روش های تعیین کیفیت لوله های پی وی سی

لوله های پلی وینیل کلراید (PVC) در مقایسه با لوله های فلزی در ساخت و سازهای جدید در سیستم های توزیع آب و فاضلاب عمومی مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفته اند. از ویژگی های جذاب این لوله ها در مقایسه با لوله های فلزی هزینه کم تر، سهولت نصب، استحکام ساختاری عالی، وزن سبک، کاهش بسیار زیاد سروصدا و پارازیت (کاهش چهار برابری در مقایسه با لوله های مسی) و مقاومت به خوردگی بسیار زیاد آن ها است.

شکل ۱ – لوله ی PVC در مقابل لوله ی مسی اکسید شده

اما پدیده تخریب یکی از معضلات مهم در استفاده لوله های پلاستیکی به خصوص لوله های PVC است. این پدیده علاوه بر تسریع شکنندگی لوله ها، می تواند به عنوان مثال با نشت آب یا فاضلاب، خسارات بسیار زیادی در زندگی روزمره مردم وارد کند. در لوله های PVC دلایل مختلفی در بحث تخریب وجود دارد که مهم ترین آن ها حمله های شیمیایی، نصب نامناسب و تولید هستند. در ادامه هر کدام از این عوامل را بررسی می کنیم.

۱) حمله های شیمیایی

‏PVC به طور نسبی مقاومت شیمیایی خوبی دارد، با این حال می تواند مانند بسیاری پلاستیک ها مورد حمله ترکیبات شیمیایی خارجی قرار گیرد. این مواد شیمیایی هم چون کتون‌ها، آروماتیک ها، هیدروکربن های کلرید، استرها، بنزن ها و دی کلرو متان می توانند به پلیمر PVC حمله کنند.
شکل ۲ نشان می دهد که لولۀ پی وی سی در تماس با حلال شیمیایی دچار آسیب شده است.

                                                                      شکل۲- یک لوله که در تماس با ماده شیمیایی، متورم و تخریب شده است.

 ۲) نصب

در صورت نصب نامناسب، لوله می‌تواند به دلایل مختلفی هم چون انتخاب جنس لوله، چسب زدن، تکنیک اتصالات، مهار و آب و هوای نامناسب، دچار شکستگی شود.

۳) طراحی و تولید

به منظور تأثیر طراحی و تولید قطعات پی وی سی در تخریب این محصولات پر مصرف در ابتدا لازم است تعریف مشخصی از پدیده ژل شدن یا پخت صورت پذیرد:

در طول فرایند تولید قطعه ای از PVC، وقتی مواد گرم می شود، در ابتدا کوچک ترین دانه ها یا کریستال ها (grains) ذوب می شوند. درطول فرایند ذوب شدن، این دانه های مذاب به هم پیوسته و با هم تشکیل حالت نیمه ژل – ژل می‌دهند که تحت عنوان پخت یا ژل شدن شناخته می شوند. بالا بودن میزان ژل شدن یا پخت در طی فرایند تولید قطعات پی وی سی نشان دهنده یکنواختی و پیوستگی ترکیب بوده و باعث بالا رفتن خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی قطعه می شود.

لوله های پلاستیکی PVC هم به وسیله فرایند اکستروژن و هم اتصالات به وسیله قالب گیری تزریق تولید می شوند. همانند اکثر روش های تولید پلاستیک، شرایط فرایندی، کیفیت محصولات را رقم می زند. درطول فرایند تولید PVC، درجه حرارت سیلندر و قالب اهمیت بسیار خاصی دارد.

در کنار سایر پارامترهای تولید هم چون سرعت خوراک دهی و دورمارپیچ، درجه حرارت بهینه در طول فرایند تولید، تأثیر بسیار زیادی بر میزان ژل شدن PVC می گذارد، به گونه ای که در صورت کاهش دمای فرایند از حد بهینه، میزان اختلاط و در نتیجه میزان ذوب شدن و ژل شدن کاهش می‌یابد و چنان چه دمای فرایند از حد بهینه افزایش یابد، تخریب PVC اتفاق می افتد. در هر دوی این شرایط افت خواص بهینه لولۀ تولیدی و نهایتاً تخریب پلیمر اتفاق خواهد افتاد.

شکل ۳- یک ترک قبل از نصب لوله

نمونه ای از تخریب لوله پی وی سی در شکل ۳ مشاهده می شود. این چنین تخریبی نتیجه مستقیم روش های تولید است همان طور که در ادامه بررسی خواهیم کرد، میزان ناکافی ژل شدن احتمالاً یکی از دلایل ایجاد این نقص است. از آن جا که میزان پخت شدن یا همان میزان ژل شدن PVC در طول فرایند تولید اهمیت بسیار مهمی در تضمین یک مقاومت شیمیایی و مکانیکی لوله های تولیدی دارد. در این مقاله به بررسی تکنیک های رایج در تعیین میزان پخت لوله های پی وی سی پرداخته می شود.

تکنیک های غوطه وری در محلول شیمیایی جهت تعیین درصد ژل شدن

همان گونه که در بخش مقدمه اشاره شد، دست یابی به میزان ژل شدن یا پخت مناسب پی وی سی طی فرایند تولید، ضمن محافظت در برابر حملات شیمیایی ناشی از حضور حلال های شیمیایی، می تواند تضمینی بر خواص مکانیکی محصول تولیدی باشد. در حال حاضر دو تکنیک مورد استفاده برای تعیین میزان پخت، در حلال استون، براساس استاندارد ASTM D2152 و غوطه وری در حلال دی کلرو متان مطابق  استاندارد ISO 9852 است.
در هر دو روش پس از قرار گیری لوله یا محصول PVC در حلال های ذکر شده، حمله مواد شیمیایی صورت گرفته و نتایج به شکل مردود یا مقبول خواهد بود. نتیجه رد شدن نمونه موقعی اتفاق می افتد که مواد شیمیایی موجود، توانایی حمله به PVC را داشته باشند و نتیجه حاصل از این حمله، برداشته شدن لایه ای پلیمر از سطح قطعه (شکل ۲) می شود.

نکات قابل توجه در دو تکنیک غوطه وری در زیر آمده است:

۱- نمونه ی بریده شده از لوله یا اتصالات نباید تحت تنش بالای اره برش یابد چون ممکن است با افزایش اصطکاک ناشی از برش اره، دمای نمونه بالا رفته و تعیین میزان پخت یا همان ژل شدگی با خطا همراه گردد.

۲- استون و دی کلرو متان مورد استفاده باید با کیفیت بالا همراه با حداقل مقدار رطوبت باشد.

۳- پس از آماده سازی، نمونه ها باید به مدت بیست دقیقه در استون غوطه ور باشد. این مدت زمان برای روش دی کلرومتان سی دقیقه است.

۴- مقدار غیر قابل قبول تخریب در اثر غوطه وری، بیش تر ۱۰% در بیش از یکی از سطوح داخلی، خارجی یا در جهت ضخامت نمونۀ برش یافته است.

اگر چه آزمایش‌های غوطه وری استون و دی کلرومتان، اطلاعاتی در مورد میزان پخت و ژل شدن مناسب محصول PVC به ما می‌دهد اما اطلاعاتی دقیق در مورد تاریخچه فرایندی PVC به ما نمی دهد و صرفاً به مقبول یا مردود بودن میزان پخت اشاره می نماید.

همان گونه که اشاره شد، میزان ژل شدن، به دمای فرایند بستگی دارد که هرچه درجه حرارت بالا رود میزان ژل شدن نیز بیش تر می شود. اطلاعات مربوط به این اتفاق به وسیلۀ دستگاه DSC تخمین زده می شود.

گیلبرت و ویدا،تحت دماهای کنترل شده، کامپاند PVC را فرایند کرده اند. آنالیز حرارتی بر روی نمونه ها با استفاده از دستگاه DSC انجام می‌گیرد، بدین صورت که  نمونه‌ها از دمای اتاق تا  ۲۴۰ درجه سلسیوس با سرعت ۲۰ درجه سلسیوس بر دقیقه گرم شدند.

شکل ۴- نتایج چند آزمون DSC از PVC در دماهای مختلف

اولین انتقال نشان داده شده بین ۸۰ تا ۸۵ درجه سلسیوس، نشان دهندۀ دمای انتقال شیشه ای است.
منطقۀ A نشان دهندۀ ذوب شدن کریستال های نیمه ژل – ژل که خود نشان دهندۀ ژل شدن ذرات پی وی سی است و منطقه B نشان دهندۀ ذوب شدن کریستال هایی است که در طول فرایند PVC ذوب شده اما ژل نشدند.
نقطه ی اتصال بین ناحیه A و B نقطه‌ای است که دمای فرایندی PVC را نشان می دهد.
برای تعیین میزان ژل شدن یا پخت پی وی سی کافی است که سطح ناحیه A بر مجموع سطح ناحیه B تقسیم گردد.

همان طور که در بالا آمد، میزان ژل شدن به دمای فرایند (شکل ۴) وابسته است. در شکل ۴ مشخص است که با افزایش دمای فرایند که هم در محور عمومی و هم از نقطه اتصال ناحیه A و B قابل تشخیص است، میزان ژل شدن یا پخت کامپاند PVC افزایش یافته است.

نتایج مطالعات تجربی نشان می دهد که خواص مکانیکی مانند استحکام ضربه ای، استحکام کششی و درصد کرنش PVC به میزان ژل شدن بستگی دارد. تعیین میزان ژل شدن و ارتباط آن با خواص مکانیکی نهایی می تواند یک ابزار قدرتمند برای ارزیابی کیفیت PVC و تحلیل شکست آن باشد وهرچه میزان ژل بودن کم تر باشد، تخریب و ترک خوردگی لوله بیش تر است.

به منظور تحلیل بیش تر تأثیر دمای فرایند بر میزان ژل شدن پی وی سی و تست های غوطه وری حلال دی کلرو متان و آزمون DSC، مثال های زیر ارائه می شود:

۱- نمونه مربوط به شکل شماره ۲ که در آن سطح لوله در تماس با حلال خورده شده است:

پس از قرار گیری در حلال دی کلرو متان تخریب شده است. آزمون DSC نشان می دهد که دمای نقطۀ انتقال شیشه ای آن در حدود ۸۴٫۷ درجۀ سانتیگراد، دمای فرایندی حدود ۱۷۷ درجۀ سانتیگراد و میزان ژل شدگی حدود ۵۶% بوده است.

۲- نمونه مربوط به شکل شماره ۳ که در آن سطح داخلی لوله دچار ترک بوده است :

پس از قرار گیری در حلال دی کلرو متان تخریب شده است. آزمون DSC نشان می دهد که دمای نقطه انتقال شیشه ای آن در حدود ۸۴٫۷ درجۀ سانتیگراد، دمای فرایندی حدود ۱۷۷ درجۀ سانتیگراد و میزان ژل شدگی حدود ۵۴% بوده است.

۳- نمونه با شرایط فرایندی کامل:

آزمون DSC نشان می دهد که دمای نقطۀ انتقال شیشه ای آن در حدود ۸۴٫۹ درجۀ سانتیگراد، دمای فرایندی حدود ۱۹۵ درجۀ سانتیگراد و میزان ژل شدگی حدود ۹۷% بوده است که در تست دی کلرومتان هیچ گونه تخریبی از خود نشان نداده است.

برای آشنایی بیش تر با افزودنی های نانو جهت بهبود خواص ضربه پذیری لوله های پی وی سی به محصولات نانو افزودنی های مخصوص لوله و اتصالات UPVC مراجعه فرمایید.

منبع:

Using differential scanning calorimetry to determine the quality of a pvc part

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *