Hvad er polyethylen med lav densitet (LDPE)?

Den holdbare væg af en vaskemiddelbeholder og den glatte, den bøjelige overflade af en husholdningsfilm kan se ud til at være lavet af vidt forskellige materialer - et designet til stivhed, den anden for fleksibilitet. Alligevel overraskende, begge kan fremstilles af den samme alsidige termoplast: Polyethylen med lav densitet (LDPE).

Mens polyethylen er en af ​​de mest udbredte polymerer i verden, den findes i forskellige former, hver konstrueret til at opfylde specifikke præstationskriterier.

LDPE udmærker sig gennem sin forgrenede molekylære struktur, som giver blødhed,

fremragende bearbejdelighed, og høj fugtbestandighed — kvaliteter, der gør den uundværlig i både emballage og industrielle anvendelser.

I denne artikel, vi tager et dybt dyk ned i LDPEs kemi, produktionsprocesser, materielle egenskaber, og applikationspladser.

Derudover, vi undersøger, hvordan LDPE kan sammenlignes med andre polyethylentyper og vurderer dets miljømæssige og økonomiske relevans i dagens marked.

1. Hvad er LDPE?

Polyethylen med lav densitet (LDPE) skiller sig ud som en forgrenet termoplastisk polymer inden for den ekspansive polyethylenfamilie.

Syntetiseret ved polymerisering af ethylenmonomerer (C2H4) under højtryksradikale forhold, LDPEs kendetegn er dens omfattende molekylære forgrening.

Følgelig, det opnår en lavere krystallinitet og tæthed (0.910–0,940 g/cm³) sammenlignet med dets modstykke med høj tæthed, derved levere en bemærkelsesværdig fleksibilitet, gennemsigtighed, og sejhed.

2. Kemisk struktur & Polymerisation

Ethylen monomer & Radikal polymerisation

På molekylært niveau, LDPE stammer fra ethylen, en to-carbon alken.

Radikale initiativtagere (F.eks., organiske peroxider) abstrakte brintatomer under tryk af 1,000–3.000 bar og temperaturer på 150–300 ° C., lancerer fri-radikal kædevækst.

Afgørende, kædeoverførselsreaktioner giver anledning til den omfattende forgrening, der er unik for LDPE.

Molekylær forgrening

Denne forgrening viser sig som både korte (methyl, ethyl) og lange sidekæder.

I gennemsnit, LDPE udstillinger 2–10 grene pr 1,000 kulstof atomer, hvilket igen reducerer kædepakning og krystallinitet.

Som et resultat, LDPEs tæthed sidder rundt 0.925 g/cm³, hvorimod HDPE spænder fra 0.941–0,965 g/cm³.

Kædearkitektur vs. Egenskaber

Vigtigt, forgrening dikterer mekaniske og termiske egenskaber.

Mere forgrening sænker smeltepunktet (til 105–115 °C) og øger forlængelsen (op til 650 %), mens mindre forgrening øger trækstyrken (op til 25 MPA).

Derfor, producenter finjusterer reaktorvariabler – tryk, temperatur, og startdosis - for at opnå skræddersyet ydeevne.

3. Fremstillingsprocesser

Højtryks autoklavreaktorer

Autoklav (batch) reaktorer fortsætter med at dominere LDPE-produktionen, på grund af deres evne til at levere meget forgrenet polymer konsekvent.

I en typisk cyklus, ethylen og initiator lader reaktoren, trykket stiger til 2,000 bar, og temperaturen stiger til 200 ° C.. Efter polymerisation, smelten udledes til pelletering.

Kontinuerlig vs. Batch polymerisation

Alternativt, kontinuerlige rørreaktorer arbejder ved lidt lavere tryk og leverer 20–30 % højere gennemløb, dog med snævrere molekylvægtsfordelinger.

På trods af dette, kontinuerlige processer kan reducere energiforbruget med 10–15 %, forbedring af omkostningseffektiviteten og reduktion af drivhusgasfodaftryk.

Pelletisering & Efterbehandling

Når den er polymeriseret, den varme LDPE-smelte undergår strengpelletering, efterfulgt af tørring kl 80–100 °C at fjerne flygtige stoffer.

Efterfølgende, producenter inkorporerer additiver - UV-stabilisatorer, antioxidanter, glidemidler - via masterbatch-blanding, sikrer homogen spredning og optimal langsigtet ydeevne.

4. Fysisk, Mekanisk & Termiske egenskaber

I dette afsnit, vi undersøger, hvordan LDPEs unikke molekylære arkitektur udmønter sig i dets makroskopiske adfærd.

Ved at forstå disse egenskabsområder, ingeniører og designere kan trygt vælge LDPE til applikationer, der kræver en præcis balance mellem fleksibilitet, styrke, og termisk ydeevne.

Densitet & Krystallinitet

Først og fremmest, LDPEs tæthed - typisk 0.910–0,940 g/cm³- afspejler dens relativt lave krystallinitet (nogenlunde 35–55 %).

Følgelig, LDPE udviser fremragende fleksibilitet og gennemsigtighed.

Efterhånden som krystalliniteten falder, de amorfe regioner dominerer, gør det muligt for film og tynde dele at bøje og drapere uden at revne, selv ved minusgrader.

Trækstyrke & Forlængelse

Desuden, LDPE kombinerer moderat styrke med ekstraordinær duktilitet.

Dens ultimative trækstyrke (Uts) falder imellem 10 og 20 MPA, mens brudforlængelsen spænder fra 200 % til 650 %.

Rent praktisk, dette betyder, at LDPE-film kan strække sig flere gange deres oprindelige længde, før de brister - ideel til strækomslag og fleksibel emballage.

Konsekvensmodstand & Hårdhed

Derudover, LDPE absorberer stød effektivt. Izod-påvirkningsværdier når typisk 50–100 J/m, og Shore D hårdhed måler omkring 40–55.

Disse tal indikerer, at LDPE balancerer blødhed (for håndkomfort i indkøbsposer) med tilstrækkelig sejhed til at modstå punkteringer og flænger under håndtering.

Termisk adfærd

Overgang til termiske egenskaber, LDPE smelter mellem 105 ° C og 115 ° C., som begrænser dens brug til applikationer med lav og moderat temperatur.

Dens varmeafbøjningstemperatur under belastning er tæt på 45–50 °C, og dens varmeledningsevne er lav - omkring 0.33 W/m · k— hvilket gør det til en effektiv isolator til emballage og visse industrielle foringer.

Barriereegenskaber

Endelig, LDPE tilbyder moderat barriereydelse.

Gennemsnitlige ilttransmissionshastigheder 600 cm³·mm/m²·dag·atm, kuldioxid permeabilitet spænder 200–600 cm³·mm/m²·dag·atm, og vanddamptransmissionen forbliver lav - ca 0.3–0,5 g·mm/m²·dag·kPa.

Takket være disse satser, LDPE giver tilstrækkelig beskyttelse til mange fødevarer, selvom højbarriereapplikationer ofte kræver flerlagskonstruktioner eller alternative polymerer.

Relevante materialeegenskaber for lavdensitetspolyethylen:

Ejendom	Typisk rækkevidde
Densitet (g/cm³)	0.910–0,940
Krystallinitet (%)	35–55
Trækstyrke (Uts, MPA)	10–20
Forlængelse ved pause (%)	200–650
Izod Impact (J/m)	50–100
Shore D Hårdhed	40–55
Smeltepunkt (° C.)	105–115
Varmeafbøjning Temp. (° C.)	45–50
Termisk ledningsevne (W/m · k)	~0,33
O₂ Permeabilitet (cm³·mm/m²·dag·atm)	~600
CO₂ permeabilitet (cm³·mm/m²·dag·atm)	200–600
WVTR (g·mm/m²·dag·kPa)	0.3–0,5

5. Behandlingsteknikker

Ekstrudering & Film blæser

I blæst film ekstrudering, LDPE danner en rørformet boble, der, når den er korrekt afkølet og kollapset, giver film med fremragende rive- og slagfasthed.

Derimod, støbt filmekstrudering giver strammere tykkelseskontrol (± 2 µm), hvilket gør den ideel til grafik og laminering.

Injektionsstøbning

Sprøjtestøbning LDPE kræver smeltetemperaturer på 180–220 °C og skimmeltemperaturer på 40–60 °C.

Designere angiver svindtillæg på 1.5–3 % for at modvirke volumetrisk kontraktion. Som et resultat, dele som squeeze flasker opnår præcise dimensioner og ensartet vægtykkelse.

Blæsestøbning & Rotationsstøbning

Ekstruderingsblæsestøbning skaber hule LDPE-beholdere ved at puste en smeltet form i en afkølet form,

mens rotationsstøbning bruger langsom rotation og varme til at producere store, sømløse dele - op til 2 m i diameter - med ensartet vægtykkelse.

Termoformning & Vakuumformning

Ved termoformning, LDPE plader (1–5 mm tyk) er varme til 110–120 °C og derefter draperes eller suges ind i forme.

Træk forhold op til 4:1 tillade moderat dybe profiler, nyttig til emballering af bakker og låg.

6. Tilsætningsstoffer, Copolymerer & Kompositter

UV stabilisatorer, Antioxidanter & Fyldstoffer

For at bekæmpe UV-induceret nedbrydning, formulatorer inkorporerer UV-absorbere og HALS ved 0.1–1 vægt %.

Antioxidanter (F.eks., phenoliske forbindelser) på 0.05-0,5 vægt % forhindre termisk oxidation, mens calciumcarbonatfyldstoffer (5–20 vægt %) hæve stivheden med op til 30 %.

LDPE-blandinger & Legeringer

Blanding af LDPE med LLDPE (lineær lavdensitet) på 20–50 vægt % øger trækstyrken ved 10–15 % og punkteringsmodstand ved 20 %.

Omvendt, LDPE/HDPE-legeringer øger stivheden og hæver smeltepunktet med 5–10 °C, åbning af bredere programvinduer.

Nanokompositter & Forstærkninger

Inkorporerer 1-5 wt % nano-ler eller kulstofnanorør kan reducere gaspermeabiliteten med 30–50 % og øge Youngs modul med 10–20 %, dermed fremme LDPE til højbarriereemballage- og specialfilmmarkeder.

7. Almindelige anvendelser af lavdensitetspolyethylen (LDPE)

Takket være dens alsidighed, LDPE har en fremtrædende plads i:

• Fleksible film: Krympefolie, landbrugs barkflisfilm, og fødevaregodkendte liners.
• Tasker & Emballage: Købmandsposer, detailsække, og seks-pack ringe.
• Containere & Flasker: Klem flasker, dispenserrør, og isbaljer.
• Slange & Liners: Medicinsk slange, beskyttende kabelkappe, og geomembraner.
• Specialvarer: Vakuumformede huse, protesefatninger, og støbegods med lav belastning.

Desuden, LDPEs modstandsdygtighed over for syrer, baser, og fugt cementerer sin rolle i krævende miljøer, fra kemiske forarbejdningsforinger til udendørs landbrugsbeklædninger.

8. Fordele & Begrænsninger af lavdensitetspolyethylen (LDPE)

Fordele

• Enestående fleksibilitet: Forlængelse op til 650 % forhindrer revner under betydelig belastning.
• Kemisk & Fugtmodstand: Stabil mod de fleste syrer, baser, og vandindtrængning.
• Omkostningseffektivitet: Blandt de billigste termoplaster, med priser ofte 25–35 % under HDPE.
• Genanvendelighed: Bredt accepteret i curbside-programmer som harpikskode "4", med mekaniske genanvendelsesrater på 20–30 % på udviklede markeder.

Begrænsninger

• Termiske begrænsninger: Smeltning ovenfor 115 ° C. begrænser anvendelser med høj varme.
• Gaspermeabilitet: Forhøjet O₂/CO₂-transmission kan forkorte iltfølsomme produkters holdbarhed.
• UV-følsomhed: Kræver stabilisatorer til udendørs brug, tilføjer 0.5–1 % til formuleringsomkostninger.
• Lavere mekanisk styrke: Trækstyrke (10–20 MPa) stier HDPE (20–37 MPa), begrænsning af tunge belastninger.

9. Sammenlignende analyse: LDPE vs. Andre polyethylener

For fuldt ud at forstå placeringen af Polyethylen med lav densitet (LDPE) inden for den bredere familie af polyethylenmaterialer,

det er vigtigt at sammenligne det med dets strukturelle slægtninge: Polyethylen med høj densitet (HDPE), Medium-density polyethylen (MDPE), og Lineær lavdensitetspolyethylen (LLDPE).

Mens disse polymerer deler det samme ethylenmonomerfundament, deres molekylære arkitekturer, tætheder, og præstationsegenskaber divergerer betydeligt, derved definere deres egnethed til forskellige anvendelser.

LDPE vs. HDPE: Fleksibilitet vs. Stivhed

Molekylær struktur & Densitet

LDPE er karakteriseret ved stærkt forgrenede kæder, fører til en lav densitet (0.910–0,940 g/cm³) og reduceret krystallinitet (~40-50 %).

I modsætning hertil, HDPE-udstillinger lineære kæder med minimal forgrening, resulterer i højere tæthed (0.940–0,970 g/cm³) og krystallinitet op til 80%.

Mekaniske egenskaber

HDPE tilbud højere trækstyrke (20–37 MPa) og forbedret slagfasthed sammenlignet med LDPE, hvilket gør den ideel til stive produkter som brændstofbeholdere, rør, kasser, og vaskemiddelflasker.

LDPE, På den anden side, fastholder overlegen forlængelse ved brud (200–600 %), favoriserer ansøgninger, der kræver strækbarhed og spændstighed, såsom film og squeeze tubes.

Termisk og kemisk modstand

Begge materialer modstår en lang række kemikalier, men HDPE tilbyder bedre modstandsdygtighed over for spændingsrevner og termisk stabilitet, med en varmeafbøjningstemperatur tættere på 60–75 °C,

sammenlignet med LDPEs 40-50 °C. Imidlertid, HDPE har en tendens til at være mere skørt ved lave temperaturer, medmindre det modificeres.

LDPE vs. MDPE: Et balancepunkt

Mellemliggende egenskaber

Medium-density polyethylen (MDPE) bygger bro mellem LDPE og HDPE. Den har moderat forgrening, fører til en massefylde på 0,926-0,940 g/cm³.

Dens stivhed og slagfasthed ligger mellem LDPE og HDPE, gør den velegnet til gasrør, krympefilm, og rotationsstøbning.

Modstandsdygtighed over for spændingsrevner

MDPE udstiller generelt forbedret modstandsdygtighed over for spændingsrevner i miljøet (SKRIVE) sammenlignet med LDPE, især når de udsættes for olier og rengøringsmidler.

Imidlertid, LDPE holder stadig kanten inde fleksibilitet og optisk klarhed, hvilket er afgørende for applikationer som gennemsigtige emballagefilm.

LDPE vs. LLDPE: Bearbejdelighed vs. Præstation

Strukturelle forskelle

Mens LDPE har langkædede forgreninger, LLDPE (Lineær lavdensitetspolyethylen) funktioner kortkædet forgrening, introduceret via copolymerisation med alfa-olefiner som buten, hexen, eller okten.

Dette giver LLDPE mere ensartethed i molekylvægt og mekaniske egenskaber.

Sejhed og punkteringsmodstand

LLDPE udkonkurrerer markant LDPE mht sejhed, punkteringsmodstand, og rivestyrke-især i filmapplikationer.

For eksempel, LLDPE-film udviser pilslagstyrker op til 2-3 gange højere end tilsvarende LDPE-kvaliteter.

Behandling og omkostningsovervejelser

Imidlertid, LLDPE kræver smallere behandlingsvinduer og højere ekstruderingstryk, hvilket gør det lidt mindre tilgivende end LDPE ved filmblæsning.

LDPE tilbyder også bedre optisk klarhed og overfladeglans, som fortsat er værdifuldt i fødevareemballage og forbrugervendte produkter.

Afvejninger mellem omkostninger og ydeevne

Når du vælger en polyethylenkvalitet, ingeniører og indkøbsprofessionelle skal overveje samlet værditilbud, ikke kun præstationsmålinger:

10. Konklusion

Sammenfattende, Polyethylen med lav densitet (LDPE) fortsætter med at forankre en bred vifte af produkter - takket være dens uovertrufne fleksibilitet, kemisk modstandsdygtighed, og overkommelige priser.

Gennem præcis styring af polymerisation, skræddersyede additivsystemer, og avanceret behandling, LDPE opfylder forskellige markedskrav fra fødevareemballage til medicinsk udstyr.

Ser frem, innovationer inden for nanokompositter, bæredygtige råvarer, og forbedrede genbrugsteknologier vil yderligere styrke LDPEs rolle i et cirkulære, ressourceeffektiv fremtid.

Oversigt

DEZE tilbyder en bred vifte af fremstillingsmuligheder, inklusive CNC -bearbejdning, metalstøbning, 3D Udskrivning, injektionsstøbning, og fremstilling af metalplader.

Få dit øjeblikkelige tilbud i dag.