ما هو البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)?

الجدار المتين لحاوية المنظفات وسلس, قد يبدو أن سطحًا مرنًا لالتفاف فيلم التشبث مصنوع من مواد مختلفة تمامًا - واحدة مصممة للصلابة, الآخر للمرونة. لكن من المستغرب, يمكن تصنيع كلاهما من نفس اللدارية الحرارية متعددة الاستخدامات: البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE).

في حين أن البولي إيثيلين هي واحدة من أكثر البوليمرات استخدامًا في العالم, إنه موجود في أشكال مختلفة, كل هندسة لتلبية معايير أداء محددة.

LDPE يميز نفسها من خلال بنيتها الجزيئية المتفرعة, الذي يضفي النعومة,

قابلية معالجة ممتازة, ومقاومة الرطوبة العالية - الصفات التي تجعلها لا غنى عنها في كل من التغليف والصناعي.

في هذه المقالة, نأخذ غوصًا عميقًا في كيمياء LDPE, عمليات الإنتاج, خصائص المواد, ومساحات التطبيق.

بالإضافة إلى ذلك, نستكشف كيف تقارن LDPE مع أنواع البولي إيثيلين الأخرى وتقييم أهميتها البيئية والاقتصادية في سوق اليوم.

1. ما هو LDPE?

البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) يبرز كبوليمر بالحرارة المتفرعة داخل عائلة البولي إيثيلين الموسعة.

تم تصنيعها بواسطة مونومرات الإيثيلين البلمرة (c₂h₄) في ظل الظروف الراديكالية ذات الضغط العالي, السمة المميزة لـ LDPE هي التفرع الجزيئي الواسع.

بالتالي, يحقق انخفاض بلورة وكثافة (0.910-0.940 جم/سم) بالمقارنة مع نظيره عالي الكثافة, وبالتالي تقديم مرونة رائعة, الشفافية, والمتانة.

2. التركيب الكيميائي & البلمرة

مونومر الإيثيلين & البلمرة الراديكالية

على المستوى الجزيئي, LDPE مشتق من الإيثيلين, ألكين اثنين من الكربون.

البادئون الراديكاليون (على سبيل المثال, البيروكسيدات العضوية) تجريد ذرات الهيدروجين تحت ضغوط 1,000-3000 بار ودرجات حرارة 150-300 درجة مئوية, إطلاق نمو السلسلة الحرة.

حاسمة, تفاعلات نقل السلسلة تؤدي إلى المتفرعة الواسعة الفريدة لـ LDPE.

المتفرعة الجزيئية

يتجلى هذا المتفرعة على حد سواء (الميثيل, إيثيل) وسلاسل جانبية طويلة.

في المتوسط, معارض LDPE 2-10 فروع لكل 1,000 ذرات الكربون, الذي بدوره يقلل من تعبئة السلسلة والبلورة.

نتيجة ل, تكثف كثافة LDPE حولها 0.925 جم/سم3, بينما يتراوح HDPE من 0.941-0.965 جم/سم.

سلسلة الهندسة المعمارية مقابل. ملكيات

الأهم من ذلك, المتفرعة تملي الخصائص الميكانيكية والحرارية.

المزيد من التفرع يقلل من نقطة الانصهار (ل 105-115 درجة مئوية) ويعزز الاستطالة (ما يصل الى 650 %), في حين أن أقل تفرعًا يرفع قوة الشد (ما يصل الى 25 MPa).

وفقاً لذلك, المنتجين متغيرات مفاعل المنتجين - الضغط, درجة حرارة, وجرعة البادئ - لتحقيق أداء مخصص.

3. عمليات التصنيع

مفاعلات AutoClave عالية الضغط

الأوتوكلاف (حزمة) تستمر المفاعلات في السيطرة على إنتاج LDPE, بسبب قدرتهم على تقديم البوليمر المتفرعة للغاية باستمرار.

في دورة نموذجية, شحن الإيثيلين والبادئ المفاعل, يرتفع الضغط إلى 2,000 حاجِز, وتسلق درجة الحرارة إلى 200 درجة مئوية. بعد البلمرة, يتم تفريغ الذوبان من أجل تحبيب.

مستمر مقابل. البلمرة الدُفعة

بدلاً عن ذلك, تعمل المفاعلات الأنبوبية المستمرة في ضغوط أقل قليلاً وتسليمها 20-30 % إنتاجية أعلى, وإن كان مع توزيعات الوزن الجزيئي الأضيق.

على الرغم من هذا, يمكن للعمليات المستمرة خفض استهلاك الطاقة 10-15 %, تحسين كفاءة التكلفة وتقليل آثار أقدام الدفيئة.

تحبيب & بعد العلاج

مرة واحدة البلمرة, يخضع ذوبان LDPE الساخن, تليها التجفيف في 80-100 درجة مئوية لإزالة المواد المتطايرة.

تبعًا, يقوم المنتجون بدمج إضافات - مثبتات UV, مضادات الأكسدة, وكلاء الانزلاق - مزج Masterbatch, ضمان التشتت المتجانس والأداء الأمثل على المدى الطويل.

4. بدني, ميكانيكية & الخصائص الحرارية

في هذا القسم, ندرس كيف تترجم الهندسة الجزيئية الفريدة من LDPE إلى سلوكها العياني.

من خلال فهم نطاقات الممتلكات هذه, يمكن للمهندسين والمصممين اختيار LDPE بثقة للتطبيقات التي تتطلب توازنًا دقيقًا في المرونة, قوة, والأداء الحراري.

كثافة & البلورة

أولا وقبل كل شيء, كثافة LDPE - بشكل كبير 0.910-0.940 جم/سم- يعكس بلورة منخفضة نسبيًا (تقريبا 35-55 %).

بالتالي, يعرض LDPE مرونة ممتازة وشفافية.

كما يتناقص البلورة, تهيمن المناطق غير المتبلورة, تمكين الأفلام والأجزاء الرفيعة للانحناء والثنى دون تكسير, حتى في درجات حرارة الصفر الفرعي.

قوة الشد & استطالة

علاوة على ذلك, يجمع LDPE بين القوة المعتدلة مع ليونة غير عادية.

قوتها الشد النهائية (UTS) يقع بين 10 و 20 MPa, بينما تتراوح الاستطالة عند استراحة من 200 % ل 650 %.

من الناحية العملية, هذا يعني أن أفلام LDPE يمكن أن تمتد عدة مرات بطولها الأصلي قبل التمزق - مثيل للفائف التمدد والتعبئة المرنة.

مقاومة التأثير & صلابة

فضلاً عن ذلك, يمتص LDPE الصدمات بشكل فعال. عادة ما تصل قيم Izod Impact 50-100 ي/م, وتدابير صلابة الشاطئ د 40-55.

هذه الأرقام تشير إلى أن LDPE يوازن النعومة (لراحة اليد في أكياس البقالة) مع صلابة ما يكفي لمقاومة الثقوب والدموع أثناء التعامل.

السلوك الحراري

الانتقال إلى الخصائص الحرارية, يذوب LDPE بين 105 ° C و 115 درجة مئوية, الذي يقيد استخدامه لتطبيقات درجة الحرارة المنخفضة والمتوسطة.

تقع درجة حرارة انحراف الحرارة تحت الحمل بالقرب 45-50 درجة مئوية, وموصليةها الحرارية منخفضة - 0.33 ث / م · ك- جعلها عازلًا فعالًا للتغليف وبعض البطانات الصناعية.

خصائص الحاجز

أخيراً, يقدم LDPE أداءً معتدلًا للحاجز.

متوسط ​​معدلات انتقال الأكسجين 600 cm³ · مم/م² · يوم · أجهزة الصراف الآلي, تمتد نفاذية ثاني أكسيد الكربون 200-600 سم مكعب · مم/م² · اليوم · أجهزة الصراف الآلي, ويظل ناقل حركة بخار الماء منخفضًا تقريبًا 0.3-0.5 جم · مم/م² · اليوم · KPA.

بفضل هذه الأسعار, يوفر LDPE حماية كافية للعديد من المنتجات الغذائية, على الرغم من أن التطبيقات ذات الحواجز العالية غالبًا.

خصائص المواد ذات الصلة للبولي إيثيلين منخفض الكثافة:

ملكية	النطاق النموذجي
كثافة (جم/سم3)	0.910-0.940
البلورة (%)	35-55
قوة الشد (UTS, MPa)	10-20
استطالة عند الاستراحة (%)	200-650
Izod تأثير (ي/م)	50-100
الشاطئ د صلابة	40-55
نقطة الانصهار (درجة مئوية)	105-115
درجة حرارة انحراف الحرارة. (درجة مئوية)	45-50
الموصلية الحرارية (ث / م · ك)	~ 0.33
نفاذية O₂ (cm³ · مم/م² · يوم · أجهزة الصراف الآلي)	~ 600
نفاذية CO₂ (cm³ · مم/م² · يوم · أجهزة الصراف الآلي)	200-600
WVTR (g · mm/m² · يوم · kpa)	0.3-0.5

5. تقنيات المعالجة

البثق & نفخ الفيلم

في بثق الفيلم في مهب, يشكل LDPE فقاعة أنبوبية, عندما تبرد وانهيار بشكل صحيح, ينتج عن أفلام بمقاومة ممتازة للدموع والتأثير.

على النقيض من ذلك, يوفر استخراج الفيلم المصبوب تحكمًا أكثر إحكاما في سماكة (± 2 ميكرومتر), مما يجعلها مثالية للرسومات والتصفيح.

صب الحقن

يتطلب صب الحقن LDPE درجات حرارة ذوبان 180-220 درجة مئوية ودرجات حرارة العفن 40-60 درجة مئوية.

يحدد المصممون بدلات انكماش 1.5-3 % لمواجهة الانكماش الحجمي. نتيجة ل, أجزاء مثل زجاجات الضغط تحقق أبعاد دقيقة وسمك جدار ثابت.

صب النفخ & صب التناوب

تصبغ نضج البثق يخلق حاويات LDPE مجوفة عن طريق تضخيم باريسون منصهر داخل قالب مبرد,

في حين أن القولبة الدورانية تستخدم الدوران البطيء والحرارة لإنتاج كبير, أجزاء سلسة - لأعلى إلى 2 م في القطر - بسمك جدار موحد.

تشكيل حراري & تكوين فراغ

في التشكيل الحراري, أوراق LDPE (1-5 مم سميكة) هي الحرارة 110-120 درجة مئوية ثم الالتفاف أو الشفط في القوالب.

ارسم نسب ما يصل إلى 4:1 السماح بملفات تعريف عميقة معتدل, مفيد لصواني التعبئة والتغليف.

6. إضافات, البوليمرات & المركبات

مثبتات الأشعة فوق البنفسجية, مضادات الأكسدة & الحشو

لمكافحة التدهور الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية, تدمج الصيغ امتصاصات الأشعة فوق البنفسجية و HALS في 0.1-1 بالوزن %.

مضادات الأكسدة (على سبيل المثال, المركبات الفينولية) في 0.05-0.5 بالوزن % منع الأكسدة الحرارية, بينما مواد حشو كربونات الكالسيوم (5-20 بالوزن %) رفع الصلابة إلى ما يصل إلى 30 %.

يمزج LDPE & سبائك

مزج LDPE مع LLDPE (خطية منخفضة الكثافة) في 20-50 بالوزن % يعزز قوة الشد 10-15 % ومقاومة الثقب من قبل 20 %.

على العكس من ذلك, سبائك LDPE/HDPE تعزز الصلابة ورفع نقطة الانصهار 5-10 درجة مئوية, فتح نوافذ التطبيق الأوسع.

المركبات النانوية & تعزيزات

دمج 1-5 بالوزن % يمكن أن أنابيب النانو أو النانوية الكربونية يمكن أن تقلل من نفاذية الغاز 30-50 % وزيادة معامل يونغ 10-20 %, وبالتالي تقدم LDPE إلى عبوات عالية الحواجز وأسواق الأفلام المتخصصة.

7. التطبيقات الشائعة للبولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)

بفضل براعة, ميزات LDPE بشكل بارز في:

• أفلام مرنة: تقلص التفاف, أفلام المهاد الزراعية, وبطانات الطاولة.
• أكياس & التعبئة والتغليف: أكياس البقالة, أكياس البيع بالتجزئة, و Six -pack Rings.
• الحاويات & زجاجات: ضغط زجاجات, التخلص من الأنابيب, وأحواض الآيس كريم.
• أنابيب & بطانات: الأنابيب الطبية, سترة الكابلات الواقية, و geomembranes.
• البضائع المتخصصة: العلب الفراغية, مآخذ الاصطناعية, ومسبحة منخفضة في المجال.

بالإضافة إلى, مقاومة LDPE للأحماض, قواعد, والرطوبة تعزز دورها في البيئات الصعبة, من بطانات المعالجة الكيميائية إلى الأغطية الزراعية في الهواء الطلق.

8. المزايا & قيود البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)

المزايا

• مرونة استثنائية: استطالة حتى 650 % يمنع التكسير تحت ضغط كبير.
• كيميائي & مقاومة الرطوبة: مستقر ضد معظم الأحماض, قواعد, ودخول الماء.
• فعالية التكلفة: من بين أقل اللأكبات الحرارية تكلفة, مع الأسعار في كثير من الأحيان 25-35 % أدناه HDPE.
• قابلية إعادة التدوير: مقبول على نطاق واسع في برامج الرصيف مثل رمز الراتنج "4" ، مع معدلات إعادة التدوير الميكانيكية من 20-30 % في الأسواق المتقدمة.

القيود

• القيود الحرارية: ذوبان أعلاه 115 درجة مئوية يحد من تطبيقات السخرية عالية.
• نفاذية الغاز: يمكن أن يؤدي انتقال O₂/CO₂ المرتفع إلى تقصير مدة صلاحية المنتجات الحساسة للأكسجين.
• حساسية الأشعة فوق البنفسجية: يتطلب مثبتات للاستخدام في الهواء الطلق, مضيفا 0.5-1 % إلى تكلفة الصياغة.
• قوة ميكانيكية أقل: قوة الشد (10-20 ميجا باسكال) مسارات HDPE (20-37 ميجا باسكال), تقييد استخدامات التحميل الثقيل.

9. التحليل المقارن: LDPE مقابل. البولي إيثيلين الأخرى

لفهم وضع وضعه بالكامل البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) داخل عائلة أوسع من مواد البولي إيثيلين,

من الضروري مقارنتها ضد أقاربها الهيكلية: البولي ايثيلين عالي الكثافة (البولي ايثيلين عالي الكثافة), البولي إيثيلين متوسطة الكثافة (MDPE), و البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي (llde).

في حين أن هذه البوليمرات تشترك في نفس مؤسسة إيثيلين مونومر, هُم البنى الجزيئية, الكثافة, وتتباعد سمات الأداء بشكل كبير, وبالتالي تحديد مدى ملاءمتها لمختلف التطبيقات.

LDPE مقابل. البولي ايثيلين عالي الكثافة: المرونة مقابل. صلابة

التركيب الجزيئي & كثافة

يتميز LDPE بـ سلاسل متفرعة للغاية, مما يؤدي إلى كثافة منخفضة (0.910-0.940 جم/سم) وتقليل البلورة (~ 40-50 ٪).

في المقابل, معارض HDPE السلاسل الخطية مع الحد الأدنى من التفريع, مما أدى إلى كثافة أعلى (0.940-0.970 جم/سم مكعب) والبلورة تصل إلى 80%.

الخواص الميكانيكية

عروض HDPE قوة شد أعلى (20-37 ميجا باسكال) و تحسين مقاومة التأثير مقارنة مع LDPE, مما يجعلها مثالية للمنتجات الصلبة مثل خزانات الوقود, أنابيب, الصناديق, وزجاجات المنظفات.

LDPE, على الجانب الآخر, يحافظ استطالة متفوقة عند الاستراحة (200-600 ٪), تفضيل الطلبات التي تتطلب قابلية التمدد والمرونة, مثل الأفلام وأنابيب الضغط.

المقاومة الحرارية والكيميائية

كلتا المواد تقاوم مجموعة واسعة من المواد الكيميائية, لكن عروض HDPE أفضل مقاومة صدع الإجهاد والاستقرار الحراري, مع درجة حرارة انحراف الحرارة أقرب إلى 60-75 درجة مئوية,

بالمقارنة مع LDPE 40-50 درجة مئوية. لكن, يميل HDPE إلى أن يكون أكثر هشاشة في درجات حرارة منخفضة ما لم يتم تعديله.

LDPE مقابل. MDPE: نقطة التوازن

خصائص وسيطة

البولي إيثيلين متوسطة الكثافة (MDPE) يجسد الفجوة بين LDPE و HDPE. يميز المتفرعة المعتدلة, مما يؤدي إلى كثافة 0.926-0.940 جم/سم مكعب.

تكمن صلابة ومقاومة التأثير بين LDPE و HDPE, مما يجعلها مناسبة ل أنابيب الغاز, تقلص الأفلام, وتناوب القولبة.

الإجهاد تكسير المقاومة

MDPE المعروض عموما تعزيز مقاومة صدع الإجهاد البيئي (SCR) مقارنة مع LDPE, خاصة عند التعرض للزيوت والمنظفات.

لكن, لا يزال LDPE يحمل الحافة في المرونة والوضوح البصري, وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات مثل أفلام التغليف الشفافة.

LDPE مقابل. llde: قابلية المعالجة مقابل. أداء

الاختلافات الهيكلية

في حين أن LDPE لديه سلسلة طويلة السلسلة, llde (البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي) سمات سلسلة قصيرة المتفرعة, تم تقديمه عبر البلمرة المشتركة مع alpha-Olefins مثل Butene, hexene, أو Octene.

هذا يعطي LLDPE المزيد من التوحيد في الوزن الجزيئي والخصائص الميكانيكية.

صلابة ومقاومة الثقب

LLDPE يتفوق بشكل كبير على LDPE من حيث صلابة, مقاومة الثقب, وقوة المسيل للدموع- خاصة في تطبيقات الأفلام.

على سبيل المثال, تظهر أفلام LLDPE نقاط قوة تأثير السهام تصل إلى 2-3 مرات أعلى من درجات LDPE المكافئة.

اعتبارات المعالجة والتكلفة

لكن, يتطلب LLDPE أضيق معالجة النوافذ و ضغوط البثق الأعلى, مما يجعلها أقل تسامحًا قليلاً من LDPE في الفيلم الذي ينفخ.

تقدم LDPE أيضًا وضوح بصري أفضل وكاتية السطح, التي لا تزال ذات قيمة في تعبئة الأغذية والمنتجات التي تواجه المستهلك.

مقايضات التكلفة-الأداء

عند اختيار درجة البولي إيثيلين, يجب على المهندسين والمهنيين المشتريات النظر في إجمالي قيمة الاقتراح, ليس فقط مقاييس الأداء:

10. خاتمة

في ملخص, البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) تواصل ترسيخ مجموعة واسعة من المنتجات - بفضل مرونتها التي لا مثيل لها, المرونة الكيميائية, والقدرة على تحمل التكاليف.

من خلال التحكم الدقيق في البلمرة, أنظمة مضافة مصممة, والمعالجة المتقدمة, يلبي LDPE متطلبات السوق المتنوعة من تغليف المواد الغذائية إلى الأجهزة الطبية.

نتطلع, الابتكارات في المركبات النانوية, المواد الأولية المستدامة, وتعزيز تقنيات إعادة التدوير ستزيد من دور LDPE في التعميم, مستقبل فعال في الموارد.

ملخص

يوفر Deze مجموعة واسعة من قدرات التصنيع, مشتمل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي, صب المعادن, 3الطباعة د, صب الحقن, و تصنيع الصفائح المعدنية.

احصل على اقتباسك الفوري اليوم.