Kenntnisse im Rotationsformen für PE (Polyethylen) und Verbundwerkstoffe

Polyethylen ist eine hochmolekulare Verbindung, die durch Additionspolymerisation von Ethylen entsteht. Das tatsächliche Molekulargewicht variiert je nach Polymerisationsbedingungen zwischen 10.000 und mehreren Millionen. Bei dem erfundenen Polyethylen handelte es sich um Polyethylen niedriger Dichte, das durch Hochdruckverfahren gewonnen wurde und ein spezifisches Gewicht von 0,910–0,925 g/cm3 aufwies. Das durch Niederdruck- und Mitteldruckverfahren gewonnene Polyethylen hat ein spezifisches Gewicht von 0,941–0,965 g/cm3, was als Polyethylen hoher Dichte bezeichnet wird. Polyethylen ist ein weißes, wachsartiges, durchscheinendes Material, weich und zäh, leicht länglich, ungiftig, brennbar und schmilzt und tropft beim Verbrennen, wodurch der Geruch von brennendem Paraffin entsteht. Die Eigenschaften von Polyethylen hängen mit seinem Molekulargewicht und seiner Kristallinität zusammen.
Viele mechanische Eigenschaften von Polyethylen werden durch die Dichte und den Schmelzindex des Materials bestimmt. Von Polyethylen niedriger Dichte bis Polyethylen hoher Dichte variiert die Dichte im Bereich von 0,90–0,96 g/cm3. Der Schmelzindex (Schmelzflussindex) von Polyethylen variiert stark, von 0,3 bis über 25,0. Viele wichtige Eigenschaften von Polyethylen variieren je nach Dichte und Schmelzindex.
Die Glasübergangstemperatur von Polyethylenmaterial ist mit 125°C relativ niedrig, es kann seine mechanischen Eigenschaften jedoch in einem weiten Temperaturbereich beibehalten. Der Gleichgewichtsschmelzpunkt von linearem Polyethylen mit hohem Molekulargewicht beträgt 137°C, es ist jedoch im Allgemeinen schwierig, den Gleichgewichtspunkt zu erreichen. Normalerweise liegt der Schmelzpunktbereich während der Verarbeitung bei 132–135 ° °C. Die Zündtemperatur von Polyethylen beträgt 340°C, die Selbstentzündungstemperatur beträgt 349°C und die Zündtemperatur seines Staubs beträgt 450°C. Der Schmelzindex von Polyethylen wird durch sein Molekulargewicht bestimmt. Beim Mischen von Polyethylenmaterialien unterschiedlichen Molekulargewichts nimmt auch deren Schmelzindex nach einer bestimmten Regel einen bestimmten Wert an.
Polyethylen ist wasserbeständig und seine physikalischen Eigenschaften bleiben bei hoher Luftfeuchtigkeit oder Wasser unverändert. Konzentrierte Schwefelsäure, konzentrierte Salpetersäure und andere Oxidationsmittel korrodieren Polyethylen langsam. In aliphatischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen und chlorierten Kohlenwasserstoffen quillt Polyethylen auf, die ursprünglichen Eigenschaften können jedoch wiederhergestellt werden, nachdem das Quellmittel verdampft ist. Unterhalb von 60°C kann Polyethylen Lösungsmitteln widerstehen, aber Kohlenwasserstofflösungsmittel korrodieren Polyethylen schnell, wenn die Temperatur über 70°C liegt. Wenn die Temperatur weiter steigt, löst sich Polyethylen in bestimmten Lösungsmitteln. Das von der Lösung abgetrennte Polyethylen bildet nach dem Abkühlen je nach Temperatur einen pastösen oder kolloidalen Zustand.
Polyethylen ist anfällig für Photooxidation, thermische Oxidation, Ozonzersetzung und Halogenierung. Aufgrund seiner chemischen Inertheit und unpolaren Oberfläche ist Polyethylen schwer zu binden und zu drucken. Nach der Behandlung mit Oxidationsmitteln, Flammen und Koronaentladung weist Polyethylen jedoch gute Haft- und Druckeigenschaften auf.
Bei der Bestrahlung von Polyethylen kommt es zu Vernetzungs-, Kettenbruch- und ungesättigten Gruppenbildungsreaktionen, die Hauptreaktion ist jedoch die Vernetzung. Bei der Bestrahlung von Polyethylen mit einem Inertgas kommt es zu einem Wasserstoffüberlauf und es verliert an Gewicht; bei der Bestrahlung mit Luft nimmt Polyethylen durch die Zugabe von Sauerstoff an Gewicht zu. Nach der Bestrahlung werden den Polyethylenmolekülen ungesättigte Gruppen zugesetzt, was zu einer verringerten oxidativen Stabilität führt. Bei Bestrahlung erfolgt die Vernetzungsreaktion von Polyethylen zu Kettenbruch- und ungesättigten Gruppenbildungsreaktionen. Die Vernetzungsreaktion kann die Witterungsbeständigkeit von Polyethylen verbessern, sodass bestrahlte Polyethylenprodukte eine bessere Witterungsbeständigkeit aufweisen als nicht bestrahlte Polyethylenprodukte.
Polyethylen zersetzt sich langsam unter der Einwirkung von Sauerstoff in der Luft und dieser Prozess wird durch Hitze, ultraviolette Strahlen und hochenergetische Strahlung beschleunigt. Die Merkmale von Abbau und Alterung sind verblassende Sprödigkeit und sogar Schäden an den Produkten. Ruß hat eine erhebliche lichtabschirmende Wirkung auf Polyethylen. Durch die Zugabe von 2 % Ruß kann die Lebensdauer von Polyethylenprodukten effektiv erhöht werden. Neben Ruß kann die Zugabe bestimmter Ultraviolettabsorber zu Polyethylen auch eine Anti-Aging-Rolle spielen.
Polyethylen-Kunststoff hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Um eine schnelle Wärmeübertragung auf das gesamte Volumen der Kunststoffpulverpartikel beim Rotationsformen zu ermöglichen, sollte die Partikelgröße des für das Rotationsformen verwendeten Polyethylenpulvers bestimmte Anforderungen erfüllen. Je kleiner die Partikel, desto leichter kann Wärme übertragen werden und desto leichter erreicht die Temperatur des Materials seinen Schmelzpunkt. Wenn die Partikel jedoch zu klein sind, nimmt das Material leicht Feuchtigkeit und Agglomerate auf, was die Taumelbewegung in der Form nicht begünstigt. Bei den auf dem Markt gekauften Polyethylen-Kunststoffen handelt es sich häufig um Granulate, die gemahlen und gesiebt werden müssen, um den Anforderungen des Rotationsformprozesses gerecht zu werden.
Polyethylen ist ein Kunststoff mit hoher Zähigkeit. Bei der Verarbeitung mit einer herkömmlichen Mühle wird das Granulat in eine Form gerissen, die ein erneutes Mahlen nicht begünstigt. Das Zerkleinern von Polyethylengranulat erfordert spezielle Hochgeschwindigkeitszerkleinerungsanlagen.