Valeurs de densité et conversions d'unités
Les grades de polyéthylène sont classés en grande partie par densité, et les bornes sont des conventions plutôt que des constantes physiques. Le PEBD occupe la plage 915–935 kg/m³. En dessous se trouve le PE très basse densité (VLDPE, moins de 915). Au-dessus, le PEBDL chevauche la plage 915–925 avec une architecture de chaîne différente, le PE moyenne densité (MDPE) va de 926 à 940, et le PEHD occupe 940–970.
Pour convertir les unités : diviser les kg/m³ par 1 000 pour obtenir des g/cm³ ; multiplier les g/cm³ par 62,428 pour obtenir des lb/ft³. La densité relative est numériquement identique à la densité en g/cm³ car l'eau vaut 1,000 g/cm³ à 4 °C. Comme tout grade de polyéthylène a une densité relative inférieure à 1, tous flottent dans l'eau — ce qu'exploite justement la séparation par flottation-sédimentation dans les usines de recyclage.
Pourquoi le PEBD est moins dense
Le procédé radicalaire haute pression qui produit le PEBD crée des ramifications longues et courtes le long de la chaîne principale. Ces ramifications gênent physiquement la cristallisation, si bien que seulement 45–55 % du polymère forme des zones cristallines ordonnées ; le reste reste amorphe, avec davantage de volume libre entre les chaînes. Un empilement moins efficace signifie moins de masse par unité de volume.
La même ramification explique le reste du profil de propriétés. Une cristallinité plus faible signifie un point de fusion plus bas, une rigidité moindre, un allongement plus élevé, une meilleure transparence et une meilleure aptitude à la thermosoudure — ce qui explique la domination du PEBD dans le film alors même que le PEHD est mécaniquement plus résistant.
Ce qui fait varier la densité en pratique
Trois facteurs éloignent un matériau réel de la valeur théorique.
- Teneur en comonomère — plus de comonomère signifie plus de ramification, une cristallinité plus faible, une densité plus basse.
- Charges — carbonate de calcium, talc, verre ou métal augmentent tous sensiblement la densité, à peu près proportionnellement à leur fraction volumique.
- Contamination polymère dans le recyclat — les fractions de PEHD ou de PP font varier la densité mesurée à la hausse ou à la baisse selon le mélange.
- Vides et humidité dans les granulés — affectent la densité apparente (différente de la densité massique, typiquement 500–600 kg/m³ pour les granulés).
Les matériaux recyclés à base de PEBD
Le PEBD post-consommation véritablement mono-polymère affiche des valeurs proches du vierge, peut-être légèrement supérieures en raison des additifs et pigments résiduels. Les recyclats multi-polymères s'écartent davantage : un flux contenant du PEHD et du PP affichera une densité supérieure au PEBD pur, et un flux contenant une charge minérale encore plus.
Le granulé PolyAl recyclé issu des briques alimentaires en est un exemple clair : environ 66 % de PEBD, 18 % de PEHD et 6 % de PP, plus environ 10 % d'aluminium en masse, affichant 950–1050 kg/m³. L'aluminium est dispersé en fines paillettes et ajoute de la masse sans augmentation proportionnelle de volume, ce qui explique aussi pourquoi le matériau est plus rigide et plus stable dimensionnellement qu'un PEBD non chargé. Son point de ramollissement Vicat se situe à 90–100 °C et son MFI à 2–4 g/10 min.
Utiliser la densité pour le choix des matériaux
La densité est un indicateur indirect de la cristallinité, qui pilote l'essentiel des propriétés mécaniques. En pratique, un polyéthylène plus dense sera plus rigide, plus résistant, plus tenu chimiquement, moins perméable et moins transparent ; un polyéthylène moins dense sera plus souple, plus résistant aux chocs à basse température, plus facile à souder et plus clair.
Pour la conception de pièces, la densité compte aussi commercialement : la résine est vendue au poids mais les pièces sont conçues en volume. Une augmentation de densité de 10 % signifie 10 % de coût matière en plus pour la même géométrie de pièce — un point à vérifier lorsqu'on compare un recyclat chargé à une résine vierge non chargée sur le seul prix au kilo.
Propriétés physiques du PEBD
| Densité | 915–935 kg/m³ (0,915–0,935 g/cm³) |
|---|---|
| Densité (impérial) | 57,1–58,4 lb/ft³ |
| Densité relative | 0,915–0,935 |
| Densité apparente (granulés) | ≈500–600 kg/m³ |
| Cristallinité | 45–55 % |
| Point de fusion | 105–115 °C |
| Point de ramollissement Vicat | 85–95 °C |
| Indice de fluidité (MFI) | 0,3–20 g/10 min (selon grade) |
| Résistance à la traction | 8–15 MPa |
| Allongement à la rupture | 100–650 % |
| Absorption d'eau | <0,01 % |
| Température de transformation | 160–230 °C |