מזוקקים ועד למקררים גדולים, מכלי דלק ומיכלים לרכב.המאפיינים של דרגות יציקת מכה, כגון חוזק התכה, ES-CR וקשיחות, דומים לאלו המשמשים ליישומי יריעות ותרמופורמינג, כך שניתן להשתמש בדרגות דומות.

בדרך כלל משתמשים בהזרקה לייצור מיכלים קטנים יותר (פחות מ-16 oz) לאריזת תרופות, שמפו ומוצרי קוסמטיקה.אחד היתרונות של תהליך זה הוא שבקבוקי הייצור נגזמים אוטומטית, ללא צורך בשלבי גימור שלאחר הגימור כמו דפוס כללי.למרות שכמה דרגות MWD צרות משמשות לשיפור גימור פני השטח, בדרך כלל משתמשים בדרגות MWD בינוניות עד רחבות.

▲ דפוס הזרקה: ל-HDPE יש אינספור יישומים, החל מכוסות משקה דקיקות לשימוש חוזר ועד פחיות של 5 gsl, שצורכות 1/5 מ-HDPE ביתי.לדרגות הזרקה יש בדרך כלל אינדקס נמס של 5-10.ישנן דרגות עם קשיחות ונזילות נמוכה יותר ודרגות נזילות גבוהות יותר עם יכולת עיבוד.השימושים כוללים צרכים יומיומיים ואריזות מזון עם קירות דקים;אוכל ופחיות צבע קשוחות ועמידות;עמידות גבוהה ליישומי פיצוח מתח סביבתיים, כגון מיכלי דלק קטנים במנועים ופחי אשפה של 90 גל.

▲ יציקה סיבובית: החומרים בשיטת עיבוד זו נמעכים בדרך כלל לחומרי אבקה, הנמסים ומוזרמים במחזור התרמי.Rotomolding משתמש בשני סוגים של PE: לשימוש כללי וניתן להצלבה.ל-MDPE/HDPE לשימוש כללי יש בדרך כלל צפיפות הנעה בין 0.935 ל-0.945g/CC, עם MWD צר, כך שלמוצר יש השפעה גבוהה ועיוות מינימלי, ואינדקס ההיתוך שלו הוא בדרך כלל בטווח של 3-8.דרגות MI גבוהות יותר בדרך כלל אינן מתאימות מכיוון שאין להן את ההשפעה ועמידות הסדקים הסביבתית המצופה ממוצרים מעוצבים בתבנית סיבובית.

יישומי דפוס סיבובי בעלי ביצועים גבוהים מנצלים את התכונות הייחודיות של הציונים הניתנים להצלבה כימית.לדרגות אלה יש נזילות טובה בחלק הראשון של מחזור הדפוס, ולאחר מכן צולבות כדי ליצור את העמידות והקשיחות הסביבתית המצוינת לסדקים.עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני מזג אוויר.PE הניתן לצלבות מתאים רק למכולות גדולות, החל ממיכלי 500 גל לשינוע כימיקלים שונים ועד למיכלים חקלאיים של 20,000 גל.

▲ סרט: עיבוד סרט PE משתמש בדרך כלל בעיבוד סרט מנופח רגיל או עיבוד שחול שטוח.רוב ה-PE משמש לסרטים, PE כללי בצפיפות נמוכה (LDPE) או PE בצפיפות נמוכה ליניארית (LLDPE) זמינים.בדרך כלל נעשה שימוש בדרגות סרט HDPE כאשר נדרשות יכולת מתיחה מעולה ואטימות מצוינת.לדוגמה, סרט HDPE משמש לעתים קרובות עבור שקיות סחורות, שקיות מכולת ואריזות מזון.

ביצועי המוצר

פוליאתילן בצפיפות גבוהה הוא חלקיקים לבנים לא רעילים, חסרי טעם וריח עם נקודת התכה של כ-130 מעלות צלזיוס וצפיפות יחסית של 0.941 עד 0.960.יש לו עמידות טובה בחום ועמידות בפני קור, יציבות כימית טובה, קשיחות וקשיחות גבוהה וחוזק מכני טוב.גם תכונות דיאלקטריות ועמידות בפני פיצוח מתח סביבתי טובים.

אריזה ואחסון

הרחק מאש ובידוד חום במהלך האחסון.יש לשמור על המחסן יבש ומסודר.חל איסור מוחלט לערבב זיהומים, אור שמש וגשם.יש לאחסן את ההובלה בקרונות או תאים נקיים, יבשים ומכוסים, ולא יהיו חפצים חדים כמו מסמרי ברזל.הובלה מעורבת עם פחמימנים ארומטיים דליקים, פחמימנים הלוגנים וממיסים אורגניים אחרים אסורה בהחלט.

למחזר ולעשות שימוש חוזר

HDPE הוא החלק הצומח ביותר בשוק מיחזור הפלסטיק.זה נובע בעיקר מהעיבוד המחודש הקל שלו, מאפייני הפירוק המינימליים שלו ומספר היישומים הרב שלו למטרות אריזה.המיחזור העיקרי הוא עיבוד מחדש של 25% מהחומרים הממוחזרים, כגון חומרי מיחזור לאחר הצריכה (PCR), עם HDPE טהור לייצור בקבוקים שאינם במגע עם מזון.

צינורות PE לאספקת מים הם מוצרי החלפה של צינורות פלדה מסורתיים וצינורות מי שתייה PVC.