مواد پلی اتیلنی

مواد پلی اتیلنی

بعد عمومی

از مهمترین ویژگی مواد پلاستیکی در سیستم های لوله کشی رفتار بلندمدت آنها تحت فشار داخلی بود، اما بعد از کسب تجربیات بیشتر در زمینه استفاده از این محصولات نتیجه گرفتند که تعداد ویژگی ها با توجه به سرفصل های زیر طبقه بندی می شود

قدرت: مقاومت در برابر گسیختگی تحت تنش های اعمال شده. سختی مقدار انرژی جذب شده هنگام گسیختگی انعطاف پذیری: امکان سست شدن پس از تنش با توجه به ویژگی ویسکوالاستیک. سفتی یا خشکی: مقاومت در برابر تغییر شکل تحت تنش های اعمال شده. مقاومت در برابر ترک خوردگی که محل نصب یا مواد مایعی که حمل می کند آن را القا می کند.

این ویژگی ها به زمان وابسته هستند، بنابراین باید برای هر کاربرد ویژه به دنبال تعادل بهینه یا تعامل بین ویژگی های بلندمدت و کوتاه مدت باشید:

کوتاه مدت؛ سختی: مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر گسترش سريع ترک -RCP انعطاف پذیری: سهولت در به کارگیری و نصب بلندمدت؛ قدرت: مقاومت در برابر فشار داخلی (MRS) سختی: مقاومت در برابر تغییر شکل ناشی از فشار روی بخش فوقانی لوله انعطاف پذیری: رهاسازی تنش از طریق تغییر شکل محدود کوتاه و بلند مدت: مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش شیمیایی زیست محیط(ESCR) مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش مکانیکی (MSCR)

هنگام توسعه ماده باید در میان ویژگی های ذکر شده: حداقل توان (قدرت) مورد نیاز (MRS)، مقاومت در برابر گسترش آهسته ترک ( SCG – MSCR ) و مقاومت در برابر گسترش سریع ترک را به عنوان سه ویژگی اصلی ماده پلی اتیلن در نظر بگیریم که باید در حد کافی باشند تا بتوان لوله ای با عملکرد عالی تولید کرد و همچنین مهندس لوله وظیفه دارد این ویژگی ها را به عنوان معیار اصلی طراحی شبکه در نظر بگیرد تا بتواند در بلندمدت روی آن حساب باز کند.

تولید کننده لوله پلی اتیلن باید جدا از ویژگی های ذکر شده، ابعاد دیگری را هم در نظر بگیرد. هنگام تبدیل ماده اولیه خام به لوله، اتصالات و قطعات دیگر، باید اطمینان حاصل کند که شرایط پردازش آسان بدون خراب کردن محصول، اتصال جوش و سازگاری اتصال جوش فراهم است. چون سیستم لوله کشی برای مدت طولانی به کار گرفته خواهد شد، پلی اتیلن باید در زمینه استهلاک هم به خوبی عمل کند. تقریبا همه ویژگی های اولیه و ثانوی بخشی از روش آزمایش کردن یا برنامه ارزیابی جهت تعریف ماده پلی اتیلن می باشند.

مواد سازنده و ساختار

پلی اتیلن محصول فرآیند پلیمر سازی اتیلن می باشد یعنی در یک فرآیند شیمیایی تعداد زیادی از مولکول های منفرد اتیلن با یکدیگر پیوند شیمیایی برقرار و زنجیره های بلند و خطی مولکولی ایجاد می کنند. این مولکول ها در حالت مذاب کاملا بی نظم می شوند، اما پس از سرد و جامد شدن به مقدار مشخصی با یکدیگر پیوند خطی برقرار و حوزه های کریستالی ایجاد می کنند. از این رو پلی اتیلن را پلیمر نیمه کریستالی هم می نامند. و پس از اختراع پلی اتیلن در سال ۱۹۳۳ چندین فرآیند توسعه یافتند و هر کدام از آنها منجر به ایجاد گروه خاصی از مواد شد. عملکرد مواد پلی اتیلن با توجه به ساختار مولکولی و اساسأ خطی بودن و میانگین طول زنجیره های مولکولی مشخص می شود: خطی بودن توانایی ایجاد شبکه های کریستالی و درجه بلورینگی را مشخص می کند، طول وزن مولکولی که تاثیر مستقیمی روی سختی ماده دارد را تعیین می کند.

فرآیند اصلی تولید در فشار بسیار بالا در حدود ۳۰۰۰ بار ابتدا در راکتور اتوکلاو و سپس در راکتورهای لوله ای رخ می دهد. پلی اتیلن به دست آمده ساختار مولکولی بسیار نامنظم (غیرخطی) و در نتیجه تراکم پایین دارد که LDPE نامیده می شود.

در دهه ۱۹۵۰ کاتالیزورهایی یافتند که فرآیند پلیمر سازی اتیلن را خیلی بهتر کنترل می کرد و فشار راکتور را تا ۵۰ بار پایین می آورد. محصولات به دست آمده ساختار مولکولی خطی چشمگیری داشتند و تراکمشان بالاتر بود که HDPE نامیده می شوند. فرآیندهای اصلی شامل فرآیند فیلیپز با کاتالیزور کرومیوم و فرآیند زیگلر – ناتا با کاتالیزور تیتانیوم بود. اولین پلی اتیلن ها فقط از اتیلن خام به دست می آمدند و پلیمرهای همگن ( Homopolymer ( a) نام داشتند. افزودن سایر اولفینها (Olefin) که می توانستند ساختار خطی را کمی برهم بزنند و شاخه های جانبی کوچکی ایجاد کنند، باعث بهتر شدن برخی از ویژگی های پلی اتیلن شد. با افزودن مونومرهای همراه (Comonomer) مانند (I – Hexene ( c )، [ – Butene ( bيا ( I- Octene ( برخی از پلیمرهای همراه (Copolymer) یا همبسپارها به وجود آمدند.

 

از آنجایی که طول همه زنجیره ها یکسان نیست، وزن مولکولی با توجه به شرایط تولید توزیع می شود و ممکن است محدود یا گسترده باشد (شکل ۱-۴). محصولاتی را که تنها یک الگوی توزیع مولکولی دارند، پلی اتیلن تک نما (Monomoda) می نامند

در اواخر دهه ۱۹۹۰ موفق شدند رزین های پلی اتیلن دونمایی (Bimodal) تولید کنند که دو الگوی توزیع مولکولی دارند که شکل ۱-۶، از طریق مدل های تولید سازگار به دست آمده است. نتیجه بهینه شدن سطح عملکرد است در حالیکه توانایی پردازش تغییری نکرده است.

 

پیشرفت سایر فرآیندها و سیستم های کاتالیزور همچنان ادامه دارد و امید است محصولات پلی اتیلنی جدیدی تولید شوند که ظرفیت های این ماده را ارتقا بدهند و سطح اطمینان لوله های پلی اتیلن را بالا ببرند.

تعادل بخش منظم و نامنظم، عملکرد و مقاومت ماده را کنترل می کند.

نظارت بر بلورینگی و تعداد پیوندهای مولکولی که از طریق کنترل عمدی توزیع فرآیند بلورینگی توسط ساختار مولکولی بی قائده صورت می گیرد روی ویژگی های ماده تاثیر می گذارد.

تاثیر ویژه این همبسپارها تولید بی قائدگی های کریستالی است: حدود ۳۰٪ شاخه های اتیل (از مونومر همراه butene)، % ۷۰ شاخه های بوتیل (از مونومر همراه Hexene) و ۸۵. شاخه های هگزیل (از Octene) در تشکیل پیوندهای مولکولی دخالت دارند. انتخاب مونومر همراه بر اساس فرآیند تولید و بعد اقتصادی هزینه با توجه به سطح افزایش عملکرد تعیین می گردد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *