تجهيزات صنعتي

 مخازن ذخيره سازي ساخته شده از پلي اتيلن و پلي پروپيلن

مخازن و ظروف ساخته شده از پلي پروپيلن، پلي اتيلن، پلي استايرن، پلي تترا فلوئورواتيلن، پلي آميد و غيره هر يك مزايا و معايب منحصر به فرد خود را در كاربردهاي مختلف دارا مي باشند. ترموپلاستيك هاي آمورف و نيمه كريستالي دو فاز و همچنين مخازن فايبرگلاس (ساخته شده از مواد كامپوزيت پليمري) شامل مخازن ترموپلاستيكي تقويت شده با شيشه است كه هم از نظر ساختار (اندازه ذرات) و هم از نظر طراحي (مخازن ساخته شده از دو لايه)- طيف وسيعي از محصولات ساخته شده از پلاستيك هاي ساختاري (پلاستيك هاي مصنوعي مبتني بر تركيبات كربن-هيدروژن - پليمرها و كامپوزيت هاي مبتني بر آنها)- با يك هدف مشترك يعني ذخيره سازي (انباشت و / يا توزيع مجدد) مواد مايع، گازي متحد شده اند.

استفاده از مواد كامپوزيت پليمري براي ساخت مخازن با ظرفيت‌ها و اهداف مختلف و به‌ويژه براي مخازن به‌جاي فلز سنتي، بتن مسلح، به دليل بسته‌بندي منحصربه‌فرد ويژگي‌هاي عملكردي پلاستيك‌هاي مصنوعي و امكان‌سنجي اقتصادي است.

مخازن پلي پروپيلن و مخازن پلي اتيلن ​​و مخازن ساخته شده از مواد كامپوزيت پليمري (مخازن ترموپلاستيكي  تقويت شده با الياف شيشه)، با استحكام ساختاري قابل مقايسه با فلزات، داراي جرم كمتر، داراي قابليت ميرايي، قابليت كار در خلاء فني، در شرايط فعال شيميايي، محيط هاي كمي تهاجمي و بي اثر، در شرايط برودتي و دماهاي بالا مي باشند.

محدوديت هاي مقاومت كششي براي فولاد سازه اي و انواع پليمرها:

فولاد سازه: 380-420 كوتاه مدت σ p (1 دقيقه)

پليمرهاي لاستيكي نرم: 3- 10كوتاه مدت σ p (1 دقيقه)، 0.3-20 σ بلند مدت (1 سال)

پليمرهاي لاستيكي سفت و سخت: 30-50 3-10 σ بلند مدت (1 سال)

الاستومرهاي پر شده (لاستيك): 100-200 كوتاه مدت σ p (1 دقيقه)،  20-30 σ بلند مدت (1 سال)

پليمرهاي جامد (پلاستيك): 100-200 كوتاه مدت σ p (1 دقيقه)، 20-40 σ بلند مدت (1 سال)

پليمرهاي جهت دار (الياف): 500-1000 كوتاه مدت σ p (1 دقيقه)، 100-300 σ بلند مدت (1 سال)

مخزن پلي اتيلن، مخزن پلي پروپيلن، مخزن فايبرگلاس داراي هدايت حرارتي كمتر و ظرفيت حرارتي بالاتري نسبت به مخازن و ظروف فلزي هستند.

هدايت حرارتي و ظرفيت حرارتي جامدات و پليمرها:

فلز مس: 3.8•10² λ، J/(m*s*K)،       0.39 ظرفيت گرمايي، Sr، J/kg*K

آهن: 0.55•10² هدايت حرارتي، λ، J/(m*s*K) ،0.46 ظرفيت گرمايي، Sr، J/kg*K

ليوان ( مواد غير آلي): 0.82 هدايت حرارتي، λ، J/(m*s*K) ، 0.84 ظرفيت گرمايي، Sr، J/kg*K

پليمرها 0.1-0.35 هدايت حرارتي، λ، J/(m*s*K) ،1.25-2.10 ظرفيت گرمايي، Sr، J/kg*K

نكته مهم: ضريب هدايت حرارتي پليمرهاي آمورف و نيمه كريستالي در شرايط دماي ثابت به صورت خطي متناسب با افزايش فشار افزايش مي يابد كه با افزايش فشار با كاهش حجم آزاد در ساختار پليمرها همراه است. بنابراين، مخازن ساخته شده از مواد پلي پروپيلن، پلي اتيلن و تا حدي فايبرگلاس بايد با در نظر گرفتن اين وابستگي طراحي شوند.

مرجع: پلاستيك هاي مصنوعي مشتق از تركيبات كربن-هيدروژن توده هاي پلاستيكي حاوي تركيبي از يك پليمر (يا اليگومر) با مواد اصلاح كننده مختلف است كه در حين كار حالت شيشه اي يا كريستالي دارد) به طور مشروط الگوهاي مختلفي از تغييرات حالت را تشكيل مي دهند.

الاستومرها (پليمرهاي لاستيكي مانند) به دليل استحكام كم، براي ساخت ظروف يا مخازن استفاده نمي شوند. به نوبه خود، ترموپلاستيك ها (پليمرهاي ترموست) پس از سرد شدن شكننده هستند، و همچنين داراي انقباض بزرگ (تا 10-15٪ حجمي) هستند، كه استفاده از آنها را به شكل خالص از نظر فني غيرعملي مي كند، اگرچه پليمرهاي ترموست هنوز هم بخش اصلي هستند.

پليمرهاي ترموپلاستيك آمورف و كريستالي و در واقع - پلي استرهاي نيمه كريستالي (پلي اتيلن، پلي پروپيلن، پلي بوتيلن)، فلوروپلاستيك هاي مبتني بر پلي تترا فلوئورواتيلن، پلي فرمالدئيد، پلي آميدهاي آليفاتيك، پلي‌وينيل‌هاي تا حدي بي‌شكل بر پايه پلي‌وينيل‌ها مخلوط پليمرها و كوپليمرهاي پيوندي هنوز از نظر خواص بهترين پلاستيك هاي مصنوعي ساختاري هستند. به نوبه خود در مقايسه با ترموپلاستيك هاي نيمه آمورف و دو فاز، ترموپلاستيك هاي نيمه كريستالي داراي سختي، نقطه ذوب، مدول يانگ كمتر، اما استحكام ضربه، مقاومت حرارتي و ازدياد طول نسبي در هنگام انبساط حرارتي هستند كه ساخت بهتر آنها را تعيين مي كند.

در عين حال، مقادير بالاي انبساط حرارتي، به ويژه انبساط خطي، مشكل اصلي همه ترموپلاستيك ها باقي مي ماند، به همين دليل است كه در واقع، محصولات ساخته شده از مواد كامپوزيت پليمري، كه داراي انبساط حرارتي كمي همراه با ساختاري بالا هستند؛ امروزه از نظر قدرت در اوج محبوبيت هستند.

ضرايب انبساط خطي مواد مختلف:

مواد     ضريب انبساط حرارتي خطي، α •10 4 ، K -1

آلومينيوم: 0.24 α •10 4 ، K -1

فولاد: 0.11 α •10 4 ، K -1

ليوان (مواد غير آلي): 0.04-0.09 α •10 4 ، K -1

پلاستيك ها: 0.7-1.2 α •10 4 ، K -1

الاستومرها: 1.2-2.3 α •10 4 ، K -1

نسبت استفاده از مواد (نسبت جرم محصول نهايي به جرم مواد مورد استفاده) در ساخت ظرف ساخته شده از پلي پروپيلن يا پلي اتيلن 0.85-0.95 است، مخازن فايبرگلاس كمتر از 0.75-0.9 است. در حالي كه ضريب استفاده از مواد در ساخت مخازن فلزي 0.5-0.6 است و پيچيدگي فرآيند ساخت مخزن پلي پروپيلن يا پلي اتيلن 5...6 برابر كمتر از شدت كار مخزن با پارامترهاي مشابه ساخته شده از فلز، و 10 ... 11 برابر كمتر از بتن مسلح مي باشد.

هنگام ساخت مخازن فولادي، ميزان خوردگي عناصر مخزن در نظر گرفته مي شود، مخازن ساخته شده از پلي پروپيلن، پلي اتيلن، فايبرگلاس نسبت به محيط هاي خنثي و كمي تهاجمي بي اثر هستند.

قيمت مخزن پلي پروپيلن، پلي اتيلن، و همچنين مخزن فايبرگلاس 4 ... 9 برابر كمتر از قيمت يك ظرف ساخته شده از فلز است.

مرجع: انتخاب يك پليمر در ساخت يك مخزن نه تنها تحت تأثير ساختار و ويژگي هاي اساسي آن است، بلكه تحت تأثير هزينه مواد و هزينه عمليات حرارتي نيز قرار دارد كه يك مرحله اجباري در ساخت است. هر محصول از پليمرها به طور كلي اجازه مي دهد تا چگالي و سختي، وزن مولكولي، استحكام كششي در كشش / فشار و مقاومت ضربه، مقاومت در برابر سايش و پايداري شكل هندسي محصول را در طول دوره عملياتي افزايش دهد.

پليمرهاي گران قيمت عبارتند از پلي فرمالدئيد، پلي آميدها، فلوروپلاستيك هاي مبتني بر پلي تترا فلوئورواتيلن، و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه پلي استرهاي ترموپلاستيك (پلي اتيلن، پلي پروپيلن) هستند. گرانترين عمليات حرارتي محصولات پليمري (از نظر منابع انرژي و شدت كار) سخت شدن (حرارت دادن محصول تا 80-90 درصد نقطه ذوب پليمر و به دنبال آن خنك شدن در آب سرد (درجه حرارت 5-8 درجه سانتيگراد) است و سپس تلطيف در افزايش امكان اقتصادي (گرمايش محصول در اتمسفر بي اثر تا دماي كمتر از نقطه بحراني پليمر (براي پلي پروپيلن 60-65 درجه سانتيگراد) با قرار گرفتن در معرض و متعاقب آن خنك شدن آهسته انجام مي شود) است.

ظروف پلي اتيلن

در حال حاضر، در ايران و خارج از كشور، انواع مخازن پلي اتيلن به شرح زير توليد مي شود: مخازن ساخته شده از پلي اتيلن پرفشار (LDPE) (يا پلي اتيلن با چگالي كم)، به دست آمده در فشار 100 تا 300 مگاپاسكال و دماي حدود 160 درجه سانتيگراد.

مخازن ساخته شده از پلي اتيلن فشار متوسط ​​(MDPE) (يا پلي اتيلن با چگالي متوسط) با پليمريزاسيون در يك محيط رقيق كننده با فشار 3.5 تا 4.0 مگاپاسكال و دماي 125 ... 150 درجه سانتيگراد.

 مخازن ساخته شده از پلي اتيلن كم فشار (HDPE) (يا پلي اتيلن با چگالي بالا) با پليمريزاسيون در يك حلال آلي در فشار حداكثر 0.5 مگاپاسكال و دماي 80 درجه سانتيگراد.

عليرغم اين واقعيت كه LDPE، LDPE يا HDPE از يك مونومر به دست مي آيند، اين مواد در واقع خواص متفاوتي دارند كه در نهايت به مخازن پلي اتيلن واگذار مي شود.

خواص  پلي اتيلن:

ü     LDPE

درجه بلورينگي %: 55

چگالي، g/cm³: 0.91-0.92

نقطه ذوب، درجه سانتيگراد: 105-106

مقاومت در برابر حرارت: 108-110

تنش كششي: 12-16

سختي برينل، MPa: 0.14-0.25

ü     HDPE

درجه بلورينگي %: 85

چگالي، g/cm³: 0.94-0.95

نقطه ذوب، درجه سانتيگراد: 120-125

مقاومت در برابر حرارت: 120-128

تنش كششي: 22-32

سختي برينل، MPa: 0.45-0.58

ü     PESD

درجه بلورينگي %: 90

چگالي، g/cm³: 0.95-0.97

نقطه ذوب، درجه سانتيگراد: 127-130

مقاومت در برابر حرارت: 128-133

تنش كششي: 25-40

سختي برينل MPa:

0.56-0.65

نرم ترين LDPE است كه استفاده از آن را براي ساخت مخازن پلي اتيلن تعيين مي كند. مخازن ساخته شده از پلي اتيلن با چگالي متوسط ​​مي توانند در دماهاي بسيار پايين (تا 120- درجه) كار كنند، داراي بالاترين مقاومت حرارتي و استحكام كششي هستند، اما حذف تنش هاي داخلي محصولات PESD در دماي 90-100 انجام مي شود. درجه سانتي گراد با قرار گرفتن در معرض 5-6 ساعت، در حالي كه تنش هاي داخلي در محصولات HDPE را مي توان با نگه داشتن 12-18 ساعت در دماي 10-15 درجه سانتي گراد بالاتر از دماي عملياتي كاهش داد، كه براي مخازن با اندازه بزرگ كاملاً مناسب است و  نقطه ضعف كليدي پلي اتيلن به عنوان يك ماده ساختاري، پيري سريع و شديد آن است كه براي حذف جزئي آن عوامل ضد پيري (عوامل ضد پيري) - فنل ها، آمين ها، كربن سياه به پليمر اضافه مي شود.

مخزن پلي پروپيلن:

پلي پروپيلن به دليل توانايي خوب در همجوشي شيميايي-فيزيكي و هزينه نسبتاً كم، به طور گسترده اي براي ساخت مخازن از جمله مخازن با اندازه بزرگ استفاده مي شود، اما در دماهاي پايين، مانند تمام ترموپلاستيك ها، پلي پروپيلن بسيار سخت و سفت، اما شكننده است. مواد با افزايش دما نرم مي شود، انعطاف پذير و چسبناك مي شود، كه استفاده از سخت شدن را براي تقويت محصول ضروري مي كند. در مخازن پلي پروپيلن در اندازه هاي بزرگ - اقدامات اضافي براي افزايش مقاومت در برابر تغيير شكل در هنگام فشار (ناشي از ضربه) انجام مي شود.

مخازن پلي پروپيلني با محدوديت‌هاي مجاز تغيير شكل معين را مي‌توان با بازپخت (حرارت تا 130 درجه سانتي‌گراد و سپس خنك‌كردن آهسته تا 40 درجه سانتي‌گراد) تثبيت (در شكل و خواص) و سخت شدن (گرم كردن و نگهداري به مدت 30 دقيقه در دماي 90 درجه سانتي‌گراد) توليد نمود. با اين حال، معمولاً هميشه براي مخازن، به دليل ساخت چند لايه يك مخزن پلي پروپيلن با يك لايه بيروني - يك فرم شياردار يا يك لايه فايبرگلاس (ورقه هاي دو لايه - يك لايه پايه پلي پروپيلن) با تقويت بيروني فايبرگلاس مبتني بر فايبرگلاس و اليگومرهاي پخته شده (يا رزين ها) - رزين هاي پلي استر، فنل فرمالدئيد (فنوليك)، ملامين فرمالدئيد (ملامين)، اپوكسي يا رزين هاي ارگانوسيليكن استفاده مي شود.

اليگومرهاي قابل درمان براي ظروف فايبر گلاس (لايه بيروني لمينت هاي دو لايه) بسته به هدف اوليه، خواص و هزينه رزين هاي ترموست انتخاب مي شوند. جهت كسب اطلاعات بيشتر در ارتباط با مخزن پلي پروپيلن، مخزن پلي اتيلن، مخزن فايبرگلاس به وب سايت سازآب مراجعه نماييد.