جدول المحتويات
البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) مقابل البولي إيثيلين (PE)
البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) والبولي إيثيلين (PE) كلاهما نوعان من البولي إيثيلين، ولكن لهما خصائص مختلفة بسبب الاختلافات في الإنتاج.
البولي إيثيلين عالي الكثافة هو نوع خاص ضمن عائلة البولي إيثيلين الذي يتميز بتبلوره العالي. التبلور والتي تتميز بانخفاض نسبة المجموعات المتفرعة الجانبية على سلاسل البوليمر الرئيسية وعدم وجود أي تفرعات جانبية طويلة.
ويسمح ذلك بترتيب جزيئات البولي إيثيلين عالي الكثافة في بنية بلورية زائفة مرتبة، وهو ما يمنح المادة خواصها الميكانيكية الفريدة. ومن ناحية أخرى، يتم إنتاج البولي إيثيلين كفئة من المواد في مجموعة من الكثافات، حيث تؤثر درجة وشكل التفرع الجانبي لسلسلة البوليمر تأثيرًا قويًا على خواصه.
وتؤدي الاختلافات في الإنتاج إلى كثافات مختلفة وأسماء تجارية وعلمية مختلفة للبولي إيثيلين، بما في ذلك البولي إيثيلين عالي الكثافة.
يلخص الجدول أدناه الاختلافات بين البولي إيثيلين عالي الكثافة والبولي إيثيلين من حيث الخواص الفيزيائية:
EIGENSCHAFTEN | HDPE-WERT (METRISCH) | PE-WERT (METRISCH) |
|---|---|---|
| Dichte: | 0.933–1.27 g/cm3 | 0.915–0.96 g/cm3 |
| Shore D-Härte: | 55–69 | 42–56 |
| Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit: | 15.2–45 MPa | 8.96–54 MPa |
| Zugfestigkeit, Dehnbarkeit: | 2.69–200 MPa | 7.6–14 MPa |
تؤكد هذه الاختلافات في الكثافة والصلابة وقوة الشد على الخواص الميكانيكية الخاصة للبولي إي ثيلين عالي الكثافة مقارنةً بالأنواع الأخرى من البولي إيثيلين.
تبلور البولي إيثيلين عالي الكثافة HDPE
البولي إثيلين عالي الكثافة هو نوع محدد ضمن عائلة البولي إيثيلين ويتميز بتبلوره العالي. ويعني ذلك أن
وينتج عن التبلور العالي للبولي إيثيلين عالي الكثافة مقاومة كيميائية رائعة وقوة شد عالية. وينتج ذلك عن ترتيبها الجزيئي الخاص الذي لا يمنح المادة قوة فحسب، بل أيضًا صلابة معينة. ولذلك فإن البولي إيثيلين عالي الكثافة مطلوب في تطبيقات مثل أنظمة الأنابيب والتعبئة والتغليف وبناء القوارب والزوارق.
درجة انصهار البولي إيثيلين عالي الكثافة
إحدى الخصائص الفيزيائية الرئيسية للبولي إيثيلين عالي الكثافة هي درجة انصهاره والتي تتراوح عادةً بين 120 درجة مئوية و180 درجة مئوية.
تتمثل إحدى الطرق الشائعة لتحديد درجة الانصهار في استخدام المسعر التفاضلي الديناميكي، المعروف أيضًا باسم DSC.
وهذا يجعل المادة مثالية لمختلف طرق الإنتاج الصناعي. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك عملية البثق لتصنيع الزجاجات والحاويات. أثناء هذه العملية، يتم تسخين البولي إيثيلين عالي الكثافة إلى حوالي 150 درجة مئوية إلى 160 درجة مئوية، أي قريب من درجة انصهاره، مما يجعله قابلاً للتشكيل. ثم يتم نفخه في قالب وتبريده، حيث يأخذ شكله النهائي.
وبفضل هذا النطاق المحدد لدرجات الحرارة، يحتفظ البولي إيثيلين عالي الكثافة بمستوى عالٍ من المتانة وعدم النفاذية أثناء هذه المعالجة – وهي خصائص ضرورية بشكل خاص لتعبئة مواد التنظيف أو زيوت المحركات.
المتانة ودرجة الحرارة الانتقالية الزجاجية للبولي إيثيلين عالي الكثافة HDPE
تتيح متانة البولي إيثيلين عالي الكثافة في درجات الحرارة العالية إمكانيات للتطبيقات التي تتعرض فيها المادة لظروف حرارية قاسية دون أن تفقد بنيتها أو وظيفتها.
وتعد أنظمة أنابيب الطاقة الحرارية الأرضية مثالاً رئيسيًا على ذلك. في هذه الأنظمة، تدور الحرارة الحرارية الأرضية الساخنة، التي يمكن أن تصل إلى درجات حرارة تتراوح بين 50 درجة مئوية و370 درجة مئوية حسب العمق والمنطقة، من باطن الأرض لتدفئة المباني أو توليد الكهرباء. وتوجد أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة في هذه البيئة حيث يمكنها تحمل السوائل الساخنة دون أن تفقد شكلها أو تنكسر.
كما أن هذا التحمل الحراري يجعل البولي إيثيلين عالي الكثافة الخيار الأول للتطبيقات الأخرى، مثل أنظمة التدفئة تحت الأرضية، حيث يتدفق الماء الساخن عبر الأنابيب لضمان درجة حرارة لطيفة للغرفة.
تتراوح درجة حرارة التحول الزجاجي ( Tg ) للبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) عادةً بين حوالي -100 درجة مئوية و130 درجة مئوية. ويعني هذا التحول الزجاجي المنخفض أن البولي إيثيلين عالي الكثافة يظل في حالة صلبة وقاسية في درجات حرارة أقل من هذا النطاق.
درجة حرارة الانتقال درجة حرارة الانتقال الزجاجي هي درجة الحرارة التي يتغير عندها البوليمر غير المتبلور من الحالة الزجاجية الصلبة إلى الحالة المطاطية اللينة أو العكس.
في البولي إيثيلين عالي الكثافة، يحدث هذا الانتقال في درجات حرارة منخفضة للغاية، مما يعكس صلابته العالية وهشاشته في الحالة الزجاجية. يمكن أيضًا استخدام رقاقة DSC لتحديد درجة الحرارة التي يحدث عندها الانتقال الزجاجي بدقة.
إن درجة حرارة البولي إيثيلين عالي الكثافة أقل بكثير من البوليمرات الأخرى، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلوكًا في درجات حرارة منخفضة. إن معرفة درجة حرارة البولي إثيلين عالي الكثافة أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تكون فيها الخواص الميكانيكية والأداء في درجات حرارة مختلفة مهمة.
أنواع مختلفة من البولي إيثيلين عالي الكثافة
هناك درجات مختلفة من HDPE، اعتمادًا على الوزن الجزيئي والتفرع. وتمثل الأرقام الموجودة خلف HDPE، مثل “500” أو “300” أو “1000”، الوزن الجزيئي بالآلاف.
ويعني ذلك أن HDPE 500 يبلغ متوسط الوزن الجزيئي ل HDPE 500 حوالي 500,000،000، وHDPE 300 حوالي 300,000، وHDPE 1000 حوالي 1,000,000.
يمكن أن يؤدي الوزن الجزيئي الأعلى إلى زيادة القوة والمتانة والمقاومة الكيميائية، اعتمادًا على التركيبة المحددة وطريقة التصنيع.
بعض الأصناف الأكثر شيوعاً هي
- البولي إيثيلين عالي الكثافة 500:
- يشتهر هذا النوع، الذي يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 500,000،000، بمقاومته العالية للصدمات وغالباً ما يستخدم في بناء الزوارق والقوارب. ونظراً لمقاومته للتآكل في المياه المالحة وطبيعته القوية، فإن القوارب والزوارق المصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة 500 متينة ولا تحتاج إلى صيانة تذكر.
- البولي إيثيلين عالي الكثافة 300:
- يشيع استخدام هذا النوع، الذي يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 300,000،000، في تغليف المواد الغذائية. تضمن مقاومته للمواد الكيميائية وقدرته المنخفضة على امتصاص الماء بقاء الطعام طازجًا وتجنب التلوث. كما أن HDPE 300 متوافق مع إدارة الأغذية والعقاقير الأمريكية، مما يعني أنه آمن لملامسة الأغذية.
- البولي إيثيلين عالي الكثافة 1000:
- يبلغ الوزن الجزيئي لهذا النوع حوالي 1,000,000،000، ويستخدم هذا النوع كثيرًا في التطبيقات الصناعية نظرًا لمقاومته العالية للتآكل ومقاومته للتأثيرات الكيميائية. أحد الأمثلة على ذلك هو تصنيع المحامل العادية أو قضبان التآكل في أنظمة النقل، حيث تتعرض هذه الأجزاء للاحتكاك المستمر.
واعتمادًا على المتطلبات المحددة للاستخدام، سواء كانت مقاومة للأشعة فوق البنفسجية أو القوة الميكانيكية أو ملاءمة الطعام، يمكن اختيار درجة معينة من البولي إيثيلين عالي الكثافة لتحقيق أفضل النتائج. وهذا يوضح مدى تنوع وقدرة البولي إيثيلين عالي الكثافة على التكيف في مختلف القطاعات الصناعية والتجارية.
مزايا استخدام البولي إيثيلين عالي الكثافة
- مقاومة المواد الكيميائية
- الغذاء الآمن
- مقاومة الأشعة فوق البنفسجية
- مقاومة الرطوبة
- متانة ووزن منخفض
- قابلية إعادة التدوير
- تعدد الاستخدامات
