البولي إيثيلين المتقاطع

البولي إيثيلين المتقاطع

معلومات عامة

صنف فرعي من	متعدد الإيثيلين
الاسم المختصر	PE-X (بالإنجليزية)
مبلمر	إيثيلين
يستخدمه	radiant heating (en) سباكة
لديه جزء أو أجزاء	cross-link (en)

أنبوب بولي إيثيلين متصالب (PEX)

البولي إيثيلين المتقاطع ، والمختصر عادة PEX أو XPE أو XLPE ، هو شكل آخر من عناصر البولي إيثيلين مع خطوط اتصال عرضية . يتم استخدام هذه المادة البلاستيكية عموما في تصنيع أنظمة أنابيب خدمات البناء ، وأنظمة التدفئة والتبريد المائية ، وأنابيب المياه المنزلية ، ويتم صناعة العوازل الخاصة بالكابلات الكهربائية عالية التوتر (الجهد العالي) به ، كما تصنع أسرة لعب الأطفال منه. كما أنها تستخدم في صناعة انابيب الغاز الطبيعي وتطبيقات استخراج النفط البحري ، والنقل الخلوي التحليلي ، ونقل مياه الصرف الصحي والطين. PEX او البولي إيثيلين المتقاطع هو بديل لكلوريد البوليفينيل (PVC) ، البولي فينيل كلوريد المكلور (CPVC) أو أنابيب النحاس لاستخدامها كأنابيب مياه سكنية.

خصائصه

يمكن تحسين قوة تأثير درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة التآكل ومقاومة تكسير الإجهاد البيئي بشكل كبير عن طريق التشابك، في حين يتم تقليل الصلابة والصلابة إلى حد ما. بدلاً من ذلك، يعتبر PEX مقاومًا للحرارة ولا ينصهر مثل اللدائن، ويمكن تحمل درجات حرارة تصل إلى 120 درجة مئوية لفترات طويلة، وتصل إلى 250 درجة مئوية لفترات قصيرة بدون تأثير كهربائي أو ميكانيكي. بزيادة التشابك، يزيد أيضًا معامل القص الأقصى، حتى عند درجات حرارة مرتفعة. [1] [2] قد تعززت خصائص PEX بشكل ملحوظ مقارنةً بـ PE العادي. [3]

تُصنع تقريبًا جميع أنابيب PEX وأنابيبها من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE). يحتوي PEX على روابط متشابكة في بنية البوليمر، مما يتحول اللدائن الحرارية إلى مادة حرارية. يتم إجراء التشابك خلال أو بعد عملية البثق للأنبوب. يتراوح الربط المتقاطع المطلوب، وفقًا لمعيار ASTM F876، بين 65٪ و 89٪. قد يؤدي التشابك العالي إلى هشاشة وتكسير الإجهاد في المادة، بينما قد يؤدي التشابك الأقل إلى منتج ذو خصائص فيزيائية أقل.

تعتمد جميع مركبات البولي إيثيلين المتشابكة (XLPE) تقريبًا في تطبيقات الأسلاك والكابلات على LDPE. تتميز الكابلات المعزولة بـ XLPE بحد أقصى لدرجة حرارة التوصيل تصل إلى 90 درجة مئوية وتصنيف للطوارئ.

القوة النظرية

يتم الوصول إلى درجة قصوى من الناحية النظرية للربط المتبادل إذا تم وضع جسور-CH2- فقط بين الروابط المتقاطعة التي تكون أيضًا جسور-CH2- وإذا كانت صيغة مجموع بنية البوليمر هي (C3H4) n ، [بحاجة لمصدر] فإن البنية تكون  ذلك من الماس مع استبدال جميع الروابط بجسور-CH2-.  إذا تم وضع 4 رؤوس لمكعب مكعّب حيث تكون ذرات C للقاعدة الماسية بحيث تكون ذرة واحدة أخرى من الماس داخل c ، فإن 4 روابط قاعدية ماسية تقع في c ، ولأن زوايا الرابطة مجبرة تجاه هذه القيم القصوى التي  هنا أيضًا اقتربنا بالفعل من هيكل بلوري مكعب من الألماس - من المتوقع أن يتم وضع ذرات C لجسور –CH2- على خطوط متعامدة مع روابط القاعدة الماسية وموازية لوجوه c. [بحاجة لمصدر]

==طرق التحضير==

يمكن استخدام طرق مختلفة لإعداد PEX من البولي إيثيلين بالحرارة (PE-LD أو PE-LLD أو PE-HD).  تم تحضير أول مادة PEX في ثلاثينيات القرن الماضي ، عن طريق تشعيع الأنبوب المبثوق بحزمة إلكترونية.  أصبحت طريقة معالجة الحزمة الإلكترونية مجدية في السبعينيات ، لكنها كانت لا تزال باهظة الثمن.  في الستينيات ، تم تطوير نظام إنجل للربط المتقاطع.  في هذه الطريقة ، يتم خلط بيروكسيد مع HDPE قبل البثق.  في عام 1968 ، تم تسجيل براءة اختراع لعملية Sioplas باستخدام هيدريد السيليكون (silane) ، تلتها عملية أخرى تعتمد على silane ، Monosil ، في عام 1974. تم اتباع عملية باستخدام فينيل سيلان في عام 1986. [بحاجة لمصدر]

مادة خام: مسحوق XLPE يستخدم في التشكيل الدوراني في المصنع

==أنواع التشابك==

يتم التمييز الأساسي بين التشابك البيروكسيد (PE-Xa) ، التشابك السيلاني (PE-Xb) ، التشابك لحزمة الإلكترون (PE-Xc) والتشابك الآزو (PE-Xd). [2]

الظاهر هو البيروكسيد ، السيلان والتشابك الإشعاعي.  في كل طريقة ، تتم إزالة ذرة الهيدروجين من سلسلة البولي إيثيلين (أعلى الوسط) ، إما عن طريق الإشعاع (hν) أو عن طريق البيروكسيدات (R-O-O-R) ، لتشكيل جذري.  بعد ذلك ، يمكن ربط سلسلتين جذريتين ، إما بشكل مباشر (أسفل اليسار) أو بشكل غير مباشر عبر مركبات سيلاني (أسفل اليمين).

التشابك البيروكسيد (PE-Xa): لا يزال الارتباط المتشابك للبولي إيثيلين باستخدام بيروكسيدات (مثل بيروكسيد ثنائي أو ثلاثي بوتيل بيروكسيد) ذا أهمية كبيرة.  في ما يسمى بعملية Engel ، يتم خلط خليط من HDPE و 2٪ [5] بيروكسيد في البداية عند درجات حرارة منخفضة في آلة بثق ثم يتم ربطها في درجات حرارة عالية (بين 200 درجة مئوية و 250 درجة مئوية). [2]  يتحلل البيروكسيد إلى جذور البيروكسيد (RO •) ، التي تستخرج (تزيل) ذرات الهيدروجين من سلسلة البوليمر ، مما يؤدي إلى الجذور.  عندما تتحد ، تتشكل شبكة متشابكة. [3]  تكون شبكة البوليمر الناتجة موحدة وذات شد منخفض ومرونة عالية ، حيث تكون أكثر نعومة وصلابة من (المشععة) PE-Xc. [2]  يتم استخدام نفس العملية لـ LDPE أيضًا ، على الرغم من أن درجة الحرارة قد تختلف من 160 درجة مئوية إلى 220 درجة مئوية.

التشابك السيلاني (PE-Xb): في وجود السيلانات (مثل ثلاثي ميثوكسي فينيل سيلان) ، يمكن في البداية استخدام البولي إيثيلين Si عن طريق التشعيع أو عن طريق كمية صغيرة من بيروكسيد.  يمكن تشكيل مجموعات Si-OH لاحقًا في حمام مائي عن طريق التحلل المائي ، والذي يتكثف بعد ذلك ويربط PE عن طريق تكوين جسور Si-O-Si.  [16] العوامل الحفازة مثل dibutyltin dilaurate قد تسرع التفاعل. [5]

تشابك التشعيع (PE-Xc): يمكن أيضًا تشابك البولي إيثيلين من خلال مصدر إشعاع في اتجاه مجرى النهر (عادةً ما يكون مسرعًا للإلكترون ، وأحيانًا مشعاع نظيري).  يتم ربط منتجات البولي إيثيلين أسفل نقطة الانصهار البلورية عن طريق فصل ذرات الهيدروجين.  -إشعاع يمتلك عمق اختراق 10 مم ، إشعاع 100 مم.  وبالتالي يمكن استبعاد المناطق الداخلية أو مناطق محددة من التشابك. [2]  ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع تكاليف رأس المال والتشغيل ، فإن التشابك الإشعاعي يلعب دورًا ثانويًا فقط مقارنةً بالبيروكسيد المتشابك.  على عكس التشابك البيروكسيد ، تتم العملية في الحالة الصلبة.  وبالتالي ، يحدث الارتباط المتبادل بشكل أساسي في المناطق غير المتبلورة ، بينما تظل البلورة سليمة إلى حد كبير.

التشابك Azo (PE-Xd): في ما يسمى بعملية اللوبونيل ، يكون البولي إيثيلين عبارة عن مركبات آزو مسبقة التشابك بعد البثق في حمام ملح ساخن. [1] [2]