لوله‌های پلیمری PVC و UPVC که در ایران با نام اولین تولیدکننده این لوله‌ها یعنی لوله پلیکا شناخته می‌شوند امروزه از کاربردهای متعددی در ساختمان‌سازی، آب و فاضلاب، کشاورزی، گاز، برق و ده‌ها صنعت دیگر برخوردارند و به واسطه ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود بهترین جایگزین ممکن برای انواع لوله‌های فلزی، چوبی، سیمانی و … هستند. همزمان با پیشرفت علوم و تکنولوژی‌های مختلف صنعت لوله و اتصالات نیز پیشرفت قابل توجهی داشته و این لوله‌ها به شیوه‌های مدرن و پیشرفته تولید می‌شوند. در ادامه مطلب به بررسی فرایند اصلی و مراحل تولید لوله پلیکا پرداخته می‌شود.
مواد اولیه اصلی لوله و اتصالات پی‌وی‌سی
قبل از آشنایی با فرآیند اصلی تولید محصولات پلیمری لازم است که با مواد اولیه و اصلی آنها آشنایی داشت. لوله‌های PVC و UPVC برخلاف لوله‌های فلزی، چوبی، سیمانی و … از چندین ماده اولیه تشکیل می‌شوند به همین دلیل است که از ویژگی‌ها و خصوصیات منحصربه‌فردی برخوردارند. از مهم‌ترین مواد تشکیل دهنده این لوله‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:
پودر یا گرانول PVC
PVC یا پلی وینیل کلراید در حقیقت یک ماده پلیمری بر پایه محصولات نفتی است که در صنعت پتروشیمی تولید می‌شود. پلی وینیل کلراید می‌توان در شکل‌های مختلفی همچون پودر، گرانول و ورقه موجود باشد.
پرکننده‌ها
پرکننده‌ها (Filler) از جمله موادی هستند که به منظور افزایش استحکام و ماندگاری لوله‌ها به آنها اضافه می‌شود و حجم و میزان استفاده از آن متناسب با جنس لوله، کاربرد لوله و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی لوله متفاوت است. رایج‌ترین و پرمصرف‌ترین پرکننده در صنعت لوله پلیکا کربنات کلسیم است.
روان کننده‌ها
دیگر ماده تشکیل دهنده لوله‌های PVC و UPVC روان کننده‌ها (Lubricant) هستند که به منظور کاهش اصطکاک و افزایش مقاومت محصول به کار می‌روند. روان کننده‌های صنعت لوله به دو دسته داخلی و خارجی تقسیم می‌شوند. روان کننده‌های داخلی شامل مواردی همچون الکل‌های چرب، استارت کلسیم و اسیدهای استر چرب و روان کننده‌های خارجی نیز شامل مواردی همچون پلی‌اتیلن واکس و پارافین واکس می‌باشند.
پایدار کننده‌ها
همان‌طور که از نام آنها مشخص است پایدار کننده‌ها (Stabilizer) به منظور کنترل دمای تخریب و دمای انجام فرایند تولید لوله استفاده می‌شوند و می‌توانند بر روی رنگ لوله پلیکا نیز موثر باشند.
کمک فرایندها
از دیگر موادی که در تولید لوله پلیکا استفاده می‌شوند، کمک فرآیندها (Processing Aid) هستند که به منظور کاهش میزان ضایعات، افزایش براقیت لوله و یکنواخت کردن سطح آنها استفاده می‌شوند. رایج‌ترین کمک فرآیندهای لوله پلیکا شامل کوپلیمر متیل اکریلات و آلکیل اکریلات می‌باشد.
اصلاح‌کننده‌ها
اصلاح‌کننده‌ها (Impact Modifier) نیز به منظور افزایش تحمل و مقاومت لوله در برابر ضربه و مواد شیمیایی استفاده می‌شوند و رایج‌ترین آنها پلی‌اتیلن کلرینه شده است.
رنگ‌دانه‌ها
رنگ‌دانه‌ها نیز (Pigment) به منظور تغییر رنگ لوله‌های پلیکا استفاده می‌شوند و می‌توانند از مواد معدنی و آلی تشکیل شوند و رایج‌ترین آنها تیتانیوم دی‌اکسید است
فرآیند و مراحل تولید لوله پلیکا
تولید لوله و اتصالات UPVC همانند تولید هر محصول دیگری می‌تواند از مراحل مختلفی تشکیل شده و فرآیند متفاوتی داشته باشد. اگرچه به تمامی جزئیات تولید لوله‌های پلیکا پرداخته شود مشخص می‌شود که این فرآیند از ده‌ها مراحل مختلف تشکیل می‌شود اما به صورت کلی می‌توان گفت فرآیند تولید این لوله‌ها شامل مراحل زیر هستند:
مرحله اول: فرمولاسیون و میکسر
اولین مرحله از فرآیند تولید لوله pv، فرمولاسیون و میکس مواد اولیه است. هر کدام از انواع لوله‌های پلیکا (آب‌رسانی، هواکش، فاضلابی، تحت‌فشار و …) می‌توانند فرمول ویژه‌ای داشته باشند و مواد اولیه آنها مقادیر متفاوتی داشته باشد. در مرحله تولید این لوله‌ها بر اساس فرمولاسیون، وزن‌کشی مواد شروع شده و سپس مواد اولیه در دستگاه‌های میکسر به صورت یکدست و یکنواخت ترکیب شده و آماده انتقال به پروسه تولید می‌شوند.
مرحله دوم فرآیند تولید لوله پلیکا
در فرآیند تولید لوله PVC و UPVC معمولاً از پودر خام پی‌وی‌سی استفاده می‌شود چرا که پودر در اثر فشار و گرما راحت‌تر شکل می‌گیرد. پایه ترکیب PVC به گاز شیمیایی وینیل کلراید برمی‌گردد. زمانی که وینیل کلراید در معرض نور خورشید قرار بگیرد دچار فرآیند پلیمریزاسیون شده و یک ماده سفید رنگ تولید می کند و برای آنکه شکل و مقاومت لوله به حالت مورد نظر برسد یک سری از ترکیبات و انفعالات شیمیایی لازم است. در مرحله‌ای که کراکینگ یا فروشکست نام دارد گاز طبیعی برای ایجاد اتیلن گرم شده و بعد از آن به کمک الکترولیز ترکیب سدیم کلرید شکل خواهد گرفت و در نهایت کلر و هیدروکسید سدیم تولید خواهد شد. از این دو ترکیب برای رسیدن به وینیل کلراید (VCM) و پلاستیک استفاده خواهد شد.
مرحله سوم تولید لوله پلیکا
پودر فشرده شده PVC یا پلاستیک پلیمریزه شده همراه با مواد افزودنی بر اساس فرمولاسیون لوله، یک ترکیب خشک و یکدست ایجاد می کند. دمای مورد نیاز برای تولید این ترکیب 12 درجه سانتی‌گراد خواهد بود. در حقیقت مواد افزودنی به تدریج ذوب شده و دانه‌های بسیار ریز PVC را پوشش می‌دهند. بعد از رسیدن به دمای مورد نیاز، این ترکیب به‌طور خودکار در یک محفظه خنک‌کننده تخلیه می‌شود و دما به سرعت به حدود ۵۰ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد و سپس برای رسیدن به یک چگالی و دمای ثابت به مخزن ذخیره منتقل می‌شود تا وارد اصلی‌ترین مرحله فرآیند تولید لوله پلیکا شود.
مرحله سوم: ورود مواد اولیه به اکسترودر
در حقیقت مهم‌ترین مرحله تولید و قلب فرآیند ساخت لوله‌های پلیکا، دستگاه اکسترودر است. مواد اولیه لوله‌های پی‌وی‌سی از طریق یک قیف به داخل اکسترودر هدایت شده و در داخل این دستگاه توسط ماردون های داخلی به سمت قالب اصلی هدایت می‌شوند. اکسترودر دارای المنت‌های مختلفی بوده که باید دمای هر کدام از آنها متناسب با نوع لوله تنظیم شود. به صورت کلی اکسترودر با استفاده از گرما، فشار و برش می‌تواند مواد اولیه را به شکل مذاب تغییر بدهد و آن را از مناطقی عبور بدهد که کاملاً فشرده، یکدست و هوارسانی شود. در نهایت مواد مذاب از حدید و سر قالب اکسترودر خارج شده و در سایز مورد نظر وارد مرحله خنک‌سازی می‌شود.
مرحله چهارم: خنک‌سازی و برش لوله
بعد از آنکه مواد مذاب از قالب خارج شد از دمای بالایی برخوردار است و لازم است که دمای آن توسط حمام آب سرد پایین آورده شود تا شکل و فرمت خود را حفظ کند. فرایند خنک‌سازی لوله می‌تواند تحت تأثیر فاکتورهایی همچون سایز لوله، ضخامت آن، سرعت کشنده و اکسترودر و … باشد. بعد از خنک‌سازی کامل لوله، از دستگاه برش عبور داده می‌شود و در اندازه‌های مختلف برش خواهند خورد. البته اطلاعات کامل لوله (اندازه، کلاس، تاریخ، استانداردها و …) می‌تواند قبل از دستگاه برش و بعد از خنک‌سازی لوله توسط چاپگرهای مخصوص بر روی آن حک شود.
مرحله پنجم: کنترل کیفیت
در نهایت و بعد از برش خوردن لوله پلیکا لازم است که تمامی آزمون‌های استاندارد از جمله تست فشار هیدرواستاتیک، آزمون فشار حلقوی، آزمون مقاومت در برابر مواد شیمیایی، آزمون مقاومت در برابر ضربه، آزمون مقاومت در برابر حرارت و … بر روی آن انجام شده و در صورت عدم مشکل تائید نهایی شود.
مهم‌ترین نکات در تولید لوله پلیکا
همان‌طور که گفته شد مواد اولیه لوله‌های پلیمری خصوصاً PVC از ویژگی‌های منحصربه‌فردی برخوردارند و لازم است که در فرآیند تولید لوله‌های پلیکا مواردی همچون فشار، حرارت، سرعت، خنک کاری و … در نظر گرفته شود. از جمله مهم‌ترین نکاتی که در تولید لوله‌های پلیکا باید در نظر گرفت می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:
- دمای فرآیند اکستروژن و دستگاه اکسترودر باید به دقت کنترل شود در غیر اینصورت میزان مقاومت لوله، براقیت، صافی و کیفیت آن تحت تاثیر قرار خواهد گرفت
- نکته دوم در تولید لوله پلیکا توجه به‌سرعت چرخش ماردون های اکسترودر است چرا که این ماردون ها حجم مواد مذاب خارج شده را تعیین می‌کنند و اگر به خوبی کنترل نشوند ضخامت، وزن، قطر و … تحت تأثیر قرار گرفته و حتی کنترل دمای پیچ روی نرخ انتقال، نرم‌سازی و ذوب مواد به خوبی انجام نمی‌شود.
- فشار هوای وارد شده به داخل لوله نیز باید به دقت بررسی شود در غیر اینصورت قطر خارجی لوله می‌تواند از رنج استاندارد خارج شده و در نهایت لوله قابلیت استفاده نداشته باشد. در اصل فشار هوا می‌تواند قطر لوله و میزان استوانه‌ای بودن آن را تعیین کند.
- فرآیند خنک‌سازی لوله نیز باید به درستی انجام شود در غیر اینصورت لوله از نظر ظاهری، قطر و … دچار مشکل خواهد شد.
- سرعت کشنده لوله نیز باید بر اساس استانداردها باشد و در صورتی که کشنده از نظر سرعت کشش نوسان داشته باشد، لوله تولید شده دارای نوسان ضخامت و وزن شده و کیفیت خود را از دست می‌دهد.
- نکته دیگر در تولید لوله‌های پلیکا توجه به کیفیت نهایی، مشخصات ظاهری، اطلاعات چاپ شده و … است.
هزینه راه‌اندازی خط تولید لوله پلیکا
صنعت لوله و اتصالات پلیمری از جمله صنایع پولساز و پیشرو است و امروزه سرمایه‌های متعددی وارد این حوزه می‌شود. برای ارزیابی و برآورد کردن هزینه احداث خط تولید لوله پلیکا باید به نکات و موارد مختلفی را در نظر گرفت که مهم‌ترین آنها شامل موارد زیر هستند:
- احداث سوله‌ها و محیط کارخانه (انبار، سالن تولید، سالن بسته‌بندی، سالن بارگیری، سالن میکسر، سالن ضایعات و …)
- تجهیزات و دستگاه‌ها (تجهیزات آزمایشگاهی، تجهیزات سالن میکسر، تجهیزات سالن آسیاب و پودرکن، تجهیزات سالن لوله مانند اکسترودر، دستگاه کشنده، دستگاه برش، دستگاه چاپ، دستگاه خنک‌کننده، دستگاه کوبله زن و …)
- هزینه‌های مواد اولیه و سرمایه در گردش
- تجهیزات مربوط به تراشکاری و قالب‌سازی
- تجهیزات مربوط به واحد تعمیرات و پشتیبانی
- تعداد خطوط تولید لوله
- تجهیزات حمل‌ونقل مانند لیفتراک و …
- هزینه‌های مربوط به دریافت مجوزها، دریافت استانداردها، اشتراک گاز، برق، آب و …
جمع‌بندی نهایی
لوله‌های PVC و UPVC یا لوله پلیکا از کاربردی‌ترین لوله‌ها بوده و از ویژگی‌های منحصربه‌فردی برخوردارند. فرآیند تولید این لوله‌ها شامل مراحل مختلفی همچون فرمولاسیون، اکستروژن، خنک‌سازی، برش، کنترل کیفیت و … بوده و لازم است که به مواردی همچون کنترل دما و فشار، کنترل سرعت کشنده، کنترل مراحل خنک کاری و … در زمان تولید این محصولات توجه شود.