لوگوی شرکت پلیمر گلپایگان

پلیمرگلپایگان

تولید کننده لوله و اتصالات PVC-u

آشنایی و مقایسه انواع لوله های ترموپلاستیکی

1398/3/9
تهیه کننده : واحد تحقیق و توسعه شرکت پلیمر گلپایگان
آشنایی و مقایسه انواع لوله های ترموپلاستیکی

پلیمرها به طور کلی به سه گروه اصلی گرمانرم ها(ترموپلاستیک)، گرما سخت ها (ترموست) و الاستومرها دسته بندی می‌شوند. ترموپلاستیک ها با افزایش دما نرم شده و با خنک شدن به سختی اولیه شان بر میگردند و بیشتر قابل ذوب هستند.  این مواد توسط کاتالیزورها یا گرم شدن تحت فشار به یک شکل دائمی تبدیل می شوند. 

معرفی لوله های PVC، PE و PP: 

همانطور که در شکل مشاهده می شود، اکثر مواد بکارگرفته شده جهت تولید لوله ها ترموپلاستیک ها هستند  که شناخته شده ترین آنها PE ، PP و PVC-U نیز در این گروه  قرار داده شده اند و با توجه به گسترده شدن تولید و پخش لوله های پلاستیکی مختلف، در انتخاب و خریداری مناسبترین نوع لوله متناسب با کاربرد هرکدام نیاز به شناخت کامل از آن لوله ها واجب بوده که در ذیل کاربرد هرکدام و مزایا و معایب آنها توضیح داده خواهد شد.

یکی از دلایل گرایش بسمت استفاده از لوله های پلاستیکی، معایب یافت شده در لوله های فلزی اعم از وزن بسیار سنگین و حمل و نقل دشوار، زنگ زدگی، خوردگی به مرور زمان و رسوب گیری آنها بوده که این عامل باعث بکارگیری لوله های PVC برای اولین بار در سال 1940 میلادی و بعد از آن PE در سال 1948 و PP در سال 1958 گردید. هر چند لوله های پلاستیکی نیز هر کدام به نوبه ی خود دارای معایب و مشکلات خاصی هستند اما این معایب در صورتیکه هر لوله در زمینه ی کاربرد خود استفاده گردد و با توجه به پیشرفت علوم مختلف بتوان بهترین فرایند تولید را برای آن ها در نظر گرفت، به حداقل رسیـده و کارایی هر کدام افزایش می یابد.

مقایسه لوله PVC-U با سایر لوله ها:

۱ - سفتی حلقوی ( SN ) 

PVC با توجه به داشتن ضخامت کمتری نسبت به سایر لوله ها ، حساسیت كمتری نیز در برابر سرعت تغییر شكل از خود نشان می دهد. به همین دلیل سفتی حلقوی لوله‌های PVC-U در مقایسه با دیگر لوله‌های پلاستیکی نظیر پلی‌اتیلن و پلی پروپیلن بالاتر می باشد. 

۲ - استحکام کششی بلند مدت 

استحکام کششی بلند مدت ، نیروی مورد نیاز برای شکست نمونه تقسیم بر سطح مقطع در نقطه ی شکست میباشد .لوله‌های PVC-U استحکام کششی بلند مدت بالایی داشته و حداقل استحکام مورد نیاز (MRS) که در طراحی لوله‌های تحت فشار به کار می‌رود، برای لوله‌های PVC-U در حدود دو برابر بیشتر از مقادیر متناظر دیگر لوله‌ها نظیر پلی‌اتیلن و پلي پروپيلن است. بنابراین برای تحمل فشار یکسان لوله‌های PE و PP  باید ضخامت بیشتری نسبت به لوله های PVC-Uداشته باشند .

 به همین دلیل و نیز بالا بودن سفتی حلقوی، ضخامت لوله‌های PVC-U نسبت به سایر لوله ها کمتر بوده و علی رغم اینکه دانسیته‌ی بالاتری دارند اما در نهایت وزن کمتری داشته، که این مسئله مزیت بسیار مهمی محسوب می‌شود.

۳ - مدول الاستیسیته 

مدول الاستیسیته یا همان مدول یانگ برابر است با نسبت تنش جسم در حالتی که جسم در ناحیه الاستیک قرار گرفته باشد.
مدول الاستیسیته PVC-U یکی از مزایای مهم آن برای کاربردهای فنی بوده، به خصوص در شرایطی که حرکت یا لرزش خاک محتمل  باشد (زمین‌لرزه و ...). بالا بودن این کمیت باعث به حداقل رسیدن دو پهنی شده و با توجه به این که ضخامت لوله‌های فاضلابی بر اساس مقدار مدول الاستیسیته‌ی رزین مصرفی در ساخت لوله تعیین می‌گردد، بالا بودن مدول PVC-U باعث کاهش ضخامت  لوله و افزایش سطح مقطع عبور جریان داخل لوله (دبی) و انتقال حجم بیشتری از سیال، می‌شود.  این ویژگی باعث مزیت یافتن استفاده از لوله های پی وی سی در  مقایسه با سایر لوله های پلیمری برای کاربردهای مدفون در خاک شده است. 

استحکام کششی و مدول کششی الاستیسیته مواد، ابزاری در تعیین قابلیت های فشار طولانی مدت لوله های ترموپلاستیک می باشد.

۴ - استحکام خمشی :

استحکام مواد پلاستیکی در هنگام خم شدن که بوسیله تنش کششی خارجی ترین بافت نمونه خم شده در لحظه شکست نمایان میشود. 

استحکام خمشی و مدول خمشی مواد ، سفتی (stiffness) لوله را مشخص می کند که بر مقاومت لوله های مدفون در خاک در برابر فشارهای ناشی از زمین تاثیر می گذارد .

۵ - استحکام ضربه آیزود :

مقاومت یک نمونه ی notched شده در برابر ضربه چکشی یک پاندول است که عدد کمتر حاکی از استحکام ضربه ای کمتری میباشد. 

۶ - ضریب انبساط حرارتی :

ضریب انبساط حرارتی عبارتست از تغییر جزئی در طول نمونه بعلت یک واحد تغییر در دما.   لوله هاي PVC-U نسبت به سایر لوله ها، افزايش طول كمتري، اعم از بخش چسبی و پوش فیت در اثر انبساط طولي دارند، ولي همين افزايش طول ناچيز در ساختمان هاي بلند میتواند باعث ايجاد شكست در اتصال هاي رايزر گردد اما این نقص در این لوله ها را میتوان با یک کوپلینگ انبساطی برطرف نمود طوریکه در اثر افزایش طول لوله، بعلت اینکه لوله در قسمت سوکت جای حرکت دارد تنش اضافی بر لوله اعمال نشده و اتصالات دچار شکست نمی شوند. 

در نتیجه میتوان گفت انبساط و انقباض لوله‌های PVC در سرما و گرما نصف لوله‌های PE است و چون لوله‌های PE در نصب به روش جوشی بهم وصل می‌شوند جای حرکت ندارند و ازدیاد یا کاهش طول لوله باعث اعمال تنش‌های اضافی و شکست لوله می شود .

مقاوم در برابر مواد شیمیایی:

مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و خوردگی از مزیت های PVC-U می باشد. مقاومت پایین فلزات در برابر کلر باعث خورده شدن آنها و در پلیمرهایی مانند PP باعث خشک شدن و شکننده تر شدن میشود که این امر باعث کوتاهتر شدن عمر این سیستم ها و تجهیزات آنها میشود. 

PVC در برابر بسیاری از الکل‌ها، روغن‌ها و مواد نفتی غیرآروماتیک مقاوم است. این ماده همچنین در برابر اکثر خورنده‌ها نظیر اسیدهای غیرآلی، بازها و نمک‌ها مقاوم است. برای مصارف معمول آبرسانی، لوله‌های PVC-U کاملاً در برابر مواد شیمیایی موجود در خاک و آب مقاوم هستند. مسئله‌ی مقاومت شیمیایی تنها هنگامی مطرح می‌شود که محیط‌های غیرعادی وجود داشته باشد و یا از لوله برای انتقال مواد شیمیایی استفاده شود.

۷ - مقاومت گرمایی :

حداکثر دمای مجاز در یک سیستم لوله کشی با فشار کاری 20 psi یا کمتر (F◦) برای لوله های مختلف بشرح جدول مقابل می باشد. که برای لوله های PVC برابر با 60 درجه سلسیوس و برای پلی پروپیلن حدود 78 درجه میباشد و برای پلی اتیلن برابر با 71 درجه سلسیوس می باشد. 

با توجه به اینکه مقاومت گرمایی لوله های PVC کمتر از سایر لوله ها میباشد ولی این نکته بایستی در نظر گرفته شود که جهت مصارف فاضلابی ساختمان مقاومت گرمایی بسیار بالا احتیاج نبوده و لوله های PP با مقاومت گرمایی بالاتر، بیشتر جهت انتقال آب آشامیدنی درون ساختمان و سایر مکان هایی که مقاومت گرمایی بالا ضروری است استفاده میگردد.   

۸ - دمای احتراق :

پائین ترین درجه حرارت از یک ماده که در آن گاز قابل احتراق کافی تکامل یافته ، توسط یک شعله کوچک خارجی مشتعل شود. PVC به دلیل دارا بودن بیش از 50% کلر، ذاتا پلاستیکی مقاوم در برابر آتش بوده و به عنوان یک استثنا در پلاستیک ها شناخته شده است. 

درجه حرارت اشتعال PVC بالای 445 درجه سانتیگراد است . 

۹ - شاخص اکسیژن محدودکننده :

در زمان سوختن محصولات PVC ،گاز آزاد شده کلرید هیدروژن در نتیجه تجزیه حرارتی مانع از پیشرفت سوختن می شود. درصد مورد نیاز اکسیژن در فضا برای ایجاد احتراق برای انواع لوله های در جدول آورده شده است.که اعداد حاکی از 5/2 برابر بودن مقاومت PVC نسبت به PP و PE در برابر سوختن میباشد. 

این شاخص تعیین کننده این است که کدام مواد راحت تر از مواد دیگر می سوزد . عدد بزرگتر نشانه مقاومت بالاتر در برابر سوختن میباشد . 

۱۰ - اتصال آب‌بند به دو صورت چسبی و پوش فیت 

یک مزیت مهم برای هر لوله،‌ آب‌بندی اتصالات آن است. لوله‌های PVC-U به دلیل سیستم‌ اتصال آب‌بند اورینگی (Push-fit) توانسته است از طریق همین مزیت بسیاری از محصولات سنتی را کنار بزند. در کاربردهای مدفون در خاک که احتمال دو پهنی لوله های پلیمری وجود دارد، می توان از اتصالات چسبی برای لوله های پی وی سی استفاده نمود و از عدم نشتی در محل اتصال مطمئن بود. در کاربردهایی که انبساط طولی زیاد است یا احتمال حرکت زمین وجود دارد می توان از اتصالات اورینگی استفاده کرد که حرکت جزیی لوله ها را نسبت به هم ممکن می سازند. این در حالیست که اتصالات PP تنها بصورت پوش فیت بوده و در قسمت های افقی مدفون در خاک احتمال دو پهنی و نشتی وجود دارد. 

۱۱ - کیفیت آب 

استفاده از فرمولاسیون مناسب جهت تولید لوله‌های PVC-U موجب می‌شود تا مطابق استانداردها بتوان از این لوله‌ها جهت انتقال آب آشامیدنی استفاده نمود و اطمینان حاصل کرد که مقادیر سرب، قلع و سایر عناصر سمی نظیر جیوه، کرم، کادمیم و باریم زیر حدود مجاز استاندارد می‌باشند. به همین علت استفاده از لوله های پی وی سی برای انتقال آب شرب و مواردی که رعایت مسایل بهداشتی در اولویت است توصیه می شود. 

مقدار اجزای آلی فرار از لوله های HDPE، TON≥۴ در حالیکه تست اجزای آلی فرار  لوله‌های PVCعملاً نشان داد که اجزای آلی بسیار کمی (کمتر از حد مجاز)  از لوله های PVC وارد آب می‌شود و آب مورد تست هیچگونه بوی قابل توجهی پیدا نمی‌کند.

۱۲ - استحکام ضربه :

در شرایط عادی، لوله‌های PVC-U مقاومت نسبتاً بالایی در برابر آسیب‌های ناشی از ضربه در مقایسه باPP (پوش فيت)، PE (پلي اتيلن) و بیشتر مواد رایج در ساخت لوله دارند. با وجود کاهش مقاومت ضربه لوله‌های PVC-U در دماهای بسیار پایین، استحکام ضربه‌ی آن همچنان بالاتر از حد نیاز است. 

با توجه به مقایسات صورت گرفته در بالا طبق تصویر ذیل مشاهده میگردد بیشترین کاربرد پلاستیک ها در ساختمان سازی متعلق به PVC بوده و کاربرد PP و PE در قسمت های دیگر می باشد .

نتیجه گیری :

در نهایت میتوان اینطور نتیجه گیری نمود که لوله های PVC بدلیل مزایای همچون عدم نیاز به رنگ کردن عدم پوسیدگی و مقاومت در برابرخوردگی، رشد باکتری‌ها و نشتی و نصب به روش‌های مختلف (چسبی، جوشی، پوش فیت، رزوه ای...) و مقاومت شیمیایی بالا، نسبت استحکام به وزن بالا، استحکام کششی بلند مدت، هدایت حرارتی و الکتریکی پایین به طرز چشمگیری از سایر لوله ها متمایز هستند .این لوله‌ها در برابر نفوذ ریشه درختان و هجوم جوندگان زیرزمینی مقاوم بوده و هزینه نگهداری اندکی دارند و قابلیت اتصال به سایر لوله های پلیمری را نیز دارا هستند.

نگاهی به آمار مصرف این لوله‌ها در دنیا نیز روشنگر این مطلب است. اگرچه در این سالها در اروپا با جایگزینی این لوله ها توسط سایر لوله‌های پلاستیکی، بویژه پلی اتیلن و پلی پروپیلن مواجه بوده ایم که دلایل آن هم تولید لوله‌های PVC ضعیف و افزایش آمار خرابی های لوله، وجود چند تولیدکننده پیشرو PE و PP در اروپا، بازاریابی مستقیم تأمین کنند گان PE و PP ، و در ایران نیز به دلایل گوناگون از جمله در دست اجرا بودن تعداد زیادی از طرحهای تولید PEبه علت استخراج بالای منابع گازی و عدم توجه به تکنولوژی‌های جدید تولید و مصرف، ضعف اطلاع رسانی و کار فرهنگی در شناساندن لوله PVC به عنوان شایسته‌ترین محصول در مصارف تعریف شده، لوله‌هایPVC   در بخش‌های مختلف و بویژه در بخش آبرسانی و آبیاری رشد مصرف مورد انتظار را نداشته است، اما در سایر کشورها به خصوص امریکا و کانادا مصرف لوله هایPVC   دارای رشد چشمگیری بوده است.

آمریکا و کانادا همیشه مدعی داشتن سالم ترین لوله‌های آب آشامیدنی در سطح دنیا بوده‌اند. آنها با انجام مطالعات گسترده علمی و آماری در زمینه تعمیر و جابجایی خطوط شکسته لوله به این نتیجه رسیدند که  PVC بهترین ماده قابل مصرف خطوط لوله آب و فاضلاب است که نه تنها هیچ‌کدام از مشکلات لوله‌های سنتی را ندارد بلکه ویژگی‌های برجسته آن موجب کاهش بسیار قابل توجهی در هزینه‌های تولید و نصب لوله‌ها و انتقال آب و فاضلاب و بهتر از همه کاهش هزینه ‌های تعمیر و نگهداری لوله‌هاست.

 در آخر میتوان گفت PVC‌ بیشتر، در سیستم های فاضلاب ساختمان به عنوان لوله های عمودی و جمع آوری کننده و لوله تخلیه اصلی فاضلاب استفاده می گردند و معایب جزئی آن را میتوان با بهبود فرایند تولید و فرمولاسیون بهینه و دقت در نصب شبکه ناچیز کرد.

لوله های PP، به رنگ سفید یا سبز بدلیل خواص ویژه نیز در آبرسانی سیستم های کوچک پرکاربرد هستند. و لوله های PE  به دلیل تحمل فشار بالا بیشتر در شبکه توزیع آب شهری کاربرد دارند که حجیم بودن اتصالات و شیوه ی نصب  آن نیز در این زمینه مشکل ساز شده است.  
خلاصه ی مزایا در جدول ذیل اعلام میگردد:

 

References
(Technical Manual of SAPPMA (Southern African Plastic Pipe Manufacturers Association
SP&W Consulting Engineering Firm