آشنایی با روش های تست لوله های پلی اتیلن

لوله‌های پلی اتیلن به عنوان یکی از مهمترین عناصر در سیستم‌های انتقال سیالات در صنعت و سیستم های آبیاری ، آبرسانی ، گازرسانی و نفتی به کار می‌روند. اما چگونه مطمئن شویم که این لوله‌ها کیفیت لازم را دارند و به بهترین نحو از آنها استفاده کنیم؟

آزمون‌های لوله پلی اتیلن نقش بسیار مهمی در تضمین ایمنی و عملکرد بهینه این لوله‌ها دارند. انجام این آزمون‌ها در مراحل تولید و استفاده از لوله‌های پلی اتیلن، به مصرف‌کنندگان اطمینان می‌دهد که محصولی با کیفیت و استاندارد در اختیار دارند. به همین دلیل، آشنایی با نحوه اجرای این آزمون‌ها و اهمیت آنها برای هر فردی که از این لوله‌ها استفاده می‌کند، اساسی است.

در نهایت، ارتقاء آگاهی عمومی درباره استانداردها و آزمون‌های لوله پلی اتیلن، نقطه شروع مهمی است تا در انتخاب و استفاده از این محصولات مهم، تصمیمات بهتری بگیریم. دراین مقاله از والاپلیمر می خواهیم به بررسی انواع تست لوله های پلی اتیلن بپردازیم.

انواع تست لوله های پلی اتیلن

به طور کلی بر اساس الزامات استاندارد ملی ایران به شماره INSO 14427 معیارهای الزامی مطابق جدول ذیل میباشد، در ادامه به توضیح بیشتر آنها می پردازیم

ردیف	معیار الزامی		روش آزمون مطابق	حد مجاز
1	وضعیت ظاهری (بازرسی چشمی )		14427-2 بند5-1	–
2	نشانه گذاری		14427-2 بند 11-2	5/1 متر
3	قطر	میانگین قطر خارجی	14427-2 جدول 1	طبق جدول استاندارد
		حداکثر دو پهنی	14427-2 جدول 1	طبق جدول استاندارد
4	ضخامت	حداقل ضخامت	a14427-2  جدول 2	طبق جدول استاندارد
		حداکثر ضخامت	a14427-2 جدول 2	طبق جدول استاندارد
		درصد تغییرات ضخامت (تلورانس)	14427-2	طبق جدول استاندارد
5	دانسیته	دانسیته ماده اولیه	7090-1 ملی (روش آزمون) و جدول یک استاندارد 1-14427	بزرگتر یا مساوی gr/cm3941/0
		دانسیته لوله	7090-1 ملی	بزرگتر یا مساوی gr/cm3941/0
6	MFR	MFR مواد	1-6980 ملی و مفاد قرارداد (روش آزمون) و جدول یک استاندارد 14427-1	7/0 ≥ ≥ 15/0
		MFR لوله	6980 ملی و مفاد قرارداد   (روش آزمون) و جدول یک استاندارد 1-14427	7/0 ≥ ≥ 15/0
		انحراف مقدار MFR لوله با مواد اولیه (%)	14427-2 جدول 5 حدمجاز : 20 درصد انحراف اسمی	±%20
7	مقدار دوده		ISO6964	5-2/2 درصد وزنی
8	پراکنش دوده	درجه	ISO18553 استاندارد ملی 20059	B یا   A1 A2 A3
		نرخ پراکنش دوده	ISO18553 استاندارد ملی 20059	نرخ کوچکتر یا مساوی 3
9	استحکام هیدرو استاتیک		1-12181 ، 2-12181 ، استاندارد ملی باید منطبق بر جدول 3 استاندارد ملی 14427-2 باشد	20 درجه 100ساعت 80 درجه 165ساعت
10	برگشت طولی		ISO9505	کوچکتر یا مساوی %3 وضعیت ظاهری اولیه لوله باید حفظ شود
11	پایداری حرارتی ( زمان القای اکسایش OIT )		INSO-7186-6	بزرگتر یا مساوی 20 دقیقه
12	تست کشش		ISO6259 INSO-17140-1 ، 3	بزرگتر یا مساوی با 350 درصد
13	سایر پرامترها و آزمایشات		مطابق استاندارد درج شده در اسناد

شاخص جریان مذاب

آزمون شاخص جریان مذاب (MFI، MFR یا MIR) نشان دهنده یکی از عوامل رئولوژیکی پلیمرهاست. این شاخص بر حسب گرم در مدت ده دقیقه از یک ریسه استاندارد و تحت یک بار استاندارد (معمولا پنج گیلو گرم) و در دمای استاندارد (برای پلی اتیلن 190درجه سلسیوس) خارج می شود.

 شاخص جریان مذاب بالا نشان دهنده وزن مولکولی پایین ماده پلیمری است و ویسکوزیته کمی دارد در حالی که شاخص جریان مذاب پایین نشان دهنده وجود یک پلیمر ویسکوز است.

به طور مثال برای پلی اتیلن سنگین در صنعت لوله و اتصالات میزان عددی شاخص جریان مذاب برای گرید PE100  در حدود 0.2g/10min  در دمای 190 درجه سلسیوس و وزنه پنج گیلوگرم می باشد و برای گرید PE80  معمولا در حدود 0.4g/10min  با همان دما و بار می باشد. برای پلی اتیلن سبک یا لوله های آبیاری این میزان حدود 0.3g/10min  با همان دما ولی وزنه 2.160 کیلوگرم می باشد. لذا می توان از نتایج آن به عنوان آزمونی مناسب و مرجع جهت تشخیص و مقایسه پلی اتیلن ها از یکدیگر نام برد.

ماده پلیمری در اکسترودر تحت تأثیر نیروهای برشی قرار می گیرد و ذوب می شود. بنابراین مقدار شاخص جریان مذاب آن نسبت میزان اعلام شده شاخص جریان مذاب در برگه آنالیز که توسط دستگاه تستر شاخص جریام مذاب و فقط با اعمال نیروهای عمودی و پرسی و بدون وجود نیروهای برشی انجام می گیرد همیشه متفاوت خواهد بود و این میزان اختلاف برای لوله های پلی اتیلن در مصارف آبرسانی 20 درصد و برای مصارف گاز رسانی ده درصد می باشد.

اگر اختلاف بیش از اینها باشد محصول اغلب دچار سوختگی های منطقه ای می گردد که در نتیجه آن ویژگی های کیفی لوله نهایی به مراتب کاهش می یابد.

استاندارد ملی که برای این آزمون برای لوله پلی اتیلن وجود دارد INSO 6980-1 می باشد.

آزمون کشش

امروزه اکثر مواد پلیمری به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب مصارف زیادی پیدا کرده اند. بنابراین برای استفاده از این مواد مستلزم دانش ابتدایی از رفتار مکانکی آنها هستیم. یکی از آزمون های که برای شناسایی رفتار مکانیکی پلیمرها مورد استفاده قرار می گیرد آزمون کشش سرد (بدون اعمال حرارت) در دستگاهی به همین نام است. در این آزمون نمونه ای به شکل دمبلی از نمونه پلیمری با ابعاد استاندارد توسط دستگاه فرز و یا کاتر پرس تهیه می شود. این نمونه بین دو گیره دستگاه قرار می گیرد و با یک سرعت ثابت (از 10mm/min تا 100mm/min) کشیده می شود. در این حین توسط نرم افزار دستگاه یک نمودار تنش و کرنش به دست می آید.

نمونه هایی که از موارد ترد تهیه شده باشند مثل فلزات در اثر کشش در یک مقدار تنش معین به یکباره می شکنند. در حالی که برای مواد پلیمری نرم و چکش خواری مثل پلی اتیلن، وقتی تنش افزایش می یابد نمونه دچار تسلیم می شود و شروع به کرنش یا افزایش درصد طول می کند. ناحیه ای که تنش تسلیم را شاهد هستیم نمونه به اصطلاح گردن می اندازد.  همچنان که پلیمر کشیده می شود این ناحیه تغییر می کند و نازک می شود.

همچنان که تغییر شکل ادامه دارد، ناحیه گردن درازتر می شود و تا آنجا ادامه می یابد که تنش به استحکام کششی نهایی خود می رسد و نمونه دچار پارگی می شود.

حداقل میزان درصد ازدیاد طول یا همان کرنش برای لوله های پلی اتیلن در مصارف آبرسانی حداقل 350  درصد می باشد در حالی که برای مصارف گاز رسانی این عدد باید بزرگتر از 450 درصد باشد.

استاندارد ملی که برای این آزمون برای لوله های پلی اتیلن وجود دارد دارد INSO 17140-1,3 می باشد.

آزمون درصد دوده

یکی از بهترین جایگزین ها برای لوله های فولادی و بتنی که برای حمل و نقل آب و گاز طبیعی در نظر گرفته شده است، لوله پلی اتیلن است که به دلیل تطبیق پذیری عالی، مقاومت شیمیایی و استحکام آن است.

اما باید در نظر داشت که مطالعات نشان داده است، قرار گرفتن طولانی مدت  لوله و اتصالات پلی اتیلن در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش می تواند بر خواص مکانیکی آن (تغییر ساختار پلیمر و ایجاد ترک در ساختارهای پلی اتیلن) تأثیر منفی بگذارد. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این لوله‌ها دچار یک نوع شکست خاص به نام رشد کند ترک (SCG) می‌شوند که در سطوح تنش کم (زیر تنش تسلیم) و دمای نزدیک اتاق اتفاق می‌افتد. مکانیسم این شکست شامل شکل گیری ترک ها، رشد آنها و انتشار نهایی ترک است.

و این یک نکته مشکلی برای این لوله‌ها ی پلی اتیلن است که باید برطرف شود. پرکاربردترین روش محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش، تولید ترکیبات پلی اتیلن سیاه رنگ است با افزودن 2 تا 2.5 درصد کربن پراکنده یکنواخت سیاه، که به طور قابل توجهی مقاومت UV را برای مدت نامحدود افزایش می دهد.

افزودن دوده در پتروشیمی ها و قبل از عملیات گرانولینگ انجام می گیرد و یا اینکه در هنگام تولید لوله به وسیله اضافه کردن مستربچ مشکی (پل اتیلن حامل 40  درصد دوده) به مواد نچرال پلی اتیلن .

در این آزمون یک گرم نمونه را بوسیله قایقک در دمای حدود 500 درجه سلسیوس در محیط گاز ازت به مدت 50 دقیقه قرار می دهند. در این دما و زمان پلی اتیلن که یک ماده پلیمر است دچار تبخیر و از قایقک خارج می شود و آنچه در قایقک می ماند دوده است. قایقک بعد از خنک ششدن در ظرف دیسکاتور حاوی مواد رطوبت گیر بوسیله ترازو توزین و محاسبات آن انجام می شود.

استاندارد ملی که برای این آزمون برای لوله های پلی اتیلن وجود دارد دارد INSO 19990 می باشد.

پخش و توزیع دوده

علاوه بر میزان کربن سیاه، پخش(پراکندگی) و توزیع آن در پلی اتیلن نیز می تواند حائز اهمیت باشد و یکنواختی توزیع دوده در سراسر دیواره لوله یکی از فاکتورهای مهم کیفی است. چرا که تجمع بیش از حد دوده در یک قسمت از لوله می تواند باعث تجمع تنش و در نتیجه ایجاد نقص کیفی در آن قسمت گردد و از طرفی کمبود بیش از حد دوده هم ممکن است باعث کاهش مقاومت نوری در آن محل و در نتیجه منجر به خشک شدن و ترکیدن زودرس جداره در آن قسمت گردد. نواحی آمورف پلیمرهای نیمه کریستالی بسیار مستعد این تخریب هستند.

اگر این اتفاق در لوله های پلی اتیلن رخ دهد، تلاش ها برای بهبود ناحیه آمورف از طریق مهندسی مولکولی عملاً شکست خواهد خورد و محصول عملکرد بالای خود را در نور خورشید از دست خواهد داد.

به خوبی شناخته شده است که افزودن  کربن سیاه با اندازه ذرات کمتر از 25 نانومتر و غلظت 2٪ تا 2.5٪ می تواند از تخریب لوله های UV جلوگیری کند.

با این حال، ماهیت قطبی کربن سیاه و عدم سازگاری ترمودینامیکی آن با پل اتیلن عوامل مهمی هستند که بر امکان پراکندگی یکنواخت CB در ماتریس‌های پلیمری تأثیر منفی می‌گذارند.

 بنابراین جهت اطمینان از یکنواختی توزیع دوده در پلی اتیلن از این تست بر اساس استاندارد ملی ایران INSO20059 به عمل می آید.

جهت انجام این تست نمونه هایی با ابعاد تعریف شده استاندارد از یک نمونه لوله پلی اتیلن جدا می گردد و در بین دو لام قرار می گیرد و بعد از آماده سازی به وسیله میکروسکوپ نوری و با بزرگ نمایی 100X به مطالعه و بررسی پراکندگی و توزیع کربن سیاه در پلی اتیلن می پردازیم.