Tất Cả Những Điều Bạn Cần Biết Về Polyethylene (PE)

Polyethylene (PE) là gì và ứng dụng của nó?

Polyethylene là một polymer nhiệt dẻo với cấu trúc tinh thể thay đổi và một loạt ứng dụng tùy thuộc vào từng loại cụ thể. Nó là một trong những loại nhựa được sản xuất rộng rãi nhất trên thế giới, với hàng chục triệu tấn được sản xuất mỗi năm trên toàn cầu. Quy trình thương mại (sử dụng chất xúc tác Ziegler-Natta) giúp PE trở nên thành công đã được phát triển vào những năm 1950 bởi hai nhà khoa học, Karl Ziegler của Đức và Giulio Natta của Ý.

Công thức cấu tạo PE

Có nhiều loại polyethylene, và mỗi loại phù hợp nhất với một bộ ứng dụng khác nhau. Nói chung, Polyethylene mật độ cao (HDPE) có tính tinh thể cao hơn và thường được sử dụng trong các ứng dụng khác biệt so với Polyethylene mật độ thấp (LDPE). Ví dụ, LDPE được sử dụng rộng rãi trong bao bì nhựa, chẳng hạn như túi nhựa hoặc màng bọc thực phẩm. Ngược lại, HDPE có ứng dụng phổ biến trong xây dựng (ví dụ, trong việc sản xuất ống thoát nước). Polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao (UHMW) có các ứng dụng hiệu suất cao trong những sản phẩm như thiết bị y tế và áo giáp chống đạn.

Các Loại Polyethylene Khác Nhau

Sản phẩm ống nhựa làm từ PE

Polyethylene thường được phân loại thành một số hợp chất chính, trong đó phổ biến nhất là LDPE, LLDPE, HDPE và Polypropylene trọng lượng phân tử siêu cao. Các biến thể khác bao gồm Polyethylene mật độ trung bình (MDPE), Polyethylene trọng lượng phân tử siêu thấp (ULMWPE hoặc PE-WAX), Polyethylene trọng lượng phân tử cao (HMWPE), Polyethylene mật độ cao liên kết chéo (HDXLPE), Polyethylene liên kết chéo (PEX hoặc XLPE), Polyethylene mật độ rất thấp (VLDPE), và Polyethylene clo hóa (CPE).

1. Polyethylene Mật Độ Thấp (LDPE): Là một vật liệu rất linh hoạt với các đặc tính chảy độc đáo, làm cho nó đặc biệt phù hợp với các ứng dụng bao bì nhựa như túi mua sắm và màng nhựa. LDPE có độ dẻo dai cao nhưng độ bền kéo thấp, điều này thể hiện rõ trong thực tế khi nó dễ dàng căng ra khi bị kéo giãn.

2. Polyethylene Mật Độ Thấp Tuyến Tính (LLDPE): Rất giống với LDPE, nhưng LLDPE mang lại một số ưu điểm bổ sung. Cụ thể, các tính chất của LLDPE có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi thành phần công thức, và quá trình sản xuất LLDPE thường ít tiêu tốn năng lượng hơn so với LDPE.

3. Polyethylene Mật Độ Cao (HDPE): Là một loại nhựa chắc chắn, hơi cứng với cấu trúc tinh thể cao. HDPE thường được sử dụng trong các sản phẩm nhựa như hộp đựng sữa, chất tẩy rửa, thùng rác và thớt.

4. Polyethylene Trọng Lượng Phân Tử Siêu Cao (UHMWPE): Là một phiên bản cực kỳ dày đặc của polyethylene, với trọng lượng phân tử thường lớn hơn nhiều lần so với HDPE. Nó có thể được kéo thành sợi với độ bền kéo gấp nhiều lần thép và thường được sử dụng trong áo giáp chống đạn và các thiết bị hiệu suất cao khác.

Thùng nhựa PE

Các Đặc Tính Của Polyethylene

Bây giờ chúng ta đã hiểu về các ứng dụng của polyethylene, hãy cùng xem xét một số đặc tính quan trọng của polyethylene. PE được phân loại là “nhựa nhiệt dẻo” (khác với “nhựa nhiệt rắn”), dựa trên cách nhựa phản ứng với nhiệt. Các vật liệu nhiệt dẻo trở thành lỏng khi đạt đến nhiệt độ chảy (110-130 độ C đối với LDPE và HDPE tương ứng). Một đặc tính hữu ích của nhựa nhiệt dẻo là chúng có thể được làm nóng đến nhiệt độ chảy, làm nguội và sau đó làm nóng lại mà không bị phân hủy đáng kể. Thay vì cháy, nhựa nhiệt dẻo như polyethylene sẽ hóa lỏng, điều này cho phép chúng dễ dàng được ép khuôn và sau đó tái chế. Ngược lại, nhựa nhiệt rắn chỉ có thể được làm nóng một lần (thường trong quá trình ép khuôn). Việc làm nóng lần đầu sẽ khiến nhựa nhiệt rắn đông cứng (giống như epoxy hai thành phần), tạo ra một sự thay đổi hóa học không thể đảo ngược. Nếu bạn cố gắng làm nóng nhựa nhiệt rắn lần thứ hai, nó sẽ cháy. Đặc tính này khiến nhựa nhiệt rắn không phải là lựa chọn tốt cho tái chế.

Bình nhựa PE

Các loại polyethylene khác nhau có cấu trúc tinh thể rất đa dạng. Nhựa càng ít tinh thể (hoặc vô định hình), nó càng có xu hướng mềm dần dần; tức là, nhựa sẽ có một khoảng rộng hơn giữa nhiệt độ chuyển pha kính và nhiệt độ chảy. Nhựa tinh thể, ngược lại, có sự chuyển đổi khá sắc nét từ thể rắn sang thể lỏng.

Polyethylene là một homopolymer, vì nó được cấu tạo từ một thành phần monomer duy nhất (trong trường hợp này là ethylene: CH2=CH2).

Tại Sao Polyethylene Lại Được Sử Dụng Rộng Rãi?

Polyethylene là một loại nhựa nguyên liệu cực kỳ hữu ích, đặc biệt là đối với các công ty thiết kế sản phẩm. Nhờ vào sự đa dạng của các loại polyethylene, nó được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Trừ khi yêu cầu ứng dụng cụ thể, polyethylene không phải là vật liệu được sử dụng phổ biến trong quá trình thiết kế. Đối với một số dự án, các bộ phận sẽ được sản xuất hàng loạt bằng PE có thể được làm mẫu với các vật liệu khác thân thiện hơn với quá trình làm mẫu, như ABS.

Túi nhựa PE

PE không phải là vật liệu có thể in 3D. Nó có thể được gia công CNC hoặc tạo hình chân không.

Thông số kỹ thuật của Polyethylene (PE)

PE được sản xuất như thế nào?

Polyethylene (PE), giống như các loại nhựa khác, bắt đầu từ quá trình chưng cất các nhiên liệu hydrocarbon, trong trường hợp này là ethane. Ethane được phân tách thành các phân đoạn nhẹ hơn, sau đó kết hợp với các chất xúc tác để thực hiện quá trình polymer hóa hoặc polycondensation, chuyển các phân đoạn này thành nhựa. Quá trình này là yếu tố quan trọng trong sản xuất polyethylene, và có thể thay đổi tùy thuộc vào loại PE cụ thể được sản xuất (chẳng hạn như LDPE, HDPE, v.v.).

PE trong phát triển nguyên mẫu trên máy CNC và máy in 3D

Polyethylene có sẵn dưới dạng các tấm, thanh, và các hình dạng đặc biệt, làm cho nó phù hợp cho các quá trình gia công trừu tượng như phay CNC hoặc tiện. Thường thì PE có sẵn trong các màu trắng hoặc đen.

Tuy nhiên, PE hiện tại không có sẵn cho các quy trình in 3D FDM hoặc bất kỳ quy trình in 3D nào khác (ít nhất là từ hai nhà cung cấp lớn: Stratasys và 3D Systems). PE giống như PP ở chỗ nó có thể gặp khó khăn khi sử dụng trong việc làm nguyên mẫu. Bạn gần như chỉ có thể sử dụng gia công CNC hoặc tạo khuôn chân không nếu bạn cần sử dụng PE trong quá trình phát triển nguyên mẫu.