از زمان کشف این ماده در سال 1933، پلی‌اتیلن به یکی از پرکاربردترین و شناخته شده ترین مواد ترموپلاستیک در جهان تبدیل شده است. قابلیت تطبیق پذیری این ماده پلاستیکی منحصربه‌فرد با تنوع کاربرد و موارد استفاده آن اثبات شده است. کاربرد اصلی طراحی شده برای پلی‌اتیلن جایگزینی لاستیک در عایق‌های الکتریکی در طول جنگ جهانی دوم بود. از آن زمان تا به امروز پلی‌اتیلن به عنوان یکی از پرکاربردترین مواد ترموپلاستیک جهان تبدیل شده است. رزین‌های مدرن امروزی پلی‌اتیلن برای کاربردهای بسیار سنگین تری مانند استفاده در لوله های گاز با درجه فشار بالا، لوله های آب، بستری برای محل دفن زباله، مخازن سوخت خودرو و سایر کاربردهای این قبیل مهندسی شده‌اند.
استفاده از لوله پلی اتیلن در صنعت لوله کشی برای اولین‌بار در اواسط دهه 1950 اتفاق افتاد. در آمریکای شمالی، کاربرد اصلی این محصول در مصارف صنعتی بود و در لوله‌کشی آب روستایی به کار گرفته شد. ازآنجاکه به محصولی انعطاف پذیر، درعین‌حال سخت و سبک برای تأمین نیازهای صنعت درحال‌توسعه نفت و گاز نیاز بود به همین سبب از پلی‌اتیلن در تولید میدان‌های نفتی استفاده شد.
موفقیت لوله پلی اتیلن در تأسیسات میدان‌های نفتی منجر به استفاده از آن در صنعت توزیع گاز طبیعی شد که در طی این پروسه یک ماده لوله‌کشی سازگار و فاقد خوردگی را ذوب کرده و تغییرات لازم را اعمال کرده تا ساخت لوله‌ای مناسب برای انتقال گاز طبیعی بدون نشت به خانه‌ها و مشاغل تضمین شود. موفقیت پلی‌اتیلن در این کاربرد مهم و چشمگیر بر هیچ‌کس پوشیده نیست و امروزه پلی‌اتیلن به ماده انتخابی برای صنعت توزیع گاز طبیعی تبدیل شده است. منابع کنونی تخمین می‌زنند که تقریباً 95٪ از کل تأسیسات جدید لوله‌های توزیع گاز با قطر 12 اینچ یا کمتر احداث شده در آمریکای شمالی از جنس پلی‌اتیلن هستند.
عملکرد خوب لوله پلی اتیلن در پروژه‌های گاز و نفت و صنایع مربوطه به استفاده از این محصول در صنایع مهم دیگری همچون لوله کشی آب آشامیدنی، لوله‌های صنعتی و معدنی، شبکه نیروگاه و مواردی ازاین‌قبیل که نیاز به محصولی سخت و درعین حال انعطاف‌پذیر دارند، شد. در واقع در این صنایع به محصولی نیازی است که در طولانی‌مدت کاربرد بهینه‌ای داشته باشد.
این صنایع می‌توانند تأییدکننده استفاده‌های گسترده از لوله‌های پلی‌اتیلن باشند که موضوع اصلی این کتابچه راهنما نیز همین است. از کاربردهای مهندسی و علوم مواد، جریان سیال و طراحی دفن؛ مدیریت محصول و ملاحظات ایمنی گرفته تا روش‌های نصب مدرن مانند حفاری افقی جهت‌دار یا ترکاندن لوله‌ها، همه این موضوعات مورد بررسی خواهند گرفت. از خطوط لوله کشی آب آشامیدنی گرفته تا دوغاب‌های صنعتی، کیفیت، خصوصیات و ملاحظات طراحی را که به استفاده روزافزون از لوله پلی اتیلن در آمریکای شمالی منجر شده است را بررسی خواهیم کرد.
ویژگی ها و مزایای لوله پلی اتیلن
هنگام انتخاب لوله، طراحان، مالکان و پیمانکاران محصولی را انتخاب می‌کنند که دوام بالایی داشته باشد و خدمات قابل اعتماد طولانی‌مدتی را ارائه کنند و همچنین مقرون به صرفه بودن این محصولات نیز حائز اهمیت است.
کاربردهای لوله های پلی‌اتیلن دیواری راه حلی مقرون به صرفه برای استفاده در طیف گسترده ای از تأسیسات از جمله لوله کشی توزیع گاز طبیعی، لوله کشی آب و فاضلاب شهری، صنعتی، دریایی، معدن، بستر محل دفن زباله و کانال‌های برق و ارتباطات هستند. لوله پلی اتیلن همچنین برای استفاده در تأسیسات روزمینی، مدفون، بدون ترانشه، شناور و دریایی نیز کاربردی است.
طبق گفته‌های دیوید ویلبی، دلیل اصلی رشد و گسترش استفاده از لوله‌های پلاستیکی صرفه جویی در هزینه‌های لازم برای نصب تأسیسات، مدیریت نیروی کار و فراهم ساختن تجهیزات در مقایسه با محصولات قدیمی تر لوله کشی که طور معمول از آن‌ها استفاده می‌شد، است. علاوه بر این مزیت های لوله های پلی اتیلنی به کمتر بودن هزینه‌های نگهداری و طول عمر بالاتر این لوله‌ها نیز باید اشاره کرد. همه این فاکتورهای ذکر شده سبب تبدیل لوله های پلی‌اتیلن به یک محصول استاندارد در بازار رقابتی می‌شوند.
توزیع گاز طبیعی از اولین کاربردهای لوله های پلی‌اتیلن با تراکم متوسط (MDPE) بود. در واقع بسیاری از پروژه‌های احداث شده با این نوع لوله‌ها از سال 1960 به طور مداوم مشغول ارائه خدمات بودند و موفقیت چشمگیری داشتند. امروزه، بیش از 95٪ از لوله‌کشی‌های توزیع گاز طبیعی تا قطر 12 اینچ، احداث شده در ایالات متحده و کانادا از جنس لوله های پلی‌اتیلن هستند. پلی‌اتیلن نه تنها در آمریکا شمالی بلکه در سراسر جهان محصول ارجح و انتخابی محسوب می‌شود. تقریباً 50 سال است که از پلی‌اتیلن در لوله کشی آب آشامیدنی استفاده می شود. لوله های پلی اتیلن مطابق استانداردهای AWWA ، NSF و ASTM تأیید شدند.
مزایای خاص لوله پلی اتیلن
-
صرفه جویی در چرخه طول عمر:
در استفاده‌های شهری، هزینه چرخه عمر لوله پلی اتیلن به طور قابل‌توجهی کمتر از سایر رقبا است. سطح داخلی بسیار صاف لوله پلی اتیلن سبب قابلیت عالی این لوله در هدایت جریان می‌شود، به سبب اتصالات حرارتی احتمال ایجاد نشت در این لوله از بین می‌رود. ثابت شده ترکیب قابلیت های ذکر شده لوله پلی اتیلن در راستای کاهش هزینه‌های کل سیستم موفقیت‌آمیز عمل کردند.
-
بدون نشت و با اتصالاتی محکم
استفاده از اتصال فیوژن حرارتی در لوله پلی اتیلن سبب ایجاد اتصالات بدون نشت می شود که به‌اندازه خود لوله و چه بسا بیشتر از آن محکم و قوی هستند. در استفاده‌های شهری، اتصالات حرارتی احتمال ایجاد نشتی را که هر 10 تا 20 فوت در هنگام استفاده از اتصالات نر و ماده مرتبط با سایر محصولات لوله کشی مانند PVC یا چدن نشکن ایجاد می شود را در لوله های پلی اتیلن از بین می برند.
در تمام این اتصالات نر و ماده از واشر الاستومری استفاده می‌شود که با گذشت زمان فرسوده می‌شوند، بنابراین امکان نشت دارند. در نتیجه مقدار مجاز نشت آب در لوله‌های پلی‌اتیلن در مقایسه با میزان نشت آب 10٪ یا بیشتر که به طور معمول در سایر محصولات لوله کشی دیده می‌شود، صفر است. اتصالات حرارتی لوله های پلی‌اتیلنی خود محدود شونده نیز هستند و نیازی به مهارکننده‌ها یا بلوک‌های رانشی برای کنترل این اتصالات نیست.
علی‌رغم مزایای استفاده از روش اتصال فیوژنی ته لوله، علم مهندسی تکنیک های دیگری برای اتصال لوله های پلی‌اتیلن در نظر دارد، تکنیک هایی که استفاده از الکتروفیوژن و اتصالات مکانیکی را به دنبال دارند. اتصالات الکتروفیوژن با استفاده از عناصر گرم کننده الکتریکی تعبیه شده، لوله یا اتصالات موردنظر را به یکدیگر متصل می‌کنند. در برخی موارد، اتصالات مکانیکی ممکن است برای تسهیل اتصال به سایر محصولات لوله کشی مانند شیرآلات یا سایر لوازم جانبی سیستم موردنیاز باشند. اتصالات تخصصی برای این اهداف طراحی شده‌اند و آماده برطرف کردن نیازهای سنگین صنایع مختلف هستند.
لوله های پلی‌اتیلن زنگ نمی‌زند، نمی‌پوسند، در آن‌ها خوردگی ایجاد نمی‌شود و مانع از رشد بیولوژیکی میکروارگانیسم های مضر نمی‌شوند. این لوله‌ها از مقاومت شیمیایی فوق‌العاده‌ای برخوردارند و ماده انتخابی مناسبی برای بسیاری از محیط های سخت شیمیایی است.
اگرچه خاک شیمیایی تهاجمی تأثیری بر عملکرد لوله‌های پلی‌اتیلن ندارد. لازم به ذکر است در نصب لوله پلی‌اتیلن (مانند هر لوله‌کشی) در مناطقی که خاک آن به حلال‌های آلی (نفت و بنزین) آلوده باشد، ممکن است به تکنیک‌هایی با قابلیت حافظت از لوله پلی‌اتیلن در برابر تماس با حلال‌های آلی نیاز باشد. باید دقت شود که حتی در مورد محصولات فلزی و سایر لوله‌ها که توسط واشر به هم متصل می‌شوند، محافظت در برابر نفوذ حلال‌های آلی لازم است. تعبیه اقدامات محتاطانه در فرایند نصب که از حفظ کیفیت سیال منتقل شده از طریق این لوله‌کشی اطمینان حاصل می‌کنند، معمولاً برای کلیه سیستم‌های لوله‌کشی که در خاک‌های آلوده احداث می‌شوند، لازم هستند.
-
مقاومت در برابر خستگی و انعطاف پذیری
لوله های پلی‌اتیلن می‌توانند به شعاع حدودی 30 برابر قطر اسمی یک لوله یا کمتر خم شوند که این قابلیت بستگی به ضخامت لوله پلی اتیلن دیواره آن ها دارد. (به عنوان مثال لوله پلی‌اتیلنی با قطر 12 اینچ می‌تواند در میدانی به شعاع 32 فوت سرد شود). این ویژگی سبب حذف بسیاری از اتصالات می شود که در غیر این صورت برای تغییر جهت سیستم های لوله کشی موردنیاز بودند و همچنین این قابلیت نصب لوله ها را تسهیل می کند.
در مورد دوام طولانی مدت لوله پلی‌اتیلن تحقیقات گسترده ای انجام شده، این لوله ها دارای مقاومت استثنایی در برابر خستگی هستند، هنگامی که با حداکثر فشار عملیاتی کار می‌کنند، می توانند در برابر چندین پیک فشار تا 100٪ بالاتر از حداکثر فشار عملیاتی که توان مقابله با آن را دارند، ایستادگی و مقاومت کند بدون اینکه هیچ گونه تأثیر منفی بر عملکرد طولانی مدت آن ها ایجاد شود.
سختی، شکل پذیری و انعطاف پذیری لوله های پلی اتیلن در ترکیب با خواص و قابلیت های ویژه دیگر آن، مانند اتصالات حرارتی بدون نشت، امکان نصب آن در محیط هایی با پویایی بالا خاک و در مناطق مستعد زلزله مناسب می سازند.
مزایای ساخت
ترکیب ویژگی‌های لوله پلی‌اتیلن از جمله وزن سبک، انعطاف‌پذیری و اتصالات کاملاً مهار شده بدون نشت، امکان نصب و راه‌اندازی منحصربه‌فرد و مقرون‌به‌صرفه این لوله‌ها را می‌دهد که با محصولات جایگزین غیر از پلی‌اتیلن این تکنیک‌ها عملی نیستند. تکنیک‌های نصب مانند حفاری افقی جهت‌دار، ترکاندن لوله (در مواردی که نیاز به رهایی از لوله‌های مدفون باشد)، لغزاندن یا قراردادن لوله‌ای کوچکتر در یک لوله، حفر خاک و کاشتن لوله و لوله غوطه‌ور یا شناور می توانند مراحل ساخت و ساز و احداث لوله ها را ساده کرده که سبب صرفه جویی قابل توجهی در وقت و هزینه می شود.
تقریباً با وزنی یک‌هشتم وزن لوله فولادی مشابه و با روش‌های اتصال بدون نشتی قابل‌اعتماد، نصب لوله‌های پلی‌اتیلن ساده‌تر است و نیازی به تجهیزات بالابر نیز ندارد. لوله‌های پلی‌اتیلن به‌صورت مستقیم و استاندارد با طول 50 فوت یا بیشتر تولید می‌شوند و به قطر 6 اینچ نیز می‌رسند. لوله‌های پلی‌اتیلن با طول‌های پیچ‌خورده با بیش از 1000 فوت در قطرهای مشخص موجودند. لوله های پلی‌اتیلن در مقایسه با لوله های PVC در برابر ضربه می توانند به‌مراتب بهتر مقاومت کنند، به ویژه در لوله کشی های احداث شده در هوای سرد که در این شرایط لوله‌ها بیشتر در معرض ترک و شکستگی هستند.
از آنجا که اتصالات حرارتی پلی‌اتیلن به‌اندازه خود لوله قوی هستند، می‌توانند به‌راحتی بعد از نصب متصل شوند، این اتصالات می‌توانند مستقیماً به یک لوله اضافه شوند یا از طریق حفاری جهت‌دار یا با خط‌کشی مجدد لوله این اتصالات به لوله اضافه شوند. البته لازم به ذکر است که شرایط محل ساخت‌وساز و احداث خط لوله تأثیر زیادی در انتخاب روش ترجیحی نصب دارد.
تأسیسات لوله‌های پلی‌اتیلن مقرون‌به‌صرفه بوده و به دلیل خصوصیات فیزیکی لوله، اتصالات بدون نشت و کمتر بودن هزینه‌های نگهداری، دارای مزایای طولانی‌مدت هستند. صنعت لوله‌های پلی‌اتیلن عمر مفید این لوله‌ها را به طور محافظه کارانه 50-100 سال تخمین می‌زند، مشروط بر اینکه نصب و راه‌اندازی سیستم خط لوله مطابق با توصیه‌های طراحی و عملیاتی ارائه شده توسط شرکت سازنده این لوله، انجام شده باشد.
این طول عمر بالای لوله های پلی‌اتیلن موجب صرفه‌جویی در هزینه‌ها و ذخیره کردن هزینه های اضافی برای جایگزینی آن با نسل‌های بعدی لوله‌های پلی اتیلن می‌شود. سیستم‌های لوله‌کشی پلی‌اتیلن اگر به طور مناسب طراحی و نصب شوند نیاز به اقدامات خاصی در زمینه نگهداری و مراقبت ندارند. لوله پلی‌اتیلن در برابر بیشتر مواد شیمیایی معمولی مقاوم است علاوه بر این در برابر خوردگی‌های گالوانیک یا الکترولیز نیز حساس نیست.
سطح داخلی لوله‌های پلی‌اتیلن فاقد هرگونه زبری است که همین فاکتور سبب قرارگرفتن آن در گروه لوله‌های صاف می‌شود، گروهی که کمترین مقاومت در برابر جریان سیال را دارد. در تأسیسات آبی، فاکتور C Hazen Williams لوله های پلی اتیلن به عدد 150 می‌رسد و نکته حائز اهمیت این است که با گذشت زمان این عدد تغییر نمی‌کند. فاکتور C در سایر لوله‌های معمولی به دلیل خوردگی و یا تجمع بیولوژیکی میکروارگانیسم، در طول زمان به طور چشمگیری کاهش می‌یابد. فقدان خوردگی، عدم رشد بیولوژیکی میکروارگانیسم، دیواره داخلی صاف و قابلیت بالای آن در هدایت جریان، بازده هیدرولیکی این محصول را در طول عمر طراحی شده بیمه کند.
محدوده دمای عملکردی لوله پلی‌اتیلن معمولاً شامل محدوده دمایی 0 درجه فارنهایت تا 140 درجه فارنهایت برای سرویس تحت‌فشار، می‌شود. با این حال در مواردی خاص و مواردی که سیستم تحت‌فشار نباشد این محصول به‌راحتی می‌تواند دماهای بسیار پایین‌تری را تحمل کنند (به عنوان مثال تا -40 درجه فارنهایت و پایین‌تر) و محصولاتی با فرمولاسیون پیچیده و تخصصی‌تر وجود دارند که می‌توانند در شرایط دمایی بالاتر خدمات ارائه کنند.
انجام آزمایش‌های گسترده و استفاده از لوله‌های پلی‌اتیلن در محیط‌هایی با دمای بسیار پایین نشان می‌دهد که این شرایط دمایی تأثیر نامطلوبی بر مقاومت لوله یا قابلیت‌های آن عملکرد ندارند. بسیاری از رزین‌های به کار گرفته شده در لوله‌های پلی‌اتیلن نه‌تنها در دمای استاندارد 73 درجه فارنهایت، بلکه در دماهای بالا مانند 140 درجه فارنهایت نیز ممکن است تحت تنش قرار گیرند.
به طور کلی محصولات پلی‌اتیلن در مقایسه با سایر مواد ترموپلاستیک مانند PVC مقاومت بیشتری در دماهای بالا دارند. در دمای 140 درجه فارنهایت، لوله‌های پلی‌اتیلن حدود 50٪ مقاومت استاندارد خود در دمای 73 درجه فارنهایت را حفظ می‌کنند، در حالی که PVC که تقریباً 80٪ مقاومت خود در دمای 73 درجه فارنهایت خود را هنگام کار در دمای 140 درجه فارنهایت از دست می‌دهد. در نتیجه محصولات لوله پلی‌اتیلن را می‌توان در طیف وسیعی از سیستم‌های لوله‌کشی و محدوده دمایی بسیار گسترده استفاده کرد.
ویژگی ها و مزایای لوله های پلی‌اتیلن بسیار گسترده هستند و برخی از قابلیت‌های برجسته‌تر این محصول در پاراگراف‌های قبلی بیان شدند. فصول باقیمانده این کتاب راهنما، اطلاعات کامل‌تری در مورد قابلیت‌های پلی‌اتیلن و تحقیقاتی که این قابلیت‌های عملکردی مبتنی بر آن‌ها هستند را ارائه می‌دهد.
بسیاری از قابلیت‌های عملکردی لوله‌کشی پلی‌اتیلن به دلیل تأثیر مستقیم دو ویژگی فیزیکی مهم مرتبط با محصولات لوله پلی اتیلن تحت فشار لوله های پلی‌اتیلن است. این دو ویژگی عبارت‌اند از: شکل‌پذیری و خاصیت ارتجاعی ویسکوزیته. به خواننده توصیه می‌شود این دو ویژگی مهم را هنگام خواندن فصل‌های بعدی این کتاب به‌خاطر بسپارد.
شکل‌پذیری توانایی یک ماده در زمینه تغییر در پاسخ به فشار است که می‌تواند با فقدان و یا عدم فقدان شکستگی باشد. همچنین گاهی اوقات این قابلیت به‌عنوان افزایش ظرفیت کرنشی شناخته می‌شود و از قابلیت‌های عملکردی مهم لوله‌کشی پلی‌اتیلن محسوب می‌شود، این فاکتور هم برای سیستم‌های روزمینی و هم در سیستم‌های زیرزمینی حائز اهمیت است. به عنوان مثال، در پاسخ به رانش خاک، قطر عمودی لوله پلی‌اتیلن دفن شده مقداری کاهش می‌یابد.
این کاهش قطر عمودی سبب افزایش قطر افقی می‌شود که این اتفاق سبب فعال‌کردن نیروهای جانبی خاک که تمایل دارند لوله را در برابر تغییر شکل بیشتر تثبیت کنند، می‌شود. این فرایند سبب تولید و معرفی 11 ساختمان خاک و لوله می‌شود که توانایی پشتیبانی از زمین عمودی و سایر فشارهایی که می‌توانند لوله‌هایی با مقاومت بیشتر اما ظرفیت کرنش کمتر را بشکنند دارد.
محصولات شکل‌پذیر، از جمله لوله‌های پلی‌اتیلن مورداستفاده در لوله‌کشی آب، گاز طبیعی و لوله‌های صنعتی دارای توانایی کنترل ایمن تنش‌های موضعی هستند که این قابلیت به سبب موقعیت نامناسب ایجاد شده براثر نصب غلط در مکان‌هایی که سنگ‌ها، تخته‌سنگ‌ها یا کنده‌های درخت به‌عنوان مانع عمل می‌کنند و می‌توانند به سطح خارجی لوله‌ها برخورد کنند، ایجاد شده است.
البته بسیاری دیگر از شرایط مکان موردنظر احداث خط لوله‌ها نیز ممکن است اثرات مخرب مشابهی داشته باشد، به عنوان مثال خم شدن لوله براثر فشار بیش از حد مهارکننده ایمن، پشتیبانی ناکافی از لوله در سیستم، عدم انطباق اتصالات با سازه‌های سخت‌تر و غیره از آثار مخرب قابل‌ذکر هستند. محصولات لوله‌کشی که فاقد قابلیت تغییرپذیری هستند برای کاربردهای با تنش بالا، عملکرد خوبی ارائه نخواهند داد.
محصولاتی با شکل‌پذیری یا ظرفیت کرنش پایین به طور متفاوت‌تری به این شرایط پاسخ خواهند. لوله‌های حساس به کرنش بر اساس تجزیه‌وتحلیل‌های پیچیده از امکان ایجاد و تشدید تنش‌ها در مناطق خاصی از درون محصول، طراحی می‌شوند. هر زمان که این تنش‌ها از حد استانداردی که در طراحی این لوله در نظر گرفته شده بالاتر روند منجر به توسعه ترک می‌شوند که در نهایت می‌تواند به خرابی یک قطعه یا کل محصول منتهی شود.
با این حال در رابطه با محصولاتی مانند لوله‌های پلی‌اتیلن که شکل‌پذیر عمل می‌کنند، در صورت تغییر شکل موضعی شدیدتر از خسارات جبران‌ناپذیر مادی مانند ایجاد و گسترش ترک‌های کوچک در سراسر لوله جلوگیری می‌شود. در عوض، تغییر شکل موضعی به وجود آمده منجر به ایجاد تغییراتی در توزیع تنش در لوله و همچنین کاهش قابل‌توجه تنش‌های موضعی می‌شود البته بدون آن که تأثیر منفی قابل‌توجهی به محصول وارد شود. به همین سبب در طراحی ساختاری بر پایه استفاده از محصولاتی که قابلیت شکل‌پذیری دارند می‌توان تنش‌ها را در حد متوسط در نظر گفت، فرضی که سبب تسهیل پروسه طراحی می‌شود.
برای اطمینان از کافی بودن قابلیت انعطاف‌پذیری (ظرفیت کرنش) ، ملاحظات ویژه‌ای تدارک دیده شدند و به الزامات موردنیاز در طراحی این‌گونه محصولات اضافه شدند. به‌عنوان‌مثال، می‌توان به الزاماتی که در ساخت چدن نشکن و لوله‌های فولاد خفیف تعیین شدند، اشاره کرد با این حال بازهم، از شکل‌پذیری به‌عنوان یکی از ویژگی‌های برجسته و ذاتی لوله‌های پلی‌اتیلن یاد می‌شود و همین فاکتور سبب شده که این محصول در 30 سال گذشته به‌عنوان محصول ارجح برای استفاده در لوله‌کشی گاز طبیعی در آمریکای شمالی شناخته شود.
نسل جدید و مدرن لوله‌های پلی‌اتیلن که عملکرد خوبی نیز ارائه دادند قابلیت شکل‌پذیری قابل‌توجهی نسبت به نسل‌های معمولی‌تر خود دارند. نسل‌هایی که 50 سال پیش برای اولین‌بار معرفی شدند و خود نیز تجربه‌های موفقیت آمیزی نه تنها در لوله‌کشی گاز طبیعی بلکه در طیف گسترده از سایر حیطه‌ها از جمله لوله‌کشی‌های آب و فاضلاب، لوله‌های دریایی و معدن داشتند.
لوله‌های پلی‌اتیلن از جمله محصولات ویسکوالاسیسته هستند. به دلیل ماهیت مولکولی خاص پلی پلی‌اتیلن ماده ترکیبی پیچیده از عناصر الاستیک و مایع است. به همین سبب این ماده خواصی متعادل و میانه از فلزات بلوری و مایعات با گران‌روی بسیار بالا از خود نشان می‌دهند. این مفهوم با جزئیات بیشتر در فصل کاربردهای مهندسی این کتاب راهنما موردبحث قرار گرفته است.
خاصیت ویسکوالاستیسیته منجر به ایجاد دو ویژگی منحصر به فرد مهندسی در این محصول می‌شود که در طراحی سیستم‌های لوله‌کشی آب پلی‌اتیلنی به کار گرفته می‌شوند، این دو ویژگی واهلش تنش و رام شدن خزشی هستند
خزش در واقع جریان گران‌روی وابسته به زمان است که سبب تغییر شکل می‌شود. این ویژگی به پاسخ پلی‌اتیلن به یک فشار ثابت در گذشت زمان اشاره دارد. زمانی که پلی‌اتیلن تحت یک‌بار استاتیک ثابت قرار می‌گیرد براثر منحنی تنش - کرنش کششی بلافاصله تغییر شکل می‌دهد. در فشارهای بالا محصول شروع به تغییر شکل در یک میزان رو به کاهش می‌کند و اگر فشار به اندازه کافی زیاد شود، ممکن است در نهایت سبب تخریب کامل لوله شود. لوله‌های پلی‌اتیلن مطابق با استانداردهای موردنیاز برای حفظ کارایی در صنایع سنگین طراحی شده‌اند تا اطمینان حاصل شود که در صورت استفاده مطابق با استانداردهای تعیین شده هر صنعت، تغییر شکل ایجاد شده براثر فشار پایدار یا خزش، جزئی و فاقد اهمیت مهندسی است.
واهلش تنش یکی دیگر از ویژگی‌های منحصربه‌فرد پلی‌اتیلن است که ناشی از خاصیت ویسکوالاستیسیته این محصول می‌باشد. هنگامی‌که لوله تحت یک فشار ثابت (همراه با درجاتی از تغییر شکل) قرار می‌گیرد که این فشار با گذشت زمان همچنان حفظ می‌شود، فشار یا تنش تولید شده براثر تغییر شکل با گذشت زمان به آرامی کاهش خواهد یافت، با این حال لوله هرگز کاملاً شل نمی‌شود. این پاسخ واهلش تنش پس از تحمل فشار و تنش بالا از اهمیت قابل توجهی در طراحی سیستم‌های لوله کشی پلی‌اتیلن برخوردار است. این پاسخ سبب کاهش تنش در بخش‌هایی از لوله می‌شود که تحت‌فشار دائمی قرار دارند.
به عنوان یک ماده ویسکوالاستیسیته، پاسخ سیستم‌های لوله‌کشی پلی‌اتیلن نسبت به تنش به زمان بستگی دارد. مدول‌های ظاهری الاستیسیته به دلیل ویژگی‌های خزش و اهلش تنش پلی‌اتیلن در پاسخ به تنش‌های طولانی مدت به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابند. مدول لحظه‌ای برای حوادث ناگهانی مانند چکش آب در حدود 150،000 psi در 73 درجه فارنهایت است. در حوادث کوتاه‌مدت که کمی بیشتر طول خواهند کشید مثل نشست خاک و تنش‌های زنده، مدول کوتاه مدت برای پلی‌اتیلن تقریباً 110،000 تا 130،000 psi در 73 درجه فارنهایت است و در پلی‌اتیلن به عنوان یک با استفاده محصول طولانی‌مدت، مدول ظاهری به چیزی حدود 30000-20000 psi کاهش می‌یابد.
در فصل‌های بعدی خواهید خواند که این مدول‌ها معیاری اصلی در طراحی سیستم های لوله کشی پلی اتیلن برای استفاده‌های طولانی مدت است.
این پاسخ وابسته به زمان در رابطه بار تحمل فشار، به پلی‌اتیلن ویژگی هایی مانند انعطاف‌پذیری و مقاومت منحصر به فرد در برابر پدیده های تنش‌زا نسبتاً کوتاه‌مدت می‌دهد. این فاکتور در مورد مقاومت پلی اتیلن در برابر پدیده چکش آب که در بخش‌های بعدی این کتاب با جزئیات بیشتری بحث خواهد شد نیز به کار می‌آید.
انواع سایز لوله‌های پلی‌اتیلن و کاربرد آن‌ها
یکی از پرکاربرد ترین تولیدات پلیمری، لوله های پلی اتیلن هستند که این لوله ها در سایزهای مختلفی همچون کمتر از یک تا ۲۴ اینچ یا بهتر است بگوییم از ۱۶ تا ۶۳۰ میلی متری تولید و ساخته می شوند. البته لازم است ذکر کنیم که معیار تعیین سایز بندی بر اساس استاندارد بین المللی طبق میلی متر است اما اغلب افراد سایز لوله پلی اتیلن را با سایز اینچ می شناسند.
سایز لوله پلی اتیلن
بر اساس سایز و اندازه لوله های پلی اتیلن به انواع مختلفی تقسیم می شوند که هر کدام از این لوله ها کاربرد خاص خود را دارند. در ادامه قصد داریم چند نوع از این لوله ها را برای شما معرفی کنیم و همچنین کاربرد ویژه ی هر کدام را برای شما نام ببریم پس با ما همراه باشید.
۱. لوله پلی اتیلن ۳/۸ اینچ
این نوع لوله ها در اصل همان سایز ۱۶ میلی متری هستند که به عنوان کوچک ترین سایز لوله های پلی اتیلن شناخته می شوند. پرکاربردترین مکان مورد استفاده ی این لوله ها در صنعت کشاورزی است که برای آبیاری قطره ای، محصولات گلخانه ایی و اتصالات قطره چکان کاربرد دارد و در مقابل انواع شرایط محیطی مقاوت بسیار بالایی را دارد.
۲. لوله پلی اتیلن ۱/۲ اینچ
لوله های پلی اتیلن نیم اینچی یا همان ۲۰ میلی متری نوع دیگری از سایز لوله های پلی اتیلنی هستند که در کشاورزی و برای آبیاری مورد استفاده قرار می گیرد و لوله ی تک جداره نام دیگر آن ها هستند. ذکر این نکته ضروری است که اگر قصد خرید لوله ی پلی اتیلنی ۱/۲ اینچی را دارید حتما به میزان فشار آب مزرعه ی خود دقت کنید و طبق آن لوله هایی با فشار ۶، ۱۰، ۱۶ و ۲۰ بار را انتخاب کنید.
۳. لوله پلی اتیلن ۳/۴ اینچ
لوله های پلی اتیلن ۳/۴ یا همان ۲۵ میلی متری که معمولا دارای کلاف های ۱۰۰ و ۱۵۰ متری هستند، در باغ های مختلف و برای سیالاتی که حجم کمی دارند، به دلیل اینکه مقاومت بالا و قدرت آب بندی زیادی را دارند مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع لوله ها معمولا دارای فشار ۱۶ و ۱۰ بار هستند.
۴. لوله پلی اتیلن ۱ اینچ
لوله های ۱ اینچی یا ۳۲ میلی متری می توانند فشارهای مختلفی را از ۶ تا ۳۲ بار تحمل کنند و همچنین دیگر ویژگی آن ها این است که این لوله ها دارای کلاف های ۱۰۰ تا ۱۵۰ متری هستند. این نوع از لوله ها نیز بیشتر در کشاورزی کاربرد دارند.
۵. لوله پلی اتیلن ۱۱/۴ اینچ
این نوع لوله ها با این سایز هم در کشاورزی و هم برای نقل انتقالات آب مورد استفاده قرار می گیرند و معمولا با فشار ۶ تا ۳۲ بار تولید می شوند. این نوع لوله ها که در واقع همان سایز ۴۰ میلی متری هستند با کلاف های متنوعی از جمله کلاف ۱۰۰ تا ۱۵۰ متری و یا با شاخه های مختلفی همچون ۶ متری به بازار عرضه می شوند.
۶. لوله پلی اتیلن ۲ اینچ
لوله های پلی‌اتیلن ۶۳ میلی‌متر یا همان ۲ اینچی در واقع یکی از اصلی ترین نوع لوله های پلی اتیلنی هستند که آن ها را در صنایع مختلف مورد استفاده می گیرند. این لوله ها نیز فشار بار ۵ تا ۳۲ را تحمل می کنند و دارای شاخه های ۶ متری و کلاف ۱۰۰ تا ۱۵۰ متری هستند.
خلاصه لوله پلی اتیلن و قیمت آن
همان‌طور که از صحبت‌های ما نیز برآورد می‌شود، پلی‌اتیلن محصولی بادوام با ویژگی‌های عملکردی منحصر به فردی است که امکان استفاده از آن در طیف وسیعی از صنعت‌های مختلف و با انواع تکنیک‌های مختلف ساخت‌وساز بر اساس نیازهای پروژه، وجود دارد. در فصل‌های بعدی اطلاعات مفصلی در مورد کاربردهای مهندسی پلی‌اتیلن، راهنمایی در مورد نحوه طراحی سیستم‌های لوله‌کشی پلی‌اتیلن، تکنیک‌های نصب و همچنین اطلاعات زمینه‌ای در مورد نحوه تولید لوله و اتصالات پلی اتیلن و راهنمایی‌های مناسب برای استفاده از اطلاعات جمع آوری شده، ارائه شده است.
اطلاعاتی از این دست در نظر گرفته شده تا زمینه‌ای برای طراحی صدا و نصب و راه‌اندازی موفقیت‌آمیز سیستم‌های لوله‌کشی پلی‌اتیلن فراهم شود. به همین منظور است که اعضای مؤسسه لوله‌های پلاستیک این کتاب را تهیه کرده‌اند.
برخی از سوالات رایج:
1. لوله پلی اتیلن چیست؟
لوله پلی اتیلن به زبان ساده لوله‌ای است که از جنس پلی اتیلن ساخته شده است و همین مواد پلی اتیلن است . کاربرد اصلی این محصول در مصارف صنعتی است و در لوله کشی آب روستایی به کار گرفته شد. ازآنجاکه به محصولی انعطاف پذیر، درعین‌حال سخت و سبک برای تأمین نیازهای صنعت درحال توسعه نفت و گاز نیاز بود به همین سبب از پلی اتیلن در تولید میدان های نفتی استفاده شد.
2.لوله پلی اتیلن چه مزایایی دارد؟
صرفه جویی در چرخه طول عمر ، بدون نشت و با اتصالاتی محکم ، خوردگی و مقاومت شیمیایی، مقاومت لرزه ای