سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی: ساخت بنای مدرن، برای هر دو هدف مسکونی و تجاری، با محدودیت ها و اهداف متعدد مواجه است.  طرح های بنا علاوه بر نگرانی های اساسی از جمله دوام، راحتی و مقرون به صرفه بودن،  لازم است که بهره وری از انرژی و نگرانی های اکولوژیکی و زیست محیطی نیز در نظر گرفته شود.

در این تحقیق، صرفا" از مصالح ساختمانی مبتنی بر پلیمر به عنوان جایگزینی برای مصالح سنتی نظیر آجر، سیمان، بتن، فلز، چوب و شیشه استفاده نشده اند، بلکه مصالح ساختمانی مبتنی بر پلیمر نیز برای کار در یک روش مکمل با مصالح سنتی معرفی شده اند تا کارایی این مصالح با کاربردهای نوآورانه منحصر به فرد ارتقا یابد و تقاضای صنعت ساخت و ساز برای بناهای مدرن رضایت بخش باشد.

یکی از مزایای اصلی مواد پلاستیکی، وزن سبک و توانایی آنها در تبدیل شدن به شکل های پیچیده است. ویژگی های دیگر عبارتند از دوام، نیاز به تعمیر و نگهداری پایین، قیمت پایین، در دسترس بودن در دامنه ای از اشکال و فرم ها و برخورداری از طیف وسیعی از خواص است. از لحاظ زیبایی شناسی، مصالح پلاستیک در رنگ ها و بافت های جذاب در دسترس هستند و نیاز به رنگزنی یا نقاشی ندارند.

یکی دیگر از جنبه های مثبت پلاستیک ها، مقاومت ذاتی در برابر انتقال حرارت و انتشار رطوبت است. به دلیل عایق الکتریکی بودن مصالح پلاستیکی از مشکلاتی مانند خوردگی فلزی یا حمله میکروبی آسیب نمی بینند. از عایق فوم پلی اورتان گرفته که یک پلاستیک گرماسخت(ترموست) است، تا پلی کربنات شفاف که یک ترموپلاستیک است، تا کامپوزیت های چوب- پلاستیک برای کف پوش و نرده کشی، پلیمرهایی هستند که در کاربردهای گسترده ای در صنعت ساختمان دارند و برای هر دو کاربرد ساختاری و غیر ساختاری استفاده می شود. در واقع، در ایالات متحده، در صنعت ساخت و ساز ساختمان حدود 18 درصد از پلاستیک استفاده می شود. در این مقاله، دو کاربرد عمده مصالح پلیمری در صنعت ساخت و ساز ساختمان بر حسب کاربرد مصالح، خواص فیزیکی مهم و مزایا و معایب نسبی ارائه و بحث می شوند.

عایق سیم کشی برق و مجاری

     ترموپلاستیک ها و ترموست ها عایق های بسیار خوب برق هستند بطوریکه مقاومت الکتریکی انها در دامنه 10¹² اهم سانتی متر یا بالاتر است. در نتیجه، از آنها به عنوان عایق بندی و مواد روکش برای سیم کشی و کابل ها برای انتقال برق و داده ها به طور گسترده ای استفاده می شود. علاوه بر پلیمرهای طبیعی مانند لاستیک، رزین های فنولی (Bakelite) اولین پلیمرهای مصنوعی مورد استفاده برای عایق الکتریکی بودند؛ کاربرد آنها از دهه 1920 شروع شد و به دنبال آن PVC  در دهه های بعد ظاهر شد. در حال حاضر از انواع مختلفی از پلیمرها از جمله PP،  PE  با چگالی کم، متوسط و بالا ، و پلی اتیلن شبکه ای شده(PEX) ، پلی آمیدها، لاستیک پروپیلن اتیلن، پلی استرها و پلیمرهای فلوئوری استفاده می شود. کابل برق و سیم کشی برای اهداف زیرزمینی، مسکونی و توزیع کاربرد دارند، و هر کدام باید معیارهای عملکرد متفاوتی را ارائه دهند.

خصوصیات الکتریکی مهم عبارتند از ثابت دی الکتریک ، قدرت دی الکتریک، و مقاومت سطحی و حجمی. دیگر خصوصیات متمایز عبارتند از قدرت، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر آتش و حلال، دوام و هزینه. جدول 1 انواع مختلف مواد عایق پلاستیکی الکتریکی و مزایای نسبی آنها را دسته بندی می کند.

جدول 1. مواد عایق پلیمری سیم و مزایای آنها

افزودنی ها مانند نرم کننده ها ، پرکننده ها، رنگ ها، تثبیت کننده ها، بازدارنده شعله، مهار کننده های دود، و روان کننده ها، برای دستیابی به معیارهای متفاوت عملکرد اضافه می شوند.

در ساخت و ساز بنا، PVC پلیمرغالب است که از آن به عنوان یک عایق سیم به دلیل برخورداری از خواص مقاومت ذاتی بالا در برابر شعله، استحکام و ارزان بودن استفاده می شود. اما به دلیل سختی بالا، از نرم کننده ها برای انعطاف پذیرکردن آن استفاده می شوند. با این حال، دود سمی تولید شده در احتراق یک نگرانی عمده در استفاده از آن است، و به همین دلیل، افزودنی های مختلف کاهش دهنده دود برای به حداقل رساندن این مشکل اضافه می شوند. پلی اتیلن سبک بوده و در برابر آب و حلال مقاوم است. PE با چگالی بالا بر PE کم چگال ارجح است زیرا دارای مقاومت سایشی و استحکام کششی و برشی بالاتر می باشد. از پلی اتیلن شبکه ای شده (PEX) نیزاستفاده می شود زیرا بیشتر از PE دمای بالاتر عملیاتی را تحمل کند.  علاوه بر این، مقادیر بالای پرکننده، مانند کربن سیاه و بازدارنده شعله را می توان با PEX ترکیب کرد، که منجر به مقاومت بیشتر در برابر آتش سوزی و سایش می شود

PVC ترموپلاستیک اصلی مورد استفاده برای تولید لوله محافظ سیم برق است، زیرا مقاوم در برابرخوردگی و آب است. در نتیجه، می توان آن را به راحتی در زیرزمین و در سازه های بتنی دفن کرد. سایر پلاستیک ها ی به کار رفته برای ساخت مجراهای برق، PE، نایلون، و پلی استر هستند.

لوله کشی

مواد پلاستیکی به مدت طولانی برای ساختن لوله ها و سیستم های لوله مورد استفاده قرار گرفته اند. لوله ها در دو دسته، لوله های ثقلی (برای کاربردهای ساختمانی و مهندسی عمران) و لوله های تحت فشار (برای کشاورزی و آبرسانی) طبقه بندی می شوند.  بخش ثقلی بزرگتر است. اولین لوله های پلاستیکی از جنس PVC در دهه 1930 ساخته شدند و بعدها PE و ABS به خانواده مواد اولیه برای تولید انبوه لوله ها پیوستند. از انواع مختلف مواد پلیمری نیز برای ساختن لوله ها استفاده می شود و این مواد شامل PVC ترکیب شده با کلر (CPVC)، پلی اتیلن کلرینه شده ، PEX، پلی بوتیلن (PB)، PP، PVDF  و انواع ترموست های  فایبر گلاس مانند اپوکسی و پلی استر می باشند[42] . با این حال، PVC و گرید های مختلف PE در بازار لوله های پلاستیکی غالب هستند.

بر اساس یک گزارش آماده شده توسط Freedonia Group راجع به بازار رقابتی پلاستیک و لوله ، تقاضای جهانی برای لوله های پلاستیکی 8.5% در سال افزایش یافته و به 11.2میلیارد مترتا سال 2017  و 6.2درصد  افزایش در سال، تا 23 میلیون تن از لحاظ وزنی رسیده است که نشان دهنده افزایش استفاده از لوله های با قطر بزرگتر است. PVC همچنان غالب است و حدود 55درصد از بازار را به خود اختصاص داده است، اما مواد جدیدتر از جمله PVC آرایش یافته و پلی اتیلن دو حالته ، رشد بیشتری را نشان خواهند داد. توجه داشته باشید که انواع مواد افزودنی معمولا به پلاستیک افزوده می شوند تا به آنها خواص مطلوب ویژه ای دهند. برخی از افزودنی های ضروری مورد استفاده در پلاستیک ها برای کاربرد لوله کشی شامل تثبیت کننده های گرما و UV، آنتی اکسیدان ها، روان کننده ها، عوامل اتصال دهنده و رنگ ها است. بعضی از این مواد افزودنی از تخریب و هوازدگی لوله های نصب شده در خارج ازساختمان محافظت می کنند.

لوله های ساخته شده از پلاستیک با مواد سنتی (مانند لوله های فلزی ساخته شده از مس، فولاد یا آلومینیوم) و همچنین با لوله های تولید شده از سیمان و بتن رقابت می کنند. لوله های پلاستیکی مزایای بسیاری نسبت به مواد سنتی دارد. آنها دارای هیدرولیک مناسب (مقاومت کم در برابر جریان) و سبک وزن ،کم هزینه بوده و تولیدشان آسان است.  از قطرهای خیلی کوچک تا بزرگ و طول های طویل را می توان اکسترود و حمل کرد.

پلاستیک ها انعطاف پذیر هستند و آنها می توانند بدون شکستن به راحتی در فضای تنگ خم شوند . طول های بلند و انعطاف پذیری بالا ، نیاز به اتصالات بسیار را به حداقل می رساند. از آنجا که پلاستیک نارسانا هستند، در تخریب الکتروشیمیایی مانند خوردگی یا زنگ زدگی آسیب نمی بینند. آنها در برابر تخریب توسط مواد شیمیایی و بیولوژیکی نیز مقاوم هستند. آنها با دوام بوده و نگهداری و جایگزین آسانی دارند.

یک مزیت عمده سیستم های لوله کشی پلاستیکی عبارت است از تنوع مفاصل و اتصالات که از آنها می توان برای ضد نشت کردن و  نصب سامانه های بادوام استفاده کرد. سیستم های لوله کشی غیر پلاستیکی به اتصالات فلنجی یا  رزوه ای برای اتصال دهی نیاز دارند که مستعد نشت و شکستن هستند در مقابل، لوله کشی ترموپلاستیک را می توان با جوش حرارتی یا چسب متصل کرد، که باعث ایجاد مفاصلی تقریبا یکپارچه و قوی مانند لوله می شود.

انواع اتصالات فلزی و پلاستیکی با لوله های پلاستیکی سازگار هستند. با این حال، لوله ها ی پلاستیکی به دلیل قدرت و تمایل پلیمر به نرم شدن در دمای بالا ، به کاربرد های کم فشار و دما پایین محدود می شوند.به همین دلیل است که سیستم های لوله گذاری در کاربردهای فاضلاب و تخلیه  از توالت و ظرفشویی از پلاستیک ساخته می شود.  اما سیستم های تحت فشار توزیع آب گرم و سرد در ساختمان هنوز هم عمدتا از فلز، به ویژه از مس است.

با این حال، با نوآوری های جدید در تکنولوژی پلاستیک، استفاده از لوله کشی پلاستیکی در کاربردهای پرتقاضاتر نظیر تامین آب گرم، گرمایش کف و سیستم های آب پاش آتش گسترش یافته است . از انواع مختلف پلاستیک در سیستم های لوله کشی استفاده می شود که به شرح زیر است.

پلی وینیل کلراید (PVC) و PVC ترکیب شده با کلر (CPVC ) پلاستیک های به طور گسترده مورد استفاده برای تولید سیستم های لوله کشی هستند. در ایالات متحده، PVC برای دوسوم از سیستم های توزیع آب و حدود سه چهارم از سیستم های فاضلاب بهداشتی کاربرد دارد.  PVC سخت یا PVC  نرم نشده ترجیح داده می شود، زیرا دارای بالاترین استحکام نسبت به تمام مواد لوله کشی پلاستیکی است، که در جدول 2و3 نشان داده شده است. همچنین دارای استحکام عالی دراز مدت ، سختی بالا و مقاومت در برابر مواد شیمیایی می باشد. لوله های PVC در طیف گسترده ای از اندازه ها و ضخامت دیواره برای هر دو کاربرد تحت فشار و بدون فشار در دسترس هستند.

جدول2.  ویژگی های مکانیکی برخی از ترموپلاستیک ها برای لوله کشی

جدول3.  ویژگی های فیزیکی برخی از ترموپلاستیک ها برای لوله کشی

ترجمه: آقای جواهریان مدیر فنی شرکت کارا لوله یزد

* برگرفته از کتاب مهندسی پلاستیک ها