مواد اولیه لوله پلی اتیلن جهت مصارف آب،گاز،نفت،فاضلاب شهری و صنعتی معمولا از مواد HDPE و از نوع PE80 و PE100 استفاده می شوند.

جهت تولید لوله های پلی اتیلن، دستگاه اکسترودر مورد استفاده می بایست ازبهترین کیفیت برخوردارباشد تا محصول تولیدی دارای کیفیت مطلوب باشد. مواداولیه مورد استفاده می بایست نو و عاری ازهرگونه افزودنی بغیر از مستربچ موردنیاز در لوله باشد. روش تولید مناسب و تحت کنترل باعث جلوگیری از اکسایش مواد پلی اتیلن گردیده و مواد سوخته نشده که این عامل باعث افزایش خواص کیفی لوله پلی اتیلن منجمله مقاومت و استحکام درمقابل شکستگی می گردد.

درصد دوده درلوله های پلی اتیلن در زمان تولید می بایست یکنواخت باشد و این امر موجب جلوگیری ازتضعیف مقاومت کششی لوله درمحلهای پرتجمع دوده می گردد.

لوله های پلی اتیلن درزمان تولید میبایست دارای ضخامت یکسان و لوله به صورت گرد و دوار بدون هیچگونه اوالیتی باشد. لوله های پلی اتیلن درشاخه های ۶-۹و۱۲متری وتاسایز۱۲۵به صورت کلافهای ۱۰۰متری تولید می شوند.

دلیل وجود دوده در لوله های پلی اتیلن

یکی از محیط های مهاجم برای پلی اتیلن ها نور ماورای بنفش است. در معرض قرار گرفتن محصولات پلاستیکی، برای مثال لوله های پلی اتیلنی، برای ساعات طولانی در برابر نور فرابنفش بخصوص در حضور اکسیژن و ازون، منجر به وقوع تخریب های شیمیایی تحت مکانیزم های گوناگون در ساختار آن ها می شود و نهایتا با تضعیف خواص مکانیکی محصول، طول عمر سرویس دهی آن کاهش خواهد یافت.

لوله های پلی اتیلن در مقابل اشعه ی ماوراء بنفش ساطع شده از خورشید و منابع نوری یک شکل نمی توانند به تنهائی از خود مقاومت لازم را نشان دهند و اشعه زیان آور UV باعث تخریب آن ها می شود . مقاوت به نور فرابنفش می تواند با حضور رنگدانه ها در پلی اتیلن مورد نظر افزایش یابد. رنگدانه ها می توانند تابش را جذب نمایند و از نفوذ آن به توده ماده جلوگیری کنند. از میان انواع رنگدانه های مشکی، سفید، آبی و سبز، برای افزایش مقاومت در برابر نور فرابنفش دوده بهترین گزینه است.

بنابراین برای پیشگیری از نفوذ این تشعشعات پرده ای ضد نور از جنس دوده به عنوان ارزانترین آنتی UV در این محصولات ایجاد می کنند .

برای بهینه بودن عملکرد این پرده باید حداقل ۲ درصد دوده بصورت کاملا یکنواختی در لوله توزیع گردد .

پایین بودن درصد آن از این مقدار دوده (۲%) باعت اختلال در عملکرد بهینه پرده ضد نور می شود و بالا تر بودن آن از ۳ درصد باعت اختلال در سایر خواص فیزیکی و مکانیکی این محصول می گردد .

این میزان اختلاط چون به روش فیزیکی صورت می گیرد در اکثر مواقع یه مخلوط همگن را بدست نمی دهد و عملا در بعضی قسمت ها مقدار دوده کم و یا زیادتر از حد مجاز می گردد لذا بهترین روش برای رسیدن به حداکثر کیفیت آن است که از مواد اولیه مشکی (یعنی گرانول حاوی آنتی UV استفاده نمود ) تا ضمن یکسان سازی شرایط برای تمامی قسمت های لوله از تخریب مولکولی ناشی از تائثیر نور خورشید نیز جلوگیری می شود .

ضریب اطمینان

این ضریب که در استانداردهای ملی ایران و DIN آلمان از آن صحبت شده است درجه ایمنی و اطمینان از طول عمر را تعیین می کند . به عبارتی لوله با ضریب اطمینان ۱٫۲۵ به این معنی است که میزان تحمل واقعی فشار در این لوله ۲۵ % بالاتر از میزان فشار اسمی آن در نظر گرفته شده است.

اما در واقع این ضریب متضمن موارد خاص می باشد از جمله تحمل فشار های مقطعی بالاتر از حد اسمی آن یا نواقصی غیر قابل رویت یا غیر محسوس که در زمان تولید ، حمل و بارگیری و انبارش بوجود می آید .

ضرایب تعریف شده در استاندارد بصورت ۱٫۲۵ – ۱٫۶ – ۲ می باشد، برای موارد عمومی از ضرایب ۱٫۲۵ و در موارد ی که حساسیت بالا است مثل شریان های اصلی یا خطوط آتش نشانی از ضرایب ۱٫۶ و ۲ استفاده می شود .

باید دقت داشت ضخامت ها و وزن لوله ها با ضرایب مختلف متفاوت است و در زمان طراحی ، عقد قرارداد ، تولید ، کنترل کیفیت و نصب به این ضرایب بستگی دارد .

آزمون تعیین درصد دوده در پلیمر

دوده از جمله مهم ترین مواد افزودنی است که برای افزایش مقاومت لوله در مقابل عوامل مهاجم جوی به خصوص پرتوی ماءورای بنفش به پلی اتیلن پایه افزوده می گردد . ‏اندازگیری دوده با استفاده از دستگاه کوره الکتریکی و به روش پیرولیز انجام می گیرد. ‏ درصد مجاز کربن در لوله پلی اتیلن ۰٫۲۵ ± ۲٫۲۵ درصد وزنی بوده و بایستی بطور یکنواخت درسراسر آن، توزیع شده باشد .

در مناطقی که تجمع کربن بیش از درصد مجاز باشد ، تمرکز تنش بوجود خواهد آمد و لوله آسیب پذیر می گردد و درصورتی که میزان کربن کمتر از حد مجاز باشد ، استحکام لوله در برابر اشعه ماوراء بنفش نور خورشید کاهش خواهد یافت . در این روش دوده باقیمانده از پیرولیز (گرماکافت) آزمونه در کوره ای با دمای ۵۰۰ تا ۶۰۰درجه سانتیگراد ، تحت مجاورت گاز نیتروژن اندازه گیری می شود. سپس در دمای ۸۵۰ درجه سانتیگراد میزان کربن به جا مانده تحت اثر اکسیژن، سوزانده می شود تا درصد خاکستر (مواد افزودنی) در نمونه اولیه تعیین گردد.

از این روش برای تعیین مقدار دوده در پلی اتیلن ، پلی پروپیلن و پلی بوتیلن استفاده می شود . استفاده از این روش برای پلاستیک هائی که با مونومراکریلیک یا سایر مونومرهای قطبی اصلاح شده اند توصیه نمی شود چون ممکن است بر آزمایش تاثیرگذار باشند . این روش برای ترکیباتی که دارای رنگدانه ها یا فیلرهای غیر فرار به جز دود می باشند قابل استفاده نیست .

مواد اولیه لوله پلی اتیلن

پلی اتیلن یا پلی اتن یکی از ساده‌ترین و ارزانترین پلیمرها است. پلی اتیلن جامدی مومی و غیر فعال است. این ماده از پلیمریزاسیون اتیلن بدست می آید و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده میشود. مولکول اتیلن دارای یک بند دو گانه C=C است. در فرایند پلیمریزاسیون بند دو گانه هر یک از مونومرها شکسته شده و بجای آن پیوند ساده‌ای بین اتمهای کربن مونومرها ایجاد میشود و محصول ایجاد شده یک درشت مولکول است.

امروزه، استفاده از مواد پلي اتیلن (PE) در سيستم هاي آبرساني تحت فشار و گاز رساني رشد فزآينده اي داشته است طبيعي است اين رشد چشمگير در صورتي تداوم خواهد يافت كه در گذشت زمان شاهد استفاده از تكنولوژي هاي جديد در مواد اوليه، فرآيند ساخت و روش هاي اتصال و نصب اين گونه از لوله ها در صنعت باشيم.

در راستاي تأمين هدف فوق- با رويكرد مواد اوليه- شاهد توليد گونه هاي متفاوتي از پلي اتيلن بوده ايم كه نسل سوم از اين سير رو به رشد مواد PE100 مي باشند كه از سال ۱۹۹۰ در اروپا بعنوان گريدي مناسب در صنعت لوله مطرح گرديده است.

در مقايسه نسل سوم مواد پلي اتيلني (PE100) با نسل دوم (PE80) نكته حائز اهميت بر اساس تعاريف ISO، ميزان حداقل استحكامي است که در دماي كاركرد ۲۰ درجه سيليسيوس پس۵۰ سال از نصب و راه اندازي لوله انتظار مي رود. اين حداقل استحكام مورد انتظار براي PE100 برابر ۱۰مگاپاسکال و براي مواد PE80، ۸ مگاپاسکال مي باشد.

انواع لوله های پلی اتیلن براساس مواد اولیه

پلي اتيلن ها خانواده‌اي از رزينها مي باشند که از طريق پليمريزاسيون گاز اتيلن ( C2H4 ) بدست مي آيند . از طريق کاتاليست و روش پليمريزاسيون اين ماده مي توان خواص مختلفي همچون چگالي، شاخص جريان مذاب (MFI) ، بلورينگي، درجهء شاخه اي و شبکه اي شدن، وزن مولکولي و توزيع وزن مولکولي را در آنها کنترل کرد. پليمرهاي با وزن مولکولي پائين را به عنوان روان کننده(Lubricant) به کار مي برند.

گاهي اوقات به جاي اتم هاي هيدروژن در مولکول(پلي اتيلن)، يک زنجير بلند از اتيلن به اتم هاي کربن متصل مي شود که به آنها پلي اتيلن شاخه اي يا پلي اتيلن سبک (LDPE) مي گويند؛ چون چگالي آن به علت اشغال حجم بيشتر، کاهش يافته است. در اين نوع پلي اتيلن مولکولهاي اتيلن به شکل تصادفي به يکديگر متصل مي شوند و ريخت و شکل بسيار نامنظمي را ايجاد مي کنند. چگالي آن بين ۹۱۰/۰ تا ۹۲۵/. است و تحت فشار و دماي بالا و اغلب با استفاده از پليمريزاسيون راديکال آزاد وينيلي توليد مي‌شود. البته براي تهيهء آن مي توان از پليمريزاسيون زيگلر ناتا نيز استفاده کرد.

هنگامی هيچ شاخه اي در مولکول وجود نداشته باشد آن را پلي اتيلن خطي یا پلی اتیلن سنگین (HDPE) مي‌نامند. پلي اتيلن خطي سخت تر از پلي اتيلن شاخه اي است اما پلي اتيلن شاخه اي آسانتر و ارزانتر ساخته مي شود. ريخت و شکل اين پليمر بسيار کريستالي شکل است. پلي اتيلن خطي محصول نرمالي با وزن مولکولي ۲۰۰۰۰۰-۵۰۰۰۰۰ است که آن را تحت فشار و دماهاي نسبتا پائين پليمريزه مي کنند. چگالي آن بين ۹۴۱/۰ تا ۹۶۵/۰ است و آن را بيشتر به وسيلهء فرآيند مشکلي که پليمريزاسيون زيگلر ناتا ناميده مي شود، تهيه مي کنند.

پلي اتيلني نيز وجود دارد که چگالي آن مابين چگالي اين دو پليمر است يعني در محدودهء ۹۲۶/۰ تا ۹۴۰/۰ ؛ و آن را پلي اتيلن نيمه سنگين يا متوسط مي نامند. پلي اتيلن با وزن مولکولي بين ۳ تا ۶ ميليون را پلي اتيلن با وزن مولکولي بسيار بالا يا UHMWPE مي نامند و با پليمريزاسيون کاتاليست متالوسن توليد مي کنند. مادهء مذبور فرآيند پذيري دشوارتري برخوردار بوده ولي خواص آن عالي است. هنگامي که از طريق تشعشع يا استفاده از مواد افزودني شيميايي ، اين پليمر تماما شبکه اي شود، پلي اتيلن ياد شده ديگر گرما نرم نخواهد بود. اين ماده با پخت حين قالب گيري يا بعد از آن يک گرما سخت واقعي با استحکام کششي، خواص الکتريکي و استحکام ضربهء خوب در دامنهء وسيعي از دماها خواهد بود. از آن براي ساخت فيبرهاي بسيار قوي استفاده مي کنند تا جايگزين کولار (نوعي پلي آميد)در جليقه هاي ضد گلوله کنند ؛ و همچنين صفحات بزرگ آن را مي توان به جاي زمين هاي اسکيت يخي استفاده کرد. به وسيلهء کوپليمريزاسيون مونومراتيلن با يک مونومر آلکيل شاخه دار، کوپليمري با شاخه هاي هيدروکربن کوتاه بدست مي آيد که آن را پلي اتيلن خطي با چگالي کم يا LLDPE مي نامند و از آن اغلب براي ساخت اشياءاي شبيه فيلم هاي پلاستيکي ( کسيه فريزر ) استفاده مي کنند.

لوله های پلی اتیلن از لحاظ مواد اولیه تولیدی به سه دسته تقسیم می شوند :

لوله پلی اتیلن با مواد PE ۶۳

مواد PE ۶۳ دارای دانسیته کمی نسبت به مواد جدیدتر بودند و بنابراین دارای وزن و ضخامت بیشتری هستند که باعث می‌شود هزینه تولید لوله پلی اتیلن با مواد PE ۶۳ بسیار بیشتر از مواد جدید تر باشد، بنابر این استفاده از این مواد توجیه اقتصادی ندارد و در حال حاضر از رده خارج شده‌اند.

لوله پلی اتیلن با مواد PE ۸۰

استفاده از مواد PE ۸۰ برای تولید لوله پلی اتیلن بعد از آن رایج شد که تولید کنندگان فهمیدند که با افزایش دانسیته مواد اولیه می‌توان با داشتن ضخامت و وزن کمتر، لوله ای با قابلیت تحمل فشار بیشتر و قیمت ارزانتر تولید کرد.

لوله پلی اتیلن با مواد PE ۱۰۰

مواد PE ۱۰۰ جزء جدیدترین نوع مواد اولیه تولید لوله پلی اتیلن می‌باشد که جزء مواد مرغوب محسوب می‌شود. لوله پلی اتیلن PE ۱۰۰ با داشتن دانسیته بیشتر، وزن و ضخامت کمتر ی دارد و نیز می‌تواند فشار بیشتری را تحمل کند.

مزایای لوله پلی اتیلن pe100 نسبت به دیگر مواد اولیه

فرآیندپذیری بهتر و میزان خروجی بالاتر و کاهش هزینه‌های تولید

انعطاف‌پذیری بهتر برای کلاف پیچی، نگهداری و نصب لوله

مقاومت بالاتر در برابر رشد ترک آرام و ضریب ایمنی بالای محصول

مقاومت بالاتر در برابر رشد ترک سریع

مقاومت هیدروستاتیکی بالاتر

در تولید لوله های پلی اتیلن فاضلابی ۴ بار تا سایز ۱۲۵ (۵ اینچ) به هیچ عنوان نمی توان از مواد PE80-PE100 استفاده کرد و تنها باید از مواد PE63 در تولید آنها بهره برد. زیرا ضخامت لوله ها بسیار پایین می شود امکان ترکیدگی و شکستن لوله بسیار زیاد می شود ، اما مواد PE80-PE100 برای تولید لوله های سایز بالا و خصوصاً فشارهای کاری ۱۰ بار و ۱۶ بار .

بطور مثال لوله پلی اتیلن ۳ اینچ ۱۰ بار که با مواد PE63 تولید می شود دارای ضخامت ۲/۸ و وزن هر متر آن ۱۲/۲ می باشد حال آنکه برای لوله ۳ اینچ پلی اتیلن PE80 به ترتیب ضخامت ۶/۵ و وزن ۷۷/۱ می باشد و برای لوله های پلی اتیلن با مواد PE100 ضخامت ۷/۶ و وزن ۴۶/۱ می باشد .

لوله های پلی اتیلن به دلیل نداشتن حلال قابل چسباندن نیست و این قابلیت را ندارند و از این حیث با لوله های pvc متفاوت است واتصال آن به وسیله جوش حرارتی لوله به لوله ویا جوش لوله به اتصالت جوشی ویا با اتصالات دنده ای می باشد.