Šajā rakstā: Polietilēna cauruļu vēsture kāda ir atšķirība starp LDPE un HDPE; zema spiediena polietilēna (augsta blīvuma) īpašības; plusi un mīnusi HDPE caurulēm; cauruļu ražošanas tehnoloģija no zema spiediena polietilēna; armatūra polietilēna caurulēm.
Plastmasa virtuves sifona formā ūdens novadīšanai sāka aplaupīt sakarus mūsu mājās un dzīvokļos ap 80. gadiem, pilnībā aizstājot iepriekš populāros tērauda un čuguna sifonus. 90. gadu vidū plastmasas caurules negaidīti kļuva par santehnikas caurulēm, pievilcīgām to novitātes, mazā svara, cenas un absolūtās izturības pret koroziju dēļ. Šķiet, ka pēc vairāk nekā 15 gadu klātbūtnes Krievijas tirgū polietilēna caurulēm vajadzēja kļūt pazīstamām māju īpašniekiem, taču daži no viņiem joprojām izturas pret ūdens apgādes sistēmas plastmasu ar neuzticību un aizdomām. Piedāvājam izpētīt zema spiediena polietilēna un no tā izgatavoto cauruļu īpašības.
Polietilēna cauruļu vēsture
Polietilēns, tāpat kā citi plastmasas veidi, tika iegūts nejauši. 1898. gadā vācu fiziķis Hanss fon Pehmans veica nākamo pētījumu par diazometānu, ko viņš ieguva četrus gadus iepriekš – diezgan bīstamu ķīmiskas izcelsmes vielu. Pēc eksperimenta ar diazometāna sildīšanu fon Pechmans kolbas apakšā atklāja baltu, vaskotu vielu, kas izrādījās polietilēns vai, kā ķīmiķis to sauca, polimetilēns. 20. gadsimta sākumā pēc atklātā pirmkoda Pehmann polietilēna nebija rūpnieciska pieprasījuma, tāpēc tā radīšana tika aizmirsta 37 ilgus gadus..
Pēc Pirmā pasaules kara lielie rūpnieki sāka meklēt jaunus materiālus elektrisko kabeļu izolēšanai, uzticot to izstrādi ķīmiskajām laboratorijām. Rīkojoties šāda rīkojuma ietvaros, britu ķīmiķi Reginalds Gibsons un Ēriks Favcets ķīmijas koncerna “Ķīmiskās rūpniecības impērija” (Imperial Chemical Industries) laboratorijā no jauna atklāja polietilēnu – ievietojot etilēna un benzaldehīda maisījumu spiediena kamerā, iedarbojoties uz to ar simtiem atmosfēras spiediena. Ķīmiķi eksperimenta laikā uzskatīja iegūto balto, vaskam līdzīgo vielu par kļūdu, it īpaši tāpēc, ka viņiem neizdevās atkārtoti iegūt polietilēnu – pirmā eksperimenta laikā gaiss nejauši ienāca spiediena kamerā, eksperimentētāji to neņēma vērā.
ICI laboratorija
Izpētījis vielu, ko nejauši ieguva Gibsons un Fawcett, ķīmiķis Maikls Perrins, kurš arī strādāja ICI koncernā, nolēma izveidot tehnoloģiju, kas ļautu iegūt polietilēnu rūpnieciskā mērogā. Tehnoloģijas izstrāde aizņēma Perrin četrus gadus (viņš sāka pētīt polietilēnu 1935. gadā) un tika vainagota ar panākumiem tikai 1939. gadā – ICI šogad saņēma patentu augsta spiediena (zema blīvuma) polietilēna ražošanai. Otrā pasaules kara laikā paplašinājās polietilēna ražošana – šī plastmasa tika izmantota koaksiālo radaru kabeļu izolēšanai. Kopš 1944. gada polietilēna iepakojums ir pieprasīts Amerikas Savienotajās Valstīs veikalu mazumtirdzniecības ķēžu īpašnieku vidū..
Augstspiediena polietilēnam bija diezgan augsts maigums un plastiskums, tāpēc tas bija lieliski piemērots iesaiņojuma ražošanai klientu iegādāto produktu iesaiņošanai. Tomēr tas nebija piemērots izmantošanai sakaru tīklos, kas pārvadā siltu ūdeni – no šī polimēra izveidotās eksperimentālās caurules neļāva ūdenim iziet cauri, bet nespēja noturēt gāzes, jo starpmolekulārās saites LDPE nav pietiekami spēcīgas.
1951. gadā ķīmiķi Pols Hogans un Roberts Bankss, kuri strādāja Phillips Petroleum Corporation, izstrādāja katalizatoru polietilēna, hroma trioksīda polimerizācijai. Katalizatora klātbūtnē polietilēnu varētu ražot mērenākā spiedienā un temperatūrā. Jaunu katalizatoru izmantošana polietilēna granulu ražošanā ir radījusi iespēju izveidot plastmasas caurules aukstā un siltā ūdens padevei, kā arī kanalizācijas komunikācijām. Divus gadus vēlāk vācu ķīmiķis Kārlis Zīglers izveidoja katalītiskās sistēmas, kuru pamatā bija alumīnija organisko savienojumu un titāna halogenīdi, kas ļāva iegūt zema spiediena (augsta blīvuma) polietilēnu, kam raksturīga lielāka stingrība un izturība nekā LDPE. 70. gados Ziegler katalizatora sistēma tika papildināta ar jauniem veidiem, kas cita starpā ļāva ražot plašu polietilēna sveķu klāstu.
Zema spiediena polietilēna raksturojums
Šo polietilēnu ražo ar gāzu fāžu, suspensijas un šķīduma tehnoloģijām, polimerizācija notiek zem spiediena no 1 līdz 5 kg / cm2. Tā blīvums pārsniedz 0,941 g / cm3, tas ir diezgan stingrs un kristāliskās struktūras dēļ ir viegli caurspīdīgs vai necaurspīdīgs. Sakarā ar vājo molekulāro saišu sazarošanos, starpmolekulārie spēki nodrošina augstu stiepes izturību zema spiediena polietilēnā. Kušanas temperatūra ir aptuveni 130 ° C, kas ir par 20 ° augstāka nekā LDPE, taču tas padara polietilēnu izturīgu pret karsēšanas temperatūru gatavo izstrādājumu darbības laikā (apmēram 121 ° C).
Salīdzinot ar augsta spiediena polietilēnu, HDPE mitruma un gāzes caurlaidība ir 5 reizes zemāka, tai ir lielāka ķīmiskā izturība pret taukiem un eļļām. Tāpat kā LDPE, tas ir jutīgs pret plaisāšanu apkārtējā vidē, taču liela molekulmasa zema blīvuma polietilēnam nav šo trūkumu. Atkarībā no zīmola HDPE ir izturīgs pret zemu temperatūru no -50 ° C un zemāku.
No augsta spiediena polietilēna tiek ražots plašs produktu klāsts – maisiņi un iepakojuma plēves mazumtirdzniecības ķēdēm, caurules, augstsprieguma elektrisko kabeļu izolācija, dažādas acis, tvertnes un kannas, PET pudeļu korķi, mēbeļu furnitūra, automašīnu piederumi, bērnu rotaļlietas un spēles kompleksi, mēbeles utt..
Krievijā primāro zema spiediena polipropilēnu ražo OOO Stavrolen, OAO Kazanorgsintez uzņēmumos, tos ieved no Eiropas un Āzijas, sekundāros (kas iegūti no pārstrādājamiem materiāliem) ražo vairāki mazi ražotāji.
HDPE cauruļu raksturojums
Zema spiediena polimēra cauruļu (augsta blīvuma) priekšrocības:
- Viņiem ir ilgs kalpošanas laiks – vismaz 40 gadi. Šāds periods sākotnēji tika noteikts to attīstības laikā pagājušā gadsimta 50. gados..
- Tie nav pakļauti kodīgai un ķīmiskai iedarbībai, t.i., kad tie ir ievietoti zemē, tiem nav nepieciešama atjaunojama katoda aizsardzība, t.i., tiem nav nepieciešama apkope.
- Ar vienādām īpašībām polietilēna cauruļu izmaksas ir zemākas nekā tērauda.
- Tā kā iekšējās virsmas ir vienmērīgas, vienmērīgums un slānis un dūņas uz tām neuzkrājas, tāpēc iekšējais diametrs nemainās visā kalpošanas laikā.
- Viņiem ir zema siltuma vadītspēja – to siltuma zudumi un kondensācijas pakāpe uz ārējās virsmas ir ārkārtīgi nelieli.
- Ja šķidrums HDPE caurules iekšpusē sasalst, struktūras iznīcināšana nenotiks, jo caurules diametrs palielināsies zem saldētā šķidruma diametra (par 5-7% no oriģināla) un pēc transportētā šķidruma atkausēšanas atgriezīsies iepriekšējā..
- Cauruļu svars ir 6 reizes mazāks nekā tāda paša diametra un maksimālā darba spiediena tērauda cauruļu svars, kas ievērojami atvieglo transportēšanu un uzstādīšanu.
- Augsta izturība pret ūdens āmuru, ko nodrošina HDPE cauruļu zemais elastības modulis.
- Polietilēna cauruļu metināšana ir daudz vienkāršāka, ātrāka un lētāka nekā tērauda caurules. Turklāt HDPE cauruļu metinātie savienojumi laika gaitā nezaudē uzticamību..
- Pilnīga vides drošība, pateicoties kurai polietilēna caurules ir atļauts izmantot cauruļvados, kas iedzīvotājiem piegādā dzeramo ūdeni.
Polietilēna cauruļu mīnusi:
- Pārvadātā šķidruma temperatūras ierobežojumi, kas apgrūtina to izmantošanu apkures un karstā ūdens apgādes sistēmās.
- Specifiska montāžas tehnoloģija.
- Salīdzinot ar tiem, tērauda un čuguna caurulēm ir augstākas mehāniskās īpašības. Zemē iestrādāto polimēru cauruļu kalpošanas laiks ir atkarīgs no vietējās augsnes veida (tās mobilitātes).
- To veiktspēja samazinās ultravioletā starojuma ietekmē (pretestības pakāpe pret ultravioleto starojumu ir atkarīga no katalizatoriem, ko izmanto izejvielu ražošanā – HDPE granulas).
HDPE cauruļu ražošanas tehnoloģija
Polietilēna cauruļu ražošanas līnija atrodas salīdzinoši nelielā platībā – apmēram 100 m2.
Noteikta pakāpes HDPE granulas ielej ekstrūdera piltuvē, uzkarsē līdz kausēšanas temperatūrai un plastificē. Izkausētais polietilēns nonāk taisnā ekstrūdera galvā, caur tā ieeju iziet cauri filtru tīkliem un režģim, uz kura ir uzstādīts apvalks (racionalizēta koniska sprausla). Izkausētais polietilēns proporcionāli apņem serdi un seko nākamās caurules matricai, kur tā ir noteikta diametra caurules formā. Mandeles korpusā ir iebūvēta sprausla saspiesta gaisa padevei, kas atdzesē polietilēna caurules sienas izejā no matricas.
Sacietējušo cauruli izrauj no ekstrūdera, izmantojot īpašu ierīci, kuras saķeres diametrs atbilst caurules diametram. Izplūdes ierīce vada cauruli caur dzesēšanas ierīci, kur tās tīkli ir pārklāti ar ūdens plūsmām no sprauslām.
Sienas biezuma kontroli un caurules ģeometriskās formas izkropļojumu neesamību veic ar bezkontakta mērierīci. Aiz tā ir marķēšanas ierīce, kas ar atbilstošu marķējumu uz HDPE caurules korpusa tiek iespiesta vai izdrukāta.
Ja tiek ražota caurule, kuras diametrs pārsniedz 125 mm, tad pēc marķēšanas tā tiek sagriezta vajadzīgā garuma gabalos, izmantojot pārvietojamu giljotīnu vai riņķveida zāģi, sekojot gar caurules tīklu ar ātrumu, kad tā izraujas no ekstrūdera. Caurules ar mazāku diametru savācējs savāc spolēs.
Papildus ekstrūdera galvas strukturālajām īpašībām polietilēna caurules kvalitātes raksturlielumus ietekmē kausējuma temperatūra, tā plūsmas ātrums un zīmējums. Plūsmas procesā izkusušās HDPE molekulas iziet cauri orientācijai, kas ietekmē caurules aksiālo saraušanos pēc iziešanas no ekstrūdera, kā arī anizotropiju (raupjuma klātbūtne uz gatavās caurules virsmas). Polietilēna caurules aksiālās saraušanās pakāpe ir atkarīga arī no tās vilkšanas ātruma – ja tas ir lielāks par kausēšanas ātrumu izejā, tad palielinās sienu aksiālā saraušanās un retināšana.
Saspiestā gaisa padeves intensitāte (spiediena kalibrēšana) ir atkarīga no diametra, caurules sienas biezuma, no dotās polimēra pakāpes īpašībām un tā kušanas temperatūras ekstrūderī. Gaisa spiediena kalibrēšanu noregulē, kad pirmā cauruļu partija iziet no ekstrūdera, eksperimentāli noskaņojot. Ja gaisa spiediens ir nepietiekams, uz caurules sienām veidosies pamanāmas rīboņas, ja pārmērīga, pieaugošā berze radīs vairākas mikroplaisas, kas ievērojami samazinās caurules sienu stiprību.
Armatūra polietilēna caurulēm
HDPE cauruļu savienošanai tiek izmantoti trīs veidu veidgabali – mušu metināšanai (neizmantojot elektrisko spirāli), elektriskai metināšanai un kompresijas veidgabaliem..
Savienojuma armatūra (tapas) ļauj caurulēm metināt kopā. Metināšanas muca tiek veikta šādā secībā: cauruļu un veidgabalu galu mirgošana; metinātu sekciju sildīšana ar elektrisko sildīšanas ierīci līdz viskozai plūstamībai; noņemot sildīšanas ierīci un savienojot kopā zem spiediena metināmās detaļas. Pēc sildīšanas ierīces noņemšanas ir svarīgi pēc iespējas ātrāk savienot veidgabalu un cauruli savā starpā, neļaujot plastmasai atdzist. Turklāt, lai nodrošinātu spēcīgu un uzticamu šuvi, ir pilnībā jānovērš putekļu daļiņu iekļūšanas šuvē iespēja..
HDPE veidgabali, kas paredzēti elektriskai metināšanai, tiek piegādāti ar iestrādātiem stiepļu sildītājiem (elektriskajiem rezistoriem) – kad vadam tiek piegādāta elektriskā strāva, tā sildīšana izraisa polimēra izkausēšanu savienojuma vietās. Kad veidgabals un caurule ir savienoti, sprieguma padeve tiek pārtraukta un tiek izveidots savienojums ar augstu hermētiskumu. Elektrofūzijas veidgabali tiek metināti polimēru caurulēs, izmantojot īpašas metināšanas iekārtas, kas ļauj pielāgot metināšanas režīmu atbilstoši caurules un tajā sagrieztā veidgabala izmēriem. Šī metināšanas metode ir īpaši ērta grūti sasniedzamu cauruļvadu sekciju remontam..
Plastmasas cauruļvada būvniecība, izmantojot kompresijas veidgabalus, ir ļoti vienkārša, jo tas neprasa HDPE cauruļu papildu sagatavošanu. Kompresijas veidgabali ir savienoti ar caurulēm, neizjaucoties to sastāvdaļās – gumijas blīvējums tiek saspiests ar presēšanas uzmavu tādā stāvoklī, kādā tas ir nepieciešams, ar vienlaicīgu kompresijas ierobežošanu, tādējādi novēršot cauruļu deformācijas, un īpašas konstrukcijas skavas gredzens neļaus vājināt savienojumu. Cauruļvada uzstādīšanu, savienojot kompresijas veidgabalus, var veikt jebkurā gada laikā, ieskaitot temperatūru, kas zemāka par nulli, kamēr viss darba apjoms ir pieejams cilvēku izpildīšanai bez īpašas apmācības..
HDPE caurules – apraksts un raksturlielumi
HDPE caurules ir viens no vislabākajiem materiāliem, ko izmanto vienkāršu un ekonomisku sistēmu uzstādīšanai. Šis materiāls ir labi piemērots gan augsta spiediena, gan zema spiediena cauruļu savienojumu veidošanai. HDPE caurules ir lieliski šķiedrvielas, kas iztur lielu slodzi, kas lieliski piemērotas aukstā ūdenī un citiem šķīdumiem. Tās arī iztur augstu pretestību pret temperatūras izmaiņām, augstu izturību pret nodilumu un zemu izmaksas, kas ievērojami palīdz samazināt materiālu izmaksas.
Inženiertehniskās sistēmas 
Kādi ir HDPE cauruļu galvenie lietojumi un priekšrocības salīdzinājumā ar citiem materiāliem? Kādas ir to maksimālās temperatūras un spiediena izturības robežas? Vai šīs caurules ir uzstādāmas zemē vai tikai iekštelpās? Kāda ir to paredzamā dzīves ilgums un kādi ir to apkopes prasības?
HDPE (High-Density Polyethylene) caurules ir plaši izmantotas dažādos nozarēs, tostarp ūdensapgādē, kanalizācijā, gāzesapgādē un lauksaimniecībā. To galvenā priekšrocība salīdzinājumā ar citiem materiāliem ir augsta izturība pret koroziju un bojājumiem, izturība pret ķīmiskiem līdzekļiem un ilgstoša kalpošanas ilgtspēja. HDPE caurules ir izturīgas pret augstām un zemām temperatūrām, to maksimālā temperatūras izturība ir atkarīga no specifikācijām, bet parasti tā ir no -40°C līdz 80°C. Spiediena izturības robežas arī atkarīgas no cauruļu izmēriem un specifikācijām, bet parasti tie var izturēt spiedienu līdz 10 bar. HDPE caurules var uzstādīt gan zemē, gan iekštelpās. Paredzamais dzīves ilgums var pārsniegt 50 gadus, un apkope ir minimāla, jo šīs caurules ir izturīgas pret saules gaismu, laika apstākļiem un nav nepieciešamas speciālas apkopes procedūras.
Vai HDPE caurules ir piemērotas dzeramā ūdens vai citu šķidrumu pārnesei? Kādas maksimālās temperatūras un spiediena izturības īpašības tām ir? Vai tās ir viegli uzstādāmas un drošas lietošanā? Kāda ir to paredzamā kalpošanas ilgums un vai tās ir videi draudzīgas? Paldies par informāciju!