پلی‌اتیلن شبکه‌ای (XLPE یا PEX) چیست؟ (قسمت دوم: روش‌های تولید و کاربرد)

    در قسمت اول این مقاله، پلی‌اتیلن شبکه‌ای معرفی شد و خواص آن مورد بررسی قرار گرفت. در این بخش انواع روش‌های شبکه‌ای کردن پلی‌اتیلن و کاربردهای آن توضیح داده می‌شود.

انواع روش‌های شبکه‌ای کردن پلی‌اتیلن

    شبكه­‌ای کردن پلی‌اتيلن به سه روش پراکسیدی، سیلانی و اشعه امكان‌پذير است:

1. فناوری پراکسید (Peroxide Method): در فناوری شیمیایی پراکسیدی (Peroxide Base)، پراکسید موجود در فرمولاسیون، با حذف هیدروژن پلی­‌اتیلن، پیوند کربن-کربن ایجاد می­‌کند. پلی­‌اتیلن حاوی پراکسید، تحت دمای کنترل‌شده، به‌سرعت ذوب می­‌شود تا از ایجاد اتصالات عرضی پیش از موعد جلوگیری شود. سپس مذاب حاصل، درون یک لوله با قالب­‌های مناسب و ویژه وارد شده و از طریق اکستروژن، شکل­‌دهی نهایی محصول، شامل روکش کابل یا لوله تولید می­‌گردد. در این مرحله حرارت­‌دهی در فشار بالا انجام شده و پراکسید­ها فرصت ایجاد اتصالات عرضی را می­‌یابند (شکل 1). هم‌چنین گاز متان هم به‌عنوان محصول جانبی فرآیند تولید می­‌شود. از آن‌جایی که باید مخلوط واکنش را در فشار بالا قرار دهیم، گاز متان تولیدی تا مرحله آخر درون قطعه محبوس گردیده که باید با دقت خارج گردد. از معایب این روش، امکان متخلخل شدن قطعه است که در صورت خروج ناگهانی گاز متان در مرحله نهایی اتفاق می‌افتد.

شکل 1. فرآیند پراکسیدی

2. فناوری سیلانی (Silane Method): فناوری سیلانی برای اولین بار توسط شرکت داو کورنینگ (Dow Corning) در سال 1968 و به‌شکل دو­ مرحله‌­ای ابداع گردید. در این روش ابتدا سیلان (عامل اتصال عرضی)، آغازگر و پلی­‌اتیلن با یک‌دیگر مخلوط شده و پلی­‌اتیلن گره‌خورده (گرافت‌شده) با سیلان ایجاد می‌گردد (شکل 2). در ادامه به دو روش یک یا دو مرحله‌ای با سایر افزودنی­‌ها همچون کاتالیست ترکیب‌شده و تحت حرارت و رطوبت، پلی­‌اتیلن شبکه­‌ای می­‌شود.

شکل 2. فناوری سیلانی

3. فناوری اشعه (Radiation Method): فناوری اشعه روشی فیزیکی است که با قرار دادن پلی­‌اتیلن تحت تابش انجام می­‌گیرد و برای ایجاد اتصالات عرضی پلی­‌اتیلن، از تابش الکترونی، امواج گاما و یا تابش ماوراء بنفش استفاده می‌شود. در این فناوری، الکترون­‌های برانگیخته­‌شده با اشعه، به مولکول­‌های کربن نزدیک خود حمله کرده و با جدا کردن یک اتم هیدروژن از آن، کربن رادیکال آزاد تولید می­‌کنند. دو مولکول بر­انگیخته با شرایط مشابه با نزدیک شدن به هم، با یک‌دیگر پیوند برقرار کرده و با ترکیب این پیوندها، اتصال عرضی ایجاد می‌شود (شکل 3).

شکل 3. فرآیند اشعه

زمینه‌­های کاربرد شبكه­‌ای کردن پلی­‌اتيلن

    فناوری شبکه­‌ای کردن پلی­‌اتیلن، خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی پلی­‌اتیلن را بهبود می­‌بخشد. از این رو پلی‌اتیلن شبکه‌ای طیف وسیعی از کاربردها با خواص متنوع را پوشش می­‌دهد. از جمله اصلی­‌ترین زمینه‌­های کاربرد فناوری تولید گرانول­ پلی­‌اتیلنی قابل شبکه‌­ای شدن، می­‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

1- لوله‌های پنج لایه (PEX-Al-PEX): به‌علت دمای کاربری بالا و خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب، لوله­‌های پنج لایه (شکل 4) در زمینه­‌های ساختمانی و استفاده در سیستم‌­های لوله­‌کشی آب گرم به‌کار می‌­روند.

شکل 4. لوله‌های پنج لایه (PEX-Al-PEX)

2- زمینه­‌های صنعتی و ساختمانی: به‌دلیل خواص حرارتی بالا در تولید شلنگ­‌های PEX، این پلیمر در زمینه­‌های ساختمانی و صنعتی، جهت استفاده در سرویس بهداشتی و حمام، با توان تحمل ۲۰ بار فشار و دمای بالای ۸۰ درجه سانتی‌گراد و به‌علت خواص شیمیایی مناسب، در دستگاه­‌های صنعتی به‌عنوان مسیر انتقال روغن به کار می‌رود (شکل 5).

شکل 5. شلنگ‌های PEX

3- روکش­ کابل­‌های فشار قوی (بیش از 300 کیلو ولت) و متوسط (10 تا 50 کیلو ولت): PEX به‌دلیل مقاومت در تحمل بار الکتریکی و توانایی بالا برای تحمل شوک­‌های دمایی، گزینه مناسبی برای تولید پوشش سیم­‌ها و کابل­‌ها است.

شکل 6. روکش­ کابل­‌های فشار قوی متوسط

4- فیلم­‌ها (شامل فیلم‌­های چند لایه): برای کاربرد در دماهای بالا و علاوه بر آن، به‌دلیل خواص چسبندگی مناسب، در بسته­‌بندی مقاوم در برابر گرمای مواد غذایی استفاده می‌شود.

5- فوم­‌ها (foams): شامل پروفیل­‌های از جنس فوم، فوم­‌های سلول بسته انعطاف­‌پذیر و مقاومت خوب مکانیکی و حرارتی است (شکل 7).

شکل 7. فوم PEX

6- قطعه­‌های محصول قالب‌گیری چرخشی (roto-mould): دارای مقاومت ضربه بالا و مقاومت شیمیایی خوب مانند مخزن سوخت خودرو است.

7- محصولات قالب‌گیری دمشی (blow-mould): بطری­‌های نگه‌داری مایعات شیمیایی نیازمند مقاومت ضربه و مقاومت شیمیایی بالا هستند. از این رو در این موارد یکی از بهترین گزینه‌های ماده اولیه PEX است.