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고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 폴리에틸렌(PE) 비교
고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 과 폴리에틸렌 (PE) 은 모두 폴리에틸렌의 한 종류이지만 제조 공정의 차이로 인해 서로 다른 특성을 나타냅니다.
HDPE는 폴리에틸렌 계열의 특정 유형으로, 높은 결정성과 결정성가 높은데, 이는 주 폴리머 사슬의 측면 분지기의 비율이 낮고 긴 측면 분지가 없기 때문입니다.
그 결과, HDPE 분자는 질서 정연한 유사 결정 구조로 배열되어 재료에 고유한 기계적 특성을 부여할 수 있습니다.
반면 폴리에틸렌은 다양한 밀도의 재료로 생산되며, 폴리머 사슬의 측면 분기 정도와 형태가 특성에 큰 영향을 미칩니다.
제조 과정의 차이로 인해 폴리에틸렌의 밀도가 달라지고, HDPE를 비롯한 다양한 상업적, 과학적 명칭이 사용됩니다.
물리적 특성 측면에서 HDPE와 폴리에틸렌의 차이점은 아래 표에 요약되어 있습니다:
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 |
이러한 밀도, 경도 및 인장 강도의 차이는 다른 폴리에틸렌 유형과 비교하여 HDPE의 고유한 기계적 특성을 설명합니다.
HDPE의 결정성
HDPE는 폴리에틸렌 계열의 특정 등급으로, 결정성이 높은 것이 특징입니다.
즉, HDPE 분자가 질서정연한 결정 구조로 배열되어 있어 재료에 고유한 기계적 특성을 부여합니다.
결정도를 정확하게 정량화하려면 특허를 받은 특별한 Chip-DSC.
HDPE의 높은 결정성은 뛰어난 내화학성과 높은 인장 강도를 제공합니다.
이러한 특성은 특정 분자 배열에서 비롯되어 소재에 강도뿐만 아니라 어느 정도의 강성도 제공합니다.
따라서 HDPE는 배관 시스템, 포장, 보트 및 카누 제작과 같은 응용 분야에서 수요가 많습니다.
고밀도 폴리에틸렌의 녹는점
HDPE의 핵심적인 물리적 특성은 용융 융점이며, 일반적으로 120°C~180°C 범위에 속합니다.
녹는점을 측정하는 일반적인 방법은 동적 차동 열량계( DSC라고도 함)를 사용하는 것입니다.
따라서 이 소재는 다양한 산업 제조 방식에 적합합니다.
대표적인 예로 병과 용기를 생산하기 위한 압출 공정을 들 수 있습니다.
이 공정에서 HDPE는 녹는점에 가까운 약 150°C~160°C로 가열되어 가단성을 갖게 됩니다.
그런 다음 금형에 불어넣고 냉각하여 최종 형태를 갖춥니다.
이러한 특정 온도 범위 덕분에 HDPE는 이 가공 과정에서 세척제나 모터 오일 포장에 특히 필수적인 특성인 높은 견고성과 견고성을 유지합니다.
HDPE의 견고성 및 유리 전이 온도
고온에서 견고한 HDPE는 소재의 구조나 기능을 잃지 않으면서 극한의 열 조건에 노출되는 응용 분야에 대한 가능성을 열어줍니다.
대표적인 예가 지열 배관 시스템입니다.
이러한 시스템에서는 지하에서 뜨거운 지열이 순환하여 깊이와 지역에 따라 50°C에서 370°C의 온도에 도달하여 건물을 난방하거나 전기를 생산합니다. 이러한 환경에서는 뜨거운 액체를 견디고 모양이 변형되거나 파손되지 않는 HDPE 파이프가 사용됩니다.
이러한 열 복원력으로 인해 HDPE는 따뜻한 물이 파이프를 통해 흐르면서 쾌적한 실내 온도를 제공하는 복사식 바닥 난방 시스템과 같은 다른 응용 분야에서도 최고의 선택이 될 수 있습니다.
유리 glass 전환 온도 (Tg) 는 일반적으로 약 -100°C에서 -130°C 사이입니다. 이 낮은 Tg는 HDPE가 이 범위 이하의 온도에서 딱딱하고 단단한 상태를 유지한다는 것을 의미합니다.
유리 전이 온도는 비정질 폴리머가 딱딱하고 유리 같은 상태에서 부드러운 고무 같은 상태로 또는 그 반대로 전이되는 온도입니다.
HDPE의 경우, 이 전이는 매우 낮은 온도에서 발생하며 유리 상태의 높은 강성과 취성을 반영합니다.
또한 Chip-DSC는 유리 전이가 발생하는 온도를 정밀하게 측정할 수 있습니다.
HDPE의 Tg는 다른 폴리머보다 훨씬 낮기 때문에 저온에서 작동해야 하는 애플리케이션에 적합합니다.
다양한 온도에서 기계적 특성과 성능이 중요한 역할을 하는 응용 분야에서는 HDPE의 Tg에 대한 지식이 매우 중요합니다.
다양한 유형의 HDPE
분자량과 분기에 따라 다양한 등급의 HDPE가 있습니다. ‘500’, ‘300’, ‘1000’과 같이 HDPE 뒤에 붙은 숫자는 일반적으로 분자량을 수천 단위로 나타냅니다.
즉, HDPE 500의 평균 분자량은 약 500,000, HDPE 300은 약 300,000, HDPE 1000은 약 1,000,000입니다.
분자량이 높을수록 특정 제형과 제조 방법에 따라 강도, 인성 및 내화학성이 향상될 수 있습니다.
일반적인 성적에는 다음이 포함됩니다:
- HDPE 500:
- 분자량이 약 500,000인 이 유형은 내충격성이 높은 것으로 알려져 있으며 카누 및 보트 제작에 일반적으로 사용됩니다. 바닷물 부식에 강하고 견고한 특성으로 인해 HDPE 500으로 만든 보트와 카누는 내구성이 뛰어나며 최소한의 유지보수가 필요합니다.
- HDPE 300:
- 분자량이 약 300,000인 이 유형은 일반적으로 식품 포장에 사용됩니다. 화학 물질에 대한 내성과 낮은 수분 흡수율 덕분에 식품의 신선도를 유지하고 오염을 방지할 수 있습니다. 또한 HDPE 300은 FDA 규정을 준수하므로 식품 접촉에도 안전합니다.
- HDPE 1000:
- 분자량이 약 1,000,000인 이 유형은 높은 내마모성과 화학적 영향에 대한 저항성으로 인해 산업 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 예를 들어 컨베이어 시스템에서 슬라이딩 베어링이나 마모 스트립을 생산할 때 이러한 부품은 지속적인 마찰을 겪게 됩니다.
자외선에 대한 내성, 기계적 강도, 식품 접촉 적합성 등 애플리케이션의 특정 요구 사항에 따라 최상의 결과를 얻기 위해 특정 등급의 HDPE를 선택할 수 있습니다. 이는 다양한 산업 및 상업 부문에서 HDPE의 다목적성과 적응성을 강조합니다.
고밀도 폴리에틸렌 사용의 장점
- 화학적 일관성
- 식품 안전
- UV 일관성
- 습도 저항
- 내구성과 가벼운 무게
- 재활용 가능성
- 다용도성
