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Polietilene ad alta densità (HDPE) vs. polietilene (PE)
Il polietilene ad alta densità (HDPE) e il polietilene (PE) sono entrambi tipi di polietilene, ma hanno proprietà diverse a causa delle differenze di produzione.
L’HDPE è un tipo particolare di polietilene caratterizzato da un’elevata cristallinità. cristallinità che è caratterizzata da una bassa percentuale di gruppi di ramificazione laterale sulle catene principali del polimero e dall’assenza di rami laterali lunghi.
Questo permette alle molecole di HDPE di essere disposte in una struttura ordinata e pseudo-cristallina, che conferisce al materiale le sue uniche proprietà meccaniche. D’altra parte, il polietilene come classe di materiali viene prodotto in una gamma di densità, con il grado e la forma di ramificazione laterale della catena polimerica che ne influenzano fortemente le proprietà.
Le differenze di produzione portano a densità diverse e a nomi commerciali e scientifici diversi per il polietilene, tra cui HDPE.
Le differenze tra HDPE e polietilene in termini di proprietà fisiche sono riassunte nella tabella seguente:
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 |
Queste differenze di densità, durezza e resistenza alla trazione sottolineano le particolari proprietà meccaniche dell’HDPE rispetto ad altri tipi di polietilene.
La cristallinità dell'HDPE
L‘HDPE è un tipo specifico della famiglia dei polietileni ed è caratterizzato da un’elevata cristallinità. Ciò significa che
L’elevata cristallinità dell’HDPE si traduce in un’impressionante resistenza chimica e in un’elevata resistenza alla trazione. Queste caratteristiche derivano dalla sua particolare disposizione molecolare, che non solo conferisce al materiale forza ma anche una certa rigidità. L ‘HDPE è quindi molto richiesto in applicazioni come i sistemi di tubature, gli imballaggi e la costruzione di barche e canoe.
Il punto di fusione del polietilene ad alta densità
Una caratteristica fisica fondamentale dell’HDPE è il suo punto di fusione che è tipicamente compreso tra i 120°C e i 180°C.
Un metodo comune per determinare il punto di fusione è l’utilizzo di un calorimetro differenziale dinamico, noto anche come DSC.
Questo rende il materiale ideale per diversi metodi di produzione industriale. Un buon esempio è il processo di estrusione per la produzione di bottiglie e contenitori. Durante questo processo, l’
Grazie a questo specifico intervallo di temperature, l’HDPE mantiene un elevato livello di robustezza e impermeabilità durante questa lavorazione – proprietà particolarmente essenziali per l’imballaggio di detergenti o oli motore.
La robustezza e la temperatura di transizione vetrosa dell'HDPE
La robustezza dell’HDPE alle alte temperature apre la strada ad applicazioni in cui il materiale viene esposto a condizioni termiche estreme senza perdere struttura o funzionalità.
I sistemi di tubature geotermiche ne sono un esempio lampante. In questi sistemi, il calore geotermico, che può raggiungere temperature comprese tra 50°C e 370°C a seconda della profondità e della regione, circola dal sottosuolo per riscaldare gli edifici o generare elettricità. I tubi in HDPE sono adatti a questo ambiente perché possono resistere ai fluidi caldi senza perdere la loro forma o rompersi.
Questa resistenza termica rende l’HDPE la prima scelta anche per altre applicazioni, come i sistemi di riscaldamento a pavimento, in cui l’acqua calda scorre attraverso i tubi per garantire una temperatura ambiente piacevole.
La temperatura di transizione vetrosa (Tg) del polietilene ad alta densità (HDPE) è solitamente compresa tra circa -100°C e -130°C. Questa bassa Tg significa che l’HDPE rimane in uno stato rigido e duro a temperature inferiori a questo intervallo.
La temperatura di transizione vetrosa è la temperatura alla quale un polimero amorfo passa dallo stato duro e vetroso a quello morbido e gommoso o viceversa.
Nell’HDPE, questa transizione avviene a temperature molto basse, il che riflette la sua elevata rigidità e fragilità allo stato vetroso. Il chip DSC può essere utilizzato anche per determinare con precisione la temperatura in cui avviene la transizione vetrosa.
La Tg dell’HDPE è significativamente più bassa rispetto a quella di altri polimeri, il che lo rende adatto alle applicazioni che richiedono un comportamento a basse temperature. Conoscere la Tg dell’HDPE è fondamentale per le applicazioni in cui le proprietà meccaniche e le prestazioni a diverse temperature sono importanti.
Diversi tipi di HDPE
Esistono diversi gradi di HDPE, a seconda del peso molecolare e della ramificazione. I numeri dietro l’HDPE, come “500”, “300” o “1000”, rappresentano in genere il peso molecolare in migliaia.
Ciò significa che l ‘HDPE 500 ha un peso molecolare medio di circa 500.000, l’HDPE 300 di circa 300.000 e l’HDPE 1000 di circa 1.000.000.
Un peso molecolare più elevato può determinare un aumento della forza, della tenacità e della resistenza chimica, a seconda della formulazione specifica e del metodo di produzione.
Alcune delle varietà più comuni sono
- HDPE 500:
- Questo tipo, con un peso molecolare di circa 500.000, è noto per la sua elevata resistenza agli urti e viene spesso utilizzato nella costruzione di canoe e barche. Grazie alla sua resistenza alla corrosione dell’acqua salata e alla sua natura robusta, le barche e le canoe realizzate in HDPE 500 sono durevoli e richiedono poca manutenzione.
- HDPE 300:
- Questo tipo, con un peso molecolare di circa 300.000, è comunemente utilizzato per gli imballaggi alimentari. La sua resistenza agli agenti chimici e la sua bassa capacità di assorbimento dell’acqua garantiscono che gli alimenti rimangano freschi e che si evitino le contaminazioni. L’HDPE 300 è anche conforme alla FDA, il che significa che è sicuro per il contatto con gli alimenti.
- HDPE 1000:
- Con un peso molecolare di circa 1.000.000, questo tipo è spesso utilizzato nelle applicazioni industriali grazie alla sua elevata resistenza all’abrasione e alle influenze chimiche. Un esempio è la produzione di cuscinetti a strisciamento o di guide di usura nei sistemi di trasporto, poiché queste parti sono esposte a un attrito costante.
A seconda dei requisiti specifici di un’applicazione, che si tratti di resistenza ai raggi UV, di resistenza meccanica o di idoneità alimentare, è possibile scegliere un particolare grado di HDPE per ottenere i migliori risultati. Questo dimostra la versatilità e l’adattabilità dell’HDPE in diversi settori industriali e commerciali.
Vantaggi dell'utilizzo del polietilene ad alta densità
- Resistenza chimica
- Sicuro per gli alimenti
- Resistenza ai raggi UV
- Resistenza all’umidità
- Durata e peso ridotto
- Riciclabilità
- Versatilità
