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Polyéthylène haute densité (PEHD) et polyéthylène (PE)
Le polyéthylène haute densité (PEHD ) et le polyéthylène (PE) sont tous deux des types de polyéthylène, mais ils présentent des propriétés différentes en raison des variations de leurs processus de fabrication.
Le PEHD est un type spécifique de la famille des polyéthylènes, qui se distingue par sa haute cristallinité qui résulte d’une faible proportion de groupes de ramification latérale sur les chaînes principales de polymère et de l’absence de longues branches latérales.
Par conséquent, les molécules de PEHD peuvent s’organiser en une structure ordonnée, pseudo-cristalline, ce qui confère au matériau des propriétés mécaniques uniques.
D’autre part, le polyéthylène est produit comme une classe de matériaux de différentes densités, et le degré et la forme des ramifications latérales de la chaîne polymère influencent considérablement ses propriétés.
Les différences de fabrication entraînent des densités différentes et diverses désignations commerciales et scientifiques pour le polyéthylène, y compris le PEHD.
Les distinctions entre le PEHD et le polyéthylène en termes de propriétés physiques sont résumées dans le tableau ci-dessous :
PROPERTIES | HDPE VALUE (METRIC) | PE VALUE (METRIC) |
|---|---|---|
| Density: | 0.933–1.27 g/cm³ | 0.915–0.96 g/cm³ |
| Shore D Hardness: | 55–69 | 42–56 |
| Tensile Strength, Ultimate: | 15.2–45 MPa | 8.96–54 MPa |
| Tensile Strength, Yield: | 2.69–200 MPa | 7.6–14 MPa |
Ces différences de densité, de dureté et de résistance à la traction illustrent les propriétés mécaniques uniques du PEHD par rapport aux autres types de polyéthylène.
La cristallinité du PEHD
Le PEHD est un grade spécifique de la famille des polyéthylènes et se caractérise par sa haute cristallinité.
Cela signifie que les molécules de PEHD sont disposées selon une structure cristalline ordonnée, ce qui confère au matériau des propriétés mécaniques uniques.
Pour quantifier précisément la cristallinité, il est possible d’utiliser l’appareil spécial et breveté Chip-DSC.
La haute cristallinité du PEHD se traduit par une résistance chimique impressionnante et une grande résistance à la traction.
Ces attributs découlent de son arrangement moléculaire spécifique, qui confère au matériau non seulement de la résistance, mais aussi une certaine rigidité.
C’est pourquoi le PEHD est demandé pour des applications telles que les systèmes de tuyauterie, l’emballage et la construction de bateaux et de canoës.
Le point de fusion du polyéthylène haute densité
L’une des principales caractéristiques physiques du PEHD est son point qui se situe généralement entre 120°C et 180°C.
Une méthode courante pour déterminer le point de fusion est l’utilisation d’un calorimètre différentiel dynamique, également appelé DSC.
Ce matériau convient donc parfaitement à diverses méthodes de fabrication industrielle.
Le processus d’extrusion pour la production de bouteilles et de conteneurs en est un bon exemple.
Au cours de ce processus, le PEHD est chauffé à une température d’environ 150°C à 160°C, proche de son point de fusion, ce qui le rend malléable.
Il est ensuite soufflé dans un moule et refroidi pour prendre sa forme finale.
Grâce à cette plage de température spécifique, le PEHD conserve une robustesse et une étanchéité élevées au cours de ce traitement – des propriétés particulièrement essentielles pour l’emballage de produits de nettoyage ou d’huiles de moteur.
La robustesse et la température de transition vitreuse du PEHD
La robustesse du PEHD à des températures élevées ouvre la voie à des applications où le matériau est exposé à des conditions thermiques extrêmes sans perdre sa structure ou sa fonctionnalité.
Les systèmes de canalisations géothermiques en sont un excellent exemple.
Dans ces systèmes, la chaleur géothermique circule depuis le sous-sol, atteignant des températures allant de 50°C à 370°C, selon la profondeur et la région, pour chauffer des bâtiments ou produire de l’électricité. Les tuyaux en PEHD sont présents dans cet environnement car ils résistent aux liquides chauds sans perdre leur forme ni se casser.
Cette résilience thermique fait également du PEHD le meilleur choix pour d’autres applications, telles que les systèmes de chauffage par rayonnement à partir du sol, où l’eau chaude circule dans les tuyaux, ce qui permet d’obtenir des températures ambiantes confortables.
Le verre de transition de transition vitreuse (Tg) du polyéthylène haute densité (PEHD) se situe généralement entre -100°C et -130°C environ.
Cette faible Tg signifie que le PEHD reste rigide et dur à des températures inférieures à cette plage.
La température de transition vitreuse est la température à laquelle un polymère amorphe passe d’un état dur et vitreux à un état mou et caoutchouteux, ou vice versa.
Dans le cas du PEHD, cette transition se produit à des températures très basses, ce qui reflète sa grande rigidité et sa fragilité à l’état vitreux.
Le Chip-DSC permet également de déterminer avec précision la température à laquelle se produit la transition vitreuse.
Le Tg du PEHD est nettement inférieur à celui d’autres polymères, ce qui le rend adapté aux applications exigeant un comportement à basse température.
La connaissance de la Tg du PEHD est cruciale pour les applications où les propriétés mécaniques et les performances à différentes températures jouent un rôle essentiel.
Différents types de PEHD
Il existe différentes qualités de PEHD, en fonction du poids moléculaire et de la ramification. Les chiffres qui suivent le PEHD, tels que « 500 », « 300 » ou « 1000 », représentent généralement le poids moléculaire en milliers.
Cela signifie que le PEHD 500 a un poids moléculaire moyen d’environ 500 000, le PEHD 300 d’environ 300 000 et le PEHD 1000 d’ environ 1 000 000.
Un poids moléculaire plus élevé peut entraîner une augmentation de la solidité, de la ténacité et de la résistance chimique, en fonction de la formulation et de la méthode de fabrication spécifiques.
Les grades les plus courants sont les suivants :
- HDPE 500 :
- Ce type de PEHD, dont le poids moléculaire est d’environ 500 000, est connu pour sa grande résistance aux chocs et est couramment utilisé dans la construction de canoës et de bateaux. Grâce à sa résistance à la corrosion due à l’eau salée et à sa robustesse, les bateaux et les canoës fabriqués en PEHD 500 sont durables et ne nécessitent qu’un minimum d’entretien.
- HDPE 300 :
- Ce type de produit, dont le poids moléculaire est d’environ 300 000, est couramment utilisé pour l’emballage des produits alimentaires. Sa résistance aux produits chimiques et sa faible absorption d’eau permettent de conserver la fraîcheur des aliments et d’éviter toute contamination. En outre, le PEHD 300 est conforme aux normes de la FDA, ce qui signifie qu’il ne présente aucun danger pour le contact avec les aliments.
- HDPE 1000 :
- Avec un poids moléculaire d’environ 1 000 000, ce type de produit est couramment utilisé dans les applications industrielles en raison de sa grande résistance à l’abrasion et aux influences chimiques. Un exemple est la production de paliers lisses ou de bandes d’usure dans les systèmes de convoyage, car ces pièces sont soumises à une friction constante.
En fonction des exigences spécifiques d’une application, qu’il s’agisse de la résistance aux rayons UV, de la résistance mécanique ou de l’aptitude au contact alimentaire, un grade particulier de PEHD peut être sélectionné pour obtenir les meilleurs résultats. Cela souligne la polyvalence et l’adaptabilité du PEHD dans divers secteurs industriels et commerciaux.
Avantages de l'utilisation du polyéthylène haute densité
- Consistance chimique
- Sécurité alimentaire
- Cohérence des UV
- Résistance à l’humidité
- Durabilité et légèreté
- Recyclabilité
- Polyvalence
