چرا در فشار کاریهای کمتر از ۲۵ بار بهترین انتخاب پلی اتیلن است!؟

 تاریخچه تولید پلی اتیلن

• پلی اتیلن اولین بار بطور اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی ” Hans Von Pechmanv ” سنتز شد. او در سال ۱۸۹۸ هنگام حرارت دادندی آزومتان، ترکیب مومی شکل سفیدی را سنتز کرد که بعدها پلی اتیلن نام گرفت. اولین سنتز صنعتی پلی اتیلن بطور تصادفی توسط “ازیک ناوست” و”رینولرگیسون” از شیمیدان‌های معروف در ۱۹۳۳ کشف شد. این دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتیلن و بنزالدئید در فشار بالا، ماده‌ای موم ‌مانند بدست آوردند.
• علت این واکنش وجود ناخالصی‌های اکسیژن‌دار در دستگاه‌های مورد استفاده بود که بعنوان ماده آغازگر پلیمریزاسیون عمل کرده بود. در سال ۱۹۳۵ “مایکل پرین”  یکی دیگر از دانشمندها این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا پلی‌اتیلن را سنتز کرد که این روش اساسی برای تولید صنعتی LDPE در سال ۱۹۳۹ شد.

پلی اتیلن به چند دسته تقسيم مي شود ؟

طبقه‌بندی پلی اتیلن‌ها بر اساس دانسیته آنها صورت می‌گیرد که در مقدار دانسیته اندازه زنجیر پلیمری و نوع و تعداد شاخه‌های موجود در زنجیر دخالت دارد.

HDPE (پلی‌ اتیلن با دانسیته بالا)

• این پلی‌اتیلن دارای استحکام کششی بیشتر نسبت به بقیه پلی اتیلن‌ها است.

LDPE (پلی ‌اتیلن با دانسیته پایین)

• این پلی‌ اتیلن دارای استحکام کششی کمی است. ازدیگرخصوصیات این پلیمر ، انعطاف‌پذیری و امکان تجزیه بوسیله میکروارگانیسمها است.

LLDPE (پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین)

• این پلی ‌اتیلن یکپلیمر خطی با تعدادی شاخه‌های کوتاه است و معمولا از کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلکن‌های بلند زنجیر ایجاد می‌شود.

MDPE

• پلی اتیلن با دانسیته متوسط است.

کاربرد پلی‌اتیلن

پلی‌اتیلن کاربرد فراوانی در تولید انواع لوازم پلاستیکی مورد استفاده در آشپزخانه و صنایع غذایی دارد. از  LDPE در تولید ظروف پلاستیکی سبک و همچنین کیسه‌های پلاستیکی استفاده می‌شود. HDPE ،در تولید ظروف شیر و مایعات و انواع وسایل پلاستیکی آشپزخانه کاربرد دارد. در تولید لوله‌های و اتصالات لوله‌کشی معمولا از MDPE استفاده می‌کنند.

LLDPE بدلیل بالا بودن میزان انعطاف‌پذیری در تهیه انواع وسایل پلاستیکی انعطاف‌پذیر مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن کاربرد دارد. اخیرا پژوهش‌های فراوانی در تولید پلی اتیلن‌هایی با زنجیر بلند و دارای شاخه‌های کوتاه انجام شده است. این پلی اتیلن‌ها در اصل HDPE با تعدادی شاخه‌های جانبی هستند. این پلی اتیلن‌ها ترکیبی ، استحکام HDPE و انعطاف‌پذیری LDPE را دارند.

انواع پلی اتیلن مورد استفاده در صنعت لوله

در ساخت لوله های پلی اتیلنی، عموماً از دو نوعِ مختلف پلی اتیلن به نامهای PE80 و PE 100 استفاده می شود. عدد مشخصة نوع ماده MRS گفته می شود که عبارت است از حداقل مقاومت مورد نیاز بعد از ۵۰ سال کارکرد در دمای سیال۲۰ درجه سانتیگراد. بالاتر رفتن عدد نشان دهنده بهبود بیشتر کیفیت محصولات تولیدی میباشد . بر این اساس است که در بسیاری از کشورها تلاش های زیادی برای جایگزینی PE100 به جای PE80 صورت گرفته است.

روابط ساده ولی کاربردی

E=D/SDR

SDR= ((2*MRS)/ (P*Sf)) +1

W= ((D-E)*E*3.14*)/1000

مثال: لوله ای با قطر ۱۱۰و فشار کاری ۱۰بار با مواد  PE80 و ضریب ایمنی ۱٫۲۵ می خواهیم حداقل ضخامت و وزن یک متر آنرا مشخص کنیم.

D=110 mm     P=10 Bar      MRS=80      C=1.25

SDR= ((2*80)/ (1.25*10)) +1

SDR=13.8 →   SDR=13.6

E=110/13.6     E=8.088 → E=8.1

W= (110-8.1)*8.1*3.14)/1000        W=2.591 Kg

مزایای PE 100 نسبت به  PE 80 :

• داشتن مقاومت بالاتر در فشارهای کاری بالا

• داشتن مقاومت بالاتر وضخامت کمتر

• صرفه جویی در هزینه با توجه به وزن کمتر در فشارهای کاری بالا

• توانایی انتقال حجم بالاترسیال به دلیل سطح مقطع جریان بیشتر

بر این اساس می توان گفت که هر چند قیمت مواد اولیه PE100 نسبت به دو نوع دیگر بیشتر است اما با توجه به ویژگیها و امکاناتی که از خواص این محصول حاصل می گردد می توان خروجی مورد نظر را در هر متر لوله با قیمت یکسان و با کیفیت برتربدست آورد.

مقایسه با دیگر انواع مواد:

امروزه لوله های پلی اتیلنی جایگاه خود را در کاربردهای تحت فشار به خوبی یافته اند. این مسأله خصوصاً در مواردی که قطر لوله مورد نظر کمتر از ۳۰۰ میلیمتر است به خوبی قابل مشاهده است. زیرا کارفرمایان و مشاورین پروژه ها اغلب با در نظر گرفتن هزینه مواد اولیه و خصوصیات مورد نظرشان از لوله به این جمع بندی می رسند که لوله های پلی اتیلنی بهترین انتخاب ممکن در مقایسه با سایر انواع لوله هستند.

اما با افزایش قطر لوله خطوط انتقال، اکثر مشاورین با در نظر گرفتن تنها قیمت مواد، به این نتیجه می رسند که استفاده از پلی اتیلن غیر اقتصادی بوده و بیشتر به سراغ چدن داکتیل می روند.

در واقع چدن داکتیل رقیب اصلی پلی اتیلن در سایزهای بالا بوده و مشاورین تنها در صورت وجود شرایط ویژه به سراغ پلی اتیلن می روند. علی رغم تفکر حاکم بر بازار، باید به این نکته تأکید داشته باشیم که صرف توجه به قیمت بالاتر پلی اتیلن نسبت به چدن در لوله های با سایز بالا، در بسیاری از موارد صحیح نبوده و باید مسائل دیگری نیز نظیر هزینه های نصب ، اتصال ، نگهداری و تعمیر و … در انتخاب جنس لوله مدنظر قرار گیرد.
با در نظر گرفتن خواص بی نظیر و منحصر به فرد پلی اتیلن که قبلاً ذکر شده است، هر مصرف کننده‌ای به این نتیجه خواهد رسید که در فشار کاریهای کمتر از ۲۵ بار بهترین انتخاب پلی اتیلن است.