پلی‌اتیلن یک پلیمر گرمانرم (ترموپلاستیک) است که ساختار بلوری متغیر و بسته به نوع آن دامنه کاربرد وسیعی دارد. هرساله ده‌ها میلیون تن پلی‌اتیلن در جهان تولید می‌شود که یکی از بیشترین تولیدات در انواع پلاستیک است. فرایند تجاری‌سازی آن (کاتالیزور‌های زیگلر-ناتا) که PE را به چنین موفقیتی رساند در دهه 50 میلادی توسط دو دانشمند به نام‌های کارل زیگلر از آلمان و جولیو ناتا از ایتالیا انجام شد.
پلی‌اتیلن انواع مختلفی دارد که هر یک از آن‌ها مجموعه کاربردهای مختلفی دارند. درکل، پلی‌اتیلن سنگین (HDPE) بلوری‌تر است و کاربردهای آن کاملاً با پلی‌اتیلن سبک (LDPE) تفاوت دارد. مثلاً LDPE در بسته‌بندی‌های پلاستیکی مثل بسته‌های سوپرمارکتی یا سلفون‌ها استفاده می‌شود. HDPE معمولاً در صنعت ساخت‌وساز استفاده می‌شود (مثلاً برای ساختن لوله‌های فاضلاب). پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق سنگین (UHMW) در دستگاه‌ها و وسایل پزشکی و جلیقه‌ها ضدگلوله استفاده می‌شود.
انواع مختلف پلی‌اتیلن کدام است؟
پلی‌اتیلن معمولاً به یکی از ترکیب‌های اصلی زیر تقسیم می‌شود که رایج‌ترین آن‌ها LDPE، LLDPE، HDPE و پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق سنگین است. انواع دیگر آن عبارت‌اند از: پلی‌اتیلن نیمه سنگین (MDPE)، پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق سبک (ULMWPE یا PE-WAX)،پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق سنگین (UHMW)، پلی‌اتیلن سنگین با اتصال عرضی (HDXLPE)، پلی‌اتیلن با اتصال عرضی (PEX یا XLPE)، پلی‌اتیلن بسیار سبک (VLDPE) و پلی‌اتیلن کلریده شده (CPE).
- پلی‌اتیلن سبک (LDPE)، ماده‌ای بسیار انعطاف‌پذیر است و خواص جریان منحصربه‌فردی دارد که برای تولید بسته‌های پلاستیکی و پوشش‌های ورقه‌ای پلاستیکی دیگر بسیار مناسب است. LDPE چکش‌خواری بالا اما مقاومت کششی پایینی دارد که در دنیای واقعی با تمایل آن به کشیده شدن هنگام کرنش به‌خوبی مشخص است.
- پلی‌اتیلن خطی سبک (LLDPE) به LDPE بسیار شبیه است اما مزایای بیشتری دارد. می‌توان با تغییر مواد تشکیل‌دهنده فرمول، خواص LLDPE را تغییر داد و در فرایند کلی تولید LLDPE معمولاً انرژی کمتری نسبت به فرایند تولید LDPE مصرف می‌شود.
- پلی‌اتیلن سنگین (HDPE)، نوعی پلاستیک محکم با سفتی متوسط است که ساختاری به‌شدت بلوری دارد. HDPE معمولاً در پلاستیک کارتن شیر، شوینده لباس، سطل زباله و تخته برش به کار برده می‌شود.
- پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق سنگین (UHMW)، نوعی پلی‌اتیلن با چگالی بسیار بالاست که مولکول‌های آن معمولاً بسیار سنگین‌تر از HDPE هستند. مقاومت کششی رشته‌های آن چندین برابر استیل است و معمولاً برای ساخت جلیقه‌های ضدگلوله و تجهیزات ویژه استفاده می‌شود.
ویژگی‌های PE چیست؟
حال که کاربردهای این ماده مشخص شد باید به برخی از ویژگی‌های آن بپردازیم. PE بر اساس واکنشی که پلاستیک نسبت به حرارت دارد در زمره مواد «گرمانرم» (در مقابل مفهوم «گرماسخت (ترموست)») قرار می‌گیرد. مواد گرمانرم در نقطه‌جوش خود (130-110 درجه سانتی‌گراد به ترتیب برای LDPE و HDPE) به مایع تبدیل می‌شوند. یکی از ویژگی‌های مفید مواد گرمانرم این است که می‌توان تا نقطه‌جوش آن‌ها را حرارت داد، خنک کرد و دوباره حرارت داد بدون اینکه تخریب شوند. مواد گرمانرم مثل PE به‌جای اینکه بسوزند به مایع تبدیل می‌شوند و این ویژگی موجب می‌شود که بتوان آن‌ها را به‌صورت تزریقی قالب‌گیری کرد و سپس بازیافت نمود. در مقابل، پلاستیک‌های گرماسخت را فقط یک‌بار می‌توان حرارت داد (معمولاً در فرایند قالب‌گیری تزریقی). مواد گرماسخت با اولین حرارت سخت می‌شوند (شبیه به اپوکسی دوقسمتی) و درنتیجه تغییر شیمیایی آن‌ها قابل بازگشت نیست. اگر پلاستیک گرماسخت را برای دومین بار حرارت دهید، می‌سوزد. این ویژگی موجب می‌شود مواد گرماسخت، گزینه‌های مناسبی برای بازیافت نباشند.
انواع مختلف PE ساختارهای بلوری بسیار متنوعی دارند. هرچه پلاستیک کمتر بلوری (یا بی‌شکل) باشد، بیشتر تمایل به نرم شدن تدریجی دارد. به عبارت دیگر، دامنه بین دمای انتقال شیشه‌ای و نقطه‌جوش آن‌ها بیشتر است. در مقابل، پلاستیک‌های بلوری سریع‌تر از جامد به مایع تبدیل می‌شوند.
پلی‌اتیلن، یک هموپلیمر است چون از یک مونومر تشکیل شده است (در این مورد، اتیلن: CH2=CH2).
چرا پلی‌اتیلن کاربردهای فراوانی دارد؟
پلی‌اتیلن، پلاستیک تجاری بسیار مفیدی است که شرکت‌های طراحی محصول از آن بسیار استفاده می‌کنند. به دلیل تنوعی که دارد، کاربردهای فراوانی هم دارد. برای برخی پروژه‌ها، می‌توان نمونه اولیه قطعه‌ای را که درنهایت از جنس PE تولید انبوه می‌شود، با موادی مثل ABS که کار کردن با آن‌ها راحت‌تر است، ساخت.
PE از مواد قابل پرینت سه‌بعدی نیست. آن را می‌توان در دستگاه CNC یا پرس قرار داد.
PE چگونه ساخته می‌شود؟
این ماده هم مانند پلاستیک‌های دیگر با تقطیر سوخت‌های هیدروکربنی (در این مورد، اتان) و تبدیل آن به گروه‌های سبک‌تر به نام «فرکشن» حیاتش شروع می‌شود که برخی از آن‌ها با کاتالیزور‌های دیگر ترکیب می‌شوند تا پلاستیک‌ها تولید شوند (معمولاً از طریق پلیمر شدن یا پلیمر شدن تکاملی).
گریدهای مختلف پلی‌اتیلن
گریدهای مختلف PE عبارتند از: