Grundlegende Eigenschaften
HDPE ist ein undurchsichtiges, weißes, wachsartiges Material mit einer Dichte leichter als Wasser (0,941-0,960 g/cm³). Es ist weich und zäh-steifer und etwas weniger dehnbar als LDPE. Es ist ungiftig und geruchlos.
Verbrennungseigenschaften
Leicht entflammbar und brennt weiter, nachdem die Flamme entfernt wurde. Die Flamme ist oben gelb und unten blau. Es schmilzt beim Brennen und tropft, erzeugt keinen schwarzen Rauch und verströmt einen paraffinartigen Geruch.
Wichtige Vorteile
- Beständig gegen Säuren, Laugen und viele organische Lösungsmittel
- Hervorragende elektrische Isolierung
- Behält seine Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen
- Höhere Oberflächenhärte, Zugfestigkeit und Steifigkeit als LDPE; ähnlich wie PP; zäher als PP, aber mit schlechterem Oberflächenglanz als PP
Wichtigste Einschränkungen
- Im Vergleich zu technischen Kunststoffen schlechtere mechanische Eigenschaften; schlechte Gasbarriere
- Anfällig für Verformung, Alterung, Sprödigkeit (wenn auch weniger spröde als PP) und Spannungsrisse
- Geringe Oberflächenhärte; leicht zu zerkratzen
- Schwierig zu bedrucken (erfordert eine Oberflächenkoronabehandlung); nicht galvanisierbar; Oberfläche ohne Glanz
Typische Anwendungen
- Strangpressen: Verpackungsfolien, Seile, gewebte Säcke, Fischernetze, Wasserleitungen
- Spritzgießen: Tageswaren und Verpackungen der unteren Preisklasse, nicht tragende Teile, Tragetaschen, Mehrwegkisten
- Extrusionsblasformen: Behälter, Hohlkörper, Flaschen
Spritzgießen
HDPE wird in unzähligen Anwendungen eingesetzt, von wiederverwendbaren dünnwandigen Getränkebechern bis hin zu 5 Gallonen Dosen, die etwa ein Fünftel des inländischen HDPE-Verbrauchs ausmachen. Spritzguss-Typen haben in der Regel einen Schmelzindex (MI) von 5–10. Es gibt zähere Typen mit geringerer Fließfähigkeit und besser verarbeitbare Typen mit höherer Fließfähigkeit. Zu den Anwendungsbereichen gehören dünnwandige Konsum- und Lebensmittelverpackungen, robuste, langlebige Lebensmittel- und Farbdosen sowie Anwendungen mit hoher ESCR, wie z. B. Kraftstofftanks für Kleinmotoren und ~90 Gallonen Mülltonnen.
Eigenschaften:
Typischer Schmelzpunkt ≈ 142 °C; Zersetzung ≈ 300 °C. Breites, praktikables Einspritz-Temperaturfenster. Die Verarbeitungstemperaturen liegen in der Regel 180–230 °C. Da HDPE ein Olefin ist, ist es nicht hygroskopisch und muss in der Regel nicht getrocknet werden. Aus Qualitätsgründen kann es jedoch getrocknet werden. 60 °C für 1 Stunde um Oberflächenfeuchtigkeit zu entfernen. Die Schmelzviskosität ist hoch und das Fließlängenverhältnis niedrig – dünnwandige Teile können zu Unterfüllungen führen –, daher sollten Angüsse und Angusskanäle relativ groß sein. Die Teile neigen zu statischer Aufladung und Staubansammlung auf der Oberfläche. Typisch Formschrumpfung ≈ 16‰ (1,6%); Blitzgrenze ≈ 0,05 mm.
Leistung:
HDPE bietet eine gute Wärme- und Kältebeständigkeit, chemische Stabilität, hohe Steifigkeit und Zähigkeit sowie eine solide mechanische Festigkeit. Dielektrische Eigenschaften und ESCR sind gut. Im Vergleich zu LDPE hat HDPE eine höhere Härte, Zugfestigkeit und bessere Kriechfestigkeit; Abriebfestigkeit, elektrische Isolierung, Zähigkeit und Tieftemperaturverhalten sind gut (die Gesamtisolierung ist etwas schlechter als bei LDPE). Chemisch stabil - unlöslich in organischen Lösungsmitteln bei Raumtemperatur; beständig gegen Säuren, Laugen und verschiedene Salze. Die Folien haben eine geringe Durchlässigkeit für Wasserdampf und Luft und eine geringe Wasseraufnahme. Die Alterungsbeständigkeit ist gering und ESCR ist schlechter als bei LDPE; thermisch-oxidativer Abbau verringert die Eigenschaften, daher werden Antioxidantien und UV-Absorber hinzugefügt. HDPE-Folie hat eine relativ niedrige Wärmeverformungstemperatur unter Last - dies ist bei der Anwendung zu berücksichtigen.
Fertigungsprozesse
PE wird am häufigsten hergestellt durch Schlamm oder Gasphase Prozesse, seltener über Lösungsphase. An diesen exothermen Reaktionen sind Ethylenmonomer, α-Olefin-Comonomere, Katalysatorsysteme (oft Mehrkomponentensysteme) und Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel beteiligt. Wasserstoff und bestimmte Katalysatoren werden zur Steuerung des Molekulargewichts eingesetzt.
Schlammreaktoren sind in der Regel Rührbehälter oder, häufiger, große Schleifenreaktoren mit zirkulierendem Schlamm. Bei Kontakt von Ethylen/Comonomer und Katalysator bilden sich PE-Partikel. Nach Entfernung des Verdünnungsmittels werden die Partikel/das Pulver getrocknet und mit Additiven versetzt, um Pellets herzustellen. Moderne Anlagen mit Doppelschneckenextrudern können produzieren >40.000 lb/h von PE. Neue Katalysatoren haben die Leistungsfähigkeit neuerer HDPE-Typen verbessert.
Zwei gängige Katalysatorfamilien sind Chromoxid (Phillips) und Titanverbindung/Alkylaluminium (Ziegler-Natta). Phillips-Katalysatoren liefern in der Regel mittel MWD; Ziegler-Natta-Katalysatoren liefern schmal MWD. Katalysatoren, die für Polymere mit schmaler MWD in Doppelreaktoranlagen verwendet werden, können ebenfalls produzieren breit-MWD Noten. Beispielsweise können zwei in Reihe geschaltete Reaktoren, die Produkte mit deutlich unterschiedlichem Molekulargewicht herstellen, bimodal Polymere mit sehr breiter Molekulargewichtsverteilung.
Molekulargewicht, Schmelzindex und MWD
- Molekulargewicht (Mw): Ungefähr 40.000–300.000 für typische HDPE-Typen; die Viskosität hängt auch von der Testtemperatur und der Schergeschwindigkeit ab. Mw wird durch Rheologie- oder Molekulargewichtsmessungen charakterisiert.
- Schmelzindex (MI, 230 °C/2,16 kg): Ungefähr 100 → 0,029 g/10 min über alle Klassen hinweg; ein höherer Molekulargewicht (niedrigerer MI) erhöht die Schmelzfestigkeit, Zähigkeit und ESCR, macht jedoch die Verarbeitung anspruchsvoller (höherer Druck/höhere Temperatur).
- Molekulargewichtsverteilung (MWD): Variiert je nach Katalysator und Verfahren von schmal bis breit. Der übliche Index ist die Polydispersität (HI = Mw/Mn), typischerweise 4–30 für HDPE. Eine enge Molekulargewichtsverteilung (MWD) reduziert Verformungen und verbessert die Schlagfestigkeit beim Formen. Eine mittlere bis breite MWD verbessert die Extrudierbarkeit; eine sehr breite MWD kann die Schmelzfestigkeit und die Kriechfestigkeit erhöhen.
Zusatzstoffe
- Antioxidantien: Verhindern Sie eine Verschlechterung während der Verarbeitung und Oxidation im Betrieb.
- Antistatikmittel: Wird in vielen Verpackungsqualitäten verwendet, um die Anhaftung von Staub/Schmutz zu reduzieren.
- Spezialpakete: Z. B. Kupferinhibitoren für Drähte/Kabel.
- UV-Strahlung/Witterungseinflüsse: Fügen Sie UV-Stabilisatoren oder Ruß für den Außenbereich hinzu. PE ohne UV-Stabilisatoren oder Ruß wird nicht für den dauerhaften Einsatz im Freien empfohlen. Hochwertiger Ruß bietet eine ausgezeichnete UV-Beständigkeit für Kabel, Auskleidungen oder Rohre im Außenbereich.
Spritzgießen: Parameterleitfaden
Temperaturprofil des Fasses (typische Sollwerte in Klammern)
- Futterzone: 30–50 °C (50 °C)
- Zone 1: 160–250 °C (200 °C)
- Zone 2: 200–300 °C (210 °C)
- Zone 3: 220–300 °C (230 °C)
- Zone 4: 220–300 °C (240 °C)
- Zone 5: 220–300 °C (240 °C)
- Düse: 220–300 °C (240 °C)
Allgemeine Einstellungen & Hinweise
Ausstattung: Standard-Dreizonenschnecke (typisch) L/D ≈ 25:1). Verwenden Sie für die Verpackung Schrauben mit speziellen Misch- und Scherabschnitten, eine offene (gerade) Düse und ein Rückschlagventil.
Ausnutzung der Schussgröße: 35%–65%
Verhältnis von Strömungslänge zu Wandstärke (L/t): 50:1–100:1
Schmelztemperatur: 220–280 °C
Fasslagerung/Einweichen: ≈220 °C
Formtemperatur: 20–60 °C
Einspritzdruck: 80–140 MPa (800–1400 bar); dünnwandige Verpackungen können bis zu 180 MPa (1800 bar)
Verpackungs-/Haltedruck: 30%–60% des Einspritzdrucks (HDPE schrumpft erheblich; bei hohen Präzisionsanforderungen ausreichend lange halten)
Gegendruck: 5–20 MPa (50–200 bar); zu niedrig kann zu Ungleichmäßigkeiten beim Gewicht/bei der Farbe der Teile führen
Einspritzgeschwindigkeit: Hoch für dünnwandige Verpackungen; mittel ist oft auch für andere Teile geeignet
Schneckendrehzahl: Hoch Lineargeschwindigkeit (≈ 1,3 m/s) ist akzeptabel; sicherstellen, dass die Plastifizierung vor Ende der Abkühlung abgeschlossen ist; geringer Drehmomentbedarf
Messhub: 0,5–4 D (min–max); 4 D sorgt für eine ausreichende Verweilzeit
Polsterung (Rest): 2–8 mm, je nach Schussgröße und Schraubendurchmesser
Vortrocknung: Nicht erforderlich; bei schlechter Lagerung trocken 80 °C × 1 Stunde
Regranulat: Bis zu 100% wiederverwendbar
Schrumpfung: 1,21 TP3T – 2,51 TP3T; neigt zu Verformungen; der größte Teil der Schrumpfung nach dem Formen stabilisiert sich innerhalb von 24 Stunden
Anguss/Angusskanäle: Stiftanguss; beheizter Heißkanal, isolierter Angusskanal oder interne Angussbuchse; relativ kleiner Querschnitt ist für dünne Wandstärken ausreichend; keine spezielle Reinigung während der Stillstandszeit erforderlich; PE verträgt Temperaturerhöhungen
Großhandel & Projektbelieferung
- Benutzerdefinierte Optionen: Dicke, Größe, Farbe, Zuschnitt und CNC-Bearbeitung (auf Anfrage)
- Qualität: Stabile Chargen, Maßkontrollen und Oberflächenprüfung (Aufzeichnungen verfügbar)
- Verpackung: Folienschutz, Paletten-/Kistenverpackung, Exportkennzeichnung
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