پلیاتیلن و انواع آن (ورق٬میلگرد٬لوله): جدول مشخصات و روش‌های ماشینکاری
پلیاتیلن یکی از پرکاربردترین پلیمرهای جهان است که در تمامی صنایع از بستهبندی تا خطوط لوله کاربرد دارد. این ماده ترموپلاستیک، از پلیمریزاسیون گاز اتیلن (C₂H₄) به‌دست می‌آید و دارای ساختاری ساده ولی عملکردی فوق‌العاده است. پلیاتیلن در بازار با گریدها و انواع مختلفی عرضه میشود که هرکدام برای کاربرد خاصی مناسب هستند.
تعریف پلیاتیلن و تاریخچه آن
پلیاتیلن برای اولین بار در سال ۱۸۹۸ کشف شد اما کاربرد صنعتی آن از دهه ۱۹۳۰ آغاز شد. این ماده امروزه به‌عنوان پرمصرف‌ترین پلاستیک در دنیا شناخته میشود. پلیاتیلن به دلیل قیمت مناسب، سبک‌وزنی و خواص مکانیکی مناسب، جایگزین بسیاری از مواد فلزی و سرامیکی شده است.
ساختار شیمیایی پلیاتیلن
اصلی پلیاتیلن زنجیره‌ای از اتم‌های کربن و هیدروژن است که با پیوندهای کووالانسی به هم متصل شده‌اند. ساختار زنجیره‌ای آن می‌تواند به‌صورت خطی یا شاخهدار باشد که همین تفاوت باعث تنوع خواص در انواع آن میشود.
کاربردهای عمومی در صنایع مختلف
پلیاتیلن در حوزه‌های زیر کاربرد دارد:
- بستهبندی (کیسه، فیلم، ظروف)
- سیستم‌های لوله‌کشی آب و فاضلاب
- صنایع غذایی و دارویی
- صنایع خودروسازی و قطعات صنعتی
- کف‌سازی، پوشش‌های محافظ و عایق‌کاری
انواع پلیاتیلن بر اساس چگالی و کاربرد
پلی‌اتیلن‌ها بر اساس وزن مولکولی، چگالی، و نحوه پلیمریزاسیون به چند دسته اصلی تقسیم میشوند:
پلیاتیلن سبک (LDPE)
پلیاتیلن سبک دارای ساختار شاخهدار است که منجر به چگالی پایین (حدود ۰٫۹۱–۰٫۹۳ g/cm³) و انعطاف‌پذیری بالای آن میشود. این گرید برای تولید فیلم‌های بستهبندی، کیسه‌های پلاستیکی و عایق سیم کاربرد دارد.
خواص فنی پلیاتیلن سبک:
| ویژگی | مقدار |
|---|
| چگالی | ۰٫۹۲ g/cm³ |
| نقطه ذوب | ۱۰۵°C |
| مقاومت ضربه | بالا |
| مقاومت شیمیایی | متوسط تا خوب |
| قابلیت بازیافت | دارد |
مزایا و معایب:
- مزایا: انعطاف‌پذیر، سبک، مقاوم در برابر ضربه
- معایب: مقاومت حرارتی کم، سختی پایین
پلیاتیلن سبک خطی (LLDPE)
دارای ساختار زنجیره‌ای خطی با شاخه‌های کوتاه است. مقاومت کششی و انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به LDPE دارد و در بسته‌بندی‌های کششی، پوشش مخازن و ورق‌های کشاورزی استفاده میشود.
ساختار خطی و متراکم‌تری دارد که باعث افزایش چگالی (۰٫۹۴–۰٫۹۷ g/cm³) و استحکام مکانیکی بالاتر آن میشود. HDPE در تولید لولههای آبرسانی، ظروف سخت و قطعات صنعتی کاربرد فراوان دارد.
پلیاتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE)
این نوع پلیاتیلن دارای طول زنجیره بسیار زیاد و خواص مکانیکی ویژه است. در صنایع پزشکی، نظامی و انتقال مواد ساینده استفاده میشود.
ویژگی‌های کلیدی UHMWPE:
- مقاومت سایشی فوق‌العاده
- مقاومت در برابر ضربه و سایش بالا
- خود روانکاری طبیعی
ورق‌های پلیاتیلن در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارند، از جمله در صنایع غذایی، دارویی، شیمیایی، کشاورزی و مکانیکی. این ورق‌ها معمولاً از پلیاتیلن سنگین (HDPE) یا پلیاتیلن فوق سنگین (UHMWPE) تولید میشوند.
انواع ورق پلیاتیلن موجود در بازار
- ورق پلیاتیلن HDPE مشکی و سفید
- ورق UHMWPE با مقاومت سایشی بالا
- ورق LLDPE انعطاف‌پذیر
- ورق PE100 مخصوص مخازن و محیط‌های شیمیایی
جدول خصوصیات فنی ورق‌های پلیاتیلن
| نوع ورق | چگالی (g/cm³) | مقاومت کششی (MPa) | دمای کاری | مقاومت در برابر مواد شیمیایی | سختی (شور D) |
|---|
| HDPE | ۰٫۹۶ | ۲۶ | ۸۰°C | بسیار خوب | ۶۵-۷۰ |
| UHMWPE | ۰٫۹۳-۰٫۹۵ | ۳۰ | ۹۰°C | عالی | ۶۰-۶۵ |
| LLDPE | ۰٫۹۲ | ۲۰ | ۶۰°C | خوب | ۵۵-۶۰ |
| PE100 | ۰٫۹۵-۰٫۹۶ | ۳۱ | ۱۰۰°C | بسیار عالی | ۷۰ |
کاربردهای ورق پلیاتیلن در صنایع مختلف
- صنایع غذایی: سطح ضد چسبندگی و ایمن برای مواد غذایی
- صنایع شیمیایی: مقاومت در برابر اسیدها و بازها
- مهندسی مکانیک: صفحات ضربه‌گیر، روان‌ساز و پوشش ریل‌ها
- کشاورزی: ساخت حوضچه، دیواره‌های نگهدارنده و عایق‌بندی
میلگردهای پلیاتیلن اغلب از گریدهای HDPE یا UHMWPE تولید میشوند و در صنایع برای ساخت چرخ‌دنده، بلبرینگ، ضربه‌گیر، یاتاقان و پین‌های مقاوم به سایش استفاده میشوند.
ویژگی‌های میلگرد پلیاتیلن:
| قطر موجود (mm) | چگالی | رنگ رایج | مقاومت حرارتی | شکل‌پذیری |
|---|
| ۱۰ تا ۲۰۰ | ۰٫۹۳-۰٫۹۶ | سفید، مشکی | ۸۰-۱۰۰°C | بالا |
مزایا نسبت به میلگرد فلزی:
- ضدزنگ بودن
- سبکی قابل توجه
- مقاومت در برابر سایش و مواد شیمیایی
- بی‌صدا بودن در حرکت و ضربه
لولههای پلیاتیلن بخش مهمی از زیرساخت‌های انتقال آب، گاز، و مواد شیمیایی را تشکیل می‌دهند. استانداردهای مختلفی برای آن‌ها وجود دارد از جمله PE80 و PE100.
دسته‌بندی لولههای پلیاتیلن بر اساس کاربرد:
- لوله آبرسانی
- لوله گازرسانی
- لوله فاضلابی
- لوله آبرسانی کشاورزی
جدول فشار اسمی (PN) و قطر لوله:
| قطر بیرونی (mm) | PN6 | PN10 | PN16 | PE100 |
|---|
| ۲۰ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| ۶۳ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| ۱۱۰ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| ۱۶۰ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
استانداردهای رایج:
- ISO 4427
- DIN 8074
- EN 12201
- ISIRI 14427
خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی پلیاتیلن
پلیاتیلن با توجه به ساختار پلیمری‌اش دارای خواص متنوعی است که بسته به نوع آن می‌تواند مقاومت شیمیایی، دمای کاری و خواص ضربه‌پذیری متفاوتی داشته باشد.
مکانیکی:
- مقاومت کششی بالا
- انعطاف‌پذیری در برابر ضربه
- خستگی‌پذیری پایین
حرارتی:
- دمای کاری بین ۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد
- نرم شدن در دمای بالا
- عدم مقاومت بالا در برابر شعله
شیمیایی:
- مقاوم در برابر اکثر اسیدها، بازها، نمک‌ها و الکل‌ها
- نامقاوم در برابر حلال‌های قوی مانند تولوئن و زایلن
روش‌های تراشکاری پلیاتیلن
پلیاتیلن برخلاف بسیاری از پلاستیک‌ها، ماشینکاری خوبی دارد و میتوان آن را با ابزارهای معمول تراشکاری فلزات، به راحتی شکل داد. با این حال، چون ماده‌ای نرم و انعطاف‌پذیر است، باید اصول خاصی در تراشکاری آن رعایت شود تا از پیچ‌خوردگی، چسبندگی و ذوب سطح جلوگیری شود.
اصول ماشینکاری پلیاتیلن:
- دور چرخش پایین‌تر از فلزات انتخاب شود (بین ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ RPM).
- تیغه‌های تیز با زاویه برش مناسب برای جلوگیری از ذوب شدن استفاده شود.
- سیستم خنک‌کننده هوا یا اسپری آب استفاده شود.
- قطعه‌کار به‌خوبی فیکس شود تا از لرزش یا لغزش جلوگیری گردد.
ابزارهای مناسب برای تراش پلیاتیلن:
| نوع ابزار | توصیه برای پلیاتیلن |
|---|
| الماسه‌تراش | بسیار مناسب |
| تیغه HSS | قابل قبول |
| ابزار سرامیکی | توصیه نمی‌شود (ممکن است باعث ذوب شود) |
| مته مارپیچی | با زاویه کند مناسب است |
نکات ایمنی مهم در تراش پلیاتیلن:
- از عینک ایمنی استفاده کنید، زیرا تراشه‌ها به دلیل سبک بودن، به هوا پرتاب میشوند.
- برای جلوگیری از اصطکاک بالا، از تماس طولانی‌مدت ابزار با سطح کار خودداری شود.
- از روان‌کننده‌هایی مانند روغن استفاده نکنید، مگر برای عملیات خاص، چون جذب میشوند و خواص سطحی را تغییر می‌دهند.
برشکاری پلیاتیلن: تکنیک‌ها و ابزارها
برش ورق یا میلگرد پلیاتیلن اگر به درستی انجام نشود، ممکن است موجب ذوب یا تاب برداشتن قطعه شود. به همین دلیل، انتخاب روش صحیح و ابزار مناسب بسیار حیاتی است.
روش‌های برش رایج:
- اره دیسکی با تیغه کاربیدی
- برش CNC با تیغه‌های مخصوص پلیمری
- واترجت (Waterjet) برای برش دقیق
- لیزر فقط برای ضخامت‌های بسیار نازک
چالش‌های رایج و راه‌حل‌ها:
| مشکل رایج | راه‌حل مناسب |
|---|
| چسبیدن پلیاتیلن به تیغه | استفاده از اسپری ضد چسبندگی یا تیغه با روکش تفلون |
| ذوب شدن محل برش | کاهش سرعت برش و استفاده از سیستم خنک‌کننده |
| لب‌پری شدن لبه‌ها | استفاده از تیغه‌های تیز و زاویه برش مناسب |
| موج‌دار شدن سطح | نگه‌داشتن صحیح قطعه و استفاده از گیره مناسب |
روش‌های پرداخت نهایی:
- پولیش دستی با سمباده نرم
- پولیش با دستگاه مخصوص برای سطح براق
- استفاده از شعله ملایم (Flame Polishing) برای یکنواختی لبه‌ها (مخصوص ورق‌های نازک)
چسباندن، جوشکاری و اتصال پلی‌اتیلن‌ها
برخلاف پلاستیک‌های دیگر، پلیاتیلن به‌خوبی به چسب‌ها نمی‌چسبد. برای اتصال قطعات پلیاتیلن، از روش‌های گرمایی مانند جوشکاری استفاده میشود.
روش‌های مرسوم اتصال:
- جوش لب به لب (Butt Fusion): قطعات ابتدا گرم شده و سپس با فشار به هم چسبانده میشوند.
- جوش الکتروفیوژن: با استفاده از اتصالات خاص که المنت گرمایی دارند، قطعات جوش می‌خورند.
- اتصالات مکانیکی (رابط و مهره): مناسب برای سیستم‌های قابل تعویض
- اتصالات فشاری یا رینگی (Clamp): در لوله‌کشی کشاورزی و انتقال سیالات
مقایسه روش‌های اتصال:
| روش اتصال | استحکام نهایی | سرعت اجرا | هزینه تجهیزات |
|---|
| Butt Fusion | بسیار بالا | متوسط | متوسط |
| Electrofusion | بسیار بالا | بالا | بالا |
| اتصال مکانیکی | متوسط | بسیار سریع | پایین |
| چسب‌کاری | ضعیف | سریع | پایین |
جدول نهایی مقایسه مشخصات فنی انواع پلیاتیلن را همراه با سوالات متداول (FAQ) .
📊 جدول کامل مقایسه فنی انواع پلیاتیلن (LDPE، LLDPE، HDPE، UHMWPE)
| ویژگی‌ها | LDPE | LLDPE | HDPE | UHMWPE |
|---|
| چگالی (g/cm³) | ۰٫۹۱ – ۰٫۹۳ | ۰٫۹۱۵ – ۰٫۹۲۵ | ۰٫۹۴ – ۰٫۹۷ | ۰٫۹۳ – ۰٫۹۵ |
| ساختار مولکولی | شاخهدار | خطی با شاخه‌های کوتاه | کاملاً خطی | زنجیره بسیار بلند |
| نقطه ذوب (°C) | ۱۰۵ – ۱۱۵ | ۱۱۰ – ۱۲۰ | ۱۲۵ – ۱۳۵ | ۱۳۰ – ۱۳۶ |
| مقاومت ضربه | بالا | بسیار بالا | متوسط | بسیار بالا |
| سختی سطح (شور D) | ۴۵ – ۵۵ | ۵۰ – ۶۰ | ۶۰ – ۷۰ | ۶۰ – ۶۵ |
| مقاومت سایشی | کم | متوسط | خوب | بسیار عالی |
| مقاومت شیمیایی | متوسط | خوب | عالی | عالی |
| مقاومت در برابر UV | کم | کم | متوسط (با افزودنی) | خوب (با افزودنی) |
| قابلیت ماشینکاری | پایین | متوسط | خوب | بسیار خوب |
| کاربرد اصلی | کیسه، فیلم، بستهبندی | کشاورزی، روکش‌ها | لوله، مخزن، قطعات صنعتی | تجهیزات مکانیکی، پزشکی، ضد سایش |
❓ سوالات متداول درباره پلیاتیلن (FAQs)
۱٫ تفاوت بین پلیاتیلن سبک (LDPE) و سنگین (HDPE) چیست؟
پلیاتیلن سبک ساختار شاخهدار و انعطافپذیرتری دارد، درحالیکه HDPE ساختار خطی و سختی بالاتری داشته و مقاومت بیشتری در برابر دما، فشار و مواد شیمیایی دارد.
۲٫ آیا پلیاتیلن قابل بازیافت است؟
بله. پلیاتیلن یکی از قابلبازیافتترین پلیمرهاست. کد بازیافت LDPE شماره ۴ و HDPE شماره ۲ است. بازیافت آن باعث صرفهجویی در منابع و انرژی میشود.
۳٫ پلیاتیلن برای تماس با مواد غذایی ایمن است؟
بله. گریدهای خاصی از پلیاتیلن مانند HDPE Food Grade تاییدیه FDA و استانداردهای بهداشتی را دارند و در بستهبندی مواد غذایی استفاده میشوند.
۴٫ کدام نوع پلیاتیلن برای ماشینکاری مناسبتر است؟
UHMWPE و HDPE بهترین گزینهها برای تراشکاری، فرزکاری و CNC هستند، زیرا هم مقاومت سایشی بالایی دارند و هم رفتار یکنواختی در ماشینکاری نشان می‌دهند.
۵٫ آیا پلیاتیلن در برابر نور خورشید مقاوم است؟
خیر، بهطور طبیعی مقاومت کمی در برابر اشعه UV دارد. اما با افزودنی‌های تثبیت‌کننده مانند Carbon Black، مقاومت آن افزایش می‌یابد.
۶٫ برای ساخت لولههای آبرسانی، کدام پلیاتیلن بهتر است؟
پلیاتیلن PE100 به دلیل استحکام بالا، تحمل فشار، مقاومت شیمیایی و طول عمر زیاد، انتخابی عالی برای سیستم‌های آبرسانی است.
