Nhựa PE Là Gì? Phân Loại, Thông Số Kỹ Thuật Và Kinh Nghiệm Ép Phun Từ Nhà Máy

Nhựa PE (Polyethylene) là loại nhựa nhiệt dẻo có sản lượng tiêu thụ lớn nhất toàn cầu, được ứng dụng làm nguyên liệu cho màng bọc mỏng đến các thùng chứa hóa chất công nghiệp. Dựa trên mức độ phân nhánh của chuỗi polymer và tỷ trọng phân tử, họ vật liệu này được chia thành 7 biến thể với cơ tính và ứng dụng hoàn toàn khác biệt.

Bài viết này cung cấp: phân loại đầy đủ 7 dòng PE kèm tỷ trọng cụ thể, kinh nghiệm kiểm soát co rút trong ép phun từ xưởng sản xuất, điều kiện an toàn khi tiếp xúc thực phẩm, xu hướng Bio-PE và bảng so sánh kỹ thuật trực tiếp giữa PE và PP.

Nhựa PE là gì?

Nhựa PE (Polyethylene) là một polymer nhiệt dẻo được tạo thành từ phản ứng trùng hợp monome etilen (C₂H₄), có cấu trúc chuỗi carbon-hydro liên kết chặt chẽ giúp vật liệu đạt đặc tính dẻo dai, chống thấm nước hoàn toàn và trơ với nhiều loại hóa chất.

Nhựa PE nguyên sinh tồn tại dưới dạng hạt có màu trắng đục mờ hoặc trong suốt tùy thuộc vào tỷ trọng phân tử. Bề mặt thành phẩm trơn láng, cho cảm giác sáp khi chạm vào, không mùi và không vị. Đặc điểm vật lý nổi bật của họ vật liệu này là trọng lượng riêng thấp, có khả năng nổi trên mặt nước và chi phí sản xuất nguyên liệu thô ở mức thấp nhất trong nhóm nhựa thông dụng.

Phân loại các dòng nhựa PE phổ biến trong công nghiệp

Nhựa PE được phân chia thành 7 dòng vật liệu chính dựa trên thông số tỷ trọng và mức độ phân nhánh của chuỗi polymer, bao gồm LDPE, LLDPE, HDPE, MDPE, VLDPE, UHMWPE và XLPE.

Danh sách dưới đây trình bày đặc điểm cấu trúc và ứng dụng cốt lõi của 7 biến thể nhựa PE, giúp kỹ sư định hướng vật liệu chính xác cho dự án thiết kế:

• HDPE (Polyethylene tỷ trọng cao): Chuỗi polymer mạch thẳng, có rất ít nhánh phụ. Tỷ trọng đạt từ 0.941 – 0.965 g/cm³. HDPE có độ cứng vững và độ bền kéo cao nhất trong họ PE, nên thường dùng để ép phun thùng rác, pallet nhựa và thổi can chứa hóa chất.
• LDPE (Polyethylene tỷ trọng thấp): Chuỗi polymer chứa nhiều nhánh dài, ngăn cản các phân tử xếp khít vào nhau. Tỷ trọng đạt từ 0.910 – 0.940 g/cm³. LDPE mềm dẻo, co giãn tốt và có độ trong suốt cao nhất trong họ PE, nên chủ yếu dùng để thổi màng bọc thực phẩm, túi ni lông và ép nắp nhựa dẻo.
• VLDPE (Polyethylene tỷ trọng rất thấp): Chuỗi polymer chứa mật độ nhánh phụ rất cao, cao hơn cả LDPE thông thường. Tỷ trọng dao động từ 0.880 – 0.915 g/cm³. VLDPE có độ dẻo và đàn hồi rất cao, co giãn tốt không rách, nhưng bền kéo và chịu nhiệt thấp (dưới 90°C), nên thường dùng làm màng co, túi đông lạnh và lớp lót bao bì nhiều lớp.
• MDPE (Polyethylene tỷ trọng trung bình): Chuỗi polymer có mức độ phân nhánh trung gian giữa LDPE và HDPE. Tỷ trọng đạt từ 0.926 – 0.940 g/cm³. MDPE cân bằng giữa độ dẻo dai của LDPE và độ cứng vững cao, đồng thời có khả năng chống nứt do ứng suất rất tốt, nên thường dùng để sản xuất ống dẫn khí gas trung áp, ống nước sinh hoạt và bao bì màng ghép công nghiệ
• LLDPE (Polyethylene tỷ trọng thấp tuyến tính): Chuỗi polymer mạch thẳng nhưng chứa các nhánh rất ngắn. Tỷ trọng đạt 0.915 – 0.925 g/cm³. LLDPE kết hợp độ linh hoạt của LDPE với độ bền kéo và khả năng chống đâm thủng cao, nên thường dùng làm màng quấn pallet cường lực và đúc quay bồn chứa nước.
• UHMWPE (Polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao): Chuỗi phân tử dài gấp hàng chục lần so với HDPE. UHMWPE có hệ số ma sát rất thấp, chịu mài mòn và va đập cao nhất, nhưng không ép phun được mà phải ép nén hoặc ép khối, nên thường dùng làm thớt công nghiệp và bánh răng cơ khí.
• XLPE (Cross-linked Polyethylene): Chuỗi polymer mạch thẳng bị khóa chặt lại với nhau thành cấu trúc dạng lưới thông qua quá trình lưu hóa (thêm xúc tác). Phản ứng này biến XLPE từ nhựa nhiệt dẻo thành nhựa nhiệt rắn không thể nấu chảy lại để tái chế, chịu nhiệt liên tục 120°C và tới 250°C khi đoản mạch, nên dùng làm vỏ cáp điện trung/cao thế và ống nước nóng PEX.

Ứng dụng của nhựa PE

Nhựa PE được sử dụng làm nguyên liệu chính cho ngành bao bì đóng gói, sản xuất đồ gia dụng và vật liệu công trình hạ tầng nhờ đặc tính chống thấm nước và trọng lượng nhẹ.

Mỗi biến thể của PE đáp ứng một nhóm yêu cầu kỹ thuật chuyên biệt tùy thuộc vào độ cứng vững và khả năng chịu lực. Danh sách dưới đây phân chia các ứng dụng gia công thực tế theo từng ngành công nghiệp cụ thể:

• Bao bì và màng công nghiệp: Nhựa LDPE được gia công bằng phương pháp đùn thổi màng để làm màng bọc thực phẩm, túi ni lông và màng co đóng gói. Nhựa LLDPE được sử dụng sản xuất màng quấn cường lực bọc hàng hóa trên pallet.
• Gia dụng và vệ sinh môi trường: Nhựa HDPE được gia công ép phun thành thùng rác công nghiệp ngoài trời, pallet nhựa kê hàng, thớt nhựa nhà bếp và đùn thổi can chứa hóa chất, dung dịch tẩy rửa.
• Vật liệu xây dựng và hạ tầng: Nhựa HDPE và MDPE được đùn định hình làm ống dẫn nước sạch cỡ lớn, ống luồn cáp điện ngầm và sản xuất màng lót chống thấm cho các công trình hồ chứa, bãi rác.
• Linh kiện phụ trợ và ô tô: Nhựa HDPE được gia công đúc thổi hoặc ép phun thành bình xăng ô tô, vỏ bình ắc quy, bình chứa nước rửa kính và tấm ốp lót gầm chắn bùn trên xe máy.

Điều kiện an toàn khi nhựa PE tiếp xúc với thực phẩm

Nhựa PE nguyên sinh là vật liệu an toàn dùng trong thực phẩm vì cấu trúc hóa học không chứa BPA (Bisphenol-A) hay các chất phụ gia hóa dẻo độc hại (Phthalates). Các sản phẩm gia công từ 100% hạt HDPE, LDPE nguyên sinh đáp ứng hoàn toàn các quy chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm như FDA (Mỹ) hoặc QCVN (Việt Nam).

Tính an toàn của thành phẩm PE bị chi phối bởi nguồn gốc vật liệu và giới hạn nhiệt độ sử dụng. Nhựa PE tái sinh (rPE) có nguồn gốc từ rác thải sinh hoạt hoặc can hóa chất cũ tuyệt đối không được phép sử dụng cho sản phẩm chứa đựng thực phẩm. Về nhiệt độ, vật liệu PE không chịu được nhiệt độ sôi 100°C. Việc sử dụng sản phẩm PE để đựng nước sôi hoặc hâm nóng thức ăn trong lò vi sóng sẽ làm bề mặt nhựa bị nhão, biến dạng và tạo rủi ro thôi nhiễm vi nhựa vào thức ăn.

Kinh nghiệm ép phun nhựa PE tại nhà máy

Rủi ro kỹ thuật lớn nhất khi gia công ép phun họ nhựa PE là tỷ lệ co rút khuôn rất cao, dao động từ 1.5% đến 3.0%, gây ra hiện tượng cong vênh và sai lệch dung sai lắp ráp thành phẩm.

Việc kiểm soát độ ngót vật liệu và chất lượng bề mặt yêu cầu kỹ sư vận hành thiết lập chính xác các thông số nhiệt độ và áp suất. Danh sách dưới đây tổng hợp các điều kiện kỹ thuật thực tế tại xưởng gia công ép phun đối với vật liệu PE:

• Thông số nhiệt độ tiêu chuẩn: Nhiệt độ nòng trục vít cho vật liệu HDPE được duy trì từ 200°C đến 250°C. Đối với LDPE, dải nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 180°C đến 240°C. Nhựa PE không có đặc tính hút ẩm mạnh nên nhà máy không bắt buộc phải sấy kiệt nước nguyên liệu trước khi đưa vào phễu nạp.
• Kiểm soát nhiệt độ khuôn bù co ngót: Để ép các sản phẩm kích thước lớn như thùng rác công nghiệp, khuôn thép được gia nhiệt ở mức 60°C – 80°C kết hợp tăng thời gian giữ áp và kéo dài chu kỳ làm nguội, đảm bảo chuỗi polymer ổn định hình dáng trước khi đẩy sản phẩm.
• Gia công chi tiết LDPE: Nhựa LDPE có độ nhớt nóng chảy rất thấp, dễ tràn ra các khe hở của khuôn tạo thành bavia. Quá trình ép LDPE yêu cầu khuôn đúc phải được gia công cơ khí chính xác tuyệt đối và lực kẹp khuôn của máy ép phải cài đặt ở mức cao.
• Xử lý bề mặt trước khi in ấn: Năng lượng bề mặt của nhựa PE rất thấp, khiến mực in và keo dán không thể bám dính tự nhiên. Các sản phẩm ly, hộp, bao bì PE yêu cầu in logo phải được xử lý bằng tia hồ quang điện hoặc khò lửa bề mặt nhằm tăng sức căng bề mặt trước khi thực hiện in ấn.

Đặc tính cản khí và khả năng kháng hóa chất của nhựa PE

Nhựa PE có khả năng chống thấm nước gần như tuyệt đối và thể hiện tính trơ với phần lớn các hóa chất mạnh. Tuy nhiên, về mặt cấu trúc vật liệu, PE có độ thấm khí cao hơn so với các polymer chuyên dụng cản khí, do đó khả năng cản O₂, CO₂ và giữ mùi hương không phải là đặc tính nổi trội của vật liệu này.

Trong ngành bao bì thực phẩm, đối với các sản phẩm chứa khí gas hoặc yêu cầu duy trì hương liệu, phân tử khí có thể khuếch tán qua thành bao bì PE theo thời gian. Vì vậy, PE không được lựa chọn để sản xuất chai đựng nước ngọt có ga. Để đáp ứng yêu cầu bảo toàn mùi và khí, màng PE thường được ghép lớp với các vật liệu cản khí chuyên dụng như EVOH hoặc màng nhôm trong cấu trúc bao bì nhiều lớp.

Ở chiều ngược lại, trong môi trường công nghiệp nặng, HDPE và UHMWPE thể hiện độ bền hóa học cao khi không bị ăn mòn bởi axit đậm đặc, dung dịch kiềm và không phản ứng với xăng, dầu diesel. Trong thực tế sản xuất, bình xăng kim loại trên ô tô đang dần được thay thế bằng bình xăng đúc thổi từ nhựa HDPE. Giải pháp này giúp giảm trọng lượng xe và hạn chế nguy cơ phát sinh tia lửa do ma sát kim loại, qua đó góp phần nâng cao mức độ an toàn vận hành.

Xu hướng vật liệu nhựa sinh học Bio-PE

Bio-PE (Green PE) là loại nhựa Polyethylene được tổng hợp từ cồn Ethanol chiết xuất từ các nguồn thực vật như cây mía hoặc củ cải đường thay vì sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Bio-PE có cấu trúc hóa học và thông số gia công ép phun, đùn thổi giống chính xác 100% so với PE truyền thống, đồng thời không có khả năng tự phân hủy sinh học ngoài môi trường. Giá trị cốt lõi của Bio-PE nằm ở việc nguyên liệu thực vật đã hấp thụ khí CO2 trong suốt quá trình sinh trưởng.

Việc chuyển đổi sử dụng Bio-PE làm bao bì giúp các doanh nghiệp sản xuất đạt được chứng nhận Trung hòa Carbon (Carbon Neutral) và đáp ứng các tiêu chuẩn ESG khắt khe tại thị trường xuất khẩu Châu Âu và Bắc Mỹ.

So sánh kỹ thuật giữa nhựa PE và nhựa PP trong sản xuất

Việc chọn lựa giữa nhựa PE và nhựa PP phụ thuộc vào hai yêu cầu kỹ thuật cốt lõi: giới hạn chịu nhiệt độ cao và khả năng chịu tải trọng, chống chịu tia UV tại môi trường ngoài trời.

Hai loại vật liệu này thường bị nhầm lẫn tính năng trong ứng dụng thiết kế đồ gia dụng và bao bì. Bảng so sánh dưới đây đối chiếu trực tiếp các thông số kỹ thuật, khả năng cản khí và điều kiện vận hành giữa nhựa PE (đại diện là dòng HDPE cứng) và nhựa PP, hỗ trợ doanh nghiệp đưa ra quyết định chọn vật liệu tối ưu: