HDPE eigenschappen
HDPE is een van de meest duurzame kunststoffen die gemaakt worden. Het unieke aan deze kunststof soort is de brede inzetbaarheid, de zeer lange levensduur, lage kostprijs en de geringe milieu belasting. Kenmerkend voor HDPE is de nog altijd verder gaande ontwikkeling waardoor het materiaal nog beter en breder inzetbaar wordt. De vijfde en nieuwste generatie is de PE100-RC. HDPE of PE-HD is de afkorting van hoge dichtheid polyetheen en wordt geproduceerd bij een lage druk met behulp van een katalysator. Deze katalysator verbind de etheen moleculen tot heel lange molecuulketens. Er zijn dan twee molecuul soorten met elkaar verbonden, dat zijn de koolstof en de waterstof moleculen. HDPE behoort tot de semi kristallijne kunststoffen. De oude benaming van polyetheen was polyethyleen en vaak benoemd als Thyleen (buis).
Polyetheen PE-HD eigenschappen
Polyetheen heeft de onderstaande eigenschappen;
Thermische eigenschappen:
- In het algemeen heeft pe zeer goede thermische eigenschappen, wel neemt de maximaal toelaatbare druk boven de vijftig graden celcius snel af en verkort een constante hogere temperatuur de levensduur en de chemisch-en drukbestendigheid van een PE-leiding.
Chemische resistentie;
- In het algemeen heeft polyetheen een zeer goede chemische resistentie tegen zuren, basen (logen), olie, diesel, oplosmiddelen, schoonmaakmiddelen, etc, etc. HDPE is niet altijd geschikt voor sterke zuren zoals bijvoorbeeld 96% zwavelzuur.
Biologische eigenschappen;
- Doordat polyetheen een lage oppervlaktespanning heeft hecht vuil zich moeizaam, ook zitten er geen weekmakers in. Daardoor is HDPE zeer geschikt als materiaal waar voedsel mee in contact mag komen. Het beïnvloed niet de geur of smaak van het voedsel. Naast HDPE wordt ook HMPE (hoog moleculair polyetheen) vaak toegepast in omgevingen waar voedsel wordt verwerkt. Kunststof werkbladen en snijplanken kunnen in diverse kleuren en maten worden geleverd.
Elektrische eigenschappen;
- Polyetheen heeft zeer goede diëlektrische eigenschappen. De uitzonderlijke goede elektrische eigenschappen zijn het gevolg van een geringe energie-absorptie bij een verblijf in een elektrisch veld, een hoge oppervlakte- en volumeweerstand en een goede kruipstroombestendigheid. Deze eigenschappen zijn van toepassing op polyetheen naturel. De in de kunststof techniek toegepaste HDPE heeft als UV licht protector zeer kleine koolstofdeeltjes die de elektrische isolerende eigenschappen nadelig beïnvloeden.
HDPE soorten en benamingen
HDPE is gemaakt door polymerisatie van etheen. Door de wijze waarop deze polymerisatie plaatsvind kan het molecuulgewicht per kg granulaat worden bepaald. Van deze verschillende soorten polyetheen granulaat wordt HDPE gemaakt, maar ook HMPE (HMPE 500.000 mol) of UHMPE. (Ultra-high molecular weight low pressure polyethylene met een gewicht van meer dan 1.000.000 mol.)
HDPE wordt gemaakt van PE-granulaat met een gewicht van 300.000mol. Afhankelijk van de kristallisatie die kan variëren van 40% tot 80% kunnen eigenschappen van het product worden bepaald. In onze sector is vaak de treksterkte van belang en krijgt de kwaliteit van het product, buis en plaatmateriaal, de benaming mee van de treksterkte. De treksterkte wordt uitgedrukt in MPA. De waarde van deze MPA wordt verkregen door de MRS waarde te berekenen. (MRS; Minium Requierd Strength is de gemiddelde lange termijn drukbestendigheids sterkte minus de veiligheidscoëfficient) vermenigvuldigd met 10. De toelaatbare tangentiële wandspanning wordt gevonden door de MRS waarde te delen door de veiligheidsfactor (VF). Deze factor is voor PE 80 en PE 100 (water) gesteld op 1,25.
Doordat verschillende fabrikanten verschillende benamingen gebruiken ontstaat er de nodige onduidelijkheid. Fabrikant A gebruikt een benaming die afgeleid is van de gebruikte grondstof en noemt zijn product PE 300 of PE 500 (wat staat voor hoog moleculair polyetheen) Fabrikant B gebruikt de MPA waarde en noemt zijn product PE 40, PE 63, PE 80 of PE 100. Pagina ontwikkeling HDPE.
HDPE lasbaarheid;
HDPE is zeer goed lasbaar, mits er een goede soort grondstof is gebruikt en het materiaal op de juiste wijze is verwerkt.
Momenteel wordt er PE-100 op de markt gebracht wat niet geschikt is voor enigszins kritische toepassingen zoals persriolen, gas- en chemieleidingen.
Dat deze PE buizen en fittingen niet geschikt zijn komt doordat ze een totaal afwijkende MFR of MFI waarde hebben. Verondersteld mag worden dat deze HDPE buizen en fittingen gemaakt zijn van slecht gesorteerd en gerecycled materiaal. Daardoor zal de kristallisatie van de PE moleculen tijdens het afkoelen van de las onvoldoende zijn.
HDPE kwaliteit ;
De HDPE kwaliteit van de Duitse, Zwitserse en Nederlandse fabrikanten is doorgaans uitstekend. Momenteel is er ook veel HDPE materiaal op de markt gekomen van buiten deze landen. Het wordt verkocht als PE 100 wat op zich waar kan zijn, deze HDPE behaalt de beoogde treksterkte van 10 MPa. Maar niet te herleidden zijn de gebruikte grondstoffen en daarmee het materiaal waar deze componenten van gemaakt zijn. Naar alle waarschijnlijkheid gaat het hier om gerecyclede materialen die vervuild zijn met diverse andere pe soorten zoals PE 63 en PE80 en andere additieven die de kwaliteit beïnvloeden.
Alle kwalitatief goede producenten die leidingsystemen en hulpstukken produceren zijn aangesloten bij de PE100+ Association , ons advies is om alleen materiaal te gebruiken van producenten die bij deze association zijn aangesloten.
De benaming PE 100 kan misleidend werken, hij is afgeleid van een behaalde treksterkte en zegt dus niets over de (echte) kwaliteit van het materiaal!
HDPE milieutechnisch;
HDPE is opgebouwd uit koolstof en waterstof moleculen. De grondstof etheen wordt nu nog veelal gemaakt van aardolie. Bij een goede verbranding in een verbrandingsinstallatie zal het volledig verbranden en geen giftige gassen afgeven. Wel draagt de koolstof verbinding bij verbranding bij aan de CO2 problematiek. Door de zeer hoge verbrandingswaarde wordt er met de verbranding weer nieuwe energie (stroom) en warmte (stadsverwarming) opgewekt.
HDPE is echter ook zeer goed recyclebaar en heeft een zeer lange levensduur. Zolang polyetheen niet ongewild in het milieu komt is het een milieu vriendelijke kunststof. Komt het wel in het milieu, zoals in de oceanen, dan werkt de lange levensduur van pe in het nadeel van de leefbaarheid van onze wereld.
HDPE wetenschap;
Het HDPE, evenals het LDPE, zijn uit een zelfde monomeer samengesteld. De macromoleculen van het LDPE hebben meer zijtakken dan het HDPE, waardoor de dichtheid van het materiaal geringer wordt. Het HDPE heeft een hogere kristallisatiegraad.
DSM is een producent van polyetheen, zij hebben in 1998 een zeer makkelijk leesbaar boekje gemaakt dat “Het ABC van polyetheen” heet. Wellicht bruikbaar om onderstaande informatie beter te kunnen plaatsen.
De molaire massa van polyetheen;
Zoals in de inleiding is uitgelegd is polyetheen opgebouwd uit waterstof en koolstof moleculen, deze zijn in lange ketens aan elkaar geregen. Aldus is er een lineaire molecuulstructuur opgebouwd, de lengte van het gemaakte molecuul en daarmee de molaire massa kan sterk verschillen. Een polyetheen molecuul kan opgebouwd zijn uit een miljoen aaneengeregen koolstofatomen, de lengte van zo’n molecuul is ca. 0,01 (honderdste) mm.
Hoe langer de molecuulketen van de H en C moleculen hoe hoger het moleculair gewicht is. (MG) De molaire massa waarde van de geproduceerde polyetheen moleculen bepalen sterk de uiteindelijke eigenschappen van het materiaal. Hoe hoger de MG waarde is, des te beter is de chemische resistentie.
De molaire massa M (Engels: molar mass) van een stof is de massa per mol van die stof, uitgedrukt in g·mol-1. De molaire massa is gelijk aan de massa van een portie (m, in gram) gedeeld door de hoeveelheid stof ervan (n, in mol), oftewel:
De ketenlengte is variabel, als een moleculair gewicht wordt opgegeven van 300.000 is dit een gemiddeld gewicht c.q. een gemiddelde molecuullengte.
De molecuullengte wordt meestal bepaald door de MFI waarde te meten.
MFI waarde of MFR waarde van PE en de lasbaarheid;
De MFR waarde is de Melt Mass-flow Rate, een andere naam is de Melt Flow Index (MFI). Deze waarde geeft aan hoeveel gram kunststof bij een vastgestelde temperatuur en druk of zuigkracht door een vastgestelde opening kan. De warme massa wordt gedurende 10 minuten belast. Na deze tijd wordt er gekeken hoeveel cm\3 er door een in normen vastgelegde opening is geperst. Een hoge MFR of MFI waarde betekend dan dat de warme massa makkelijk door de opening kwam. De waarde van standaard PE 100 materiaal is 0,30
Deze waarde is voor de kunststoflasser van belang want deze waarde geeft de onderlinge lasbaarheid aan. Bij het lassen van PE-HD buizen en hulpstukken dient de lasser dus te controleren of de MFR waarde van de buis klopt met de waarde van het spuitgiet hulpstuk. Op de buis staat deze waarde (bijna) altijd vermeld. Bij HDPE 80 was de gebruikelijke waarde 005 en 010. Bij HDPE 100 ligt de waarde meestal op 003. Hoe dichter de waarde bij elkaar licht hoe beter de las. Enig verschil mag geacepteerd worden. Zo mag een buis met een waarde 010 gelast worden op een andere buis of hulpstuk met een waarde van 005. Bij HDPE 100 mag een buis met een waarde van 003 gelast worden op een buis of hulpstuk met een waarde van 005.
HDPE is een apolaire kunststof, HDPE kan zonder bijzondere voorbewerkingen zoals etsen niet of matig verlijmd worden. In de kunststof apparatenbouw en leidingsystemen wordt polyetheen altijd door middel van lassen met elkaar verbonden.
HDPE is een semi kristallijne kunststof;
Kunststoffen behoren tot de amorfe of tot de semi kristallijne stoffen. Polyetheen is een semikristallijne kunststof. De mate waarin de lineaire pe moleculen dicht en parallel tegen elkaar liggen bepaald de kristallisatie graad. Deze kristallisatie kan variëren van 40% tot boven de 90%.
De kristallisatie van de moleculen bepalen in sterke mate de eigenschappen van een polymeer.
Bij een hoge kristallisatie ontstaan er naast de primaire bindingskrachten tussen de atoomverbindingen nog andere bindingskrachten, de secundaire bindingskrachten; vanderwaalskrachten en waterstofbruggen.
Bij HDPE buizen en plaatmateriaal wat wordt gebruikt voor het maken van chemie opslagtanks is een hoge kristallisatie gewenst. De kristalliniteit van HDPE kan makkelijk worden bepaald door het soortelijk gewicht te bepalen, doordat de moleculen netjes en geordend naast elkaar liggen neemt de dichtheid toe.
Een andere zeer zuivere methode om de kristallisatie te bepalen is door het smeltgedrag te bestuderen in een calorimetrisch experiment, bijvoorbeeld met een DSC meting.
UV bestendigheid en oxidatie;
HDPE behoort tot de polyofinen, polyetheen oxideert snel en wordt aangetast door zonnestraling. Daarom wordt er een UV blokker, Carbon Black, toegevoegd aan HDPE, deze uit zeer fijne koolstof deeltjes bestaande stof beschermt HDPE voor foto-oxidatie. Zwart HDPE is daardoor zeer goed UV licht bestendig.
HDPE naturel, herkenbaar aan de melkwitte kleur, is wel gevoelig voor foto-oxidatie. Bij dit proces worden fotonen uit het zonlicht opgeslagen in de molecuul structuur, als de opgeslagen energie groter wordt dan de bindingsenergie van de hdpe moleculen ontbindt het molecuul zich. De nu vrijgekomen waterstof en koolstof elementen zijn zeer reactief, zij zullen een nieuwe (onderlinge) verbinding aangaan.
In het algemeen gezegd; er ontstaat een degradatie van het materiaal, de molecuulketen lengte wordt kleiner en daardoor nemen de mechanische en chemische eigenschappen sterk af.
OIT (Oxygen Induction Time) waarde;
Bij een OIT test wordt HDPE opgewarmd tot 210 gr.C. Bij deze temperatuur wordt het materiaal blootgesteld aan zuivere zuurstof. Hoe langer het duurt voordat het pe materiaal degradeert hoe hoger de OIT waarde. Deze waarde wordt uitgedrukt in minuten. Bij een goede kwaliteit HDPE is deze waarde ca. 40 minuten. Bij materialen die van minder hoge kwaliteit zijn bedraagt deze waarde bijvoorbeeld 15 minuten.
Kruip eigenschappen of vloeigedrag;
HDPE kan bij een gelijkblijvende kracht een blijvende vervorming optreden die in de loop van de tijd toeneemt. Kruip is zowel de plastische als de elastische vervorming die onder belasting optreedt.Het vloeigedrag neemt toe naarmate de temperatuur stijgt.
permeabiliteit;
HDPE is permeabel, dat wil zeggen dat sommige moleculen in de polyetheen molecuul structuur kunnen dringen. Bekende voorbeelden zijn de poly aromatische koolwaterstoffen die soms in vervuilde grond/bodem voorkomen, deze koolwaterstoffen kunnen de polyetheen buis binnendringen en zo de drinkwater kwaliteit beïnvloeden. Bij migratie, denk hierbij bijvoorbeeld aan zoutzuur in combinatie met PE100, diffunderen de moleculen langzaam de polymeermatrix in. De snelheid van diffusie is afhankelijk van concentratie van de vloeistof, temperatuur en druk. Deze permeabiliteit kan invloed hebben op de sterkte van de buis.
In sommige gevallen kan de binnen dringende stof de binding tussen de monomeren aantasten, de HDPE structuur veranderd en daarmee de eigenschappen van dit materiaal. Dit proces noemen we milieuspanningsbrosheid.
Milieuspanningsbrosheid bij polyetheen;
Bij een semi kristallijne kunststof als HDPE kan door ultraviolette straling maar ook door inwerking van damp gas achtige mediums een milieuspanningsbrosheid optreden waarbij de bindingen tussen de moleculen onderling worden afgebroken. Het materiaal degradeerd en verkruimelt. Om deze reden is HDPE wat buiten wordt toegepast zwart van kleur, aan deze POlyetheen is Carbon black toegevoegd, deze zeer fijne koolstof deeltjes verhinderen het binnendringen van het UV licht. Meer informatie over milieuspanningsbrosheid vindt u op de pagina; spanningscorrosie
Additieven in HDPE;
In HDPE worden geen weekmakers gebruikt, wel wordt er bij zwart HDPE zeer fijne koolstof deeltjes toegevoegd. Deze koolstof deeltjes hebben als handelsnaam Carbon Black. Andere additieven zijn o.a. vulstoffen, kleurstoffen en impact reducers.