In diesem Artikel: Eine Geschichte der Polyethylenrohre Was ist der Unterschied zwischen LDPE und HDPE? Eigenschaften von Niederdruckpolyethylen (hohe Dichte); Vor- und Nachteile von HDPE-Rohren; Technologie zur Herstellung von Rohren aus Niederdruck-Polyethylen; Formstücke für Polyethylenrohre.
Kunststoff in Form eines Küchensiphons zum Ablassen von Wasser begann um die 80er Jahre die Kommunikation in unseren Häusern und Wohnungen zu stürmen und ersetzte die zuvor beliebten Siphons aus Stahl und Gusseisen vollständig. Mitte der 90er Jahre wurden Kunststoffrohre unerwartet zu Rohrleitungen, die aufgrund ihrer Neuheit, ihres geringen Gewichts, ihres Preises und ihrer absoluten Korrosionsbeständigkeit attraktiv waren. Es scheint, dass in mehr als 15 Jahren Präsenz auf dem russischen Markt Polyethylenrohre den Hausbesitzern bekannt geworden sein sollten, aber einige von ihnen behandeln Plastik in der Wasserversorgung immer noch mit Misstrauen und Misstrauen. Wir bieten an, die Eigenschaften von Niederdruck-Polyethylen und daraus hergestellten Rohren zu untersuchen.
Geschichte der Polyethylenrohre
Polyethylen wurde wie andere Kunststofftypen versehentlich erhalten. Der deutsche Physiker Hans von Pechmann forschte 1898 erneut an Diazomethan, das er vier Jahre zuvor erhalten hatte, einer ziemlich gefährlichen Substanz chemischen Ursprungs. Nach einem Experiment mit Erhitzen von Diazomethan entdeckte von Pechmann eine weiße, wachsartige Substanz am Boden des Kolbens, die sich als Polyethylen oder, wie der Chemiker es nannte, Polymethylen herausstellte. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts bestand kein industrieller Bedarf an Open-Source-Pehmann-Polyethylen, so dass seine Entstehung 37 lange Jahre lang vergessen war.
Nach dem Ersten Weltkrieg begannen große Industrielle, nach neuen Materialien für die Isolierung von Elektrokabeln zu suchen, und vertrauten ihre Entwicklung chemischen Labors an. Im Rahmen einer solchen Anordnung haben die britischen Chemiker Reginald Gibson und Eric Fawcett im Labor des Chemiekonzerns „Empire of the Chemical Industry“ (Imperial Chemical Industries) Polyethylen wiederentdeckt – indem sie ein Gemisch aus Ethylen und Benzaldehyd in eine Druckkammer gegeben und mit einem Druck von Hunderten von Atmosphären darauf eingewirkt haben. Die Chemiker betrachteten die erhaltene weiße, wachsartige Substanz während des Experiments als Fehler, zumal es ihnen nicht gelang, Polyethylen wiederzugewinnen – während des ersten Experiments trat versehentlich Luft in die Druckkammer ein, die Experimentatoren berücksichtigten dies nicht.
ICI-Labor
Nach der Untersuchung einer Substanz, die versehentlich von Gibson und Fawcett erhalten wurde, entschied sich der Chemiker Michael Perrin, der auch für das ICI-Unternehmen arbeitete, eine Technologie zu entwickeln, die es ermöglicht, Polyethylen im industriellen Maßstab zu erhalten. Die Entwicklung der Technologie dauerte vier Jahre (er begann 1935 mit der Erforschung von Polyethylen) und wurde erst 1939 von Erfolg gekrönt. ICI erhielt in diesem Jahr ein Patent für die Herstellung von Hochdruckpolyethylen (niedrige Dichte). Während des Zweiten Weltkriegs expandierte die Polyethylenproduktion – dieser Kunststoff wurde zur Isolierung von Koaxialradarkabeln verwendet. Seit 1944 sind in den USA Polyethylenverpackungen bei den Eigentümern von Einzelhandelsketten gefragt..
Hochdruck-Polyethylen hatte eine ziemlich hohe Weichheit und Plastizität, daher war es perfekt für die Herstellung von Verpackungen für Verpackungsprodukte, die von Kunden gekauft wurden. Es war jedoch nicht für den Einsatz in Kommunikationsnetzen geeignet, die warmes Wasser transportieren – die aus diesem Polymer hergestellten Versuchsrohre ließen kein Wasser durch, konnten jedoch keine Gase halten, da intermolekulare Bindungen in LDPE nicht stark genug sind.
1951 entwickelten die Chemiker Paul Hogan und Robert Banks, die für die Phillips Petroleum Corporation arbeiteten, einen Katalysator für die Polymerisation von Polyethylen und Chromtrioxid. In Gegenwart eines Katalysators könnte Polyethylen bei moderaterem Druck und moderaterer Temperatur hergestellt werden. Die Verwendung neuer Katalysatoren bei der Herstellung von Polyethylengranulat hat die Möglichkeit geschaffen, Kunststoffrohre für die Versorgung mit kaltem und warmem Wasser sowie für die Kanalisation herzustellen. Zwei Jahre später schuf der deutsche Chemiker Karl Ziegler katalytische Systeme auf Basis von Organoaluminiumverbindungen und Titanhalogeniden, die es ermöglichten, Niederdruckpolyethylen (mit hoher Dichte) zu erhalten, das sich durch eine höhere Steifigkeit und Festigkeit als LDPE auszeichnet. In den 70er Jahren wurde das Ziegler-Katalysatorsystem mit neuen Typen aufgefüllt, die es unter anderem ermöglichten, eine breite Palette von Polyethylenharzen herzustellen.
Eigenschaften von Niederdruckpolyethylen
Dieses Polyethylen wird unter Verwendung von Gasphasen-, Suspensions- und Lösungstechnologien hergestellt. Die Polymerisation erfolgt unter einem Druck von 1 bis 5 kg / cm2. Es hat eine Dichte von über 0,941 g / cm³, ist ziemlich starr und aufgrund seiner kristallinen Struktur leicht transparent oder undurchsichtig. Aufgrund der schwachen Verzweigung molekularer Bindungen sorgen intermolekulare Kräfte für eine hohe Zugfestigkeit in Niederdruck-Polyethylen. Die Schmelztemperatur beträgt ungefähr 130 ° C, was 20 ° höher ist als die von LDPE, aber dies macht Polyethylen während des Betriebs der fertigen Produkte (ungefähr 121 ° C) gegen Erwärmungstemperaturen beständig..
Im Vergleich zu Hochdruck-Polyethylen ist die Feuchtigkeits- und Gasdurchlässigkeit von HDPE fünfmal niedriger und weist eine höhere chemische Beständigkeit gegenüber Fetten und Ölen auf. Wie LDPE ist es anfällig für Risse in der Umwelt, aber Polyethylen mit hohem Molekulargewicht und niedriger Dichte weist diesen Nachteil nicht auf. HDPE ist je nach Marke beständig gegen niedrige Temperaturen ab -50 ° C..
Eine breite Produktpalette wird aus Hochdruck-Polyethylen hergestellt – Beutel und Verpackungsfolien für Einzelhandelsketten, Rohre, Isolierung von Hochspannungskabeln, verschiedene Maschen, Tanks und Dosen, PET-Flaschenverschlüsse, Möbelbeschläge, Zubehör für Autos, Kinderspielzeug und Spiele Komplexe, Möbel usw..
In Russland wird primäres Niederdruckpolypropylen in den aus Europa und Asien importierten Unternehmen von OOO Stavrolen, OAO Kazanorgsintez, hergestellt. Sekundäres (aus recycelbaren Materialien gewonnenes) wird von einer Reihe kleiner Hersteller hergestellt.
Eigenschaften von HDPE-Rohren
Vorteile von Niederdruck-Polymerrohren (hohe Dichte):
- Sie haben eine lange Lebensdauer – mindestens 40 Jahre. Eine solche Periode wurde ursprünglich während ihrer Entwicklung in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts festgelegt..
- Sie sind keinen korrosiven und chemischen Einflüssen ausgesetzt, d. H. Sie erfordern keinen erneuerbaren kathodischen Schutz, wenn sie in den Boden gelegt werden, d. H. Sie erfordern keine Wartung.
- Bei gleichen Eigenschaften sind die Kosten für Polyethylenrohre niedriger als für Stahl.
- Aufgrund der unveränderlichen Glätte der Innenflächen lagern sich keine Ablagerungen und kein Schlamm darauf ab, der Innendurchmesser ändert sich während der gesamten Lebensdauer nicht.
- Sie haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit – ihr Wärmeverlust und der Kondensationsgrad an der Außenfläche sind äußerst gering.
- Beim Einfrieren der Flüssigkeit im HDPE-Rohr wird die Struktur nicht zerstört, da der Rohrdurchmesser unter dem Durchmesser der gefrorenen Flüssigkeit (um 5-7% des Originals) zunimmt und nach dem Auftauen der transportierten Flüssigkeit zur vorherigen zurückkehrt.
- Das Gewicht von Rohren ist sechsmal niedriger als das Gewicht von Stahlrohren mit gleichem Durchmesser und maximalem Arbeitsdruck, was den Transport und die Installation erheblich erleichtert.
- Hohe Beständigkeit gegen Wasserschläge durch geringen Elastizitätsmodul von HDPE-Rohren.
- Das Schweißen von Polyethylenrohren ist viel einfacher, schneller und billiger als Stahlrohre. Darüber hinaus verlieren Schweißverbindungen von HDPE-Rohren mit der Zeit nicht an Zuverlässigkeit..
- Vollständige Umweltsicherheit, aufgrund derer Polyethylenrohre zur Verwendung in Rohrleitungen zur Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser zugelassen sind.
Nachteile von Polyethylenrohren:
- Einschränkungen der Temperatur der transportierten Flüssigkeit, was die Verwendung in Heizungs- und Warmwasserversorgungssystemen erschwert.
- Spezifische Montagetechnologie.
- Stahl- und Gusseisenrohre weisen im Vergleich dazu höhere mechanische Eigenschaften auf. Die Lebensdauer von im Boden verlegten Polymerrohren hängt von der Art des lokalen Bodens (seiner Mobilität) ab..
- Ihre Leistungseigenschaften werden unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung verringert (der Grad der Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung hängt von den bei der Herstellung von Rohstoffen verwendeten Katalysatoren ab – HDPE-Granulat).
HDPE-Rohrproduktionstechnologie
Die Produktionslinie für Polyethylenrohre befindet sich auf relativ kleinem Raum – etwa 100 m2.
HDPE-Granulate einer bestimmten Qualität werden in den Extrudertrichter gegossen, auf Schmelztemperatur erhitzt und plastifiziert. Das geschmolzene Polyethylen wird dem Durchgangskopf des Extruders zugeführt und an seinem Einlass durch die Filternetze und das Gitter geführt, auf dem der Dorn installiert ist (stromlinienförmige konische Düse). Das geschmolzene Polyethylen umhüllt den Dorn proportional und gelangt zur Matrix des zukünftigen Rohrs, wo es die Form eines Rohrs mit einem bestimmten Durchmesser hat. Der Dornkörper verfügt über eine eingebaute Düse zur Zufuhr von Druckluft, die die Wände des Polyethylenrohrs am Ausgang der Matrix kühlt.
Das ausgehärtete Rohr wird mit einer speziellen Vorrichtung aus dem Extruder herausgezogen, deren Greifdurchmesser dem Rohrdurchmesser entspricht. Die Abgasvorrichtung führt das Rohr durch die Kühleinheit, wo seine Bahn Wasserströmen aus den Düsen ausgesetzt ist.
Die Kontrolle über die Wandstärke und das Fehlen von Verzerrungen der geometrischen Form des Rohres erfolgt durch ein berührungsloses Messgerät. Dahinter befindet sich eine Markierungsvorrichtung, die den HDPE-Rohrkörper durch Prägen oder Drucken entsprechend markiert.
Wenn ein Rohr mit einem Durchmesser von mehr als 125 mm hergestellt wird, wird es nach dem Markieren mit einer beweglichen Guillotine oder Kreissäge in Stücke der erforderlichen Länge geschnitten, wobei es mit der Geschwindigkeit seines Herausziehens aus dem Extruder entlang der Rohrbahn folgt. Rohre mit kleinerem Durchmesser werden vom Zugwickler zu Spulen gesammelt.
Neben den strukturellen Eigenschaften des Extruderkopfes werden die Qualitätsmerkmale des Polyethylenrohrs von der Temperatur der Schmelze, der Fließgeschwindigkeit und dem Ziehen beeinflusst. Während des Fließens werden geschmolzene HDPE-Moleküle einer Orientierung unterzogen, die das axiale Schrumpfen des Rohrs nach dem Verlassen des Extruders sowie die Anisotropie (das Vorhandensein von Rauheit auf der Oberfläche des fertigen Rohrs) beeinflusst. Der Grad der axialen Schrumpfung eines Polyethylenrohrs hängt auch von der Geschwindigkeit seines Ziehens ab. Wenn es höher ist als die Geschwindigkeit der Schmelze am Auslass, nimmt die axiale Schrumpfung und Ausdünnung der Wände zu.
Die Intensität der Druckluftzufuhr (Druckkalibrierung) hängt vom Durchmesser, der Rohrwandstärke, den Eigenschaften der gegebenen Polymerqualität und der Temperatur ihrer Schmelze im Extruder ab. Die Luftdruckkalibrierung wird eingestellt, wenn die erste Rohrcharge durch experimentelle Abstimmung aus dem Extruder austritt. Wenn der Luftdruck nicht ausreicht, bilden sich merkliche Wellen an den Rohrwänden. Wenn sie übermäßig hoch sind, verursacht die zunehmende Reibung mehrere Mikrorisse, die die Festigkeit der Rohrwände erheblich verringern.
Formstücke für Polyethylenrohre
Drei Arten von Armaturen werden zum Verbinden von HDPE-Rohren verwendet – zum Stumpfschweißen (ohne Verwendung einer elektrischen Spirale), zum elektrischen Schweißen und für Klemmverschraubungen.
Stumpfschweißfittings (Zapfen) ermöglichen das Zusammenschweißen von Rohren. Das Stumpfschweißen wird in der folgenden Reihenfolge durchgeführt: Flashen der Enden von Rohren und Formstücken; Erhitzen der zu schweißenden Abschnitte mit einer elektrischen Heizvorrichtung auf den Zustand der viskosen Fließfähigkeit; Entfernen Sie die Heizvorrichtung und verbinden Sie die zu verschweißenden Teile unter Druck. Es ist wichtig, die Armatur und das Rohr so bald wie möglich nach dem Entfernen der Heizvorrichtung miteinander zu verbinden, damit der Kunststoff nicht abkühlt. Um eine starke und zuverlässige Naht zu gewährleisten, muss außerdem die Möglichkeit des Eindringens von Staubpartikeln in die Naht vollständig ausgeschlossen werden..
HDPE-Fittings für das Elektroschweißen werden mit eingebetteten Drahtheizungen (elektrischen Widerständen) geliefert. Wenn dem Draht elektrischer Strom zugeführt wird, schmilzt das Polymer durch seine Erwärmung in den Verbindungsbereichen. Sobald die Armatur und das Rohr verbunden sind, wird die Spannungsversorgung unterbrochen und eine Verbindung mit hoher Dichtheit hergestellt. Elektrofusionsfittings werden mit speziellen Schweißgeräten in Polymerrohre eingeschweißt, mit denen Sie den Schweißmodus an die Abmessungen des Rohrs und des zu schneidenden Fittings anpassen können. Diese Schweißmethode ist besonders praktisch bei der Reparatur schwer zugänglicher Rohrleitungsabschnitte..
Der Aufbau einer Kunststoffrohrleitung mit Klemmringverschraubungen ist sehr einfach, da keine zusätzliche Vorbereitung der HDPE-Rohre erforderlich ist. Klemmringverschraubungen werden mit Rohren verbunden, ohne in ihre Bestandteile zerlegt zu werden – die Gummidichtung wird durch die Presshülse in der Position zusammengedrückt, in der dies bei gleichzeitiger Einschränkung der Kompression erforderlich ist, wodurch Rohrverformungen verhindert werden, und der Klemmring einer speziellen Konstruktion kann die Verbindung nicht schwächen. Die Installation der Rohrleitung durch Anschließen von Klemmringverschraubungen kann zu jeder Jahreszeit durchgeführt werden, auch bei negativen Temperaturen, während der gesamte Arbeitsumfang von einer Person ohne besondere Schulung ausgeführt werden kann.
Können Sie bitte nähere Informationen zu den HDPE-Rohren geben? Ich interessiere mich für deren Beschreibung und Eigenschaften. Was macht sie besonders und wann werden sie typischerweise verwendet? Vielen Dank im Voraus!
Selbstverständlich! HDPE-Rohre sind aus hochdichtem Polyethylen hergestellt, was ihnen eine hohe Beständigkeit gegen Chemikalien, Korrosion und Temperaturschwankungen verleiht. Sie sind leicht, flexibel und langlebig, was sie ideal für den Einsatz in der Wasserversorgung, Abwasserentsorgung, Gasversorgung und anderen industriellen Anwendungen macht. HDPE-Rohre sind besonders bekannt für ihre hohe UV-Beständigkeit und geringe Reibung, was zu einer effizienten und zuverlässigen Leistung führt. Sie sind in verschiedenen Größen und Druckstufen erhältlich und können für ober- sowie unterirdische Installationen verwendet werden.