Hodnoty hustoty a převod jednotek
Kvality polyetylenu se obecně třídí podle hustoty a hranice jsou konvence, ne fyzikální konstanty. LDPE zaujímá 915–935 kg/m³. Pod ním je VLDPE (velmi nízká hustota, pod 915). Nad ním se LLDPE překrývá v pásmu 915–925 s jinou architekturou řetězce, MDPE jde od 926 do 940 a HDPE zaujímá 940–970.
Pro převod mezi jednotkami: kg/m³ vydělte 1 000 pro získání g/cm³; g/cm³ vynásobte 62,428 pro získání lb/ft³. Měrná hmotnost je číselně shodná s hustotou v g/cm³, protože voda má při 4 °C hustotu 1,000 g/cm³. Protože každá kvalita polyetylenu má měrnou hmotnost nižší než 1, všechny plavou ve vodě — což přesně využívá separace flotace-sedimentace v recyklačních zařízeních.
Proč je LDPE méně hustý
Vysokotlaký radikálový proces, který vyrábí LDPE, vytváří dlouhá i krátká rozvětvení podél hlavního řetězce. Tato rozvětvení fyzicky brání krystalizaci, takže jen 45–55 % polymeru tvoří uspořádané krystalické oblasti; zbytek zůstává amorfní, s větším volným objemem mezi řetězci. Méně efektivní uspořádání znamená menší hmotnost na jednotku objemu.
Stejné rozvětvení vysvětluje i zbytek profilu vlastností. Nižší krystalinita znamená nižší bod tání, nižší tuhost, vyšší tažnost, lepší průhlednost a lepší chování při tepelném svařování — proto LDPE dominuje ve fóliích, přestože je HDPE mechanicky pevnější.
Co v praxi mění hustotu
Tři faktory odklánějí skutečný materiál od učebnicové hodnoty.
- Obsah komonomeru — více komonomeru znamená více rozvětvení, nižší krystalinitu, nižší hustotu.
- Plniva — uhličitan vápenatý, mastek, sklo nebo kov podstatně zvyšují hustotu, přibližně úměrně jejich objemovému podílu.
- Kontaminace polymerem v recyklátu — frakce HDPE nebo PP posouvají měřenou hustotu nahoru nebo dolů podle směsi.
- Dutiny a vlhkost v peletu — ovlivňují sypnou hustotu (odlišnou od hustoty pevné látky, typicky 500–600 kg/m³ u peletů).
Recyklované materiály na bázi LDPE
Recyklovaný postspotřebitelský LDPE, který je skutečně jediným polymerem, měří hodnoty blízké panenskému materiálu, možná mírně vyšší kvůli zbytkovým aditivům a pigmentům. Vícepolymerové recykláty se odchylují více: tok s HDPE a PP dá vyšší hodnoty než čistý LDPE, a tok s minerálním plnivem ještě více.
Pelet recyklovaného PolyAl z nápojových kartonů je jasným příkladem: ≈66 % LDPE, 18 % HDPE a 6 % PP plus přibližně 10 % hliníku hmotnostně, s hustotou 950–1050 kg/m³. Hliník se rozptyluje ve formě tenkých šupinek a přidává hmotnost bez úměrného nárůstu objemu, což také vysvětluje, proč je materiál tužší a rozměrově stabilnější než neplněný LDPE. Jeho bod měknutí dle Vicata je 90–100 °C a MFI 2–4 g/10 min.
Využití hustoty při výběru materiálu
Hustota je indikátorem krystalinity a krystalinita určuje většinu souboru mechanických vlastností. V praxi bude polyetylen s vyšší hustotou tužší, pevnější, chemicky odolnější, méně propustný a méně průhledný; polyetylen s nižší hustotou bude pružnější, houževnatější při nízkých teplotách, snadněji svařitelný a průhlednější.
Při návrhu dílu má hustota význam i komerčně: pryskyřice se prodává na váhu, ale díly se navrhují podle objemu. Zvýšení hustoty o 10 % znamená o 10 % vyšší náklady na materiál při stejné geometrii dílu — což je třeba ověřit při srovnávání plněného recyklátu s neplněnou panenskou pryskyřicí pouze na základě ceny za kilogram.
Fyzikální vlastnosti LDPE
| Hustota | 915–935 kg/m³ (0,915–0,935 g/cm³) |
|---|---|
| Hustota (imperiální) | 57,1–58,4 lb/ft³ |
| Měrná hmotnost | 0,915–0,935 |
| Sypná hustota (pelet) | ≈500–600 kg/m³ |
| Krystalinita | 45–55 % |
| Bod tání | 105–115 °C |
| Bod měknutí dle Vicata | 85–95 °C |
| Index toku taveniny | 0,3–20 g/10 min (podle kvality) |
| Pevnost v tahu | 8–15 MPa |
| Tažnost při přetržení | 100–650 % |
| Nasákavost | <0,01 % |
| Zpracovatelská teplota | 160–230 °C |