Rúry z HDPE – opis a vlastnosti

Obsah článku

• História polyetylénových rúr
• Vlastnosti nízkotlakového polyetylénu
• Vlastnosti rúr z HDPE
• Technológia výroby rúr z HDPE
• Armatúry pre polyetylénové rúry

V tomto článku: História polyetylénových rúr aký je rozdiel medzi LDPE a HDPE; vlastnosti nízkotlakového polyetylénu (vysoká hustota); klady a zápory rúr z HDPE; technológia na výrobu rúrok z nízkotlakového polyetylénu; tvarovky pre polyetylénové rúry.

Plast v podobe kuchynského sifónu na odtok vody začal v našich domovoch a bytoch búrať okolo 80. rokov a úplne nahradil predtým populárne sifóny ocele a liatiny. V polovici 90. rokov sa plastové rúrky nečakane stali vodovodnými rúrami, atraktívne pre svoju novosť, nízku hmotnosť, cenu a absolútnu odolnosť proti korózii. Zdá sa, že po viac ako 15 rokoch pôsobenia na ruskom trhu by sa mali polyetylénové rúrky oboznámiť s vlastníkmi domu, ale niektoré z nich ešte stále nedôverujú a nedôverujú plastom v systéme zásobovania vodou. Ponúkame na preskúmanie vlastnosti nízkotlakového polyetylénu a potrubí z neho vyrobených.

História polyetylénových rúr

Polyetylén, podobne ako iné typy plastov, bol získaný náhodou. V roku 1898 uskutočnil nemecký fyzik Hans von Pechmann ďalšiu etapu výskumu diazometánu, ktorý získal pred štyrmi rokmi, skôr nebezpečnú látku chemického pôvodu. Po experimente s zahrievaním diazometánu objavil von Pechmann bielu voskovú látku na dne banky, ktorá sa ukázala ako polyetylén alebo, ako to nazval chemik, polyetylén. Na začiatku 20. storočia neexistoval priemyselný dopyt po polyetyléne Pehmann s otvoreným zdrojom, takže na jeho vytvorenie sa zabudlo na 37 dlhých rokov..

Po prvej svetovej vojne začali veľkí priemyselníci hľadať nové materiály na izoláciu elektrických káblov a ich vývoj zverili chemickým laboratóriám. V rámci tohto nariadenia britskí chemici Reginald Gibson a Eric Fawcett v laboratóriu chemického koncernu „Empire chemického priemyslu“ (Imperial Chemical Industries) znovuobjavili polyetylén – umiestnením zmesi etylénu a benzaldehydu do tlakovej komory a pôsobením tlaku stoviek atmosfér. Chemici považovali výslednú bielu voskovú látku za experiment počas experimentu, najmä preto, že sa jej nepodarilo znovu získať polyetylén – počas prvého experimentu vzduch náhodne vstúpil do tlakovej komory, experimentátori to nezohľadnili.

Laboratórium ICI

Po vyšetrení látky, ktorú náhodne získali Gibson a Fawcett, chemik Michael Perrin, ktorý tiež pracoval v koncerne ICI, sa rozhodol vytvoriť technológiu, ktorá by umožnila získať polyetylén v priemyselnom meradle. Vývoj technológie trval Perrin štyri roky (s výskumom polyetylénu začal v roku 1935) a bol korunovaný úspechom až v roku 1939 – ICI tento rok získala patent na výrobu vysokotlakového (nízkohustotného) polyetylénu. Počas druhej svetovej vojny sa výroba polyetylénu rozšírila – tento plast sa používal na izoláciu koaxiálnych radarových káblov. Od roku 1944 je v USA dopyt po polyetylénových obaloch medzi vlastníkmi maloobchodných reťazcov obchodov.

Vysokotlakový polyetylén mal pomerne vysokú mäkkosť a plasticitu, a preto bol perfektný na výrobu obalov na balenie výrobkov zakúpených zákazníkmi. Nebolo však vhodné na použitie v komunikačných sieťach prepravujúcich teplú vodu – experimentálne potrubia vytvorené z tohto polyméru neumožňovali priechod vody, ale neboli schopné zadržiavať plyny, pretože intermolekulárne väzby v LDPE nie sú dostatočne silné..

V roku 1951 chemici Paul Hogan a Robert Banks, ktorí pracovali pre spoločnosť Phillips Petroleum Corporation, vyvinuli katalyzátor na polymerizáciu polyetylénu, oxidu chromitého. V prítomnosti katalyzátora by sa polyetylén mohol vyrábať pri miernejšom tlaku a teplote. Použitie nových katalyzátorov pri výrobe polyetylénových granúl vytvorilo možnosť vytvoriť plastové rúrky na prívod studenej a teplej vody, ako aj na kanalizačnú komunikáciu. O dva roky neskôr nemecký chemik Karl Ziegler vytvoril katalytické systémy založené na organohlinitých zlúčeninách a halogenidoch titánu, ktoré umožnili získať nízkotlakový polyetylén (vysoká hustota), ktorý sa vyznačuje vyššou tuhosťou a pevnosťou ako LDPE. V 70. rokoch bol katalyzátorový systém Ziegler doplnený o nové typy, čo okrem iného umožnilo vyrábať širokú škálu polyetylénových živíc..

Vlastnosti nízkotlakového polyetylénu

Tento polyetylén sa vyrába technológiou plynnej fázy, suspenzie a roztoku, polymerizácia prebieha pod tlakom od 1 do 5 kg / cm². Má hustotu viac ako 0,941 g / cm3, je dosť tuhý a vďaka svojej kryštalickej štruktúre je mierne priehľadný alebo nepriehľadný. Vďaka slabému vetveniu molekulárnych väzieb poskytujú medzimolekulové sily vysokú pevnosť v ťahu v nízkotlakovom polyetyléne. Teplota topenia je asi 130 ° C, čo je o 20 ° vyššia ako teplota LDPE, ale vďaka tomu je polyetylén odolný pri teplotách zahrievania počas prevádzky hotových výrobkov (asi 121 ° C)..

V porovnaní s vysokotlakovým polyetylénom je priepustnosť HDPE pre vlhkosť a plyn 5-krát nižšia, má väčšiu chemickú odolnosť voči tukom a olejom. Rovnako ako LDPE je náchylný na praskanie životného prostredia, ale vysokomolekulárny polyetylén s nízkou hustotou nemá túto nevýhodu. V závislosti od značky je HDPE odolný voči nízkym teplotám od -50 ° C a nižším.

Široký sortiment výrobkov sa vyrába z vysokotlakového polyetylénu – vaky a obalové fólie pre maloobchodné reťazce, rúry, izolácie elektrických káblov vysokého napätia, rôzne siete, nádrže a plechovky, uzávery fliaš z PET, nábytkové kovanie, doplnky do automobilov, detské hračky a hry komplexy, nábytok atď..

V Rusku sa primárny nízkotlakový polypropylén vyrába v podnikoch OOO Stavrolen, OAO Kazanorgsintez, dovážaných z Európy a Ázie, sekundárny (získaný z recyklovateľných materiálov) vyrába niekoľko malých výrobcov..

Vlastnosti rúr z HDPE

Výhody nízkotlakových polymérnych rúr (vysoká hustota):

• Majú dlhú životnosť – najmenej 40 rokov. Takéto obdobie bolo pôvodne stanovené počas ich vývoja v 50. rokoch minulého storočia..
• Nie sú vystavené korozívnym a chemickým vplyvom, t.j. nevyžadujú obnoviteľnú katodickú ochranu, keď sú položené do zeme, t..
• Pri rovnakých vlastnostiach sú náklady na polyetylénové rúry nižšie ako oceľ.
• Vďaka nemennej hladkosti vnútorných povrchov sa na nich nenanášajú usadeniny a kaly, vnútorný priemer sa počas celej životnosti nemení..
• Majú nízku tepelnú vodivosť – ich tepelné straty a stupeň kondenzácie na vonkajšom povrchu sú extrémne malé.
• Ak tekutina vo vnútri rúrky HDPE zamrzne, nedôjde k deštrukcii štruktúry, pretože priemer rúrky sa zvýši pod priemerom zmrazenej kvapaliny (o 5 až 7% pôvodnej) a po roztopení prepravovanej kvapaliny sa vráti na predchádzajúcu..
• Hmotnosť rúr je 6-krát nižšia ako hmotnosť oceľových rúr s rovnakým priemerom a maximálnym pracovným tlakom, čo výrazne uľahčuje prepravu a inštaláciu..
• Vysoká odolnosť proti vodnému nárazu zabezpečená nízkym modulom pružnosti rúr z HDPE.
• Zváranie polyetylénových rúr je omnoho jednoduchšie, rýchlejšie a lacnejšie ako oceľové rúry. Zvárané spoje rúrok HDPE navyše nestrácajú svoju spoľahlivosť v priebehu času..
• Kompletná environmentálna bezpečnosť, vďaka ktorej sú polyetylénové rúrky povolené na použitie v potrubiach zásobujúcich obyvateľstvo pitnou vodou.

Nevýhody polyetylénových rúr:

• Obmedzenia teploty prepravovanej kvapaliny, čo sťažuje ich použitie v systémoch vykurovania a prívodu teplej vody.
• Špecifická technológia montáže.
• Oceľové a liatinové rúry majú v porovnaní s nimi vyššie mechanické vlastnosti. Životnosť polymérnych rúr položených do zeme závisí od typu miestnej pôdy (jej pohyblivosť)..
• Ich výkonnostné vlastnosti sa znižujú vplyvom ultrafialového žiarenia (stupeň odolnosti voči ultrafialovému žiareniu závisí od katalyzátorov používaných pri výrobe surovín – HDPE granule)..

Technológia výroby rúr z HDPE

Linka na výrobu polyetylénových rúrok sa nachádza na relatívne malom území – asi 100 m².

Granule HDPE určitej kvality sa nalejú do násypky extrudéra, zahrejú sa na teplotu topenia a plastifikujú. Roztavený polyetylén vstupuje do priamej hlavy extrudéra a prechádza svojím vstupom cez filtračné siete a mriežku, na ktorej je tŕň nainštalovaný (prúdová kužeľová dýza). Roztavený polyetylén obklopuje tŕň proporcionálne a nadväzuje na matricu budúcej rúry, kde má tvar rúry daného priemeru. Teleso tŕňa má vstavanú dýzu na prívod stlačeného vzduchu, ktorý ochladzuje steny polyetylénového potrubia na výstupe z matrice..

Vytvrdená rúrka sa vytiahne z extrudéra pomocou špeciálneho zariadenia, ktorého uchopovací priemer zodpovedá priemeru rúrky. Výfukové zariadenie vedie potrubie cez chladiacu jednotku, kde je jeho pás pokrytý prúdmi vody z dýz.

Kontrola hrúbky steny a neprítomnosti deformácií geometrického tvaru potrubia sa uskutočňuje bezdotykovým meracím zariadením. Za ním je značkovacie zariadenie, ktoré vyrazí alebo tlačí na telo rúrky HDPE vhodné označenie.

Ak sa vyrába rúra s priemerom presahujúcim 125 mm, potom sa po označení vyreže na kusy požadovanej dĺžky pomocou pohyblivej gilotíny alebo kotúčovej píly, ktorá sleduje pozdĺž rúry rúry rýchlosťou jej vytiahnutia z extrudéra. Potrubie s menším priemerom sa pomocou navíjača zhromažďuje do zvitkov.

Okrem štrukturálnych charakteristík hlavy extrudéra sú kvalitatívne vlastnosti polyetylénovej rúrky ovplyvňované teplotou taveniny, rýchlosťou jej toku a ťahaním. Počas prúdenia podliehajú roztavené molekuly HDPE orientácii, ktorá ovplyvňuje axiálne zmrštenie rúrky po výstupe z extrudéra, ako aj anizotropie (prítomnosť drsnosti na povrchu hotovej rúrky). Stupeň axiálneho zmrštenia polyetylénovej rúrky tiež závisí od rýchlosti jej ťahania – ak je vyššia ako rýchlosť taveniny na výstupe, potom sa zvyšuje axiálne zmršťovanie a stenčenie stien..

Intenzita prívodu stlačeného vzduchu (tlaková kalibrácia) závisí od priemeru, hrúbky steny potrubia, od charakteristík daného stupňa kvality polyméru a jeho teploty topenia v extrudéri. Kalibrácia tlaku vzduchu sa nastaví, keď prvá dávka rúrky opustí extrudér experimentálnym ladením. Ak tlak vzduchu nie je dostatočný, na stenách rúry sa vytvoria viditeľné vlnky, ak je nadmerný, zvyšujúce sa trenie spôsobí viac mikrotrhlín, čo významne zníži pevnosť stien rúry..

Armatúry pre polyetylénové rúry

Na spájanie rúr z HDPE sa používajú tri typy tvaroviek – na zváranie na tupo (bez použitia elektrickej špirály), na elektrické zváranie a kompresné tvarovky..

Armatúry na zváranie na tupo (hrdlá) umožňujú zváranie rúr na tupo. Zváranie na tupo sa vykonáva v nasledujúcom poradí: lemovanie koncov rúr a tvaroviek; zahrievanie zváraných častí elektrickým vyhrievacím zariadením do stavu viskóznej tekutosti; odstránením ohrievacieho zariadenia a spojením zváraných častí pod tlakom. Je dôležité spojiť tvarovku a potrubie medzi sebou čo najskôr po odstránení vykurovacieho zariadenia, aby sa zabránilo ochladeniu plastu. Na zabezpečenie silného a spoľahlivého spoja je tiež nevyhnutné úplne vylúčiť možnosť, aby sa čiastočky prachu dostali do spoja..

Kovanie z HDPE určené na elektrické zváranie sa dodáva so zabudovanými ohrievačmi drôtov (elektrické odpory) – keď sa do drôtu privádza elektrický prúd, jeho zahriatie spôsobí, že sa polymér v oblastiach spojov roztaví. Po pripojení armatúry a potrubia sa napájanie preruší a vytvorí sa spojenie s vysokou tesnosťou. Elektrofúzne tvarovky sa zvárajú do polymérnych rúr pomocou špeciálnych zváracích strojov, ktoré vám umožňujú upraviť režim zvárania podľa rozmerov rúrky a tvarovky, ktorá sa do nej má rezať. Tento spôsob zvárania je zvlášť vhodný na opravu ťažko dostupných úsekov potrubia..

Konštrukcia plastového potrubia pomocou kompresných tvaroviek je veľmi jednoduchá, pretože nevyžaduje žiadnu dodatočnú prípravu rúr z HDPE. Kompresné tvarovky sa pripájajú k rúrkam bez toho, aby sa rozobrali na ich základné časti – gumové tesnenie sa lisuje lisovacím puzdrom v polohe, v ktorej je to potrebné, so súčasným obmedzením kompresie, čím sa zabráni deformáciám rúrok, a upínací krúžok špeciálnej konštrukcie neumožňuje oslabiť spojenie. Inštalácia potrubia pomocou spojovacích tlakových armatúr sa môže vykonávať kedykoľvek v priebehu roka, a to aj pri teplotách nižších ako 0 ° C, zatiaľ čo celý rozsah prác je k dispozícii na vykonanie človeka bez osobitného školenia..