Miscelatore fisso in PVC

La prima scelta tra i materiali dei miscelatori fissi è il PVC, che è più facile da produrre e ha una buona durata.

cloruro di polivinile (PVC)

Il cloruro di polivinile è un materiale termoplastico costituito da resina di PVC miscelata con proporzioni variabili di stabilizzanti, lubrificanti, riempitivi, pigmenti, ammorbidenti e coadiuvanti tecnologici. Sono state sviluppate diverse combinazioni di questi materiali per ottenere serie specifiche di proprietà adatte a diverse applicazioni. Tuttavia, la parte più grande di ciascun composto è la resina PVC.

Il termine tecnico per il PVC in chimica organica è policloruro di vinile: un polimero, cioè una catena di molecole di cloruro di vinile. Nella letteratura popolare il termine archi non viene utilizzato e solitamente viene abbreviato in PVC. Nei casi in cui la discussione si riferisce a un tipo specifico di tubo in PVC, tale tipo sarà chiaramente definito come segue. In generale, il termine “tubo in PVC” viene utilizzato per coprire la gamma di materiali per tubi a pressione in PVC forniti da Windex.

Diversi tipi di cloruro di polivinile

I composti di PVC con la più elevata resistenza a breve e lungo termine sono quelli senza plastificanti e con una minima composizione. Questo tipo di PVC è noto come UPVC o PVC-U. Altre resine o modificatori (come ABS, CPE o acrilico) possono essere aggiunti all’UPVC per produrre composti con una migliore resistenza agli urti. Questi composti sono noti come PVC modificato (PVC-M).

Aggiungendo plastificanti è possibile produrre anche composti di PVC flessibili o plastificati con un’ampia gamma di proprietà. Altri tipi di PVC sono chiamati CPVC (PVC-C) (PVC clorurato), che ha una percentuale più alta di cloro, e PVC orientato (PVC-O), ovvero PVC-U in cui le molecole sono orientate preferibilmente in una direzione particolare. prende

Il PVC-U (non plastica)   è rigido e resistente, ha una resistenza alla trazione massima di circa 52 MPa a 20°C ed è resistente alla maggior parte delle sostanze chimiche. In generale, il PVC-U può essere utilizzato a temperature fino a 60°C, anche se il limite di temperatura effettivo dipende dalla pressione e dalle condizioni ambientali.

Il materiale PVC-M (modificato)   è resistente e presenta una rigidità migliorata, soprattutto in caso di impatto. Il modulo di elasticità, il limite di snervamento e la resistenza alla trazione massima sono generalmente inferiori a quelli del PVC-U. Queste proprietà dipendono dal tipo e dalla quantità di modificatore utilizzato.

Il PVC (plastificato)   è meno rigido. Ha un’elevata resistenza agli urti. Più facile da estrudere o modellare. Ha una bassa resistenza alle temperature. È meno resistente agli agenti chimici e solitamente ha una resistenza alla trazione finale inferiore. La variazione da composto a composto è maggiore nel PVC che nel PVC-U. Vinidex non produce tubi a pressione in plastica PVC.

Il PVC-C (clorurato)   è simile al PVC-U nella maggior parte delle sue proprietà, ma ha una maggiore resistenza alle temperature e può funzionare fino a 95°C. Presenta una sollecitazione finale simile a 20°C e una sollecitazione di trazione finale di circa 15 MPa a 80°C.

Il PVC-O (PVC orientato) è   talvolta chiamato HSPVC (PVC ad alta resistenza). I tubi in PVC-O rappresentano un importante progresso nella tecnologia di produzione dei tubi in plastica.

Il PVC-O viene prodotto mediante un processo che determina l’orientamento preferenziale delle molecole di PVC a catena lunga in direzione circonferenziale o circolare. Ciò comporta un incremento significativo delle proprietà in questa direzione. Tra gli altri vantaggi, è possibile raggiungere resistenze alla trazione massima fino a due volte superiori a quelle del PVC-U rispetto al PVC-O. In applicazioni come le condotte in pressione, dove la direzione dello sforzo è ben definita, è possibile ottenere notevoli guadagni in termini di resistenza e/o risparmi di materiale.

Le proprietà tipiche del PVC-O nella direzione dell’anello sono:

• Resistenza alla trazione del PVC-O – 90 MPa
• Modulo elastico del PVC-O – 4000 MPa

Il miglioramento delle proprietà mediante l’orientamento molecolare è ben noto e alcuni esempi industriali ne sono stati prodotti più di trent’anni fa. Più di recente, è stato utilizzato per prodotti di consumo come pellicole, sacchi della spazzatura ad alta resistenza, bottiglie di soda e simili.

La tecnologia di applicazione della guida molecolare ai tubi di plastica è stata introdotta per prima negli anni ’70 dalla Yorkshire Imperial Plastics; infatti, il primo impianto di prova è stato costruito nel 1974 con un tubo da 100 mm dalla Yorkshire Water in Inghilterra. Vinidex ha iniziato la produzione in un impianto pilota di tubi in PVC-O all’inizio del 1982 e i tubi in PVC-O sono stati installati per la prima volta in Australia nel 1986. Da allora, Vinidex ha continuato a sviluppare ed espandere la gamma di prodotti in PVC-O nella produzione commerciale all’interno del settore. Nome di Superman

Confronto tra PVC-O, PVC-M e PVC-U standard

La composizione del PVC-O è identica a quella del PVC-U e anche le loro proprietà generali sono simili. La differenza principale nelle proprietà meccaniche risiede nella direzione dell’orientamento. La composizione del PVC-M differisce per l’aggiunta di un modificatore di impatto e si discosta dal PVC-U standard a seconda del tipo e della quantità di modificatore utilizzato. Il confronto che segue è di natura generale e ha lo scopo di evidenziare le differenze tipiche tra i materiali di qualità dei tubi.

Resistenza alla trazione    : la resistenza alla trazione del PVC-O è fino a due volte superiore a quella del PVC-U convenzionale. La resistenza alla trazione del PVC-M è leggermente inferiore a quella del PVC-U standard.

Durata    : sia il PVC-O che il PVC-M si comportano con flessibilità continua in qualsiasi condizione pratica. In condizioni avverse, il PVC-U standard può presentare proprietà fragili in caso di tagli o difetti.

Fattori di sicurezza    : la progettazione di tubi in plastica per applicazioni a pressione implica la previsione delle proprietà a lungo termine e l’applicazione di un fattore di sicurezza. Come per tutte le progettazioni ingegneristiche, l’entità del fattore di sicurezza indica il livello di fiducia nella previsione delle prestazioni. La maggiore certezza nel comportamento previsto della nuova generazione di materiali in PVC-M e PVC-O ha il vantaggio di consentire l’utilizzo di un fattore di sicurezza inferiore nella progettazione.

Sollecitazione di progetto    : i tubi in PVC-O e PVC-M operano con una sollecitazione di progetto più elevata rispetto ai tubi in PVC-U standard, con conseguente fattore di sicurezza inferiore e, nel caso del PVC-O, una forza maggiore nella direzione del cerchio.

Flessibilità e scorrimento    : il PVC-O ha un modulo elastico fino al 24% superiore rispetto al PVC-U standard in una direzione e uguale al PVC-U standard nelle altre direzioni. Il modulo elastico del PVC-M è leggermente inferiore a quello del PVC-U standard.

Proprietà di impatto    : il PVC-O è almeno da 2 a 5 volte più elevato del PVC-U standard. Il PVC-M ha inoltre una maggiore resistenza agli urti rispetto al PVC-U standard. I test di resistenza all’impatto dei tubi in PVC-M si concentrano sull’ottenimento di proprietà di rottura duttile.

Resistenza agli agenti atmosferici    : non vi è alcuna differenza significativa nelle proprietà di resistenza agli agenti atmosferici di PVC-U, PVC-M e PVC-O.

Collegamento    – I tubi in PVC-U e PVC-M possono essere collegati tramite anelli di gomma o adesivo solvente. Il PVC-O è disponibile solo in tubi con anello di gomma. Il PVC-O non può essere incollato al cemento utilizzando solventi.

Proprietà del PVC

Le proprietà generali dei composti di PVC utilizzati nella produzione di tubi sono illustrate nella tabella seguente. Salvo diversa indicazione, i valori indicati si riferiscono ad installazioni standard, non modificate, con resina PVC K67. Vengono mostrati alcuni valori comparativi per altri materiali dei tubi. Le proprietà dei materiali termoplastici subiscono variazioni significative con la temperatura e, ove opportuno, vengono indicati gli intervalli di applicabilità.

Le proprietà meccaniche sono funzione della durata di applicazione dello stress e sono opportunamente definite dalle funzioni di creep. Informazioni più dettagliate sulle applicazioni dei tubi sono disponibili nella sezione Progettazione di questo manuale. Per i dati che esulano dall’ambito dei termini sopra indicati, si consiglia agli utenti di contattare il nostro ufficio tecnico.

Abbreviazioni

• PE: Polietilene
• PP: Polipropilene
• PA: Poliammide (Nylon)
• CI: Ghisa
• A: Cemento amianto
• GRP: Tubo rinforzato con fibra di vetro

Conversione unità

• 1 MPa = 10 bar = 9,81 kg/cm2   ⁼   145 libbre/   ^s
• 1 joule = 4,186 calorie = 0,948 × 10-3   ^Btu   = 0,737 ft-lbf
• 1 Kelvin = 1°C = 1,8°F Differenza di temperatura

Proprietà meccaniche

Per il PVC, come per altri materiali termoplastici, la risposta sforzo/deformazione dipende dal tempo e dalla temperatura. Quando si applica un carico statico costante a un materiale plastico, il comportamento della deformazione risultante è molto complesso. Si verifica una risposta elastica immediata che si ripristina completamente una volta rimosso il carico. Inoltre, si verifica una deformazione più lenta, che continua indefinitamente mentre viene applicato il carico, fino a quando non si verifica la rottura.

Questo fenomeno è noto come creep. Se il carico viene rimosso prima del cedimento, le dimensioni originali verranno gradualmente ripristinate nel tempo. Anche la temperatura influenza la velocità di scorrimento e di recupero. A temperature più elevate, la velocità di scorrimento tende ad aumentare. A causa di questo tipo di risposta, le materie plastiche sono note come materiali viscoelastici.

linea di regressione dello stress

Il risultato dello scorrimento è che i tubi esposti a sollecitazioni più elevate cedono in un periodo di tempo più breve rispetto ai tubi esposti a sollecitazioni più basse. Per le applicazioni di tubazioni pressurizzate, la lunga durata è un requisito fondamentale. Pertanto è importante che i tubi siano progettati per funzionare a pressioni di parete tali da garantire una maggiore durata produttiva.

Per determinare le proprietà a lungo termine, un gran numero di campioni di prova, sotto forma di tubi, vengono sottoposti a prove di rottura. Tutti questi singoli punti dati vengono poi rappresentati su un grafico e viene eseguita un’analisi di regressione. L’analisi di regressione lineare viene estrapolata per ottenere la sollecitazione di rottura massima prevista del 97,5% nel punto di progettazione, che deve superare la sollecitazione minima richiesta (MRS).

Il fattore di sicurezza viene quindi applicato all’MRS per ottenere la massima pressione di esercizio per il materiale del tubo utilizzato per dimensionare il tubo per una gamma di pressioni nominali.

In Europa e in Australia è stato adottato un punto di progettazione ISO di 50 anni o 438.000 ore. In Nord America, nel corso della storia è stato utilizzato un valore di progettazione di 100.000 ore. Questo punto di progettazione è del tutto arbitrario e non deve essere interpretato come un’indicazione della durata prevista del tubo in PVC.

La linea di regressione dello stress è tradizionalmente tracciata su assi logaritmici, mostrando lo stress circonferenziale o circolare in funzione del tempo di rottura.

*Per PVC-M e PVC-O, il punto di specifica di 50 anni è un punto di confidenza inferiore al 97,5% per garantire il raggiungimento del fattore di sicurezza minimo.

coefficiente di scorrimento

Per il PVC, il modulo o la relazione sforzo/deformazione devono essere considerati nel contesto della velocità o durata del carico e della temperatura.

Il modo universale per visualizzare i dati è una curva pressione/tempo a pressione costante. A una data temperatura, sono necessarie una serie di curve a diversi livelli di pressione per fornire il quadro completo. Il modulo può essere calcolato per qualsiasi combinazione di sforzo/deformazione/tempo ed è comunemente denominato modulo di creep.

Queste curve sono utili, ad esempio, nella progettazione dei carichi trasversali a breve e lungo termine delle tubazioni.

Test condotti nel Regno Unito e in Australia hanno dimostrato che il PVC-O è più rigido, ovvero ha un modulo più elevato di circa il 24% rispetto al PVC-U standard, a parità di condizioni nella direzione della tendenza. Da altri lavori sembra che non vi sia alcun cambiamento significativo nella direzione assiale.

alte temperature

Pressione nominale ad alte temperature

Le proprietà meccaniche del PVC sono elencate a 20°C. La resistenza dei materiali termoplastici generalmente diminuisce e la loro duttilità aumenta con l’aumentare della temperatura; le sollecitazioni di progettazione devono essere regolate di conseguenza.

Ritorno

Il termine “rimbalzo” si riferisce al cambiamento dimensionale nei prodotti in plastica dovuto alla “memoria del materiale”. I prodotti in plastica “ricordano” la loro forma originale e, se in seguito vengono deformati, tornano alla loro forma originale sotto l’effetto del calore.

In realtà, l’inversione avviene a tutte le temperature, ma con un’estrusione di alta qualità non ha alcuna rilevanza pratica nei tubi comuni al di sotto dei 60°C e nei tubi in PVC-O al di sotto dei 50°C.

Agenti atmosferici e distruzione solare

L’effetto dell’“invecchiamento” o degradazione superficiale dovuta all’energia radiante, in relazione agli elementi, sulla plastica è stato ampiamente studiato e documentato. La luce solare provoca modifiche nella struttura molecolare dei materiali polimerici, tra cui il PVC.

Solitamente nel materiale vengono incorporati inibitori e riflettori, limitando il processo all’effetto superficiale. In condizioni meteorologiche estreme si possono osservare perdita di lucentezza e scolorimento. Questi processi richiedono un apporto di energia e non possono continuare se il materiale è protetto, ad esempio tramite tubazioni interrate. Nella pratica, il materiale sfuso non viene influenzato e le prestazioni nei test iniziali non mostrano alcuna variazione, vale a dire resistenza alla trazione e modulo.

Tuttavia, microscopiche perturbazioni sulla superficie alterata possono causare fratture in condizioni di forte stress locale, ad esempio in caso di impatto sulla superficie esterna. Pertanto la resistenza all’impatto sottoposta al test mostra una diminuzione.

Protezione dai danni del sole

Tutti i tubi in PVC prodotti da Vindex sono dotati di sistemi di protezione che li garantiscono contro agenti dannosi durante i normali periodi di manutenzione e installazione. Per periodi di manutenzione superiori a un anno e nella misura in cui la resistenza agli urti è importante per una particolare installazione, potrebbe essere consigliata una protezione aggiuntiva.

Ciò può essere ottenuto mediante stoccaggio al coperto o coprendo i condotti dei tubi con materiali adatti, come la tela di juta. Bisogna evitare che il calore rimanga intrappolato e bisogna garantire la ventilazione. Non si devono usare fogli di plastica nera. I sistemi di tubazioni in pressione fuori terra possono essere protetti con uno strato di vernice PVA bianca o pastello. Per ottenere una buona adesione è sufficiente lavare con un detergente per rimuovere eventuali tracce di grasso o sporco.

Invecchiamento dei materiali

La resistenza finale del PVC non cambia in modo significativo con l’età. La resistenza alla trazione finale a breve termine mostra generalmente un leggero aumento. È importante comprendere che la linea di pendenza dello sforzo non rappresenta l’indebolimento del materiale nel tempo; ad esempio, un tubo che è stato sottoposto a sforzo costante per anni presenterà comunque lo stesso sforzo di rottura finale nel breve termine di un tubo nuovo.

Tuttavia, questo materiale cambia forma nel tempo, per cui il “volume libero” nella matrice diminuisce e il numero di legami incrociati tra le molecole aumenta. Ciò comporta alcune modifiche nelle proprietà meccaniche:

• Lieve aumento della resistenza alla trazione finale
• aumento significativo dello stress di snervamento
• Aumentare il coefficiente ad alti livelli di pressione

Nel complesso, questi cambiamenti sembrano essere positivi. Tuttavia, la risposta del materiale cambia a livelli di stress elevati a causa dell’inibizione della produzione locale alle concentrazioni di stress e della ridotta suscettibilità alla fatica della carta. È probabile che si verifichi una frattura fragile e si può osservare una diminuzione generale della resistenza agli urti.

Questi cambiamenti avvengono in modo radicale nel tempo: rapidamente subito dopo la formazione e più lentamente nel tempo. Finché si utilizza la carta, è difficile misurarla, se non nel lungo periodo. L’invecchiamento artificiale può essere ottenuto mediante trattamento termico a 60°C per 18 ore. Durante il processo di instradamento, il PVC-O subisce un invecchiamento tale che le sue proprietà rimangono esattamente come quelle del vecchio materiale, ma con una resistenza finale notevolmente aumentata.

Resistenza alla corrosione

In genere, le materie plastiche si comportano bene in condizioni corrosive. Le caratteristiche principali che contribuiscono a questo sono il basso modulo di elasticità e il basso coefficiente di attrito. Ciò consente al materiale di “cedere” e le molecole tendono a scivolare anziché consumarsi sulla superficie.

I materiali a basso attrito più noti, come il Teflon, il nylon e il poliuretano, presentano ottime proprietà. Tuttavia, l’economicità è un fattore importante e il PVC offre ottime prestazioni in termini di tasso di usura/costo unitario. I fattori che influiscono sulla corrosione sono complessi ed è difficile mettere in relazione i dati dei test con le condizioni pratiche.

L’istituto di idromeccanica e strutture idrauliche dell’Università tecnica di Darmstadt nella Germania occidentale ha testato la resistenza alla corrosione di diversi prodotti di tubazioni. La sabbia di fiume è stata utilizzata come abrasivo nei tubi di cemento, nei tubi di argilla smaltata e nei tubi in PVC e sono stati ottenuti i seguenti risultati:

Effetti microbiologici

Il PVC è immune all’attacco degli organismi microbiologici comunemente presenti nelle falde acquifere e nelle reti fognarie.

attacco microbiologico

Il PVC non è una fonte di cibo ed è molto resistente ai danni causati da termiti e roditori.

Effetto dei solfuri nel suolo

La colorazione grigiastra dei tubi in PVC interrati può essere osservata in presenza di solfuri, comunemente presenti nei  terreni  contenenti materia organica. Ciò è dovuto all’interazione con i sistemi di fissaggio utilizzati nel trattamento. Si tratta di un effetto superficiale che non compromette in alcun modo le prestazioni.