خلاط ثابت بمادة PVC

الاختيار الأول بين مواد الخلاط الثابت هو مادة PVC، وهي أسهل في الإنتاج ولها متانة جيدة.

كلوريد البوليفينيل (PVC)

كلوريد البوليفينيل عبارة عن مادة لدنة بالحرارة تتكون من راتينج PVC الممزوج بنسب مختلفة من المثبتات ومواد التشحيم والحشو والأصباغ والملينات ومساعدات المعالجة. تم تطوير مجموعات مختلفة من هذه المواد للحصول على مجموعات محددة من الخصائص لتطبيقات مختلفة. ومع ذلك، فإن الجزء الأكبر من كل مركب هو راتينج PVC.

المصطلح الفني لـ PVC في الكيمياء العضوية هو بولي (كلوريد الفينيل): بوليمر، أي سلسلة من جزيئات كلوريد الفينيل. لا يتم استخدام الأقواس في الأدبيات الشعبية وعادةً ما يتم اختصارها إلى PVC. في الحالات التي تشير فيها المناقشة إلى نوع معين من أنابيب PVC، سيتم تعريف هذا النوع بوضوح على النحو التالي. عندما تكون المناقشة عامة، يتم استخدام مصطلح “أنابيب PVC” لتغطية نطاق مواد أنابيب PVC الضغط التي توفرها شركة Windex.

أنواع مختلفة من كلوريد البولي فينيل

إن مركبات PVC ذات أعلى قوة على المدى القصير والطويل هي تلك التي لا تحتوي على مواد ملدنة والحد الأدنى من المواد المركبة. يُعرف هذا النوع من PVC باسم UPVC أو PVC-U. يمكن إضافة راتنجات أو معدلات أخرى (مثل ABS أو CPE أو الأكريليك) إلى UPVC لإنتاج مركبات ذات مقاومة محسنة للصدمات. تُعرف هذه المركبات باسم PVC المعدل (PVC-M).

يمكن أيضًا إنتاج مركبات PVC المرنة أو الملدنة ذات مجموعة واسعة من الخصائص عن طريق إضافة الملدنات. تسمى الأنواع الأخرى من PVC CPVC (PVC-C) (PVC المكلور)، والتي تحتوي على نسبة أعلى من الكلور، وPVC الموجه (PVC-O)، وهو PVC-U حيث يتم توجيه الجزيئات بشكل تفضيلي في اتجاه معين. يأخذ

مادة PVC-U (غير البلاستيكية)  صلبة وصلبة، ولها أقصى ضغط شد يبلغ حوالي 52 ميجا باسكال عند 20 درجة مئوية، وهي مقاومة لمعظم المواد الكيميائية. بشكل عام، يمكن استخدام PVC-U في درجات حرارة تصل إلى 60 درجة مئوية، على الرغم من أن حد درجة الحرارة الفعلي يعتمد على الضغط والظروف البيئية.

مادة PVC-M (المعدلة)  صلبة ولها صلابة محسنة، خاصة في حالة التأثير. يكون معامل المرونة وإجهاد الخضوع وقوة الشد النهائية أقل بشكل عام من PVC-U. تعتمد هذه الخصائص على نوع وكمية المعدل المستخدم.

PVC (الملدن)  أقل صلابة. لديها قوة تأثير عالية. أسهل للبثق أو العفن. لديها مقاومة درجات الحرارة المنخفضة. إنه أقل مقاومة للمواد الكيميائية وعادةً ما يكون لديه قوة شد نهائية أقل. يكون الاختلاف من مركب إلى مركب أكبر في البلاستيك PVC مقارنة بـ PVC-U. لا تقوم شركة Vinidex بتصنيع أنابيب الضغط باستخدام البلاستيك PVC.

PVC-C (المكلور)  يشبه PVC-U في معظم خصائصه، ولكنه يتمتع بمقاومة أعلى لدرجات الحرارة ويمكن أن يعمل حتى 95 درجة مئوية. وله إجهاد نهائي مماثل عند 20 درجة مئوية وإجهاد شد نهائي يبلغ حوالي 15 ميجا باسكال عند 80 درجة مئوية.

يُطلق على PVC-O (PVC الموجه)  أحيانًا اسم HSPVC (PVC عالي القوة). تعتبر أنابيب PVC-O بمثابة تقدم كبير في تكنولوجيا صناعة الأنابيب البلاستيكية.

يتم إنتاج PVC-O من خلال عملية تؤدي إلى التوجه التفضيلي لجزيئات PVC طويلة السلسلة في اتجاه محيطي أو دائري. ويوفر زيادة كبيرة في الخصائص في هذا الاتجاه. ومن بين المزايا الأخرى، يمكن تحقيق قوة شد نهائية تصل إلى ضعف قوة PVC-U بالنسبة لـ PVC-O. في تطبيقات مثل أنابيب الضغط، حيث يوجد اتجاه محدد جيدًا للضغط، يمكن تحقيق مكاسب كبيرة جدًا في القوة و/أو توفير المواد.

الخصائص النموذجية لـ PVC-O في اتجاه الحلقة هي:

• قوة الشد PVC-O – 90 ميجا باسكال
• المعامل المرن لـ PVC-O – 4000 ميجا باسكال

إن تعزيز الخواص عن طريق التوجه الجزيئي أمر معروف وقد تم إنتاج بعض الأمثلة الصناعية منذ أكثر من ثلاثين عامًا. في الآونة الأخيرة، تم استخدامه للمنتجات الاستهلاكية مثل الأفلام، وأكياس القمامة عالية القوة، وزجاجات الصودا، وما شابه ذلك.

كانت تقنية تطبيق التوجيه الجزيئي على الأنابيب البلاستيكية رائدة في السبعينيات من قبل شركة يوركشاير إمبريال بلاستيكس، وفي الواقع تم بناء أول منشأة اختبار في عام 1974 بأنبوب 100 ملم من قبل هيئة مياه يوركشاير في إنجلترا. بدأت Vinidex الإنتاج في مصنع تجريبي لأنابيب PVC-O في أوائل عام 1982، وتم تركيب أنابيب PVC-O لأول مرة في أستراليا في عام 1986. منذ ذلك الحين، واصلت Vinidex تطوير وتوسيع نطاق منتجات PVC-O في الإنتاج التجاري في إطار التجارة. اسم سوبرمان

مقارنة بين PVC-O القياسي، وPVC-M، وPVC-U

يتطابق تركيب PVC-O مع PVC-U، كما أن خصائصهما العامة متشابهة أيضًا. الفرق الرئيسي في الخواص الميكانيكية يكمن في اتجاه الاتجاه. يختلف تكوين PVC-M عن طريق إضافة معدل التأثير وينحرف عن PVC-U القياسي اعتمادًا على نوع وكمية المعدل المستخدم. المقارنة التالية عامة بطبيعتها وتهدف إلى تسليط الضوء على الاختلافات النموذجية بين مواد درجة الأنابيب.

قوة الشد   – قوة الشد لـ PVC-O تصل إلى ضعف قوة الشد لـ PVC-U التقليدية. قوة الشد لـ PVC-M أقل قليلاً من PVC-U القياسي.

المتانة   – يتصرف كل من PVC-O وPVC-M بمرونة مستمرة تحت أي ظروف عملية. في بعض الظروف المعاكسة، يمكن أن يظهر PVC-U القياسي خصائص هشة إذا كان هناك قطع أو عيب.

عوامل السلامة   – يتضمن تصميم الأنابيب البلاستيكية لتطبيقات الضغط التنبؤ بالخصائص طويلة المدى وتطبيق عامل الأمان. وكما هو الحال في كافة التصاميم الهندسية فإن حجم عامل الأمان يشير إلى مستوى الثقة في التنبؤ بالأداء. يتمتع اليقين الأكبر في السلوك المتوقع للجيل الجديد من مواد PVC-M وPVC-O بميزة السماح باستخدام عامل أمان أقل في التصميم.

إجهاد التصميم   – تعمل أنابيب PVC-O وPVC-M عند إجهاد تصميمي أعلى من أنابيب PVC-U القياسية، مما يؤدي إلى انخفاض عامل الأمان، وفي حالة PVC-O، قوة أعلى في اتجاه الطوق.

المرونة والزحف   – يحتوي PVC-O على معامل مرونة أعلى بنسبة تصل إلى 24٪ من PVC-U القياسي في اتجاه واحد ونفس معامل PVC-U القياسي في اتجاهات أخرى. المعامل المرن لـ PVC-M أقل قليلاً من معامل PVC-U القياسي.

خصائص التأثير   – PVC-O أعلى بنسبة 2 إلى 5 على الأقل من PVC-U القياسي. يتمتع PVC-M أيضًا بمقاومة تأثير أعلى من PVC-U القياسي. تركز اختبارات أداء الصدمات لأنابيب PVC-M على الحصول على خصائص فشل اللدنة.

التجوية   – لا يوجد فرق كبير في خصائص التجوية لـ PVC-U، وPVC-M، وPVC-O.

التوصيل   – يمكن توصيل أنابيب PVC-U وPVC-M بواسطة حلقات مطاطية أو مادة لاصقة مذيبة. PVC-O متوفر فقط في الأنابيب ذات الحلقة المطاطية. لا يمكن ربط PVC-O بالأسمنت باستخدام المذيبات.

خصائص PVC

الخصائص العامة لمركبات PVC المستخدمة في صناعة الأنابيب موضحة في الجدول أدناه. ما لم يُذكر خلاف ذلك، فإن القيم المقدمة مخصصة للتركيبات القياسية غير المعدلة باستخدام راتينج K67 PVC. يتم عرض بعض القيم المقارنة لمواد الأنابيب الأخرى. تخضع خصائص اللدائن الحرارية لتغيرات كبيرة مع درجة الحرارة، ويتم ملاحظة النطاقات القابلة للتطبيق عند الاقتضاء.

الخواص الميكانيكية هي دالة لمدة تطبيق الإجهاد ويتم تعريفها بشكل صحيح من خلال وظائف الزحف. تتوفر معلومات أكثر تفصيلاً حول تطبيقات الأنابيب في قسم التصميم في هذا الدليل. بالنسبة للبيانات التي تقع خارج نطاق الشروط المذكورة، يُنصح المستخدمون بالاتصال بالقسم الفني لدينا.

الاختصارات

• PE: البولي ايثيلين
• PP: مادة البولي بروبيلين
• PA: مادة البولي أميد (نايلون)
• سي اي: حديد زهر
• أ: الأسمنت الأسبستوس
• GRP: أنبوب زجاجي مقوى

تحويل الوحدات

• 1MPa = 10bar = 9.81 كجم/سم  ²  = 145 رطل في  ²
• 1 جول = 4.186 سعر حراري = 0.948 × 10  ^-3  وحدة حرارية بريطانية = 0.737 قدم رطل قوة
• 1 كلفن = 1 درجة مئوية = 1.8 درجة فهرنهايت فرق درجة الحرارة

الخصائص الميكانيكية

بالنسبة للـ PVC، كما هو الحال مع المواد البلاستيكية الحرارية الأخرى، فإن استجابة الإجهاد/الانفعال تعتمد على الوقت ودرجة الحرارة. عندما يتم تطبيق حمل ثابت ثابت على مادة بلاستيكية، يكون سلوك الانفعال الناتج معقدًا للغاية. هناك استجابة مرنة فورية تتعافى تمامًا بمجرد إزالة الحمل. بالإضافة إلى ذلك، هناك تشوه أبطأ، والذي يستمر إلى أجل غير مسمى أثناء تطبيق الحمل حتى يحدث التمزق.

يُعرف هذا بالزحف. إذا تمت إزالة الحمل قبل الفشل، فسيتم استعادة الأبعاد الأصلية تدريجيًا مع مرور الوقت. تتأثر معدلات الزحف والاسترداد أيضًا بدرجة الحرارة. في درجات الحرارة المرتفعة، يميل معدل الزحف إلى الزيادة. وبسبب هذا النوع من الاستجابة، تُعرف المواد البلاستيكية بالمواد اللزجة المرنة.

خط انحدار الإجهاد

نتيجة الزحف هي أن الأنابيب المعرضة لضغوط أعلى تفشل في فترة زمنية أقصر من الأنابيب المعرضة لضغوط أقل. بالنسبة لتطبيقات الأنابيب المضغوطة، يعد العمر الطويل مطلبًا أساسيًا. لذلك، من المهم أن تكون الأنابيب مصممة للعمل عند ضغوط الجدار التي تضمن عمرًا إنتاجيًا أطول.

ولتحديد الخصائص طويلة المدى، يتم اختبار عدد كبير من عينات الاختبار، على شكل أنابيب، حتى التمزق. يتم بعد ذلك رسم كل نقاط البيانات الفردية هذه على رسم بياني ويتم إجراء تحليل الانحدار. يتم استقراء تحليل الانحدار الخطي للحصول على إجهاد الفشل النهائي المتوقع بنسبة 97.5% عند نقطة التصميم والذي يجب أن يتجاوز الحد الأدنى من الإجهاد المطلوب (MRS).

يتم بعد ذلك تطبيق عامل الأمان على MRS للحصول على أقصى ضغط تشغيل لمادة الأنابيب المستخدمة في تحديد حجم الأنابيب لمجموعة من تقييمات الضغط.

وفي أوروبا وأستراليا، تم اعتماد نقطة تصميم ISO تبلغ 50 عامًا أو 438000 ساعة. في أمريكا الشمالية، تم استخدام نقطة تصميم تبلغ 100000 ساعة عبر التاريخ. تعتبر نقطة التصميم هذه تعسفية تمامًا ولا ينبغي تفسيرها على أنها مؤشر على العمر المتوقع لأنبوب PVC.

يتم رسم خط انحدار الإجهاد تقليديًا على محاور لوغاريتمية، مما يُظهر الإجهاد المحيطي أو الطوقي مقابل وقت التمزق.

*بالنسبة لـ PVC-M وPVC-O، فإن نقطة المواصفات لمدة 50 عامًا هي نقطة ثقة أقل بنسبة 97.5% لضمان تحقيق الحد الأدنى من عامل الأمان.

معامل الزحف

بالنسبة للـ PVC، يجب مراعاة المعامل أو علاقة الإجهاد/الانفعال في سياق معدل التحميل أو المدة ودرجة الحرارة.

الطريقة العالمية لعرض البيانات هي منحنى الضغط مقابل الزمن عند الضغط المستمر. عند درجة حرارة معينة، يلزم وجود سلسلة من المنحنيات عند مستويات ضغط مختلفة لإظهار الصورة الكاملة. يمكن حساب المعامل لأي مجموعة من الإجهاد/الانفعال/الوقت ويشار إليه عادةً باسم معامل الزحف.

هذه المنحنيات مفيدة، على سبيل المثال، في تصميم الأحمال العرضية قصيرة المدى وطويلة المدى للأنابيب.

أظهرت الاختبارات التي تم إجراؤها في المملكة المتحدة وأستراليا أن PVC-O أكثر صلابة، أي أنه يحتوي على معامل أعلى من PVC-U القياسي بحوالي 24% للظروف المكافئة في اتجاه الاتجاه. ومن أعمال أخرى يظهر أنه لا يوجد تغيير كبير في الاتجاه المحوري.

درجات حرارة عالية

تصنيف الضغط في درجات حرارة عالية

يتم سرد الخواص الميكانيكية للـ PVC عند 20 درجة مئوية. تنخفض قوة اللدائن الحرارية عمومًا وتزداد ليونتها مع زيادة درجة الحرارة، ويجب تعديل ضغوط التصميم وفقًا لذلك.

يعود

يشير مصطلح “الإرجاع” إلى تغير الأبعاد في المنتجات البلاستيكية نتيجة “ذاكرة المادة”. “تتذكر” المنتجات البلاستيكية شكلها الأصلي، وإذا تشوهت لاحقًا، فإنها تعود إلى شكلها الأصلي تحت الحرارة.

في الواقع، يحدث الانعكاس في جميع درجات الحرارة، ولكن مع البثق عالي الجودة، ليس له أهمية عملية في الأنابيب العادية أقل من 60 درجة مئوية وفي الأنابيب PVC-O أقل من 50 درجة مئوية.

التجوية وتدمير الشمس

لقد تمت دراسة وتوثيق تأثير “التجوية” أو تدهور السطح بواسطة الطاقة الإشعاعية، فيما يتعلق بالعناصر، على البلاستيك بشكل جيد. يسبب ضوء الشمس تغيرات في التركيب الجزيئي للمواد البوليمرية، بما في ذلك PVC.

عادةً ما يتم دمج المثبطات والعاكسات في المادة، مما يحد من العملية إلى التأثير السطحي. سيتم ملاحظة فقدان اللمعان وتغير اللون في الظروف الجوية القاسية. تتطلب العمليات مدخلات طاقة ولا يمكن أن تستمر إذا كانت المادة محمية، مثل الأنابيب تحت الأرض. من الناحية العملية، لا تتأثر المادة السائبة ولا يظهر الأداء تحت الاختبارات الأولية أي تغيير، أي قوة الشد والمعامل.

ومع ذلك، فإن الاضطرابات المجهرية على السطح الذي تعرض للتجوية يمكن أن تسبب الكسر في ظل ظروف الضغط المحلية الشديدة، على سبيل المثال التأثير على السطح الخارجي. ولذلك، فإن قوة التأثير تحت الاختبار تظهر انخفاضا.

الحماية من أضرار أشعة الشمس

تتمتع جميع أنابيب PVC التي تنتجها شركة Vindex بأنظمة حماية تضمن ضد التأثيرات الضارة أثناء فترات الصيانة والتركيب العادية. بالنسبة لفترات الصيانة التي تتجاوز سنة واحدة، وبقدر ما تكون مقاومة الصدمات مهمة للتركيب المعين، فقد يوصى بتوفير حماية إضافية.

ويمكن توفير ذلك عن طريق التخزين تحت الغطاء أو عن طريق تغطية مداخن الأنابيب بمواد مناسبة مثل الخيش. وينبغي تجنب محاصرة الحرارة وينبغي توفير التهوية. لا ينبغي استخدام الصفائح البلاستيكية السوداء. يمكن حماية أنظمة أنابيب الضغط الموجودة فوق الأرض بطبقة من طلاء PVA الأبيض أو الباستيل. يتم تحقيق الالتصاق الجيد بمجرد غسله بمنظف لإزالة أي شحوم أو أوساخ.

شيخوخة المواد

لا تتغير القوة النهائية للـ PVC بشكل ملحوظ مع تقدم العمر. تظهر قوة الشد النهائية على المدى القصير بشكل عام زيادة طفيفة. من المهم أن نفهم أن خط انحدار الإجهاد لا يمثل ضعف المادة بمرور الوقت، على سبيل المثال، الأنبوب الذي ظل تحت ضغط مستمر لسنوات سيظل يظهر نفس ضغط الانفجار النهائي على المدى القصير مثل الأنبوب الجديد.

ومع ذلك، فإن هذه المادة تتغير في شكلها بمرور الوقت، بحيث يتناقص “الحجم الحر” في المصفوفة ويزداد عدد الروابط المتقاطعة بين الجزيئات. وهذا يؤدي إلى بعض التغييرات في الخواص الميكانيكية:

• زيادة طفيفة في قوة الشد النهائية
• زيادة كبيرة في إجهاد العائد
• زيادة المعامل عند مستويات الضغط العالية

بشكل عام، تبدو هذه التغييرات مفيدة. ومع ذلك، تتغير استجابة المادة عند مستويات الإجهاد العالية بسبب تثبيط الإنتاج المحلي عند مركزات الإجهاد وتقليل قابلية إجهاد الورق. من المرجح أن يحدث كسر هش ويمكن ملاحظة انخفاض عام في مقاومة الصدمات.

تحدث هذه التغييرات بشكل كبير مع مرور الوقت، وبسرعة بعد التكوين مباشرة، وببطء أكبر مع مرور الوقت. وطالما تم استخدام الورق، فمن الصعب قياسها، إلا على المدى الطويل. يمكن تحقيق الشيخوخة الاصطناعية عن طريق المعالجة الحرارية عند 60 درجة مئوية لمدة 18 ساعة. يخضع PVC-O لمثل هذا التقادم في عملية التوجيه وتشبه خصائصه المواد القديمة تمامًا، ولكن مع زيادة القوة النهائية بشكل كبير.

مقاومة التآكل

عادةً ما يكون أداء المواد البلاستيكية جيدًا في ظل ظروف التآكل. السمات الرئيسية التي تساهم في ذلك هي انخفاض معامل المرونة ومعامل الاحتكاك. وهذا يمكّن المادة من “العطاء” وتميل الجزيئات إلى الانزلاق بدلاً من تآكل السطح.

تتمتع المواد المعروفة منخفضة الاحتكاك مثل التيفلون والنايلون والبولي يوريثان بخصائص رائعة. ومع ذلك، يعتبر الاقتصاد عاملاً رئيسيًا وأداء PVC ممتاز من حيث معدل التآكل/تكلفة الوحدة. العوامل التي تؤثر على التآكل معقدة ومن الصعب ربط بيانات الاختبار بالظروف العملية.

قام معهد الميكانيكا المائية والهياكل الهيدروليكية التابع لجامعة دارمشتات التقنية في ألمانيا الغربية باختبار مقاومة التآكل للعديد من منتجات الأنابيب. وكانت الرمال النهرية هي المادة الكاشطة المستخدمة في الأنابيب الخرسانية وأنابيب الطين الزجاجي المزجج وأنابيب PVC، وتم الحصول على النتائج التالية:

التأثيرات الميكروبيولوجية

إن مادة PVC محصنة ضد هجوم الكائنات الميكروبيولوجية التي توجد عادة في إمدادات المياه الجوفية وأنظمة الصرف الصحي.

الهجوم الميكروبيولوجي

PVC ليس مصدرًا للغذاء وهو مقاوم جدًا للضرر الناتج عن النمل الأبيض والقوارض.

تأثير كبريتيدات التربة

يمكن ملاحظة تغير اللون الرمادي لأنابيب PVC تحت الأرض في وجود الكبريتيدات الموجودة عادة في التربة التي تحتوي على مواد عضوية. ويرجع ذلك إلى التفاعل مع أنظمة التثبيت المستخدمة في المعالجة. وهذا تأثير سطحي ولا يضعف الأداء بأي شكل من الأشكال.