Поливинилхлорид (ПВХ) является одним из наиболее часто используемых термопластичных полимеров во всем мире (после нескольких более широко используемых пластиков, таких как ПЭТ и ПП). Это естественно белый и очень хрупкий (до добавок пластификаторов) пластик. ПВХ существует дольше, чем большинство пластмасс, впервые синтезированный в 1872 году и коммерчески произведенный компанией BF Goodrich в 1920-х годах. Для сравнения, многие другие распространенные пластики были впервые синтезированы и коммерчески жизнеспособны только в 1940-х и 1950-х годах. Чаще всего он используется в строительной отрасли, а также для вывесок, медицинских изделий и волокна для одежды. ПВХ был случайно обнаружен дважды: один раз в 1832 году французским химиком Анри Виктором Реньо, а затем заново открыт в 1872 году немцем по имени Юджин Бауманн.
Отъезд лучший в отрасли онлайн-курс для новых изобретателей. Положитесь на советы ветеранов, которые помогут вам превратить первоначальную идею в прибыльный продукт.
-1.jpg?width=400&name=CM%20Email%20Header%20(1)-1.jpg)
Основные формы и функции поливинилхлорида (ПВХ)
ПВХ производится в двух основных формах: жесткий или непластифицированный полимер (RPVC или uPVC), а второй – в виде гибкого пластика. В своей базовой форме ПВХ характеризуется жесткой, но хрупкой структурой. В то время как пластифицированная версия имеет различное применение в различных отраслях промышленности, жесткая версия ПВХ также имеет свою долю применения. В таких отраслях, как сантехника, канализация и сельское хозяйство, жесткий ПВХ может использоваться во многих областях.
Гибкий, пластифицированный или обычный ПВХ мягче и лучше поддается изгибу, чем нПВХ, благодаря добавлению пластификаторов, таких как фталаты (например, диизононилфталат или DINP). Гибкий ПВХ обычно используется в строительстве в качестве изоляции электрических проводов или полов в домах, больницах, школах и других местах, где стерильная среда является приоритетом. В некоторых случаях ПВХ может служить эффективной заменой резине. Жесткий ПВХ также используется в строительстве в качестве трубы для водопровода и сайдинга, обычно называемого в Соединенных Штатах термином «винил». Трубы из ПВХ часто называют по их «списку» (например, Списку 40 или Списку 80). Существенные различия между графиками включают такие параметры, как толщина стенок, номинальное давление и цвет.
Некоторые из наиболее важных характеристик ПВХ-пластика включают его относительно низкую цену, его устойчивость к деградации окружающей среды (а также к химическим веществам и щелочам), высокую твердость и выдающуюся прочность на растяжение для пластика в случае жесткого ПВХ. ПВХ остается широко доступным, широко используемым и легко перерабатываемым (классифицируется по идентификационному коду смолы «3»).
Каковы характеристики Поливинилхлорид (ПВХ)?
Некоторые из наиболее важных свойств поливинилхлорида (ПВХ):
- Плотность: ПВХ очень плотный по сравнению с большинством пластиков (удельный вес около 1.4).
- Экономика: ПВХ доступен и дешев.
- Твердость: Жесткий ПВХ хорошо зарекомендовал себя по твердости и долговечности.
- Прочность: Жесткий ПВХ обладает отличной прочностью на растяжение.
Поливинилхлорид — это «термопластичный» (в отличие от «термореактивного») материал, что связано с тем, как пластик реагирует на тепло. Термопластичные материалы становятся жидкими при температуре их плавления (диапазон для ПВХ от очень низких 100 градусов по Цельсию до более высоких значений, таких как 260 градусов по Цельсию, в зависимости от добавок). Основным полезным свойством термопластов является то, что их можно нагревать до точки плавления, охлаждать и снова нагревать без существенной деградации. Вместо сжигания термопласты, такие как полипропилен, сжижаются, что позволяет легко формовать их под давлением, а затем перерабатывать. Напротив, термореактивные пластмассы можно нагревать только один раз (обычно в процессе литья под давлением). Первый нагрев вызывает схватывание термореактивных материалов (аналогично двухкомпонентной эпоксидной смоле), что приводит к химическому изменению, которое невозможно обратить. Если вы попытаетесь нагреть термореактивный пластик во второй раз до высокой температуры, он только сгорит. Эта характеристика делает термореактивные материалы плохими кандидатами на переработку.
Почему так часто используется поливинилхлорид (ПВХ)?
ПВХ предлагает широкий спектр применений и преимуществ в различных отраслях промышленности как в жесткой, так и в гибкой форме. В частности, жесткий ПВХ обладает высокой для пластика плотностью, что делает его чрезвычайно твердым и в целом невероятно прочным. Он также легко доступен и экономичен, что в сочетании с долговечными характеристиками большинства пластиков делает его удобным выбором для многих промышленных применений, таких как строительство.
ПВХ имеет чрезвычайно прочную природу и легкий вес, что делает его привлекательным материалом для строительства, сантехники и других промышленных применений. Кроме того, высокое содержание хлора делает материал огнестойким, что является еще одной причиной, по которой он приобрел такую популярность в различных отраслях промышленности.
Какие бывают виды ПВХ?
Поливинилхлорид широко доступен в двух широких категориях: жесткие и гибкие. Каждый тип имеет свой набор преимуществ и идеально подходит для различных отраслей промышленности. Гибкий ПВХ может выступать в качестве изоляции электрического кабеля и альтернативы резине. Жесткий ПВХ имеет различные применения в строительстве и сантехнике, обеспечивая легкий, экономичный и прочный материал.
Как производится ПВХ?
Поливинилхлорид производится одним из трех эмульсионных процессов:
- Суспензионная полимеризация
- Эмульсионная полимеризация
- Объемная полимеризация
Поливинилхлорид для разработки прототипов на станках с ЧПУ, 3D-принтерах и машинах для литья под давлением
Две основные проблемы связаны с работой с ПВХ, что делает его относительно проблематичным и обычно не рекомендуется для использования непрофессионалами. Во-первых, это выделение токсичных и агрессивных газов при плавлении материала. В той или иной степени это происходит при 3D-печати, обработке на станках с ЧПУ и литье под давлением. Мы рекомендуем ознакомиться с паспортами безопасности для различных хлорированных углеводородных газов, таких как хлорбензол, и обсудить производственный процесс с профессиональным производителем. Во-вторых, коррозионная природа ПВХ. Это проблематично, когда ПВХ неоднократно вступает в контакт с металлическими соплами, резаками или формовочными инструментами, изготовленными из материала, отличного от нержавеющей стали или другого аналогично устойчивого к коррозии металла.
3D Печать:
Поливинилхлорид доступен в форме нити в виде пластикового сварочного стержня (материал, используемый для сварки), но в настоящее время он не предназначен для специального использования в 3D-печати. Несмотря на то, что количество пластиков и заменителей пластика, доступных для 3D-печати, растет, на сегодняшний день наиболее распространены два из них: ABS и PLA. В Creative Mechanisms мы обычно печатаем на 3D-принтере из ABS. Список причин и сравнение двух наиболее распространенных пластиков для 3D-печати (ABS и PLA) для 3D-печати читайте здесь.
Самая большая проблема с ПВХ для 3D-печати — его коррозионная природа (потенциально ставящая под угрозу функциональность типичных машин, если они используются в течение более длительного периода). На интересном кикстартере была разработана насадка для 3D-печати из ПВХ (головка экструдера), предложенная инженером и предпринимателем Роном Стилом, которая, к сожалению, закрылась без достаточного интереса в 2014 году. Вы можете посмотреть вводную презентацию (видео) здесь:
Обработка с ЧПУ:
Поливинилхлорид можно резать на станке с ЧПУ, но любой машинист, который пробовал, вероятно, испытал ухудшение качества резака в зависимости от материала, из которого он изготовлен. ПВХ вызывает коррозию и абразивность, а резцы, изготовленные не из нержавеющей стали или материала, обладающего сопоставимой коррозионной стойкостью, со временем могут изнашиваться.
Литье под давлением:
Поливинилхлорид можно вводить под давлением, как и другие пластмассы, но хлор в материале усложняет процесс. Это связано с тем, что расплавленный ПВХ может выделять едкий токсичный газ. Соответственно, магазины необходимо оборудовать хорошими системами вентиляции. Те, кто этого не делает, вероятно, будут колебаться, чтобы работать с материалом. Кроме того, для пресс-формы при литье под давлением ПВХ-пластика требуются уникальные коррозионно-стойкие материалы, такие как нержавеющая сталь или хромированное покрытие. Усадка ПВХ обычно составляет от одного до двух процентов. Он по-прежнему может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, включая твердость материала (твердость), размер литника, давление выдержки, время выдержки, температуру расплава, толщину стенки формы, температуру формы, а также процентное содержание и тип добавок.
Токсичен ли ПВХ?
ПВХ может представлять опасность для здоровья при горении, так как выделяет пары хлороводорода (HCl). В тех случаях, когда высока вероятность возгорания, иногда предпочтительнее использовать изоляцию электрических проводов, не содержащих ПВХ. Дым также может выделяться при плавлении материала (например, во время прототипирования и производственных процессов, таких как 3D-печать, обработка на станках с ЧПУ и литье под давлением). Мы рекомендуем ознакомиться с паспортами безопасности материалов (MSDS) для различных хлорированных углеводородных газов, таких как хлорбензол, и обсудить производственный процесс с профессиональным производителем.
Каковы преимущества поливинилхлорида?
ПВХ предоставляет промышленности ряд важнейших преимуществ, которые закрепили его место в качестве одного из самых популярных и широко используемых пластиков на рынке. К этим преимуществам относятся:
- Поливинилхлорид доступен и относительно недорог.
- Поливинилхлорид очень плотный и, следовательно, очень твердый и очень хорошо противостоит ударной деформации по сравнению с другими пластиками.
- Поливинилхлорид обладает выдающейся прочностью на растяжение.
- Поливинилхлорид очень устойчив к химическим веществам и щелочам.
Преимущества ПВХ помогли укрепить его положение в качестве одного из наиболее часто используемых пластиков во всем мире. Однако, несмотря на то, что он широко эффективен и популярен, при использовании материала необходимо учитывать некоторые факторы.
Каковы недостатки поливинилхлорида?
Хотя у ПВХ есть множество преимуществ, которые делают его желательным материалом для работы, есть некоторые причины проявлять осторожность. К недостаткам, которые необходимо учитывать при использовании ПВХ, относятся:
- Поливинилхлорид имеет очень плохую термостойкость. По этой причине добавки, которые стабилизируют материал при более высоких температурах, обычно добавляют в материал во время производства.
- Поливинилхлорид выделяет токсичные пары при плавлении или воздействии огня.
Несмотря на некоторые недостатки, поливинилхлорид в целом является отличным материалом. Он обладает уникальным сочетанием качеств, которые делают его особенно полезным для строительного бизнеса. Принимая к сведению и учитывая недостатки материала, вы можете эффективно ориентироваться и компенсировать их, чтобы эффективно использовать материал в своих будущих проектах.
Преимущества пластиковых трубных систем
Производя системы пластиковых труб по всему миру, Aliaxis вносит свой вклад в лучшее будущее для людей на этой планете. Научные исследования показывают, что трубы из ПВХ и ПЭ являются лучшей и более экологически чистой альтернативой трубам из других материалов, таких как бетон или железо, и наше общество пожинает плоды.
Оценка жизненного цикла (ОЖЦ) ПЭ и ПВХ была проведена для оценки воздействия на окружающую среду, связанного со всеми этапами их жизненного цикла: от добычи сырья через обработку материалов, производство и распределение до конечного использования, ремонта, технического обслуживания и утилизации или переработки. . Например, в 2017 году были опубликованы «Оценка жизненного цикла водопроводных и канализационных труб из ПВХ и сравнительный анализ устойчивости материалов труб». Это был первый комплексный экологический обзор подземных трубопроводных систем в Северной Америке. Результаты этого исследования показывают, что трубы из ПВХ обеспечивают как экологические, так и экономические преимущества для водопроводной и канализационной инфраструктуры коммунальных и муниципальных проектов.
Исследования показывают, что трубы из ПВХ и ПЭ являются лучшей и более экологически чистой альтернативой трубам из других материалов, таких как бетон или железо.
Исследования, подобные этим, посвященные ПВХ или ПЭ, доказывают, что системы пластиковых труб имеют фундаментальные преимущества с точки зрения создания устойчивых трубопроводов для водопроводной и канализационной инфраструктуры: они пригодны для вторичной переработки и повторного использования, прочны, долговечны и устойчивы к коррозии. Подсчитано, что трубы из ПВХ и ПЭ могут иметь срок службы более 100 лет.
Устойчивость к коррозии
Коррозия является одной из самых больших проблем, связанных с системами металлических трубопроводов. Это происходит как внутри, так и снаружи трубы и влияет на гидравлическую эффективность. Многие города очищают свою воду, пытаясь замедлить ржавчину и точечную коррозию. Другие выбирают дорогие альтернативы, такие как катодная защита, пластиковое покрытие или оплетка, с целью продления срока службы труб, но без возможности избежать увеличения затрат на производство и техническое обслуживание.
В отличие от многих традиционных материалов для труб, пластиковые трубы не подвержены коррозии и обладают отличной стойкостью к большинству типов химических веществ. Они могут противостоять большинству сильных кислот, щелочей и водных растворов, а также соляных растворов, минеральных масел, жиров и спиртов. Это означает, что вредные химические вещества вряд ли проникнут в систему водоснабжения. Устойчивость пластиковых труб к коррозии также обеспечивает постоянный расход воды на протяжении всего срока их службы, гарантируя, что энергия, необходимая для прокачки воды по системе, не будет увеличиваться по мере старения трубопровода.
С точки зрения инженера пластиковые трубы влекут за собой меньшие затраты на монтаж и техническое обслуживание. Например, многие муниципалитеты Канады и Великобритании уже используют пластик для трубопроводной инфраструктуры.
Энергосбережение
Производство труб из ПВХ и ПЭ требует меньше энергии, чем производство труб из стали, меди, ковкого чугуна или алюминия. Напротив, энергоемкие применения цинка необходимы для основных оцинкованных труб из стали и труб из ковкого чугуна. В трубы из ВЧШГ часто вставляют дополнительную энергоемкую цементную футеровку для повышения их коррозионной стойкости.
Пластиковые трубы также экономят энергию благодаря более низким энергозатратам на их транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы, установку и техническое обслуживание. Например, трубы из ПВХ и ПЭ в восемь раз менее плотные, чем стальные трубы, поэтому нет необходимости привозить тяжелую подъемную технику для их перемещения во время монтажа.
Меньший риск утечки
Во всем мире до 30% всей водопроводной воды теряется из-за утечек в трубах где-то в системе. Основной причиной этого является неисправность трубы. Пластиковые трубы, будь то ПВХ или полиэтилен, являются гибкими и не несут такого же риска растрескивания, как металлические или бетонные альтернативы. На них меньше влияют движения грунта, и они достаточно прочны, чтобы выдерживать деформацию от транспортных нагрузок. Присущая им устойчивость к коррозии также делает их менее уязвимыми к утечкам, возникающим внутри трубы.
Пластиковые трубы также требуют меньше соединений, чем трубы из бетона, железа или металла. Трубы из полиэтилена, например, можно производить, транспортировать и устанавливать большей длины, чем металлические трубы. Это позволяет устанавливать трубы пластиковых трубопроводов с в два-три раза меньшим количеством стыков, чем трубопроводы из традиционных материалов. Более того, поскольку отрезки полиэтиленовых труб соединяются с помощью процессов сварки, они менее подвержены протечкам.
Более легкая установка
Системы пластиковых труб также могут быть установлены с помощью так называемой «бестраншейной технологии», создающей гораздо меньше помех транспортным потокам и окружающей среде, чем традиционные системы, которые они часто заменяют.
Установка традиционных систем трубопроводов обычно начинается с рытья траншеи на дороге, что приводит к серьезному движению транспорта и нарушению окружающей среды. С другой стороны, для бестраншейной установки под землей бурится непрерывная скважина с помощью машины горизонтального наклонно-направленного бурения. Как только буровая головка достигает конца скважины, к ней прикрепляется пластиковая труба и вытягивается через отверстие.
Гибкость пластиковых труб в сочетании с их прочностью на растяжение и стойкостью к истиранию делает их идеальными для этой технологии бестраншейной прокладки.
Вторичной переработки
По истечении срока службы, иногда составляющего 100 и более лет, пластиковые трубы можно собирать, перерабатывать и перерабатывать в другие изделия из ПВХ или ПЭ. Их можно перерабатывать и повторно использовать на любом этапе их жизненного цикла, будь то в начале производства или намного позже, на этапе постиндустриального использования.
ПВХ, например, перерабатывается либо механическим путем путем измельчения в мельчайшие частицы, которые затем преобразуются под действием тепла в пластиковый материал для заводского использования, либо химическим путем путем разложения химическими или нагревательными процессами на его молекулярные компоненты перед подачей либо в производство. из нового ПВХ или используется в качестве топлива для рекуперации энергии. Эта возможность повторного использования эффективно сокращает количество отходов с производственной линии и снижает общую нагрузку на утилизацию труб из ПВХ. Это также ограничивает воздействие ПВХ на окружающую среду с течением времени.
Слово от эксперта
«Наша компания EPCOR, расположенная в Эдмонтоне, является частной коммунальной компанией, специализирующейся на водоснабжении, водоотведении, распределении электроэнергии и природного газа. Когда я начал работать в этой компании, в водопроводной сети Эдмонтона происходило до 10,000 XNUMX разрывов труб в год, в основном в чугунных распределительных трубах. Это побудило городские власти рассмотреть альтернативный материал для труб, а именно ПВХ».
«Основным преимуществом труб из ПВХ является их надежность», — Дуг Сержант, старший менеджер по распределительной инфраструктуре, EPCOR Water Services Inc.
«Основным преимуществом этого материала является его надежность. Мы считаем, что нам не нужно прилагать много усилий для обслуживания этих трубопроводов и их эксплуатации в долгосрочной перспективе. Мы также считаем, что с этим материалом легко работать. Он легкий, очень легко адаптируется в полевых условиях, и у нас есть экономичные установки, когда мы используем ПВХ. В долгосрочной перспективе затраты на содержание нашей водопроводной сети снижаются, и количество прорывов водопроводных магистралей, которые нам приходится ремонтировать каждый год, также снижается».
«С экологической точки зрения в водопроводной сети Эдмонтона сейчас очень мало утечек. Мы используем международный индекс утечек, и количество утечек, которое мы зафиксировали для Эдмонтона за последние 5 лет, составляет менее 1.5, что ставит нас на уровень системы мирового класса. Наконец, с точки зрения конечного потребителя, мы заметили, что в системах, где используется ПВХ, качество воды отличное».
Преимущества литья пластмасс под давлением для сантехнических систем
Сантехническая промышленность ищет пластиковые трубы, которые считаются долговечными. Стандартные и сложные системы трубопроводов зависят от передовых свойств сложных материалов, чтобы соответствовать строгим экологическим и отраслевым стандартам. Высококачественные термопласты устраняют традиционные недостатки сантехники на металлической основе, такие как коррозия, отложения накипи и загрязнения. Специальные полимеры гарантируют, что пластиковые трубы для сантехники содержат усовершенствованные компоненты, которые сохраняют максимальную производительность и оптимальную безопасность для клиентов.
Что такое литье под давлением?
Литье под давлением — это метод производства, используемый для массового производства идентичных пластиковых деталей. Расплавленный пластик попадает внутрь формы для создания детали в форме полости формы, создавая физическое представление формованных пластиковых деталей. Это широко используемый метод изготовления деталей во всем мире. Здравоохранение, аэрокосмическая, косметическая, автомобильная, игрушечная и многие другие отрасли извлекают выгоду из литья пластмасс под давлением, потому что этот процесс позволяет создавать сложные детали с высокой точностью.
Потребители могут использовать товарные смолы или инженерные смолы в зависимости от спецификаций своего проекта. Например, товарные смолы являются лучшим вариантом, когда приложения требуют более низкого давления и цены за штуку должны оставаться низкими, а все детали должны быть идентичными по размеру и другим параметрам. Тем не менее, инженерные смолы являются лучшим выбором, если вам требуются прочные, механические, химически стойкие и термические свойства.
Как литье пластмасс под давлением приносит пользу сантехническим системам
Специальные полимеры обеспечивают надежность и максимальную эффективность деталей систем водоснабжения, таких как клапаны, картриджи, краны, компоненты насосов котлов, трубы и фитинги. Переход на специальные полимеры для сантехники дает больше свободы и изощренности с инъекционными и формуемыми деталями сантехники на основе полимеров. Формовочные полимеры могут адаптироваться к тонким или хрупким стенкам, особенно когда речь идет о насосах, водяных клапанах из полифениленсульфида (PPS), теплосчетчиках, компонентах котлов, баках, резьбовых фитингах и картриджах.
Специализированные смолы обладают долговременной гидростатической прочностью (LTHS), что означает, что они могут выдерживать самые суровые условия и выдерживать, адаптироваться и отклонять горячую воду и пар в течение длительных периодов времени. Кроме того, современные сложные водопроводные системы требуют высококачественных материалов, способных выдерживать широкий диапазон температур. Полиэфирэфиркетон (PEEK), в частности, представляет собой высокотемпературный термопласт, устойчивый к химическим и усталостным средам. Он идеально подходит для применения в термопластике, где характеристики горения, тепловые и химические характеристики имеют решающее значение, и может выдерживать температуры до 482 градусов по Фаренгейту или выше.
Полимеры, используемые в сантехнике, в целом лучше для окружающей среды. В 2017 году компания Aliaxis провела оценку жизненного цикла (ОЖЦ) полиэтилена (ПЭ) и поливинилхлорида (ПВХ) и обнаружила, что системы пластиковых труб:
- Устойчив к коррозии: Коррозия является наиболее актуальной проблемой, связанной с металлическими сантехническими системами. Коррозия происходит внутри и снаружи труб, влияя на их гидравлическую эффективность. Однако пластиковые трубы не подвержены коррозии и устойчивы к большинству сильных кислот, таких как щелочи и водные растворы, такие как рассол, минеральное масло, жиры и спирт.
- Меньший риск утечки: рецензируемая научная статья показала, что отказы труб приводят к потере миллиардов литров из водопроводных сетей каждый день. Пластиковые трубы из ПВХ и полиэтилена гибкие и не склонны к растрескиванию, как металлические или бетонные альтернативы.
- Подходит для вторичной переработки: Пластиковые трубы могут прослужить до 100 лет и более. Пластиковые трубы безвредны для окружающей среды, поскольку инженеры могут перерабатывать или перерабатывать пластиковые трубы в другие изделия из ПВХ и ПЭ, когда они достигают конца своего жизненного цикла.
Какой материал пластиковых труб лучше всего подходит для сантехнических систем?
Не каждый полимер применим для всех сантехнических нужд. Например, ПВХ применяется для дренажных или вентиляционных линий, а не для водоснабжения. Он устойчив к высокому давлению воды, но плохо работает при высоких температурах. Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) похож на ПВХ, но является более мягким и темным материалом, чем ПВХ, и обеспечивает большую прочность.
Полиэтилен высокой плотности достаточно прочен, чтобы удовлетворить большинство, если не все потребности сантехники. Он также снижает давление воды, так как имеет низкий коэффициент трения, что позволяет воде течь свободно. Сшитый полиэтилен хорошо работает с домашними сантехническими системами для труб горячего и холодного водоснабжения, а также с системами пресной воды для кухонь и ванных комнат.
Вопросы, которые вам придется задать, чтобы выбрать наиболее подходящий пластик для литья под давлением, включают::
• Где я буду использовать деталь?
• Каков срок службы рабочей части?
• Какое давление или напряжение задействовано в приложении?
• Важна ли эстетика или производительность важнее?
• Каковы бюджетные ограничения для приложения?
• Какой механической и химической прочностью должен обладать пластик?
• Как пластик ведет себя при нагревании и охлаждении с точки зрения теплового расширения и усадки, диапазона температур плавления и температуры разложения?
• Какие взаимодействия будут у пластика с воздухом, другими пластиками и химическими веществами?
Вы хотите высокопроизводительную и экологически чистую водопроводную систему, которая снизит затраты по сравнению с металлическими альтернативами? Свяжитесь с нашими экспертами, чтобы мы могли рассказать вам о возможностях процесса литья пластмасс под давлением.
