تاریخچه تولید پلی اتیلن

نگاه کلی

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 می‌آید و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده می‌شود.

 تاریخچه تولید پلی اتیلن

پلی اتیلن اولین بار بطور اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی ” Hans Von Pechmanv ” سنتز شد. او در سال 1898 هنگام حرارت دادن دی 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 1933 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  1935 “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 1939 شد.

انواع پلی اتیلن:

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 یک پلیمر 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 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 50 سال کارکرد در دمای سیال20 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.

مزایای PE 100 نسبت به  PE 80 :

١ـ داشتن مقاومت بالاتر در فشارهای کاری بالا

٢ـ داشتن مقاومت بالاتر وضخامت کمتر

٣ـ صرفه جویی در هزینه با توجه به وزن کمتر در فشارهای کاری بالا

٤ـ 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.

مزایای لوله های پلی اتیلن آبرسانی

١ـ قابلیت اتصال آسان

٢ـ انعطاف پذیری بالا

٣ـ نصب آسان و کم هزینه

٤ـ عمر طولانی، دوام و کاهش هزینه ها

٥ ـ مقاومت در مقابل خوردگی و اثر مواد شیمیایی

٦ـ کاربرد آسان

٧ـ ضریب اصطکاک کم پلی اتیلن و ثابت بودن آن در طول کاربرد

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 300 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 25 بار بهترین انتخاب پلی اتیلن است.

لوله های پلی اتیلن بطور کلی دو نوع میباشند:

لوله های پلی اتیلن تک جداره

لوله های پلی اتیلن دو جداره

در رابطه با مزایا و خصوصیات لوله های پلی اتیلن تک جداره تا حدی در بالا صحبت شد و در ادامه به بحث درباره لوله های دوجداره که محصول تولیدی این شرکت میباشد میپردازیم :

لوله های پلی اتیلنی دوجداره اسپیرال برای کاربرد در شبکه های بدون فشار (ثقلی) طراحی شده اند و حداکثر فشار طراحی آنها 1.5 bar می باشد. این لوله ها با این تفکر ایجاد شده اند که در عین بالا بودن مقاومت حلقوی لوله (یکی از مهمترین پارامترهای طراحی در لوله های مدفون و تحت بار) از وزن پایینتری نسبت به لوله های تک جداره برخوردار باشند.

از آنجاییکه مقاومت حلقوی تابعی از شکل جداره لوله است ، طراحی جداره به صورت مقاطع مستطیل شکل بوده که این باعث افزایش مقاومت حلقوی می شود. به واسطه تکنولوژی خاص تولیدی شرکت آلمانی  Bauku  ، این لوله ها تا سایز 3500 میلیمتردر این شرکت با کیفیت بسیار بالا و مطابق با تمام استانداردها قابل تولید میباشد . تولید و بکارگیری لوله‌های دو جداره اسپیرال برای شبکه‌های انتقال و توزیع آب و فاضلاب ، بدون شک یکی از پیچیده ترین فرآیندها در صنعت پلی‌اتیلن است.

متأسفانه در کشورما به دلیل محدویت فرآیند منطقی جهت انتقال دانش فنی مورد نیاز برای طراحی و تولید این لوله ها ، آگاهی کمتری از ویژگی‌های این محصول وجود دارد. به همین دلیل، واحد مهندسی و فروش شرکت تدبیر نوین سازان TNS) ) با تطابق دهی ویژگی‌های فنی و مهندسی محصولات اسپیرال خود ، با مشخصات ارائه شده از طرف متقاضیان ، مشاوه ای مطمئن در خصوص انتخاب بهترین مدل جهت بهترین کارائی ارائه می دهد که کلیه عوامل مؤثر بر طراحی و استفاده از محصولات اسپیرال مدفون در خاک را بر اساس استاندارد‌های روز کارگذاری لوله‌های پلی‌اتیلن، ویژگی‌های خاک محیط، شاخص‌های رفتار مکانیکی لوله‌های پلی‌اتیلن در قطرهای بالا را در بر میگیرد .

استانداردهای لوله های دوجداره:

از جمله استانداردهای بسیار مهم میتوان به موارد ذیل اشاره نمود :

1.EN 13476   : استاندارد تولید

DIN 16961 : استاندارد تولید

DN ,EN1610 : استاندارد نصب و تست

ATV A 127 E : استاندارد مقاومت مربوط به فاضلاب و سیستم های آبی

ATV A 110    : استاندارد محاسبات هیدرولیکی

AVS 2207 , 2209 : استاندارد مربوط به جوشکاری مخصوصا جوش اکستروژن

کاربردها:

لوله های پلی اتیلنی دوجداره اسپیرال دارای کاربردهای گوناگون و متنوعی است که از آنها می توان به استفاده در خطوط انتقال فاضلاب، آبگیرها و آبریزهای درون دریا، ترمیم خطوط انتقال فاضلاب قدیمی (relining)، ساخت منهول، ساخت آبرو (پل)، ساخت مخازن نگهداری مواد شیمیایی و تانکهای سپتیک، ایجاد معابر غیر هم سطح زمین و کاربردهای خاص دیگرپرداخت که در ادامه به توضیح در مورد برخی از موارد فوق می پردازیم .

آدمرو (منهول):

آدمرو (منهول) گودالی است که تأسیسات زیر زمینی (مثل شبکه های فاضلاب، کابلهای مخابراتی و …) را به سطح زمین متصل می کند و توسط آن امکان دسترسی به این تأسیسات جهت هرگونه عملیات میسر می شود. این گودال باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا امکان حرکت یک انسان درون آن فراهم شود.

مهمترین کاربرد آدم‌روها را می‌توان ایجاد ایستگاههای دسترسی به نقاط مختلف شبکه‌های جمع‌آوری و انتقال فاضلاب دانست که امکان بازرسی خطوط، تهویه طبیعی و نیز تعمیر و نگهداری خطوط فاضلاب را فراهم می‌آورد. پراستفاده ترین نوع منهول، منهولهای پلی اتیلنی هستند که در کاربردهایی نظیر موارد زیر استفاده می شوند:

ـ انتقال فاضلاب

ـ جمع آوری و انتقال آبهای سطحی از مناطق آلوده

ـ استفاده در واحدهای شیمیایی

ـ تعمیر و بازسازی منهولهای فرسوده

ـ محافظت کننده شیرآلات

 مقایسه منهولهای مختلف:

به طور کلی بر اساس جنس، سه نوع منهول وجود دارد: آجری، بتنی و پلی اتیلنی. امروزه به دلیل داشتن خواص منحصر به فرد، در اکثر موارد از منهولهای پلی اتیلنی استفاده می شود.

مخازن پلی اتیلن:

پلی اتیلن ماده ای است که از لحاظ شیمیایی غیر فعال بوده و با مواد دیگر واکنش نمی دهد. این خصوصیت باعث می شود برای نگهداری موادی نظیر آب آشامیدنی که مسائل بهداشتی و زیست محیطی نظیر عدم تغییر بو و مزه و خصوصیات (با گذشت زمان) برای آنها بسیار مهم است.

مخازن پلی اتیلنی بهترین گزینه باشند. مخازن پلی اتیلنی به علت مقاومت مناسب در شرایط جوی مختلف و انعطاف پذیری از دوام بالایی برخوردار بوده و زمان کاربری مفید نسبتاً طولانی دارند. خصوصاً در مواردی که نیاز به مدفون نمودن تانک مورد نظر وجود دارد (نظیر تانکهای سپتیک) انعطاف پذیری پلی اتیلن مقاومت آن را در مقابل فشار ها و نیروهای اعمالی بالا می برد. به علاوه، به علت خاصیت ضد خوردگی پلی اتیلن، تانکهای سپتیک پلی اتیلنی در زمینهای مرطوب از دوام بسیار بالایی برخوردار هستند

کاربرد مخازن:

ـ مخازن نگهداری آب آشامیدنی

ـ مخازن نگهداری مواد نفتی

ـ مخازن نگهداری مواد شیمیایی

ـ مخازن جمع آوری فاضلاب خانگی (تانکهای سپتیک)

مزایای مخازن پلی اتیلنی:

ـ قیمت مناسب

ـ مقاومت بالا در مقابل خوردگی

ـ بهداشتی بودن

ـ قابلیت تولید با شفافیتهای مختلف

ـ دوام و عمر طولانی

ـ بدون نشت

ـ قابلیت تولید متنوع

ـ نصب آسان

 انباره (سپتیک)

سپتیک تانک ساده ترین نوع تصفیه خانه تک واحدی است که تصفیه مکانیکی و تصفیه زیستی با کمک باکتریهای بی هوازی همزمان در آن انجام می گیرد.فاضلاب پس از ورود به انباره و به علت کاهش سرعت جریان آن،قسمتی از مواد معلق خود را به صورت ته نشین از دست می دهدو از سوی دیگر انباره بیرون می رود.

مقایسه انواع سپتیک تانک:

سپتیک تانکها با مصالح مختلفی از قبیل آجر، بلوک، بتن پیش ساخته، فایبر گلاس و پلی اتیلن ساخته می شوند.سپتیکهای پلی اتیلنی هزینه خرید ،نصب و همچنین هزینه نگهداری کمتری را داشته و نیازی به آب بندی و عایق کاری ندارند.

مزیتهای سپتیک پیش ساخته دو جداره پلی اتیلنی:

١ـ سیستم آماده

٢ـ نصب ساده

٣ـ تصفیه دائم

٤ـ آب بندی کامل

٥ـ داشتن محیطی سالم و بهداشتی

٦ـ عدم صدمه در حوادثی مانند زلزله

 آبگذر:

آبگذر معبری به شکل تونل است که زیر جاده ها، پلها، خطوط راه آهن و … تعبیه می شود تا جریان آب بتواند از یک سمت به سمت مقابل عبور کند. در بسیاری از مواقع خود آبگذر به صورت یک پل می باشد که استفاده از آن در مناطق گود و سیل خیز حیاتی می باشد.

بیش از چهل سال است که استفاده از لوله های دوجداره پلی اتیلنی به عنوان آبگذر و پل در سطح دنیا گسترش پیدا کرده است و فقط در موارد نادر و خاص از پلهای با جنس دیگر نظیر فولاد و بتن استفاده می شود. از کاربرد این آبگذرها و پلهای پلی اتیلنی به موارد زیر می توان اشاره نمود:

ـ آبگذرهای موقت: برای آبگیری و دفع آب جمع شده در یک منطقه به صورت موقت

ـ تعمیر و بازسازی آبگذرهای قدیمی که دچار فرسودگی شده اند

ـ استفاده در مناطقی که از لحاظ دسترسی سخت و صعب العبور هستند

ـ استفاده در مناطق شیب دار

مزایای پلی اتیلن به عنوان آبگذر:

ـ افزایش سرعت نصب آبگذر به میزان قابل توجه

ـ کاهش هزینه نصب و نگهداری

ـ عدم نیاز به مصالح اضافی

ـ قابلیت تولید در قطعات طویل و متناسب با عرض جاده

ـ قیمت مناسب

ـ قابلیت نصب در شرایط سخت

ـ انعطاف پذیری

ـ دوام و عمر طولانی

ـ قابلیت تولید متنوع

ـ آسانتر بودن جریان سیال

ـ مقاومت بالا در مقابل خوردگی

ـ وزن کم مقابل تولید در قطرهای متنوع