استاتیک میکسر با متریال PVC

اولین انتخاب در بین متریال های استاتیک میکسر، متریال PVC است که فرایند تولید آن آسانتر بوده و از دوام خوبی نیز برخوردار است.

پلی وینیل کلراید (PVC)

پلی وینیل کلراید یک ماده ترموپلاستیک است که از رزین پی وی سی ترکیب شده با نسبت های مختلف تثبیت کننده ها، روان کننده ها، پرکننده ها، رنگدانه ها، نرم کننده ها و مواد کمکی پردازشی تشکیل شده است. ترکیبات مختلف این مواد برای به دست آوردن گروه های خاصی از خواص برای کاربردهای مختلف ایجاد شده است. با این حال، بخش عمده هر ترکیب رزین PVC است.

اصطلاح فنی PVC در شیمی آلی پلی (وینیل کلرید) است: یک پلیمر، به عنوان مثال مولکول های زنجیره ای از وینیل کلرید. از براکت ها در ادبیات رایج استفاده نمی شود و نام آن معمولاً به اختصار PVC است. در مواردی که بحث به نوع خاصی از لوله پی وی سی اشاره دارد، آن نوع به صراحت به شرح زیر مشخص خواهد شد. در جایی که بحث کلی است، از اصطلاح “لوله های پی وی سی” برای پوشش طیف مواد فشار لوله پی وی سی که توسط وینیدکس عرضه می شود استفاده می شود.

انواع مختلف پلی وینیل کلراید

ترکیبات پی وی سی با بیشترین استحکام کوتاه مدت و بلند مدت آنهایی هستند که فاقد نرم کننده و حداقل مواد ترکیب کننده هستند. این نوع PVC به UPVC یا PVC-U معروف است. رزین‌ها یا اصلاح‌کننده‌های دیگر (مانند ABS، CPE یا اکریلیک‌ها) ممکن است به UPVC اضافه شوند تا ترکیباتی با مقاومت ضربه‌ای بهبود یافته تولید کنند. این ترکیبات به عنوان پی وی سی اصلاح شده (PVC-M) شناخته می شوند.

ترکیبات PVC انعطاف پذیر یا پلاستیکی شده با طیف وسیعی از خواص نیز می توانند با افزودن نرم کننده ها تولید شوند. انواع دیگر پی وی سی CPVC (PVC-C) (PVC کلردار) نامیده می شوند که دارای محتوای کلر بالاتر و PVC جهت دار (PVC-O) است که PVC-U است که در آن مولکول ها ترجیحاً در یک جهت خاص قرار می گیرند.

PVC-U (غیرپلاستیک) سخت و سفت است و دارای حداکثر تنش کششی تقریباً 52 مگاپاسکال در دمای 20 درجه سانتیگراد است و در برابر اکثر مواد شیمیایی مقاوم است. به طور کلی PVC-U را می توان در دماهای تا 60 درجه سانتی گراد استفاده کرد، اگرچه محدودیت دمای واقعی به تنش و شرایط محیطی بستگی دارد.

PVC-M (اصلاح شده) سفت است و چقرمگی را به ویژه در ضربه بهبود بخشیده است. مدول الاستیک، تنش تسلیم و استحکام کششی نهایی معمولاً کمتر از PVC-U است. این ویژگی ها به نوع و مقدار اصلاح کننده مورد استفاده بستگی دارد.

پی وی سی (پلاستیک شده) سختی کمتری دارد. قدرت ضربه بالایی دارد؛ اکسترود یا قالب گیری آسان تر است. مقاومت دمایی پایین تری دارد؛ در برابر مواد شیمیایی مقاومت کمتری دارد و معمولاً استحکام کششی نهایی کمتری دارد. تنوع از ترکیب به ترکیب در PVC پلاستیکی بیشتر از PVC-U است. Vinidex لوله های تحت فشار را با استفاده از PVC پلاستیکی تولید نمی کند.

PVC-C (کلردار) در بیشتر خواصش شبیه PVC-U است اما مقاومت دمایی بالاتری دارد و می تواند تا دمای 95 درجه سانتیگراد کار کند. تنش نهایی مشابه در 20 درجه سانتیگراد و تنش کششی نهایی در حدود 15 مگاپاسکال در 80 درجه سانتیگراد دارد.

PVC-O (PVC گرا) گاهی اوقات HSPVC (PVC با مقاومت بالا) نامیده می شود. لوله های PVC-O یک پیشرفت بزرگ در فناوری صنعت لوله پی وی سی است.

PVC-O توسط فرآیندی تولید می شود که منجر به جهت گیری ترجیحی مولکول های پی وی سی با زنجیره بلند در جهت محیطی یا حلقه ای می شود. این افزایش قابل توجه خواص را در این جهت فراهم می کند. علاوه بر مزایای دیگر، مقاومت کششی نهایی تا دو برابر PVC-U را می توان برای PVC-O به دست آورد. در کاربردهایی مانند لوله های تحت فشار، که در آن جهت تنش به خوبی تعریف شده وجود دارد، می توان دستاوردهای بسیار قابل توجهی در استحکام و/یا صرفه جویی در مواد ایجاد کرد.

خواص معمول PVC-O در جهت حلقه عبارتند از:

• مقاومت کششی PVC-O – 90 مگاپاسکال
• مدول الاستیک PVC-O – 4000 مگاپاسکال

افزایش خواص با جهت گیری مولکولی به خوبی شناخته شده است و برخی از نمونه های صنعتی بیش از سی سال است که تولید شده اند. در زمان‌های اخیر، آن را برای محصولات مصرفی مانند فیلم‌ها، کیسه‌های زباله با استحکام بالا، بطری‌های نوشابه‌های گازدار و موارد مشابه به کار برده‌اند.

تکنیک اعمال جهت گیری مولکولی در لوله های PVC در دهه 1970 توسط یورک شایر امپریال پلاستیک پیشگام شد و در واقع اولین تاسیسات آزمایشی در سال 1974 با لوله 100 میلی متری توسط اداره آب یورکشایر انگلستان ساخته شد. Vinidex تولید را در یک کارخانه آزمایشی لوله PVC-O در اوایل سال 1982 آغاز کرد و لوله های PVC-O برای اولین بار در سال 1986 در استرالیا نصب شد. از آن زمان، Vinidex به توسعه و گسترش دامنه محصولات PVC-O در تولید تجاری تحت تجارت ادامه داد. نام سوپرمین

 

مقایسه بین PVC-O، PVC-M و ​​PVC-U استاندارد

PVC-O از نظر ترکیب با PVC-U یکسان است و خواص کلی آنها نیز مشابه است. تفاوت عمده در خواص مکانیکی در جهت جهت گیری نهفته است. ترکیب PVC-M با افزودن یک اصلاح کننده ضربه متفاوت است و بسته به نوع و مقدار اصلاح کننده مورد استفاده، از PVC-U استاندارد منحرف می شود. مقایسه زیر ماهیت کلی دارد و برای برجسته کردن تفاوت‌های معمولی بین مواد درجه لوله است.

استحکام کششی  – استحکام کششی PVC-O تا دو برابر PVC-U معمولی است. استحکام کششی PVC-M کمی کمتر از PVC-U استاندارد است.

چقرمگی  – هر دو PVC-O و PVC-M تحت هر شرایط عملی به طور پیوسته انعطاف پذیر رفتار می کنند. در برخی شرایط نامطلوب، در صورت وجود یک بریدگی یا نقص، PVC-U استاندارد می تواند ویژگی های شکننده را از خود نشان دهد.

عوامل ایمنی  – طراحی لوله‌های PVC برای کاربردهای فشار شامل پیش‌بینی خواص بلندمدت و استفاده از یک فاکتور ایمنی است. مانند تمام طراحی های مهندسی، بزرگی ضریب ایمنی نشان دهنده سطح اطمینان در پیش بینی عملکرد است. اطمینان بیشتر در رفتار قابل پیش بینی برای مواد نسل جدید PVC-M و ​​PVC-O این مزیت را دارد که امکان استفاده از ضریب ایمنی کمتر در طراحی را فراهم می کند.

استرس طراحی  – لوله‌های PVC-O و PVC-M در تنش طراحی بالاتری نسبت به لوله‌های PVC-U استاندارد عمل می‌کنند که نتیجه آن کاهش ضریب ایمنی و در مورد PVC-O، استحکام بالاتر در جهت حلقه است.

الاستیسیته و خزش  – PVC-O دارای مدول الاستیسیته تا 24٪ بیشتر از PVC-U معمولی در جهت جهت و مدول مشابه PVC-U استاندارد در جهات دیگر. مدول الاستیک PVC-M اندکی کمتر از PVC-U استاندارد است.

ویژگی های ضربه  – PVC-O از PVC-U استاندارد حداقل 2 تا 5 بیشتر است. PVC-M همچنین مقاومت ضربه ای بیشتری نسبت به PVC-U استاندارد دارد. آزمایش‌های عملکرد ضربه برای لوله‌های PVC-M بر به دست آوردن ویژگی شکست شکل‌پذیر تمرکز دارد.

هوازدگی  – هیچ تفاوت قابل توجهی در ویژگی های هوازدگی PVC-U، PVC-M و ​​PVC-O وجود ندارد.

اتصال  – لوله های PVC-U و PVC-M را می توان توسط حلقه های لاستیکی یا سیمان حلال متصل کرد. PVC-O فقط در لوله های حلقه لاستیکی در دسترس است. PVC-O را نمی توان با حلال به سیمان متصل کرد.

خواص پی وی سی

خواص کلی ترکیبات PVC مورد استفاده در ساخت لوله در جدول زیر آورده شده است. مگر اینکه غیر از این ذکر شود، مقادیر داده شده برای فرمولاسیون استاندارد اصلاح نشده با استفاده از رزین PVC K67 است. برخی از مقادیر مقایسه ای برای سایر مواد لوله نشان داده شده است. خواص ترموپلاستیک ها در معرض تغییرات قابل توجهی با دما هستند و محدوده قابل اجرا در صورت لزوم ذکر می شود.

خواص مکانیکی تابع مدت زمان اعمال تنش است و با توابع خزش به درستی تعریف می شود. اطلاعات دقیق تر مربوط به کاربردهای لوله در بخش طراحی این راهنما آورده شده است. برای داده های خارج از محدوده شرایط ذکر شده، به کاربران توصیه می شود با بخش فنی ما تماس بگیرند.

اختصارات

• PE: پلی اتیلن
• PP: پلی پروپیلن
• PA: پلی آمید (نایلون)
• CI: چدن
• AC: آزبست سیمان
• GRP: لوله تقویت شده با شیشه

تبدیل واحدها

• 1MPa = 10bar = 9.81 kg/cm ² = 145lbf در ²
• 1 ژول = 4.186 کالری = 0.948 x 10 ^-3 BTU = 0.737 فوت.lbf
• 1 کلوین = 1 درجه سانتیگراد = 1.8 درجه فارنهایت اختلاف دما

خواص مکانیکی

برای PVC، مانند سایر مواد ترموپلاستیک، پاسخ تنش / کرنش هم به زمان و هم به دما بستگی دارد. هنگامی که یک بار ثابت ثابت به یک ماده پلاستیکی اعمال می شود، رفتار کرنش حاصل بسیار پیچیده است. یک پاسخ الاستیک فوری وجود دارد که به محض برداشتن بار به طور کامل بازیابی می شود. علاوه بر این، تغییر شکل آهسته‌تری وجود دارد، که به طور نامحدود ادامه می‌یابد در حالی که بار اعمال می‌شود تا زمانی که گسیختگی رخ دهد.

این به عنوان خزش شناخته می شود. اگر بار قبل از خرابی برداشته شود، بازیابی ابعاد اولیه به تدریج در طول زمان اتفاق می افتد. سرعت خزش و بازیابی نیز تحت تأثیر دما است. در دماهای بالاتر، نرخ خزش تمایل به افزایش دارد. به دلیل این نوع پاسخ، پلاستیک ها به عنوان مواد ویسکوالاستیک شناخته می شوند.

خط رگرسیون استرس

پیامد خزش این است که لوله‌هایی که تحت تنش‌های بالاتر قرار می‌گیرند در مدت زمان کوتاه‌تری نسبت به لوله‌هایی که تحت تنش‌های کمتری قرار می‌گیرند، خراب می‌شوند. برای کاربردهای لوله تحت فشار، عمر طولانی یک نیاز ضروری است. بنابراین، مهم است که لوله‌ها به گونه‌ای طراحی شوند که در تنش‌های دیوار کار کنند که تضمین می‌کند عمر مفید طولانی‌تری داشته باشد.

برای تعیین خواص طولانی مدت، تعداد زیادی از نمونه های آزمایشی، به شکل لوله، تا زمان پارگی آزمایش می شوند. سپس تمام این نقاط داده جداگانه بر روی یک نمودار رسم می شوند و تجزیه و تحلیل رگرسیون انجام می شود. تجزیه و تحلیل رگرسیون خطی برای به دست آوردن 97.5٪ کمتر تنش شکست حد پیش بینی در نقطه طراحی که باید از حداقل تنش مورد نیاز (MRS) تجاوز کند، برون یابی می شود.

سپس یک ضریب ایمنی به MRS اعمال می‌شود تا حداکثر تنش عملیاتی برای مواد لوله که برای ابعاد لوله‌ها برای طیفی از درجه‌بندی فشار استفاده می‌شود، به دست آید.

در اروپا و استرالیا، نقطه طراحی ISO 50 سال یا 438000 ساعت اتخاذ شده است. در آمریکای شمالی، نقطه طراحی 100000 ساعت در طول تاریخ مورد استفاده قرار گرفته است. این نقطه طراحی کاملاً دلخواه است و نباید به عنوان نشانه ای از عمر مورد انتظار لوله PVC تفسیر شود.

خط رگرسیون تنش به طور سنتی بر روی محورهای لگاریتمی ترسیم می شود که تنش محیطی یا حلقه ای را در مقابل زمان گسیختگی نشان می دهد.

*برای PVC-M و ​​PVC-O، نقطه مشخصات 50 ساله یک نقطه حد اطمینان 97.5٪ کمتر است تا اطمینان حاصل شود که حداقل ضریب ایمنی به دست آمده است.

مدول خزش

برای PVC، رابطه مدول یا تنش/کرنش باید در زمینه سرعت یا مدت بارگذاری و دما در نظر گرفته شود.

یک روش جهانی ارائه داده، منحنی کرنش در مقابل زمان در تنش ثابت است. در یک دمای معین، یک سری منحنی در سطوح مختلف تنش برای نمایش تصویر کامل مورد نیاز است. یک مدول را می توان برای هر ترکیب تنش/کرنش/زمان محاسبه کرد و معمولاً به آن مدول خزش گفته می شود.

چنین منحنی هایی برای مثال در طراحی بارهای عرضی کوتاه مدت و بلند مدت لوله ها مفید هستند.

آزمایش‌های انجام‌شده در انگلستان و استرالیا نشان داده‌اند که PVC-O سفت‌تر است، یعنی مدول بالاتری نسبت به PVC-U استاندارد حدود 24 درصد برای شرایط معادل در جهت جهت‌گیری دارد. از کارهای دیگر، به نظر می رسد که تغییر قابل توجهی در جهت محوری وجود ندارد.

دماهای بالا

رتبه بندی فشار در دماهای بالا

خواص مکانیکی PVC در دمای 20 درجه سانتیگراد ذکر شده است. ترموپلاستیک ها به طور کلی با افزایش دما در استحکام کاهش یافته و شکل پذیری آن افزایش می یابد و تنش های طراحی باید متناسب با آن تنظیم شوند.

بازگشت

اصطلاح “بازگشت” به تغییر ابعاد در محصولات پلاستیکی در نتیجه “حافظه مادی” اشاره دارد. محصولات پلاستیکی شکل اولیه خود را “به خاطر می سپارند” و اگر متعاقباً دچار اعوجاج شوند، تحت گرما به شکل اولیه خود باز می گردند.

در واقع، برگشت در تمام دماها انجام می شود، اما با اکستروژن با کیفیت بالا، در لوله های ساده در دمای کمتر از 60 درجه سانتی گراد و در لوله PVC-O در دمای کمتر از 50 درجه سانتی گراد، اهمیت عملی ندارد.

هوازدگی و تخریب خورشید

اثر “هوازدگی” یا تخریب سطح توسط انرژی تابشی، در ارتباط با عناصر، بر روی پلاستیک به خوبی مورد بررسی و مستند قرار گرفته است. تابش خورشید باعث تغییراتی در ساختار مولکولی مواد پلیمری از جمله PVC می شود.

بازدارنده ها و بازتابنده ها معمولاً در مواد گنجانده می شوند که فرآیند را به یک اثر سطحی محدود می کند. از دست دادن براقیت و تغییر رنگ در شرایط جوی شدید مشاهده خواهد شد. فرآیندها نیاز به انرژی ورودی دارند و اگر مواد محافظ باشد، مانند لوله‌های زیرزمینی، نمی‌توانند ادامه پیدا کنند. از نقطه نظر عملی، مواد حجیم تحت تاثیر قرار نمی‌گیرند و عملکرد تحت آزمایش‌های اولیه تغییری نشان نمی‌دهد، یعنی استحکام کششی و مدول.

با این حال، اختلالات میکروسکوپی روی یک سطح هوازده می‌تواند باعث شکستگی در شرایط تنش موضعی شدید، به عنوان مثال ضربه بر سطح بیرونی شود. بنابراین استحکام ضربه تحت آزمایش کاهش نشان می دهد.

حفاظت در برابر تخریب خورشید

تمام لوله های پی وی سی تولید شده توسط وینیدکس دارای سیستم های حفاظتی هستند که در دوره های عادی نگهداری و نصب در برابر اثرات مضر اطمینان حاصل می کنند. برای دوره‌های نگهداری بیش از یک سال، و تا حدی که مقاومت ضربه‌ای برای نصب خاص مهم است، حفاظت اضافی ممکن است توصیه شود.

این ممکن است با ذخیره سازی زیر پوشش یا با پوشاندن پشته های لوله با مواد مناسب مانند هسین فراهم شود. باید از گیر افتادن گرما خودداری کرد و تهویه را فراهم کرد. از ورقه های پلاستیکی سیاه رنگ نباید استفاده کرد. سیستم های لوله های فشار بالای زمین ممکن است با پوششی از رنگ PVA سفید یا پاستلی محافظت شوند. چسبندگی خوب به سادگی با شستشوی مواد شوینده برای از بین بردن هر گونه چربی و کثیفی حاصل می شود.

پیری مواد

استحکام نهایی PVC به طور قابل توجهی با افزایش سن تغییر نمی کند. استحکام کششی نهایی کوتاه مدت آن به طور کلی افزایش جزئی را نشان می دهد. مهم است که درک کنیم که خط رگرسیون تنش نشان دهنده تضعیف مواد با گذشت زمان نیست، به عنوان مثال، لوله ای که برای سال ها تحت فشار مداوم نگه داشته شده است همچنان همان فشار ترکیدگی نهایی کوتاه مدت یک لوله جدید را نشان می دهد.

با این حال، این ماده با گذشت زمان در مورفولوژی تغییر می کند، به این ترتیب که “حجم آزاد” در ماتریس کاهش می یابد و تعداد پیوندهای متقابل بین مولکول ها افزایش می یابد. این منجر به برخی تغییرات در خواص مکانیکی می شود:

• افزایش جزئی در استحکام کششی نهایی
• افزایش قابل توجه تنش تسلیم
• افزایش مدول در سطوح کرنش بالا

به طور کلی، این تغییرات سودمند به نظر می رسد. با این حال، پاسخ مواد در سطوح تنش بالا به این دلیل تغییر می‌کند که تسلیم موضعی در متمرکزکننده‌های تنش مهار می‌شود و قابلیت کرنش مقاله کاهش می‌یابد. احتمال وقوع شکستگی از نوع ترد بیشتر است و ممکن است کاهش کلی در مقاومت ضربه مشاهده شود.

این تغییرات به صورت تصاعدی با گذشت زمان، به سرعت بلافاصله پس از شکل‌گیری، و با گذر زمان آهسته‌تر رخ می‌دهند. تا زمانی که مقاله مورد استفاده قرار می گیرد، آنها به سختی قابل اندازه گیری هستند، مگر در دراز مدت. پیری مصنوعی را می توان با عملیات حرارتی در دمای 60 درجه سانتی گراد به مدت 18 ساعت به دست آورد. PVC-O در فرآیند جهت گیری دچار چنین پیری می شود و ویژگی های آن شبیه به یک ماده کاملاً قدیمی است، اما با استحکام نهایی بسیار افزایش یافته است.

مقاومت در برابر سایش

پلاستیک ها معمولاً در شرایط سایشی عملکرد عالی از خود نشان می دهند. ویژگی های اصلی که به این امر کمک می کند مدول الاستیک پایین و ضریب اصطکاک است. این ماده را قادر می‌سازد تا “داده” شود و ذرات به جای سایش سطح، تمایل به لغزش دارند.

مواد شناخته شده با اصطکاک کم مانند تفلون، نایلون و پلی یورتان ها ویژگی های برجسته ای دارند. با این حال، اقتصاد یک عامل اصلی است و عملکرد PVC در زمینه نرخ سایش/هزینه واحد عالی است. عوامل موثر بر سایش پیچیده هستند و ارتباط داده های آزمایش با شرایط عملی دشوار است.

موسسه سازه های هیدرومکانیک و هیدرولیک دانشگاه فنی دارمشتات در آلمان غربی مقاومت سایشی چندین محصول لوله را آزمایش کرد. شن و ماسه رودخانه ای مواد ساینده مورد استفاده در لوله های بتنی، لوله های سفالی شیشه ای لعابدار و لوله های پی وی سی بودند که نتایج زیر حاصل شد:

اثرات میکروبیولوژیکی

PVC در برابر حمله ارگانیسم های میکروبیولوژیکی که معمولاً در سیستم های تامین آب و فاضلاب زیرزمینی با آن مواجه می شوند مصون است.

حمله ماکروبیولوژیکی

پی وی سی منبع غذایی نیست و در برابر آسیب موریانه ها و جوندگان بسیار مقاوم است.

اثر سولفیدهای خاک

تغییر رنگ خاکستری لوله‌های PVC زیرزمینی ممکن است در حضور سولفیدهایی که معمولاً در خاک‌های حاوی مواد آلی یافت می‌شوند، مشاهده شود. این به دلیل واکنش با سیستم های تثبیت کننده مورد استفاده در پردازش است. این یک اثر سطحی است و به هیچ وجه عملکرد را مختل نمی کند.