Yüksek sıcaklıklarda önemli ölçüde iyileştirilmiş işlenebilirlik ve uzun vadeli mukavemete sahip yeni bir PE malzeme ailesinin geliştirilmesi tartışılmaktadır. Yüksek Sıcaklık Dirençli Polietilen (PE-RT), yüksek sıcaklıklarda olağanüstü hidrostatik mukavemet sağlayan benzersiz moleküler mimarilere sahip PE bazlı bir bileşiktir. Yüksek sıcaklık dayanımlı polietilen (PE-RT), etilen ve 𝛼-olefin kopolimeridir ve yaygın olarak kullanılan 𝛼-olefinler C3 (propilen), C4 (1-büten), C6 (1-heksen) ve C8’dir (1-okten). PE-RT borular, ortam ve yüksek sıcaklık koşulları altında mükemmel iç basınç direnci, esneklik ve yüksek kimyasal ve mekanik özellikler gösterir. PE-RT ürünleri sıcak ve soğuk su basınçlı boruları, yerden ısıtma ve soğutma, radyatör bağlantısı ve içme suyu tesisatı için kullanılabilir. PERT bileşiği hem 3 katmanlı hem de 5 katmanlı borularda kullanılabilir.
Anahtar Kelimeler: Polietilen, PE-RTPE-RT borular, yüksek su sıcaklıklarına dayanabilen polietilenden yapılmıştır. Daha yüksek sıcaklıklarda daha iyi işlenebilirlik ve uzun süreli güç sağlarlar. Endüstriyel sistem tasarımcıları ve montajcıları, normal Polietilenin kullanılamadığı veya sıcaklık sınırlamaları nedeniyle kısıtlandığı daha büyük boyutlu boru uygulamalarında PE-RT reçinelerinin mekanik ve işleme avantajlarına yanıt vermektedir. PE-RT’nin çok yönlülüğü ve çapraz bağlamaya ihtiyaç duymadan daha yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmesi, sıcaklık profillerinin ortam sıcaklığının altından geleneksel bir PE sistemi için normal kabul edilenin ötesine kadar değişebildiği çok çeşitli uygulamalar için tercih edilen bir seçenek haline getirmektedir. PE-RT, bir tür eten ve okten, heksen veya bütilen kopolimeri ile soğuk ve sıcak su temini için özel olarak boru tasarımları, orta ve yüksek sıcak su taşıma sanatında ortaya çıkan yepyeni polivinil boru malzemeleri olacaktır. Son yıllarda PE-RT, mükemmel fiziksel özellikleri, erozyon direnci, çabukluk, işlenebilirlik ve inşaat ve kurulum gibi özelliklerine dayanarak, yerden ısıtma borusu, ısı eşanjörü, soğuk ve sıcak su taşıma gibi Uygulama Alanlarında kullanılmak üzere ataktik kopolimerize polipropilen (PPR), polibüten (PB), klorlu polivinil klorür (PVC-C) ve çapraz bağlı polietilenin (PEX) yerini alabilir. Yeni PE-RT malzemeleri bimodal reçine teknolojisi ile tasarlanmıştır. Grafik 1, çapraz bağlamaya gerek kalmadan mükemmel yüksek sıcaklık performansı elde eden boru reçineleri üretmek için bimodal (iki) moleküler ağırlık zirvesini göstermektedir.
Lamel kristal yapısı, amorf polimer segmenti olan bağ zinciri aracılığıyla bağlanır. Bağ zinciri oluşma olasılığı polimer zincir uzunluğu ile artar. Bağ zinciri moleküllerinin, birden fazla kristali birbirine “bağlayarak” tokluğu ve ESCR veya uzun süreli sünme özelliklerini artırdığı bilinmektedir. Bağ zincirleri uzayabilirlik ve hareketlilik gösterir, bu nedenle enerjiyi emebilir ve dağıtabilir. Bu durum Şekil 2’de gösterilmektedir.
Yeni PE-RT malzemesi, sıradan PE malzemelerine göre daha fazla sayıda yüksek moleküler ağırlıklı zincir içerir. Daha yüksek moleküler ağırlık malzemenin dayanıklılığını belirler. Uzun vadeli mukavemet, tokluk, süneklik ve yorulma direnci, moleküler ağırlık arttıkça iyileşir. Bununla birlikte, daha yüksek moleküler ağırlık reçinelerin işlenmesini daha zor hale getirir. Bimodal teknoloji, yüksek moleküler ağırlıklı zincirlerin sayısının artmasını sağlarken aynı zamanda ekstrüzyonla işlenebilirliği de geliştirir.Şekil 3’te, farklı komonomer türlerine ancak benzer içeriklere sahip polietilen malzemeler için kısa zincirli dalın uzunluğunun artmasıyla kopma mukavemetinin ve darbe tokluğunun arttığı gösterilmektedir. 1-okten komonomer performansı daha kısa komonomerlerden daha iyidir.
PE-RT borular için belirlenmiş uluslararası standart ISO22391-2’ye göre, PE-RT malzemeler tip I ve II olmak üzere iki sınıfa ayrılır; tip II PE-RT daha iyi bir yüksek sıcaklık direncine ve basınç direncine sahiptir. PE-RT üretmek için Dow Chemical Company tarafından geliştirilen çözelti polimerizasyonu ve Basell Company tarafından geliştirilen bulamaç polimerizasyonu olmak üzere iki ana yöntem vardır. Nitelikli PE-RT malzemeleri farklı üretim süreçleriyle üretilebilse de, komonomer tipi, komonomer içeriği, komonomer dağılımı ve kopolimerin moleküler ağırlığı ve moleküler ağırlık dağılımındaki farklılıklar moleküler yapıda, süper moleküler yapıda ve malzemenin performansında farklılıklara neden olabilir. Ancak, bu açıdan PE-RT malzemeleri hakkında çok az rapor bulunmaktadır. Araştırmada, komonomer tipleri, içerikleri ve dağılımları ile molekül ağırlıkları ve molekül ağırlığı dağılımlarının farklı proseslerle üretilen üç PE-RT malzemenin moleküler yapısı, süper-moleküler yapısı ve özellikleri üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Örnek olarak: 1) PE-RT (tip II), 0,14 g erime indeksi (MI) ile etilen ve 1-butenden yapılmıştır (190∘C, 2,16 kg) 2) PE-RT (tip I), 0,7 g MI ile etilen ve 1-okten’den yapılmıştır (190 ∘C, 2,16 kg) 3) PE-RT (tip II), 0,55 g MI ile etilen ve 1-okten’den yapılmıştır (190 ∘C, 2,16 kg)
Örnek | Akma dayanımı (MPa) | Gerinim sertleşme modülü | Eğilme modülü (MPa) |
PE-RT-1 | 16.2 | 0.0525 | 652 |
PE-RT-2 | 10.2 | 0.0463 | 426 |
PE-RT-3 | 15.2 | 0.0575 | 554 |
Moleküler zincirler üzerindeki komonomer dağılımı SSA ile incelenmiştir. SSA, farklı uzunluklardaki kristalize olabilen segmentlerin eriyik içinde yeniden kristalize edildiği sıcaklığa bağlı bir ayırma işlemidir. Kristalleşebilen zincir ne kadar uzun olursa, daha yüksek bir sıcaklıkta oluşabilecek lameller de o kadar kalın olur.Sekiz ana erime piki sıcaklığa göre yerleştirilmiş ve bunlar sırasıyla yüksekten düşüğe doğru pik 1’den pik 8’e kadar kaydedilmiştir. Şekil 4’te gösterildiği gibi, her bir eğride, komonomerin moleküler zincir üzerinde eşit olarak dağılmadığını gösteren bir dizi karşılıklı ayrılmış erime piki mevcuttur. 2-PE-RT ve 3-PE-RT’nin SSA eğrileri benzer şekildedir, ancak 3-PE-RT’nin yüksek sıcaklığındaki erime piki hafifçe daha yüksek sıcaklığa kayar. Diğerleriyle karşılaştırıldığında, 1-PE-RT 133 ∘C’de bir yüksek sıcaklık pikine daha sahiptir. Pik uydurma sonucu, 1-PE-RT’nin 3-PE-RT’den daha düzenli moleküler zincirlere ve daha kalın lamellere sahip olduğunu göstermektedir. 3-PE-RT, 2-PE-RT’ye göre daha kalın lamellere ve daha az ince lamel içeriğine sahiptir.Üç farklı PE-RT malzemesinin mekanik özellikleri ve kristalleşme kinetiği araştırılmıştır. Aynı sınıfa ait olan ancak farklı komonomerlere sahip olan 1-PE-RT ve 3-PE-RT, esas olarak farklı komonomer dağılımı nedeniyle performansın birçok yönünden farklılık göstermektedir. 1-PE-RT, 3-PE-RT’ye göre daha iyi kristalleşme kabiliyetine ve daha yüksek eğilme modülüne ve akma dayanımına sahiptir. 1-PE-RT’nin komonomerinin çoğu uzun zincirli moleküller üzerinde nispeten eşit bir şekilde dağılmıştır ve bu da daha yüksek bir bağ zinciri içeriğine neden olurken, komonomerin küçük bir kısmı kısa zincirli moleküller içinde eşit bir şekilde dağılmamıştır, bu da ona daha iyi bir kristalleşme yeteneği verir. Sonuç olarak, 1-PE-RT daha yüksek bir modüle ve daha iyi uzun vadeli performansa sahiptir. 3-PE-RT’nin ESCR’si 1-PE-RT’ninkinden biraz daha iyi olmasına rağmen, düşük moleküler ağırlıktaki kalın lameller 1-PE-RT’ninkiler kadar katkıda bulunmaz. Dolayısıyla, 3-PE-RT sertlik ve uzun vadeli performansı 1-PE-RT kadar iyi dengeleyemez. Aynı komonomere sahip 3-PE-RT ile karşılaştırıldığında, 2-PE-RT daha zayıf kristalleşme kabiliyetine, daha düşük esneklik modülüne ve daha düşük akma dayanımına sahiptir, bu da 2-PE-RT’nin ESCR’sinin 3-PE-RT’ninkinden daha iyi olduğunu, ancak sertliğinin yetersiz olduğunu göstermektedir.
1. PE-RT boru, UV-ışık direnci ve oksijen bariyerinin ikili etkisine sahiptir. 2. PE-RT boru mükemmel bir termal stabiliteye sahiptir ve uzun süreli basınca dayanabilir. Boru, 70°C çalışma sıcaklığı ve 0,4Mpa basınç altında 50 yıldan fazla bir süre güvenle kullanılabilir. 3. PE-RT boru mükemmel bir esnekliğe sahiptir, bu da onu kullanışlı ve ekonomik hale getirir. PE-RT borunun bükülme yarıçapı küçüktür (Rn=5D) ve büküldükten sonra geri tepmez. Bu, onu inşaat kullanımı için ideal hale getirir ve bükme parçaları üzerindeki stres hızla gevşetilir, böylece servis sırasında stres konsantrasyonunun neden olduğu sinüozite hasarını önler. 4. PE-RT boru mükemmel bir darbe direncine ve yüksek güvenliğe sahiptir ve düşük sıcaklıkta kırılganlık sıcaklığı -70 ° C’dir, böylece PE-RT boru düşük sıcaklık ortamında taşınabilir ve inşa edilebilir. Dış kuvvete karşı koyma kabiliyeti diğer borulara göre çok daha yüksektir ve bükülmesi için ısıtılmasına gerek yoktur. Ayrıca, Grafik 5 PE-RT’nin PE4710 gerekliliklerine kıyasla 20 kattan daha fazla yavaş çatlak büyüme direnci sağladığını göstermektedir.
5. Ürünün kurulumunu ve onarımını kolaylaştırmak için PE-RT boru için bir ısı füzyon birleşimi mevcuttur. Yerden ısıtma tesisat sisteminde, sistem harici bir kuvvet nedeniyle hasar görürse, PE-RT borusu daha uygun, daha hızlı ve daha güvenli olan bir ısı füzyonu kullanılarak onarılabilir. 6. PE-RT boru, çapraz bağlama işlemi olmadan ve çapraz bağlama derecesi ve düzgünlüğü kontrol edilerek üretilebilir. PE-RT boru daha az üretim sürecine ve genel olarak eşit bir et kalınlığına sahiptir.
Birçok avantajının yanı sıra PE-RT borular yüksek sıcaklıktaki suyu farklı yerler arasında taşıyabilir. Bu borular ayrıca • Hafiftir ve taşınması kolaydır • Esnektir ve daha az bağlantı parçası gerektirir • Kullanımı kolay • Akış kapasitesi metal boruya göre %30 daha fazladır • Çevre dostu ve geri dönüştürülebilir • Boru üretiminde hiçbir toksik yardımcı madde kullanılmaması • Yavaş çatlak büyümesine veya çevresel stres çatlamasına karşı yüksek direnç kabiliyeti PE-RT, ısıtma ve soğutma sistemlerinde açılara ihtiyaç duyulan yerlerde bükülebilecek kadar esnektir. Daha büyük çaplı bir boruda kullanıldığında, PE-RT boru su ve sıvıların en üst düzeyde işlenebilirliği için ideal bir seçenektir.
PE-RT, komonomer dağılımı, moleküler ağırlık ve moleküler ağırlık dağılımını ayarlayarak soğuk ve sıcak su boru sistemlerinde darbeye, ışığa, sıcaklığa ve basınca dayanıklı bir α-olefin (eten, okten, heksan veya büten) ile etilen kopolimeridir.
1. H. W. Long, Advanced Applications for HDPE Pipe with New PE-RT Material, 2017, 1-5. 2. D. Schramm, M. Jeruzal, PE-RT, A New Class of Polyethylen for Industrial Pipes, The Dow Chemical Company. 3. Z. Chao, B. Zhao, L. Ding, D. Zhang, F. Yang, M. Xiang. Influence of comonomer distribution on crystallization kinetics and performance of polyethylene of raised temperature resistance. Polymer International 68(10) 2019, 1748-1758.