Chemischer Aufbau

Der Werkstoff Polyethylen besteht aus langkettigen Molekülen, die auf dem Monomer Ethylen C2H4 basieren. Ausgehend vom Monomer Ethylen entsteht durch Polymerisation das Polyolefin Polyethylen.

PE ist ein teilkristalliner Thermoplast. Beim Übergang von der Schmelze in den festen Zustand können sich die Molekülketten zu kristallinen Bereichen ordnen. Die geradlinigen Teile der Molekülketten werden Kristallite genannt. Die Kristallite wiederum sind über amorphe, also ungeordnete Bereiche miteinander verbunden. Der Grad der Verzweigung dieser Molekülketten und die Länge der Hauptketten bestimmen die Eigenschaften des Poly­ethylens wesentlich. Die Kristallisation erhöht sich, je kürzer die Hauptketten und je geringer die Anzahl der Seitenketten (Verzweigungsgrad) sind. Der Kristalline Anteil weist eine höhere Dichte auf als der amorphe, so dass man je nach Höhe des kristallinen Anteils (Kristallinitätsgrad) unterschiedliche Dichten des Polyethylens erhält. Die Dichte eines Polyethylens ist demnach hauptsächlich abhängig von dem die Kristallinität bestimmenden Verzweigungsgrad.

Gemäß den unterschiedlichen Polymerisationsverfahren (Hochdruck- und mehrere Niederdruckverfahren) unterscheidet man zwischen dem in langen Ketten verzweigten Polyethylen niedriger Dichte (PE-LD) und dem weitgehend unverzweigten, linearen Polyethylenen mittlerer und hoher Dichte (PE-MD, PE-HD).

Zunehmende Dichte bzw. der Kristallinitätsgrad der unterschiedlichen Polyethylentypen wirken sich in einer Erhöhung der Zugfestigkeit, Steifigkeit sowie Chemikalienbeständigkeit aus; jedoch ist eine Abnahme der Schlagzähigkeit zu verzeichnen. Werkstoffeigenschaften wie Spannungsrissbeständigkeit und Kriechneigung werden in erster Linie von diesen amorphen Bereichen bestimmt.

 

C2H4
 
Bild: Monomer (Grundmolekül) Ethylen
 
 
Bild3_Strukturformel_PE
Bild: Strukturformel von Polyethylen

Bild2_MolekularerAufbau_Polyetylen

Bild: Molekularer Aufbau von Polyethylen (lange, schlanke Fadenmoleküle mit wenigen Seitenketten)