تُستخدم الأنابيب البلاستيكية على نطاق واسع في العديد من المجالات نظرًا لمزاياها مثل خفة الوزن ومقاومة التآكل. ومع ذلك، تختلف مقاومتها لدرجات الحرارة العالية بشكل كبير بسبب نوع المادة وتكنولوجيا التعديل وسيناريوهات التطبيق.
نطاق مقاومة درجات الحرارة للأنابيب البلاستيكية الشائعة
أنابيب البولي إيثيلين البولي إيثيلين
أنابيب PE لديها مقاومة ضعيفة لدرجات الحرارة، حيث تبلغ درجة الحرارة القصوى على المدى الطويل 60 درجة مئوية ومقاومة درجات الحرارة على المدى القصير تصل إلى 80 درجة مئوية. ومع ذلك، من خلال التعديل النانوي أو إضافة مواد التسليح مثل الألياف الزجاجية، يمكن لبعض أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة أن تتحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 150 درجة مئوية لفترة طويلة، كما أن درجة حرارة التليين فيكات أعلى من 150 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة لنقل النفط الخام في حقول النفط في درجات الحرارة العالية.
الأنابيب البلاستيكية
وتتميز أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة بمقاومة ضعيفة لدرجات الحرارة، حيث تبلغ درجة الحرارة القصوى طويلة الأجل 60 درجة مئوية ومقاومة درجات الحرارة قصيرة الأجل تصل إلى 80 درجة مئوية. ومع ذلك، من خلال التعديل النانوي أو إضافة مواد التسليح مثل الألياف الزجاجية، يمكن لبعض أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة أن تتحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 150 درجة مئوية لفترة طويلة، كما أن درجة حرارة التليين فيكات أعلى من 150 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة لنقل النفط الخام في حقول النفط في درجات الحرارة العالية.
الأنابيب البلاستيكية الهندسية
بولي إيميد (PI): مقاومة للحرارة على المدى الطويل تصل إلى 350 درجة مئوية ومقاومة للحرارة على المدى القصير تصل إلى 450 درجة مئوية. وهو حاليًا أفضل بلاستيك هندسي مقاوم للحرارة، ولكنه باهظ الثمن ويستخدم في الغالب في مجالات خاصة مثل الفضاء الجوي.
أنابيب FRP المعدلة: أنبوب مركب مدعّم بمواد مالئة مثل كربيد السيليكون ونتريد البورون، مع مقاومة لدرجات الحرارة تصل إلى 600 درجة مئوية (مثل خرطوم سلسلة UNI H)، وهو مناسب لسيناريوهات درجات الحرارة العالية مثل انبعاثات عادم المحرك.
المسار التقني لتحسين مقاومة درجات الحرارة العالية
تكنولوجيا تعديل المواد
الحشوات المقواة: يمكن أن تؤدي إضافة مواد حشو غير عضوية مثل الألياف الزجاجية وكربيد البورون إلى تحسين مقاومة البولي فينيل كلوريد الفينيل والبولي إيثيلين لدرجات الحرارة. على سبيل المثال، في التقنية الحاصلة على براءة اختراع، يتم تعديل الألياف الزجاجية ونتريد السيليكون بشكل مركب لزيادة مقاومة الأنابيب البلاستيكية لدرجات الحرارة على المدى الطويل إلى 100 درجة مئوية.
مثبطات اللهب وهيكل العزل الحراري: تم اعتماد تصميم الطبقة المزدوجة لطبقة مثبطات اللهب والقطن العازل للحرارة لمنع التوصيل الحراري لدرجات الحرارة الخارجية العالية إلى جسم الأنبوب. تستخدم تقنية حاصلة على براءة اختراع حشو القطن العازل للحرارة لجعل درجة حرارة الإشعاع للسطح الخارجي للأنبوب تصل إلى 280 درجة مئوية.
تصميم الأنابيب المركبة
مركب معدني بلاستيكي: تجمع الأنابيب المركبة المصنوعة من الألومنيوم والبلاستيك بين مقاومة ضغط المعدن ومقاومة البلاستيك للتآكل، ويمتد نطاق درجة الحرارة إلى -70 ℃ ~ 110 ℃، وهو مناسب للمناطق ذات الاختلافات الحادة في درجات الحرارة.
هيكل متعدد الطبقات: على سبيل المثال، يعتمد خرطوم سلسلة UNI H على تصميم متعدد الطبقات من الزنبرك الفولاذي الحلزوني + الألياف المقاومة لدرجات الحرارة العالية، والتي يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية مع الحفاظ على المرونة.
الاختبار والتحقق
اختبار التقادم الحراري هو الطريقة الأساسية لتقييم مقاومة درجات الحرارة. على سبيل المثال، يتم وضع أنابيب البولي إيثيلين البولي إيثيلين في غرفة اختبار درجة حرارة عالية لمحاكاة بيئة درجة حرارتها 200 درجة مئوية، ويتم التحقق من ثباتها الحراري من خلال مؤشرات مثل قوة الشد وتغير الوزن. أكدت شركة شاندونغ فانغدا نيو ماتيريالز من خلال اختبار طرف ثالث أن أنابيب البولي إيثيلين المعدلة الخاصة بها لا تعاني من أي تدهور في الأداء عند درجة حرارة 150 درجة مئوية.
سيناريوهات درجات الحرارة العالية واقتراحات الاختيار في التطبيقات
نقل متوسط درجة الحرارة العالية الصناعية
حقول النفط: يتم استخدام أنابيب البولي إيثيلين المعدلة (المقاومة لـ 150 درجة مئوية) لنقل النفط الخام في درجات الحرارة العالية، مع مقاومة تآكل تبلغ 10 أضعاف مقاومة أنابيب الصلب التقليدية، وتخفيض التكلفة 80%.
الصناعة الكيميائية: تُستخدم الأنابيب المركبة PI أو FRP (المقاومة لـ 400 ℃ ~ 600 ℃) لانبعاثات الغازات شديدة التآكل، مثل خراطيم سلسلة UNI H المستخدمة في معالجة عادم المحرك.
الإنشاءات والهندسة البلدية
نظام الماء الساخن: تتفوق الأنابيب المركبة المصنوعة من الألومنيوم والبلاستيك PP-R (المقاومة لـ 110 ℃) على أنابيب PP-R التقليدية، مما يقلل من مخاطر التمدد الحراري والانكماش.
الحماية من الحرائق والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء: أنابيب PVC المعدلة المثبطة للهب (مقاومة لـ 95 درجة مئوية) تتوافق مع غلاف مقاوم للحريق لتلبية احتياجات عادم دخان الحريق.
التكيف مع البيئات المختلفة
بيئة درجات الحرارة المنخفضة: يمكن لأنابيب HDPE أن تتحمل درجات حرارة منخفضة تصل إلى -70 درجة مئوية، وهي مناسبة لنقل المياه في المناطق الباردة والعالية الارتفاع.
درجة حرارة عالية لحظية: يمكن لأنابيب PI أن تتحمل 450 درجة مئوية في فترة زمنية قصيرة، وهي مناسبة لسيناريوهات درجات الحرارة العالية اللحظية مثل الأنظمة الهيدروليكية للمركبات الفضائية.
الخاتمة
تتباين مقاومة درجات الحرارة العالية للأنابيب البلاستيكية بشكل كبير بسبب الاختلافات في المواد والعمليات: تتراوح مقاومة درجات الحرارة للأنابيب البلاستيكية العادية PVC/PE في الغالب بين 45 ℃ و95 ℃، بينما يمكن أن تصل الأنابيب المعدلة أو المركبة إلى 150 ℃ إلى 600 ℃. يجب الجمع بين الاختيار مع درجة الحرارة المتوسطة والظروف البيئية والتكلفة.
