Neste artigo: Uma história dos tubos de polietileno qual é a diferença entre LDPE e HDPE; características do polietileno de baixa pressão (alta densidade); prós e contras de tubos HDPE; tecnologia para produção de tubos de polietileno de baixa pressão; acessórios para tubos de polietileno.
O plástico na forma de um sifão de cozinha para drenar a água começou a invadir as comunicações em nossas casas e apartamentos por volta dos anos 80, substituindo completamente os anteriormente populares sifões de aço e ferro fundido. Em meados da década de 90, os tubos de plástico tornaram-se inesperadamente tubos de encanamento, atraentes por sua novidade, baixo peso, preço e resistência absoluta à corrosão. Ao que parece, após mais de 15 anos de presença no mercado russo, os tubos de polietileno já deveriam ter se tornado familiares aos proprietários, mas alguns deles ainda tratam o plástico no sistema de abastecimento de água com desconfiança e desconfiança. Oferecemos para investigar as características do polietileno de baixa pressão e tubos feitos a partir dele.
História dos tubos de polietileno
O polietileno, como outros tipos de plástico, foi obtido por acidente. Em 1898, Hans von Pechmann, um físico alemão, realizou outra etapa da pesquisa sobre o diazometano, que havia obtido quatro anos antes, uma substância bastante perigosa de origem química. Depois de um experimento com o aquecimento do diazometano, von Pechmann descobriu uma substância branca e cerosa no fundo do frasco, que era polietileno ou, como o químico chamou, polimetileno. No início do século 20, não havia demanda industrial para o polietileno Pehmann de código aberto, então sua criação foi esquecida por 37 longos anos..
Após a Primeira Guerra Mundial, grandes industriais começaram a buscar novos materiais para isolar cabos elétricos, confiando seu desenvolvimento a laboratórios químicos. Atuando no quadro de tal ordem, os químicos britânicos Reginald Gibson e Eric Fawcett no laboratório da empresa química “Império da Indústria Química” (Imperial Chemical Industries) redescobriram o polietileno – colocando uma mistura de etileno e benzaldeído em uma câmara de pressão, agindo sobre ela com uma pressão de centenas de atmosferas. Os químicos consideraram a substância branca, semelhante à cera obtida, um erro durante o experimento, especialmente porque não conseguiram obter novamente o polietileno – durante o primeiro experimento, o ar entrou acidentalmente na câmara de pressão, os experimentadores não levaram isso em consideração.
Laboratório ICI
Depois de investigar uma substância obtida acidentalmente por Gibson e Fawcett, o químico Michael Perrin, que também trabalhava para o ICI, decidiu criar uma tecnologia que possibilitasse a obtenção de polietileno em escala industrial. O desenvolvimento da tecnologia levou Perrin quatro anos (ele começou a pesquisar o polietileno em 1935) e foi coroado de sucesso apenas em 1939 – a ICI recebeu neste ano a patente para a produção de polietileno de alta pressão (baixa densidade). Durante a Segunda Guerra Mundial, a produção de polietileno se expandiu – esse plástico foi usado para isolar cabos de radar coaxiais. Desde 1944, as embalagens de polietileno são procuradas nos Estados Unidos entre os proprietários de redes varejistas de lojas..
O polietileno de alta pressão apresentava maciez e plasticidade bastante altas, portanto era perfeito para a produção de embalagens de produtos de embalagem adquiridos pelos clientes. No entanto, não era adequado para uso em redes de comunicação de transporte de água quente – os tubos experimentais criados a partir desse polímero não permitiam a passagem de água, mas não eram capazes de reter gases, uma vez que as ligações intermoleculares no LDPE não são fortes o suficiente.
Em 1951, os químicos Paul Hogan e Robert Banks, que trabalhavam para a Phillips Petroleum Corporation, desenvolveram um catalisador para a polimerização de polietileno, trióxido de cromo. Na presença de um catalisador, o polietileno pode ser produzido a pressão e temperatura mais moderadas. O uso de novos catalisadores na produção de grânulos de polietileno criou a possibilidade de construir tubos de plástico para abastecimento de água fria e quente, bem como para comunicações de esgoto. Dois anos depois, o químico alemão Karl Ziegler criou sistemas catalíticos à base de compostos organoalumínicos e halogenetos de titânio, que possibilitaram a obtenção do polietileno de baixa pressão (alta densidade), caracterizado por maior rigidez e resistência do que o LDPE. Na década de 70, o sistema de catalisadores Ziegler foi revitalizado com novos tipos, o que possibilitou, entre outras coisas, produzir uma ampla gama de resinas de polietileno..
Características do polietileno de baixa pressão
Este polietileno é produzido por tecnologias de fase gasosa, suspensão e solução, a polimerização ocorre sob pressão de 1 a 5 kg / cm2. Tem uma densidade superior a 0,941 g / cm3, é bastante rígido e, devido à sua estrutura cristalina, é ligeiramente transparente ou opaco. Devido à fraca ramificação das ligações moleculares, as forças intermoleculares fornecem alta resistência à tração no polietileno de baixa pressão. A temperatura de fusão é de cerca de 130 ° C, que é 20 ° C mais alta do que a do LDPE, mas isso torna o polietileno resistente a temperaturas de aquecimento durante a operação de produtos acabados (cerca de 121 ° C).
Comparado ao polietileno de alta pressão, a umidade e a permeabilidade ao gás do HDPE é 5 vezes menor, ele tem maior resistência química a gorduras e óleos. Como o LDPE, é suscetível a rachaduras ambientais, mas o polietileno de baixa densidade e alto peso molecular não tem essa desvantagem. Dependendo da marca, o HDPE é resistente a baixas temperaturas de -50 ° C e abaixo.
Uma ampla gama de produtos é produzida a partir de polietileno de alta pressão – sacos e películas de embalagem para redes de varejo, tubos, isolamento de cabos elétricos de alta tensão, várias malhas, tanques e latas, tampas de garrafas PET, acessórios para móveis, acessórios para carros, brinquedos e jogos infantis complexos, móveis, etc..
Na Rússia, o polipropileno primário de baixa pressão é produzido nas empresas de OOO Stavrolen, OAO Kazanorgsintez, importado da Europa e Ásia, o secundário (obtido de materiais recicláveis) é produzido por uma série de pequenos fabricantes.
Características dos tubos HDPE
Vantagens dos tubos de polímero de baixa pressão (alta densidade):
- Eles têm uma longa vida útil – pelo menos 40 anos. Esse período foi estabelecido originalmente durante o seu desenvolvimento na década de 50 do século passado..
- Eles não estão sujeitos a influências corrosivas e químicas, ou seja, não requerem proteção catódica renovável quando assentados no solo, ou seja, não requerem manutenção.
- Com características iguais, o custo dos tubos de polietileno é menor que o do aço.
- Devido à lisura invariável das superfícies internas, incrustações e lamas não são depositadas sobre elas, respectivamente, o diâmetro interno não muda durante toda a vida útil.
- Eles têm baixa condutividade térmica – sua perda de calor e o grau de condensação na superfície externa são extremamente pequenos.
- Se o líquido dentro do tubo de HDPE congelar, a destruição da estrutura não ocorrerá, pois o diâmetro do tubo aumentará com o diâmetro do líquido congelado (em 5-7% do original) e retornará ao anterior após o descongelamento do líquido transportado.
- O peso dos tubos é 6 vezes menor que o peso dos tubos de aço do mesmo diâmetro e pressão máxima de trabalho, o que facilita muito o transporte e a instalação.
- Alta resistência ao golpe de aríete proporcionada pelo baixo módulo de elasticidade dos tubos HDPE.
- Soldar tubos de polietileno é muito mais fácil, rápido e barato do que tubos de aço. Além disso, as juntas soldadas de tubos HDPE não perdem sua confiabilidade com o tempo..
- Total segurança ambiental, graças à qual é permitida a utilização de tubos de polietileno em dutos de abastecimento de água potável à população.
Contras dos tubos de polietileno:
- Restrições na temperatura do líquido transportado, o que dificulta seu uso em sistemas de aquecimento e abastecimento de água quente.
- Tecnologia de montagem específica.
- Comparados a eles, os tubos de aço e ferro fundido apresentam características mecânicas superiores. A vida útil dos tubos de polímero assentados no solo depende do tipo de solo local (sua mobilidade).
- Seu desempenho é reduzido sob a influência da radiação ultravioleta (o grau de resistência à radiação ultravioleta depende dos catalisadores usados na produção de matérias-primas – grânulos de HDPE).
Tecnologia de produção de tubos HDPE
A linha de produção de tubos de polietileno está localizada em uma área relativamente pequena – cerca de 100 m2.
Grânulos de HDPE de um certo grau são despejados no funil da extrusora, aquecidos até a temperatura de fusão e plastificados. O polietileno fundido entra na cabeça direta da extrusora, passando em sua entrada pelas redes de filtro e pela grade na qual o mandril é instalado (bico cônico aerodinâmico). O polietileno fundido envolve o mandril proporcionalmente e segue para a matriz do futuro tubo, onde assume a forma de um tubo de determinado diâmetro. O corpo do mandril possui um bico embutido para fornecer ar comprimido que resfria as paredes do tubo de polietileno na saída da matriz.
O tubo curado é retirado da extrusora por meio de um dispositivo especial, cujo diâmetro de fixação corresponde ao diâmetro do tubo. O dispositivo de exaustão guia o tubo através da unidade de resfriamento, onde sua teia é coberta com jatos de água dos bicos.
O controle da espessura da parede e da ausência de distorções da forma geométrica do tubo é feito por meio de um medidor sem contato. Atrás dele está um dispositivo de marcação que aplica a marcação apropriada no corpo do tubo HDPE por gravação em relevo ou impressão.
Se um tubo é produzido com um diâmetro superior a 125 mm, então após a marcação ele é cortado em pedaços do comprimento necessário usando uma guilhotina móvel ou serra circular, seguindo ao longo da alma do tubo na velocidade de sua retirada da extrusora. Tubos de menor diâmetro são coletados pelo pull-winder em bobinas.
Além das características estruturais da cabeça da extrusora, as características de qualidade do tubo de polietileno são influenciadas pela temperatura do fundido, pela taxa de fluxo e pela extração. Durante o fluxo, as moléculas de HDPE fundidas sofrem orientação, o que afeta a retração axial do tubo após a saída da extrusora, bem como a anisotropia (presença de rugosidade na superfície do tubo acabado). O grau de encolhimento axial de um tubo de polietileno também depende da velocidade de sua tração – se for maior do que a velocidade do fundido na saída, então o encolhimento axial e o estreitamento das paredes aumentam.
A intensidade do fornecimento de ar comprimido (calibração da pressão) depende do diâmetro, espessura da parede do tubo, características do determinado grau de polímero e sua temperatura de fusão na extrusora. A calibração da pressão do ar é ajustada quando o primeiro lote de tubo sai da extrusora por meio de ajuste experimental. Se a pressão do ar for insuficiente, ondulações perceptíveis se formarão nas paredes do tubo; se excessivo, o aumento do atrito causará múltiplas microfissuras, o que reduzirá significativamente a resistência das paredes do tubo.
Acessórios para tubos de polietileno
Três tipos de acessórios são usados para conectar tubos HDPE – para soldagem de topo (sem o uso de espiral elétrica), para soldagem elétrica e acessórios de compressão.
Acessórios para soldagem de topo (torneiras) permitem a soldagem de topo de tubos. A soldagem de topo é realizada na seguinte seqüência: laminação das extremidades dos tubos e conexões; aquecer as seções soldadas com um dispositivo de aquecimento elétrico até um estado de fluidez viscosa; remover o dispositivo de aquecimento e conectar as partes a serem soldadas sob pressão. É importante conectar a conexão e o tubo o mais rápido possível após a remoção do dispositivo de aquecimento, evitando que o plástico resfrie. Além disso, para garantir uma costura forte e confiável, é necessário eliminar completamente a possibilidade de partículas de poeira entrarem na costura..
As conexões HDPE destinadas à soldagem elétrica são fornecidas com aquecedores de fio embutidos (resistores elétricos) – quando uma corrente elétrica é fornecida ao fio, seu aquecimento faz com que o polímero derreta nas áreas de junta. Uma vez que a conexão e o tubo são conectados, a alimentação de tensão é interrompida e uma conexão de alta estanqueidade é formada. Os acessórios de eletrofusão são soldados em tubos de polímero usando máquinas de solda especiais que permitem ajustar o modo de soldagem de acordo com as dimensões do tubo e do acessório a ser cortado nele. Este método de soldagem é especialmente conveniente para reparar seções de dutos de difícil acesso..
A construção de uma tubulação de plástico com conexões de compressão é muito simples, pois não requer qualquer preparação adicional de tubos de PEAD. Os acessórios de compressão são conectados aos tubos sem desmontar em suas partes constituintes – a vedação de borracha é comprimida pela luva de pressão na posição em que é necessário com a restrição simultânea da compressão, evitando assim as deformações do tubo, e o anel de fixação de um design especial não permitirá enfraquecer a conexão. A instalação da tubulação conectando acessórios de compressão pode ser realizada em qualquer época do ano, inclusive em temperaturas abaixo de zero, enquanto todo o escopo de trabalho está disponível para execução humana sem treinamento especial.
Tubos HDPE – descrição e características
Os tubos HDPE são um material amigável ao meio-ambiente, resistente e durável. São ideais para transporte de água doce e esgoto, de elevadas pressões hidráulicas, assim como para linhas de irrigação. Proporcionam baixo custo de instalação, mantendo alta qualidade e eficiência ao longo do tempo. São leves, resistentes a corrosão, químicos e intempéries. Além disso, são flexíveis, fáceis de instalar e possuem ótimo acabamento superficial.
Sistemas de engenharia Conteúdo material
Olá, estou interessado nos tubos HDPE. Você poderia me fornecer uma descrição detalhada e quais são suas principais características? Além disso, gostaria de saber quais são as vantagens em relação a outros tipos de tubos e se existem diferentes tamanhos disponíveis. Agradeço desde já pela atenção!