폴리에틸렌(PE)의 등급 : 밀도, 강도와 내구성 등급 구분

1. 폴리에틸렌(PE)의 밀도에 따른 등급 구분

가. 개요

• 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)은 용도와 특성에 따라 다양한 등급으로 분류됩니다.
• 이 등급은 주로 밀도(density)와 분자량(molecular weight)을 기준으로 나뉘며, 각각의 등급은 고유한 물리적 및 화학적 특성을 가지고 있어 특정 용도에 적합합니다.

나. 밀도에 따른 등급

 1) LDPE (Low-Density Polyethylene, 저밀도 폴리에틸렌)

 

• 밀도 : 약 0.91–0.94 g/cm³
• 특성 : 유연성, 내충격성, 투명성
• 용도 : 플라스틱 필름, 쇼핑백, 포장재, 전선 피복

 2) LLDPE (Linear Low-Density Polyethylene, 선형 저밀도 폴리에틸렌)

• 밀도 : 약 0.91–0.94 g/cm³
• 특성 : LDPE보다 높은 강도와 내화학성, 유연성 유지
• 용도 : 산업용 필름, 포장재, 농업용 비닐

 3) HDPE (High-Density Polyethylene, 고밀도 폴리에틸렌)

• 밀도 : 약 0.94–0.97 g/cm³
• 특성 : 높은 강도, 내화학성, 낮은 투명도
• 용도 : 물탱크, 파이프, 가전제품 케이스, 우유병

 4) MDPE (Medium-Density Polyethylene, 중밀도 폴리에틸렌)

• 밀도 : 약 0.93–0.94 g/cm³
• 특성 : HDPE보다 유연하지만 LDPE보다 강함
• 용도 : 파이프, 가스 배관, 포장재

 5) UHMWPE (Ultra-High Molecular Weight Polyethylene, 초고분자량 폴리에틸렌)

• 밀도 : 약 0.93–0.95 g/cm³ (하지만 분자량이 주요 기준)
• 특성 : 매우 높은 내마모성, 충격 강도, 낮은 마찰 계수
• 용도 : 의료용 임플란트, 방탄조끼, 고성능 기계 부품

다. 추가 등급/특성에 따른 차별화

• FDA 등급 : 식품 및 의약품 접촉에 적합한 폴리에틸렌
• UV 안정화 등급 : 자외선 저항성이 향상된 폴리에틸렌
• 안티스태틱 등급 : 정전기 방지 처리된 폴리에틸

2. 폴리에틸렌(PE)의 강도 및 내구성 요건에 따른 등급 구분

가. 개요

• PE 80, PE 100, PE 100-RC는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)의 등급 중에서도 압력 파이프(Pressure Pipe) 용도로 사용되는 소재를 분류한 등급 체계입니다.
• 이 등급은 주로 파이프의 내압 강도, 수명, 및 특수한 내구성 요건에 따라 나뉩니다.

나. 등급 구분

 1) PE 80

• 특징 : 폴리에틸렌 소재 중 중간 등급, 최소 요구 강도(MRS, Minimum Required Strength)가 8.0 MPa 이상, 압력 저항 성능이 낮은 편이지만 여전히 일정한 수준의 강도와 내구성을 제공.
• 용도 : 중저압의 상하수도, 가스관, 농업용 관개 시스템.
• 장점 : 상대적으로 경제적이며, 설치와 유지보수 비용이 낮음.
• 단점 : 내구성이 PE 100에 비해 낮아 고압 환경에는 부적합.

 2) PE 100

• 특징 : 고성능 폴리에틸렌 등급, 최소 요구 강도(MRS)가 10.0 MPa 이상, PE 80보다 얇은 벽 두께로도 동일한 압력 저항이 가능(중량 절감).
• 용도 : 고압 상하수도 및 가스관, 산업용 파이프 시스템.
• 장점 : 높은 강도와 수명(50년 이상 설계 가능), 내화학성 및 내압성이 우수, 에너지 효율적이며, 장기적으로 경제적.
• 단점 : 초기 자재 비용이 다소 높음.

 3) PE 100-RC (Resistance to Crack)

• 특징 : PE 100의 개선된 버전으로 균열 저항성(Crack Resistance)이 크게 향상되며, RC는 "Resistance to Crack"의 약자로 저속 균열 성장(Slow Crack Growth, SCG)에 대해 높은 저항성을 가짐. 특히, 비굴착 공법(굴착 없이 설치하는 공법, Trenchless Installation)에서 유용.
• 용도 : 비관거 설치(예: HDD, Pipe Bursting), 자갈, 흙과 같은 날카로운 환경에서의 사용.
• 장점 : 높은 내구성과 균열 저항성으로 유지보수 비용 절감, 추가 보호층 없이도 사용할 수 있어 경제적.
• 단점 : 일반 PE 100보다 제조비용이 높아 초기 투자 비용 증가.

다. 선택기준

 

• PE 80 : 경제성을 중시하고, 고압이 아닌 환경에서 적합.
• PE 100 : 고압 및 장기적인 내구성이 중요한 경우 선택.
• PE 100-RC : 균열 위험이 큰 환경이나 비관거 공법을 사용하는 프로젝트에 최적.

3. PE 80, PE 100의 수치 의미

PE 80과 PE 100의 숫자는 MRS (Minimum Required Strength, 최소 요구 강도)를 나타내는 것으로, MPa 단위를 10배로 표현한 것입니다.

가. 등급 표기 개요

• PE 80 : 최소 요구 강도가 8.0 MPa 이상. 여기서 숫자 80은 8.0 MPa에 10을 곱한 값입니다.
• PE 100 : 최소 요구 강도가 10.0 MPa 이상. 숫자 100은 10.0 MPa에 10을 곱한 값입니다.

나. MRS(Minimum Required Strength)의 의미

• MRS는 폴리에틸렌 소재가 20°C에서 50년간 사용되었을 때, 파이프 벽이 파괴되지 않고 견딜 수 있는 최소한의 장기 내압 강도를 나타냅니다.
• 이는 국제 표준(ISO 12162)에 따라 실험 데이터를 기반으로 정해지며, 파이프 설계 시 안전 계수를 반영하여 실제 사용할 수 있는 압력을 결정합니다.

다. MRS를 10배로 표현한 이유

• 국제적으로 PE 소재 등급의 표기법에서 10배 단위를 사용하여 간결하게 표현하는 관례가 있습니다.
• 예를 들어, 8.0 MPa 대신 80으로 표기하면 등급 간 비교가 더 직관적입니다.
• PE 100이 PE 80보다 강도가 높음을 쉽게 이해할 수 있습니다.
• 따라서, PE 80과 PE 100의 숫자는 MRS의 MPa 값을 반영한 약칭이라고 볼 수 있습니다.

4. 밀도 등급과 강도 및 내구성 등급과의 관련

가. 개요

PE 80, PE 100 등은 HDPE(High-Density Polyethylene) 등급과 밀접한 관련이 있지만, LDPE, LLDPE와는 직접적인 관계가 없습니다. 이를 간단히 설명하자면, PE 80, PE 100 등은 폴리에틸렌 소재의 강도와 내구성 등급을 나타내는 용어이고, HDPE, LDPE 등은 폴리에틸렌의 밀도(density)를 기준으로 한 분류입니다.

나. PE 80/PE 100은 주로 HDPE와 관련

• PE 80과 PE 100은 대부분 HDPE(고밀도 폴리에틸렌) 소재로 제작됩니다.
• HDPE는 높은 강도와 낮은 연신율을 가지며, 내압성과 내구성이 요구되는 압력 파이프(Pressure Pipe)에 적합합니다.
• 따라서 PE 80과 PE 100 같은 고강도 등급은 HDPE 소재로 생산되는 경우가 많습니다.

다. LDPE/LLDPE와는 관계가 적음

• LDPE(저밀도 폴리에틸렌)와 LLDPE(선형 저밀도 폴리에틸렌)는 유연성이 더 크고 강도가 낮기 때문에 압력 파이프보다는 포장재, 필름, 전선 피복 등으로 사용됩니다.
• 이들 소재는 내압 성능이 낮아 PE 80이나 PE 100 등급으로 분류되지 않습니다.

라. HDPE와 PE 등급의 관계

• PE 80과 PE 100은 HDPE 내에서도 세부 등급으로 구분된 것입니다. 다만,  HDPE 소재가 모두 PE 80이나 PE 100인 것은 아니며, 일반 HDPE는 압력 파이프가 아닌 용도에서도 사용됩니다.