50 Yllhk Servis OmrUnU Dolduran YUksek Yogunluklu Polietilen

50 Yllhk Servis OmrUnU Dolduran YUksek Yogunluklu Polietilen

·llbeyi KILAYUZ, Kocaeli Universilesi Makina MUhendisl@Bliliimii
• Pa~ YAYLA, Kocaeli Universilesi Makina MUhendisligi BlilUmU
""
50 Yllhk Servis OmrUnU Dolduran
YUksek Yogunluklu Polietilen Borular ve
Bimodal YYPE Boru Malzemelerinde Son Gelismeler
I
Ozet
Yiiksek yogulllllklll polielilenden bom
illlaiall. polielilenin Kasl/n 1953'te
Ziegler ktltalizoriillii/1 yardlllllyia dii~'iik
basl1u;h proses ile iire/ill/illin keifilldell
sadece birYII sOJ/ra baslamlllSIll: Ayl1l
)'II i(.'il/de. 1954 yllmlll sonlarmda
Hoechsf yiiksek yogI/JIll/kill po!ielilen
hom/ann sicakilkian 20°C ile 80°C
arasmda degisken ICUII siireli hidrosralik i(' basm{.' restlerille baslmll/sttr:
Siirekli deval/! eden I/ZUII siireli resller
gostermistir ki ilk imal edilen yiiksek
)'ogu/1/l1k1u po!ie/ilell bondar bile 50
ytlilk wsanm omiirlerini doldllrmuslardll: Giiniimiizde {.'ok daha dayalllkil yeIIi nesil polielilen bortllarlll iirerimi
!Ida artmakwdll: 811 {.'a/I~mada bimodal YYPE borularla ilgili SO/I gelismelerde illcelenmis/il:
Polietilen Boru Malzemesinin
Uretimi ve Geti~imi
Boru uzunlugu olarak dikkate ahmrsa
diinyada her ger;:en ytl plastik borular
diger borulara oranla daha fazla kllllamlmaktadlr.
Plastik borularm ir;:indc de yiiksek yogunluklu polietilen (YYPE) borular en
r;:ok kullamlanlardlr. Bunun sebebi yallllzca ara~tlmlacdann, boru rnalzemesi
iireticilerinin ve imalaWllarm onak r;:ah~malan degil aym zamanda yeni po114
limerizasyon prosesi ile bu prosesi kullanarak iiretilcn ilk borulann iiretilebilme zamanlan arasmdaki siirenin klsaltgldlr.
Polietilen ilk olarak 1933 yllmda Imperial Chemical Company (ICI) tarafmdan ingiltere'de icat edilmi~tir. Ancak licari onemi ikinci Diinya Sava~l'nlll ba~ladlgl 1939 Yllmda telefon
kablolan11ln ve koaksiycl kablolann
yahtl1ll1nda kullallllana kadar <;ok anla~L1amaml~llr. ilk polimerizasyon prosesleri <;ok yiiksek basmr;:h (14000 44000 psi = 965 - 3000 bar) otoklav
reaktorleri ve yiiksck Slcakhklara (93°C
- 316°C) ihtiyay duymaktalardl. Bu reaktorlerden iiretilcn polietilenlere
"yiiksek basmr;:11 polietilen" deniyordu.
Serbest bir radikal zincirreaksiyollunda
etilen gazl yiiksek basmr;: altmda pcroksit veya oksijen ile birle~tinnekteydi.
Orijinal i~lem yok tehlikeli ve pahahydl. Bu yiizden daha guvenli ve dii~iik
maliyetli i~lem1er geli~tirildi [I]. 1953
ydll1ll1 KaSl1n aymda Prof. Dr. Karl
Ziegler ve ara~tlmla grubu etilenin
organomelalik katalizor ortamlnda
dU$iik basm<; ve sleaklik altmda polimerizasyonunu ba~ardl ve "Yiiksek Yogunluklu Polietilenin Dii~iik Basmr;:ta
imali Prosesi" ke~fcdilmi~ oldu. Bu bulu~ sayesinde Karl Zieger, italyan
Kimyael Giulio Nata ile birlikte kimya
alanmda 1963 Ylllllda Nobel 6diilii sahibi oldular.[2]
PAGEV
Plasti~
Dergisi
Aguslos·E~im
2010
Bulu~tan
sadccc bir ay sonra aralarmda
Farbwerke Hochsl (2004 ylhndan sonra
Sanofi-Aventis oldu) ara~tlm1a gurubu
ba~karll Dr. Otto Hom'un da oldugu
kimya endiislrisi ilk ilretilen YYPE numunelerden inceleme ve geli~\inne i<;in
omekleraldllar. Ayhk 10 ton iiretim kapasitcsi olan ilk pilot lesisi 1954 ylhnda
Frankfun'da c;:alt~maya ba~ladl. Ziegler'in raporlanna gore 1955 ythnda 200
ton malzeme iiretilmi$ti. 1955 Ylhnm
sonlanna gelindigindc aybk 200 ton kapasiteli iiretim tesisi c;:all~lllaya ba~·
laml~tl. 1958 Ylhnda diinya yllhk YYPE iiretimi 17,000 tona; 1962 yllmda
ise 200.000 lona ula~nll~tl. Diinya <;apmda izinler verilmi~ti ve I963'e gelindiginde Avrupa'da 19, ABD'de ve Japonya'da 17 tesis "Mulheim Prosesi" ile
endiistriyel bOyUtla YYPE iiretimine
ba$lanll$lardl. Giiniimiizde diinya 9apmda 28 milyon ton YYPE (2005 yl11
tiim polimcrizasyon uygulamalan) kullamml ongonilmekte ve bunun yakla~lk
3.7 rnilyon tonunun aylk alanlardaki boo
ru uygulamalan ic;:in kllllamlmaSI beklenmektedir.[2]
YYPE borulann ilk uygulamalan
1950'lerin sonunda yaymlarda biiyiik
yer alllll$tlr. Plastik borular ilk olarak
miihendislerin ve kullanlcllann ylliarm
dcneyimiyle iyi bildikleri alanlarda r;:elik, dokme demir ve beJon gibi geleneksel malzemelerle birlikte kullamlml~lardlr. Sonur;: olarak yeni birmalze-
Makale
. gii\'enilir bir ~kilde kabul edil~
. ~in temelteknik velveya bilimsel
ann ve yaymlann haZlrlanmasl
lidir. Bu yaymlardan birisi YYPE
lann kullanl1111 il;:in bir rcferanstlr
S
900
800
700
600
0500
£
~
400
lentileri buyiik ol~iide saglaml~llr. YaV3$ ~allak ilerlcmcsi (Slow Cmck
Growth - seG) [5J, hlzh l;allak iler·
saycsinde 63mm l;apa kadar olan bo-
rularda OYPE80 kullamrnmm siinncsi
beklcnmcktcdir. [7]
lcmcsi (Rapid Crack Propagation •
Rep) ve l;:cvresel gcrilmc l;utlagl (Envi-
• PE100
PESO
.PE63
300
200
l°~lId
707274767880828486889092949698 '00 '02'04'06081012
Yillar
~
1. BaSU~1 boruIarda kuDamlan hammaddelerin Ylm gOre deg~
14J. Bu ycni boru malzemcsi Hostalen
liean adlyla 1955 Ylhnda Hanno\'er Fuan'nda tamulml~t1r [5].
Polictilcn borll malzemesinin Avrupa'daki tarihscl gcli~imi 3$agldaki gibi Slralanabilir.
.1955-1960: Saru malzcmesi 01ar31.:
ilkYYPE bil~imin l.mllanilmasl
• 1972: Basln~h borular i~in ilk
OYPE (Orta Yogunluklu Polieliren)
kullanLlmasl
• 1989: KOlllollomcr olarak butan
kullamlarak ilk bimodal PEIOO uretilmesi
• 1996: Komonomer olarak hekzen
kullamlarak ilk bimodal PEIOO urflilmesi
.2001: Modern dij~eme lekniklerinde kullamlmak ilzere gerilmc c;allagma dayamkh ilk bimodal PEIOO
tiretimi
lierleyen zamanda polictilen baslOC;h
bornlardan elde edilen ozelliklcrbek-
ronmental Stress Cracking - ESC) [6]
mekanizmalannm daha iyi anla$llmasl
ile dayamm ve rijillik degcrlerindeki
iSlck [ere gore farkll ilrelimlcr yapllnu$·
Ilr. Bu iirclimlcrdc PEIOO talebinin artmaSlnlll yakla$lk yansl PE80 iirctimindcki azalmadan dolaYldlr. PE 100 born
malzcmesinin PE 80 born malzemcsine
gore tcrcih edilmeyc OO$la01.1 sebebi apgldaki gibi Siralanabilir
• Birim uzunluk il;in daha di1$i1k maliYCIler (daha incc cidarh born kullamldlgl il;in),
• Aym kallllhk ic;in dalla yiiksek baSlIlca
dayamm,
• Aym baslllC; simfl ic;in daha yfIksek
lranspon yetenckleri.
• Vav3$ C;mlak ilcrlemcsi ve hlzh c;atlak
ilcrlcmcsine kar'$1 yiiksek dayamm ve
daha cmniyctli i$lctmc $<lrtlan.
PE 80 kullanllll1, Qzelliklc YYPE 80
kullalllmi azalmaya devam cdecektir.
OYPE80 kullanlllll da azalacaktlr. ancak csnekljgi vc bukUlebilme kabiliyeli
PAGEV Pl.astit Otrgisi AijustGs·Ekim 211 B
YYPE Boru Sistemlerinde
Beklenen Servis OmrO
YYPE born malzcmelerinin geli~imi
ba$lan£lc;lanndan bcri 50 yllhk bir servis 6mriinii karsllamak amaclyla planlaml$tlr. VYPE borulann siiriinmc leslleri 1956 Yllmdan beri devam elmcktedir. $ckiI2. ve $ekil 3'le {7] ise ilk siiriinmc cihazl goriilmckledir. Hoc<:hsl
Malzeme Depanmam ba$kam Dr. Kun
Richard l;eliklcrin yfIksek sicakhklar
ic;in servis 6mrii lahmini ic;in kullamlan
Larson-Miller korelasyon mClodunu
YVPE'nin gerilmc ozclliklcrinc gore adapte etmi$lir [2]. Bu korelasyon siiriinme lcstindeki c;atlak i1crlcmc hlzmm
(kimyasal proseslcrdeki hlZ gibi) aktivasyon enerjisinin fonksiyonu oldugunu belirtir. HlzJandtnlml~ testlerde kullamlan Arrhenius fonnlilunu esas alarak
Larson-Miller korelasyonu a$3gldaki
gibi ifade edilmi$lir.
T. (e + logl) 0 sabit
Burada T Kelvin cinsinden mutlak Slcakllgl. 1c;atlak ilcrleme oralllm ve C ise
sabit birsaylyl gOsterir. SUriinme egrisi115
Makale
nin yalay l;izgisi il;in 47.5 gibi birdcger
bulunurkcl1, kmlma l;izgisi il;in C=22
eldc cdilmi~tir.[8] 1959 Yilmda 80°C Slcakhktaki testill ba~langlcmdan sadcce
4 Ih yll soma zaman-hasar degerlerinin
ekstrapolasyonu test cdilen borular i<;in
20c e slcakhkta 50 ytlhk biT servis om·
riiniin tahmin edilmcsillc olanak vcrmi~lir. 1956 yllmda tcsti ba~latl1an iki
born nUlllullcsi hala slrasly[a 5 N/mm2
vc 7.5 N/mm2 <;cvrcscl gerilmclcri alttnda 20 0 e SlC3khkta hasanl ugramaml~lardlr. 18 KasuTI 2006 itibariylc borulafln servis omrii tahmin1eri tamamcn
dogrulammSIlr. Bu durum guniirnlizde
iirctilcn borulann servis omrli tahminleri da aym y6ntemlc yapl1dlgl i<;ill cok
buyiik 6ncm arz ctmcktcdir.
Guniimuzde uretilcll YYPE borularda
en az 50 yllhk servis omrii istenmektedir. Ancak baZI hanunadde lireticileri
bu smtn kendileri 100 yl1a e;lkanlm~­
lardlr [9]. Siiriillme lest cihazlan da zamania gcli~mc gostemli~tir Sekil 4'te
Kocaeli Oniversilesi Makina Mlihendisligi BoHimii Mekanik Laboratuannda bulunall bir hidrostatik ie; baslllC;
lesl cihazi gostcrilmi~lir. Numunclcrsu
ic;erisinde su ile doldurup test edilerek
daha hassas slcakhk ~artlan saglalllr
[10].
"gekil4. Hidrostatik it; baSlnt; test cihazi (Kocaeli Universitesi· Makine MiJhendisligi BOiiJmuj
Kullommdo Olon Borulor
YYPE borular ic;in asd ilgilenilen
dUnllTI laboratuar ortamlllda test edilen
borulardan ziyade gerc;ek hayatta kul!alllian borulann dunlllludur. Bilincn
uzun slireli ara~l1m1alardan birisinde de
Almanya Frankfun'da 1955 yillllda Alman kimya finnasl Hoeehst AG kendi
binasma, laboraluarlannfl vc otis binlllanna su tcOlin ctmck it;in ve slhhi lesisal borusu olarllk kendi lireuigi borulan
do~cmi~tir.
gekil2. 1956 yllindan ben lestte alan
1. nesil YYPE boru.
Bu binalllrlll ve tesisallann bllzillln hala
kullalllmdadir. 1961'dc in~a cdilcn binalardan birisi 2002 Ylhnda kullallllmamaya ba~lanrnl~, bu binanm slhhi
tesisatmdan alman bonLlar olc;umlcrc
tabii tutulmu~lardlr [II]. NUlllune allnan borular soyunma odusl ve du~lann
oldu£u k1S11l1da olup buradaki onalarna
slcakhk 23°C'dir. Born sistemleri bina·
nm giri~ katllla temiz Sll lemin clmek
ie;in kul1al1lhm~tlr ve borulann 41 yd
boyuncll siirekli oksijcne doymu~ su ile
c;ah~tlgl varsayllabilir. Tablol'de iim·
niin ima! edildigi zamandaki veri tablolan ve iiriinlin ~u anki perfonnansl
hakklnda bilgi verilrncktcdir.
Dogalolarak 1966 ylh katalog dcgerleri
kan~l1nm dcgcrinin bircbir aymsi olamaz daha da otesi olc;iirn ve kontrol
teknolojisi de ylllar ic;inde e;ok fazla
dcgi~rni~tir. Buna ragmen sonue;lar bomlann 41 yd soma bile hala iyi duo
nUllda oldugunu gOslcmlcktcdir. OriJinnl malzemc ilc ku[[a1l111111~ boru malzClllcsinin viskozile sayllannm ka~l­
la~tlnllllaSl (bu dcgerler onalallla moIckiil aglrhglllln Olc;ullliidiir) borulann
hala temlal stabilite Slmrlanna gelmcdigini gostemlektcdir.
Tabla 1. Onjinal iiriin katalog deger!en i1e stikiilmii:? borudan elde edilen degerlerin kal}lla:?llnlmasl 121
75 mm SDR II
KataJog dej!erJeri
Siyah basm~h boru
(1966 ylh i~in)
Ie
Orla
DIS
YOl:!unluk (I!r/crn-')
0.955
0.9547
MFR 190/5 ("'10dak)
0.3
0.22
MFR 190121.6 (g/IO dak)
7.89
ndin!enmis Viskozite (dIl2)
3.5
3.64
3.23
3.6
OIT 200 °C (dak.)
2
25
28
DSC Tm, (OC)
130.28 130.01 129.98
Ozellik
:?ekH 3. Hoechsl Malzeme Departmanl'nda
ilk suriinme tesl cihazlan
116
PAGEY PIUlik Dergisi Aguslos·[kim 2010
Makale
Kalan stabilizator miktan OIT ile 61·
¢.Im~tiir. Kullamlan stabilizalar liirii
dikkate ahmrsa eldc edilcn ytiksek OIT
degerleri borulann kalan omriiniin tah·
minini i<;in yorum yapmaYI zorta~tlr.
maktadlT. Beklendigi gibi 41 yllllk kullanlln suresi sonucunda borunun i<; yii-
zeyinde daha
dii~iik
miklarda slabili-
zator l;lkrrl1~l1r. Bu borulardan elde edilen degerler sonucunda borulann tah-
mini kullamm omliiniin 27 yll daha surmesi bekJenmektcdir. Boylece bondar
tendilerinden bcklcncn 50 yllhk omrii
doldunnu~ olmakla kalmaylp bunu 3$ml~da olacaklardlr.
Polietilen BONlarln
Performanslannln
Oegerlendirilmesi
PE borularm kalite standanlan uluslararasl sland'lrt komitclcri tarafmdan belirlenmcktcdir. Su vc dog'llg'lz ~cbekc­
lerinde policlilcnin kutJanJllll PE 100
m'llzemesinin gcJi$imindcn sonra t;ok
daha geli~mi~ durumdadJr. PE I 00 borulann standartlan temel olarak il; basmca
ciayamm, gcrileme l;allagma dayamm
ve hlzl! l;atlak ilerlemesinc dayamm gibi iil; ozelJige ciayamr [9].
1. it baslRta da,'amm:
i~leme Tekniklerinin Geli~imi
Borular l<;il1 yCllilik zincirinin biT son·
rnki haikasl imalat ve birle~tirmc tclcniklerinin geli~tirilmcsidir. Mevcut ckslriiderler bu yiiksck molekiiler aglrhga
sahip yeni malzcmeleri i~lemede ancak
belli bir kadcmeye kadar yetcrliydi.
Sonm makina imalat(yllan ile i~birligi
yapllarak ~ozUlmu~, uygun ckslrUzyon
kahplan ve beslcmc liniteleri fasarlanml~tlr.
80m sisleminin ba~an ile uygulanabil-
mesi i~in oncmli fakt6rlerden bir tancsi
de borulann birle~tirilebilmcsiydi.
Yiiksek yogunluklu polictilcndcn liretilen borular birbirleri Be kaynak edilerek saglam sislcmler geli~tirilmi$ ve kabul gonn~tiir. Boru pa~alanmn elektrofiizyon sistemi ile birlC$tirilmcsi
1956 YJhnda lammlanml~tl. Aim kaynagl prosesi de gcli~(irilmi~li. Philips [13]
1956 Ylhnda ticari polielilen i~in elcktrofiizyon kaynagl makinasml iiretti.
Kaynak metotlarllllll ba~nh olmaslyla
Philips daha gc1i~llli~ aletlcr tasarl'ldl;
digcr finnalar da daha giivcnilir, (fabuk
ve kaliteli kaynak yapan makinalar
geli$tirdiler. Gunlimiizde kullamlan clektrofiizyon kaynak metodu 1956 ylhndaki ile hemen hemen aymdlr. Sadcce kaynak makinelcri daha vcrimli, ciaha gUvenilir ve daha konforlu hale gelirilmi~tir. AIm kaynakh baglantllar kolayca kesilip tekrar kaynatllabilme Q..
zclligine de sahiptir.
it; basmca daymmn testinde plastik 00nlllun sabit ir; basllll; altlllda si.iriinmeye
dOlyanllTII 61r;iiJUr. Bu lest. bonmun tahmini 6mriindcki d'lyanabilecegi il; baSIl1CI belirlcdigi i~in r;ok onemlidir. PE
80 bomlarla PE I00 borular arnsmdaki
en onemli rark il; basmca mukavemct
dcgerlerinin farkh ol~udur. PE I00 bomlar aynl r;ap ve el kalmhgll1da PE80
borulara gore yakl3$lk 0/020 daha yiiksek il; baSIn~ dayammma sahiptir. k
basmca d'lY'lnlln testi ISO 1167 vc EN
921 standartlannda ar;lklanml~tlr. Test
t;cvrc slcakllgml sabit lutaC'lk ~ckildc
ya su il;:indc su, ya da hava i~indc su lesti
~eklinde yaplhr. Numune hasar garene
kadar slirdliriilen lest sonul;lan logaritmik basmca ka~1 logarilmik zaman
grafiginde i~retlenir.
ronnulUyle hesaplamr. Burada P il;
basmr; (bar). (J (yevresel gerilmc (MPa).
lmin oll;i1len minimum et kahnhgJ
(mm). do.. oll;ulcn oItalama dl~ ~ap
degeri (mm) olarak verilmi~tir. Buradan PEIOO malzemenin daha yi1ksek
baslllr;ll projelerde kullanllabilccegi
g6riilmeklcdir. Bu durum da miihcndislerin pek l;ok projede plastik boru kullanabilmesine olanak saglamaktadlr.
Aynca PEIOO boru kullanmanm bir
yaran da dl~ (yapm sabil oldugu durumlarda daha ince et kahnhglna sahip 01dugundan i~ ~apm artmasml ve bOylece
ciaha dii$iik baslnl; kaYlplanna sebep
olmasldlr. Bu sayede pompa maliyetleri
ve sistemin i~letllle maliyetleri dli~mek­
tedir.
Polietilen m'llzemclcrde hasar gevrek
ve si1nck olmak lizere iki tlirJU olu~ur.
Slinek hasarlar genellikle yiiksck basml;ta ve klsu Z3manda olu$ur. Gevrck
hasarlar isc dli$lik baslnr; ve uzun si1reler sonucunda olu$ur. Sunek hasarlar
malzemenin krista1J~me ornmyIa dolaylslyla yogunluguyla ilgilidir. Egcr
malzemc yliksek kristallige sahipse siinek hasara daha dayamkh olacakllr.
Gevrek kmlma dii~i1k basm~la ve uzun
zaman arahglllda olU$Uf ancak ortamda
bulunan bazl a~mdtncI ve kimyasallar
(stress cracking agems) bu siircyi klsaltabilir.
Genel olamk plastik bomlarda ortaya
Tablo 2 PEl00 ve PESO malzemeleri'l ir; baSil.., dayanlm degeIIeri
S,cakhk("C) Zaman (YII)
20
25
30
35
40
50
50
50
50
50
PE 1()()
evresel lZerilme (MPa)
10.0
9.4
8.7
8.0
7.3
Tablo 2'de PE80 ve PEloo borulann Slcakhga hagh it; basml; dayamm degcrleri goriilmektedir. Basm~11 borularda
lest basmcl;
p~
10 s
d on -
PAGEV Plaslik Dergisl
I min
I min
Agustos·Ekim 2D1D
PE80
evresel Gerilme fMPa
8.0
7.5
7.0
6.4
6.0
~Ikan
has.'lrlan Sekil 5'leki gibi 3 ayo
grupta toplamak mlimklindi1r.
Mama I: Burada egrinin bir egimin 01maSI, plaslik borunun mukavemctinin
zamana bagh oldugunun afJlk bir $ekildc gostcmlektcdir. Bu yiizden plastik
borulard'l uzun si1reli mukavemet ve
117
--
Makale
.,
.-.E-..
'"OIl
Hasar silresi
~
dayamkllhk cS3stlr. Hasar ballk gozilnc
bcnzcr olup bom ~i~rek p:lliar. t;cvresel
gerilmcnin malzemenin akm:l (creep)
mukavcmClini ll.\irnaSl sanueu onaya 1:;1-
kar. Bazen btl 3;;amada ua malzc11lc il;'innr hirmklnl i~lcmnc)'cn klll,nll]flrl'l:m
dolay! gcvrek hasarlar da onaya
bilir.
~lka.
5 P1aslik borularda ortaya Qkan hasarlar
lar alunda malzemcnin kim)'asal omriinii gostemld..1.cdir.
Tum plustik bonllar i<;:inA~ama I anemlidir. Gaz born hatillfl iyill A~allla \l'de
oncmlidir, Slcak su borulon ir;in A~ama
III bclki de en onemli slircl;lir.
Asama II; Hasar gcvrck olup OOSIOl;
altmda boruda yava~ ,allak ilcrlem(,.~i
sonucu onaya ,.kar. Bu asamada cgnoin cgimi <!aha razladlT. Burada ilk "diL
\,C11TlC" "mckanik diz '-erme" olnrak III
tanlmlanmaktadlr.
ASllIIIll III: Husar, malzcmcnin gCHckkimyasal hasan ~klinde ortaya ,.kat.
Ki)(u hammaddcyc. kullamlan yanh~
ekipmanliirenm parametrelerine vcya
burunun maruz kaldlgl kimyasallara
bagll olarak bu haS3r ortaya l;lkabilir.
Humdn hasar siiresi gerilmeden bilyiik
O1l;iidc bagtmSlzdlT. "ikinci diz venne"
l;ogu zaman bir "kimyasal diz venne"
o\arnkda tammlamrveyiiklcncn ko~ul-
'"
Polictilen bonl1arda on:lya l;lkan hasartar malzcTllc)'c. onama vc yukleme du·
rnmlanna b<lgh olantk farkl1hk gUsler·
mektcdir.
Bu faktorlcr loplu olamk ~ckil 6'de ve·
rilrni~lir. Burada plnstik borunun omrii·
MALZEME FAKTORLER
o Hammadde
• KllWI.
o TakYlyekr
o O~lim pro6tsl
VRESEL FAKTORLER
'G_
o SI'llar
o Kllular
• Ulraviyole radya.~yon
o Mllnyelil: vc clcl:lnl:.<;c1 alan
o Mikrobiyolojil: ctkilcr
~kiI6.
PA~EV
PtllStlk
~p
YOKlEME FAKTORlER
•
•
•
•
•
•
•
S,caldll:
S,cakltl: ~vrimi
Sllllil: yUl:lem:
Dmllm,1: yUUcme
SIl:llkltl: gradYllDJ
Cilil:1cr ve ~nlJklc£
Kllynaldar
Plastik borulann Omriinc ctkj eden Iaktor\e( [21)
Agnllli·£kj1l2l11
Makal.
~kH
nii belir1cmek i"in kritik al! faktoriin
clkisini belirlernek uzcre biT lest programi gel i ~tirihl1e lidir.
Bilhassa A~ma I ve A~ama [] ayn biT
onem 1lL$II11aktadlT "iinkU bu a~1lInalar
7. Ya~a~ I<3Uak Uer1emesi deneyi numuneleri
boro perfomlanslIll daha az etkilemesini s~glar. Bu ozdlik ycni Ilcsil kanalslz
(trenchless methods) do~cme UygUlllmalan ya da kum yatagl olmadan (no
sand bed) do~rnc uygularnalarmda ~ok
6nemlidir.
plastik borulann omiirlerini belirlerler.
2. Gerllme callugma dayamm:
Gerilme r;atlagl poJielilenlerin tcslinde
oncmli ozclliklcrdcn biridir. Polictilcn
bonllarm gerilme qatlagma dayamml
$imdilik sadece su ~bekelerillde klll1allJhm dogalgaz ~ebekelerindc kullamlmayan kanalslZ d6~eme llygulamalan
ya da kum ymagt olmadan do~emc uygulamalan ilerleyen donemlerde maliyet azaltmakta ~ok faydah olaeakllr.
Delley i(,: baSin" tcstine bcnzer ~ckilde
yaplltr ancak numuneler iizerinde 90°
arahklarla uzunl<lmasma qcntiklcr a<;lhr. $ckil 7. Her bir qentik 60° Chevron
l;cntigidir ve derinligi cidar kalmllgmlll
%20'sidir. (:cntikli born llulTIuneleri
PEIOO iqin 4.6 MPa, PESO ir;in 4.0 MPa
~evresel
gerilmeye maruz kal(lcak
~ck.j1de 80°C slc~khkta i~ basll1<; altlllda
tutulur.
ilgili standanlnr numune1erin bu ~anlar
altll1da en az 165 sam hasar gomlcdell
dayanmasml istcsc de bazl hammadde
iireticileri bu surenin kendi numunelerindc 500 saate kadar dayamnalanm
istemcktcdir. Daha ytiksek yava~ <;atlak
i1er1emcsinc dayamm borulann d6~cn­
mesi esnasmda olu~bilecek yiizey <;entiklcrinin (eizilmesi, eak!l hatma<;! vs.)
tarafmdan saglamr. Polietilen
borullirda hlzlt callak ilerlcmesi sadece
dii~iik slcakllklarda (genellikle JOCm
altlllda) ve/veya yiiksek baSllll; seviyelcrinde olu~ur. Borulann basmca ka~l
mukavemetlen artl1ki;a ve i~letme ba·
sllll;:lan ytikseldikcc hlZl1 ~nllak i1crlemesi daha ktitik ve incelenmesi gereken bir hat almaktadlr. Daha once velik
borulllrda incelenen durum hsmcn polietilen borolara uygulanml~tlr.
Polieti!cnlctin hlZh vallak ilcrlemesinc
dayanllmnlll ol<;:iilmcsi iCin iki tlir
test vardlr. Tam ol~ckli saha tcsti (Full
Scale Test 150 13478) ve 54 olarak da
ka~1
gcnclliklc ISO [3479 C;::cntikli Borular
Uzerinde Yava$ <;:mlak ilcrlcmesi Deneyi standardlna gore yaptllr.
ah~kan
3.HlzhCatlak ilcrlcmcsinc Dayalllm:
HIli ~atlak ilcrlemcsi (Rapid Crack
Propagatioll - Rep) pl:lstik borulama
tckniginde goz oniine nhllJTInSl gereken
onemli konulardan biridir. Bu larL hasar genellikle kuzi mllkinalannm yarattlgl ani ~oklardall veya ta~ kaya gibi dl~
etkenlerin sebep oldugu gerilme Ylgtlmalan sonucu olu~ur.
H1Zli bir <;atlak yiizleree metre uzunluga
kadar ula~"1bilir ve saniyede 100-350
metre nraSl hlzlarla ilcrleyebilir. Bilinen en uzun catlak Macaristan'da bir
polietilen boru iizerinde olu~mu~tur ve
700 mctrcdcn daha uzunduf.
Bu larz hasarlar ozellikle gaz hatlannda
~ok buytik miktarda gazlll bir anda
kontrolsiiz olarak aClga C1kmasilla scbcp olur. H1Zh <;:atlak ilerlemesi i<;:in gerekli enerji mSllle alt111da slkl~tmlan
PAGEV Plaslik Otrgisi AQustos·Ekirn 2010
bilincn kiiCiik oh;ekli durgun test (Small
Scale Steady State Test 13479). Numune boyutlanlllll kiiCukliigii vc laharatum ortammda kul1allllabilmesi sayesinde 54 tcsti daha yayglll olarak kutlalllimaktadir [20].
YYPE Boru Malzemeleri i~in Son
Geli§melerve iyile§tirmeler
Ziegler'in bl1lu~u uzun bir ba~an
hikaycsinin ba~langlcllll olu~tunllu~tur.
Temel katalizor kimyasl son clli ytlda
<;ok az dcgi~mi~ olsa da plastik iireticilerinin bakl~ a<;:lslyla 6nemli ilerlemelcr
kaydedilmi~tir. KataJizoriin faydalan
defalarca anml~tlf. ilk kalite ~artname­
!crinde kesin kalitc kritcrlerinden birisi
mutlak katalizor kaltntlsma sebep olan
pH degeriyken bu soron da artlk geC119
Makale
mi;>IC kahlll~llr. Kalaliz6r eSilsh ara$llr-
malar saycsinde YYPE'nin polimer yaPISI oncmli derecede iyile;;lirilmi$lir ve
bu iyilc;;ffic kcndisini tokluk vc rijitlik
degerleri arasmdaki dengeyk gOslermektcdir.
gunluklll polielilenin leSl sonu"lannm
ekstraplasyonu ile elde edilen tahlllini
servis olllurleri 100 Ylldlr. 4. nesil polietilenin tasanml ise devam etmektedir.
pdml~1lr [12].
Bimodal polietilenm
II Callak ilerlemesine ka~l dayanlilubilinmekle beraber yapllan cahsmalardi
8" (200 mm) Capll bir SDR II born ~
kritik slcakhglll bimod<ll yflksek yo-
Ziegler'in YYPE bom malzcmesinin lamnm<lsmdan k!s(J biT slife soma. krum
kalaIizor csash PE boru malzcmcsi ge-
li;;lirilmi$ ve pazara sunulmu$tur. 50nur;: olarak orta yogunluklu JX>lieti1en
(OYPE) ve yuksck yogunluklu polietilen (YYPE) malzemeleri birbirleriyle
yan;; haline ginni;;lerdir. OYPE malzemelcr mo1ckiilcr yapl1annda genel olarak YYPE malzemclerden daha fazla
saYlda yuzey zinciri gasteriTler. SOlllll;:la unimodal OYPE malzemeden imal
cdilmi$ borular daha toktur ama aym
zamanda daha dih;iik rijitligc YC daha
dU$uk ek.send ve cevresd gerihne dayanlml11a sahiptirlcr,
Polimcrizasyonda kcsin bir km[mn dn
bimodal lekno[ojinin geli~mcsiyle 0lu~mu~tur,
$ekiIB. Hlzl! If'Itlak ilerlemesi ba~latllml~ bir polietilel1 born.
yatlagln ileriedrgi klslm PESO durdU!)J k,slm ise PE10Q malzemeden lirelilmis. [12)
Solvay Poliolcfins fiml8S1
1980'lerin sonlannda PE I00 malzemesini tamtllktan sonm PE63. PE80 vc
PE[OO ma[zemeleriyle ilgili standan-
Katkl maddc1crinin teknolojisinde de
biiytik geli~mc1er saglanml~tlr, 1980'-
larda bir aymma gitme zorunlulugu
ve PE63 iCin [. nesil ve PE80
i"in 2. nesil ifade1eri kullamhll1~tlr. Bimodal teknoloji kullumlamk sekillcndiri!en 3. nesil polielilenin ta11111lmasly!a iyilestirilmi~ PE80 hammaddesi
ve sonunda PEIOO hanunaddt"Si iiretil-
krin baSlnda ISI1 ya~landtnnaya kar~1
hasar zamamnJ dcfalarea arttlmn ycni
nesil antioksidanlar ge1i$tirilmi$tir.
Malzemc1erin slcaga ka~1 dayammlan
al111glndan i$!enebilirlikleri artml~llr.
Karbon siyahl stabilizatortin[in yeni l;e~ilkri daha az Sll absorplam,l egilimi
mi~tir. [2]
gostcnncktedir. Bunun la birlikte hala
I, nesil polietilendell [iretilmi$ hondarm kullammda oldugu unutulmamahUlf. Kullam<:llan eski ~ebeke borulanO1n yerlerine uygun $ekildc monte edildiklerinde herhangi bir hasar belirtisi
gostennedi klerini be Iirtmekted irler.
dogmu~
Sonmki cah~malar bir yandan komonomer kompozisyonundaki degiljiklikleri icerirkcn diger yandan iyilcstirihni$
Ziegler kata[izoriin[in kullulllldlgi yeni
prosesler yardlmlyla multimodal born
malzemelerinin imalatl ile gelismiSlir.
Bu teknoloji ile iirctilen polietilell malzemeler, PEIOO sllllflandlrmasl ir;in gerekli IOMPa uzun siireli gerilme dayammmdan sorumlu ktsa zineirli, yiiksek krislalin bOlgelerden ve gerilme Callagl ve hlZlt catlak ilerlemesine yiiksek
direnClen sorullllll bilincli gOl1liilmi.i~
daHar iCercn uzun zincirli bOlgelcrden
Ohl$mllkilldir Bu yeni nesil yflksek yo110
Sekil8. PEIOO malzemenin PE80 malzeme ile karsl1aSllnldlgmda hlzlt catlak
ilerlemesine kar;;l daha dircn\li oldugunu gostennektedir. PE80'den yap1lm1S
bomda ba$latl1an ~allak borl1 boyunca
i1crlemi~ aneak PEIOO bornya g~ince
:lniden dlln11Ustur. Bu test Advantica
larafmdan O°C'de 21 bar basm~ altlllda
Gaz de France ara$l1mHI birimi kin ya-
gunluklu polictilen icin O"C'nin altmda
oldllgunu unimodal yUksek yogunluklu
vc Unimodal orta )'ogunluklu polietilcn
iCin ise O°C'nin Ustiinde oldugUllll gustenni$tir. I-hzh catlak i1crlcmcsine da·
yaml11 :l$agldaki slmlama ile gosterilebilir.
Bimodal PE > Unimodal PE
>Unimodal MDPE
j'hzlt ~atlak ilerlemcsi testlerini yapan
endlislriyel L1zmanlara gore hlZlt ~<l11ak
ilerlcmesi yava$ l;ullak buyumesinin
yarattl£l hasarm sonucunda olll$ur. Ya~
vas catlak b[jytimcsine kar~1 yiiksek direnc g5steren bimodal polictilcn malzemeIer Jogal olarak hlzh ~utlak ilcrlemesine ka~l da dayamkltdlr. Polielilenlerin akma ve klrllma davralllslarmda
kristalle<;;me oranlllm onemli bir etkisi
vardlr. Mo1ckiiler aglrllk dagdll111 ve
molckii1cr dallanma aa l;ok onem arz
elmekledir. Yiiksek molektiler aglrllkll
zineirler ve iinifonll ve klsa zineirli komonomerlcr istenmek ledir.
M,k,le
Endustriyel ve Evsel Su Kullommt,
Ahksu ve Goz Sistemleri i~in
8orulorve Bimodal Polietilen
Uygulamalarl
1960'tan ben YYPE borular ABO'de
gal dagllml sistcmkrindc arum bir
born Icsisatlanna gore bom oo$cnmesindc htzllhk ve verimlilik anl$1 beIinilmis. toplam uzunlugu yaklaStk
30860 In olan yedi farkh sahada oncmli
bir slkllltlyia ka~llaSllmamlStlr.
3lj:lklamlsttr. PE 100 borular dogalgaz
hallannda halt:n laSllriandlklan basmctan daho dii$uk basmcta kullamlmakta·
dlrlar: Ingiherc 7 bar, Hollanda 8 bar,
Almanya lObar. ilgin'Y bir sekildc bu
oranda kullamlmakladlr. ilkAlmangaz
dagmm finnaSI - Main Gas, FrankfUr1197 I'den bcri YYPE bon.L1ar kullan-
maktadlr. Giinumiizde i,mc suyu \'C gaz
dagltim sistemlcrinm YYPE hondar
kullamlmadan do~mcsi hayal bile
crlilcmez. Auksu sisteminin yeni1enme·
si it;in Farbwerke Hoechsi 1962 yllmda
'lYPE bondar kullamnaya ba!jlaml~lr.
1965 Ylhnd:l dO~nmis alan al1ksu borubnmn toplam uzunlugu 35 kilometreyi
~i$lir. Filament sanmh hondar 1400 mm l;3pa kadar iiretilebiJirken, 1000
mm t;3pa kadar olan borolann ckslrUz-
)'OIIu
gc~cl..l~tirilmistir.
Bu iiriinlerle
i1gili sirkcllcrin dcncyimlcri ,ok iyiydi.
~langl\lanndan
bcri yiizlcrcc YYPE
projesi diinya ,3plllda uygulannllSllr.
Giinumuzdc spirol sanmll borulann cn
yuksek <;api 4 mctreykcn 'YaPI 2 m'yc
kadar ula~an YYPE borular ckstriidc cdilcbilmcktedir.
Son donemdc bilincn bliyuk Capll
basm<;lL borular arosmda SDR 26 Slmfmda 2000 mm x 77 Illlll [15] ve tilkemizde iirctilen, Istanbul Bogazl Ge'Yi~i
Projesi'nde kul1amlan aym Capla bilinen
en yiiksek ct kalmhgllla sahip SDR II
slmfl 1200 mm .'< 110 mm, saytlabilir
[16] [17). YYPE bol'illar Slcak iklim
bOlgelerinde de kullamlnmktadlr. Onadogu'da bilincn en yiiksek 'Yapll bas11lcll
polietilcn born SDR 26 smlfmda 1600
mm x 61mm olar.lk Abu Dabi'de kullamlmaktadlrt I8].
Franslz gaz dagltlm $irkcti Gas de
France ana dagttlm hattmdan 1I7.l1klaki
kuCiik kasaba ve kcntlcrc dogalgaz da~ll1mmda 16 barhk r;clik born sistemi
ycrinc 8 bar iC basmca dayamkh 1>£100
borular kullanmt$lIr. Bu sayede Celik
boru hattmm dO$Cf1mcsmin ckonomik
Olmadlgl bOlgelerc dogalgaz da~lUm
saglanml$Ur. Tcknik raporlarda lj:c1ik
$eld 9. ABO'de kanal39'Mdan yapllan do9aIgaz borusu oeg~time
ABD'nin Chicago cyalctindc 1970'lcrin
ba~lannda polietilene erken bir cl6nli$um ya~anml~ ve 12"(300 mm) OYPE
80 (MDPE80) borular allyapl sisteminde kullanilmaya ba~lanml$llr. 2004 YI·
Imda 830,OOO'den fazla aboncsi olan
Chicago gaz ~irketi People's Gas kanalSIZ d6~eme metotlarmdan biri clan kaydmna (sliplining) meloduyla 30" (750
mm) (,:apmda daha once dU$uk basmylanla 'Yah,san dokme demir bir bonmull
icindcn 18" (450 mm) YYPE dogalgaz
borusu dO!;;emi~lir. Burada kanal alj:llmadan dcgi~linnc yaplldlgl ilj:in ~chir
haLkJ (,:Ok az rahalSlz edilcrck ve tnlfik
problemleti yasanmadan dcgi~lm tamamlanml$tIr. $ekiI9.
Avustralya'mn gaz tedarik(,:isi Boral
Energy. gaz dagltlm hallmt 7 barhk
PEIOO bornlarla siirme (ploughing)
melodu ilc d&;icyerek gelenekscl 7 barhk aClk kanal meloduyla dO$Ci1etek eelik sisteme gOre %35 tasarruf tnigini
I~emi
ust stmrlar herhangi bir tcknik g~mi~
bagli blmadan bdirlemnektedir. Bazi
lilkclcrdc isc tasarlanan basm.. lam klSllll klSl1ll gc((ilmekledir. Olkcmizde
isc dogalgaz borulunndu deneysel 00yUtl3 PE I00 ku1l3nltDl dl~mda gendliklc 4 barltk PE80 dogalgaz borulan
kullamlmaktadlr [19].
Polipropilen kaph PE borulor
PlaSlik boru iircticileri lyleki malzemc
PEIOO veya PE80 olabilen kaplama
malzcmesi ise PP membrnn olao yern
birboru turii geli~tinni$lerclir. $ekil 10.
Bu tarL borulann slradan PE borulara
gore daha yiiksek mekanik dayamnu
vardtr 'e naldiye \'C depolamada ozelliklc i~ sahasmda biiyiik kolayhklarsaglamaktadlr. PP kaph borular eski bir
boru haltmdan hasar gorme kori::usu 01·
madan g~irilebilir. Hatta bazi durumlama kanalm idnc kum dokiilmeden
Makale
10- TS EN 921 P1aslik Bon
Termoplastik Borular - Sabit SlcakllKtl
Baslllca Mukavemetin Tayini
11- Hessel. J.: Resllebensdallefvoo
Rohren aus Hoslalen GM5010 nachn
Betriebszeit von 41 Jahren.
Bericht Nr. ROS
04 1071 der Hessel
Ingenieurtechnik
GmbH,2006
$ek~
10, Polipropilen kapll polieUiefl 00ru
direkt loprakla dolgu yapilmasma izin
verilebilir hatta IOprakta ufak ta~lar da
bulunabilil. Baglanll Pill\;<1];:If! IIUflll<11
PE borularla aynl ~ekilde c1ektrofLizyon
kaynagl ya da aim kaynagJ de bir1e~ti­
rilebilirler. Dl!?ta kalan polipropilen klSlnl iyteki polietilene gerekJi ohm UV
korumasl saglayacak ~ckildc tasarlamr.
Aynca dl~la kalan klslInda lai?ll1ma gibi
durumlarda olu~an hasarlar daha rahat
guzlenebilir, soyulabilir dl~ k!SllTI
clektroftizyon kaynagl ilVin daha Icmiz.
kirlenmemi~ vc oksidasyona ugramaml~ biT i~ tabaka saglar. Kanalslz d6~c­
me tcknikleri il;in yok uygun olan bu
tarz bomlardan dogalgaz hatlannda ingilleTe'de 600 km, Danimarka'da 300
kill ve Almanya'da yak la~lk 200 kill do-
li$mcyc katkl saglayacak hem de kum
yatagl ihtiyacJnm kalkmasl. kanalslz
l.hJ~elllder gibi UygU!<lI11<l melUllann
dcgi$ebilmesiyle nonnal ~artlarda ula!?Ilmasl ekollomikolmayan bOlgelerede
sagltkh i((mc suyu vc dogalgaz cri$iminin saglanmasma da katklda bulunacaktlr.
~endigi bilinmektedir.
3- Jahresbereichl des Kunsloffverbands.
Bonn 2006
Sonu~
4- Richard. K. und Diedrich. G,: Rohre aus
Niederdruckpolyiithylen - Eigenschaften
und Erprobung inLabor und Praxis.
Kunstsloffe 46 (1956) 3, S. 183 -190
HDPE borular il;in yapllan inccJemcler
klllile1i imalat yaplldl£1 ve montaj kural1anna uyuldugu siireee biitiin projelerde ba~nya ula!?l1dlgml gostennektedir. Her nc kadar ilk iireti1en borular
servis omrii bcklemilerini ka~11aml~
oisalllr. halta bek1cntilcrin ((ok iizcrine
l;lkml~ olsalar da hem malzcme hem de
sistemlcrin geli~imi sona emlemi~tir.
Adl hcniiz konmaml~ olsa da 4. ncsil
bonl1ar PE 125 olarak dii~iiniilmckte,
bcklenen servis omiirleri 50 yll yerine
100 yll olarak dii!?iiniilmekte vc hammadde iircticileri liriinlerini gcli~tirmc­
yi, kendi standartlafllll mevcut standartlarm iistiine ((ckmeyi siirdiimlektedirlcr. Hammaddelerdeki bu ge1i~imlcr zaman il;crisilldc hem siirdiiriilcbilirge-
111
Kaynaklar / References / Resource
1- Plastic Piping Handbook. e..oook.
...............,plasticpipe.org
2- Schulte, U.,A Vision Becomes True - 50
Years of Pipes Made From High Density
Polyelt1ylene, Plastic Pipes XlU Conference
Washington DC 2006
5- Hausen, J.: Chemie und Chemiebedarf
auf der Deutschen lndustria-Messe
Hannover 1955, Chemie-lngenieur-Tecimik
27 (1955) 7, S. 410 - 433
6- Yayla. P., ~ahin, ~., Kilavuz, I., Poliolefin
Malzemelerde I;evresel Gerilme l;aUak
ilerlemesi, 8. Uluslararasl Klrllma
KonferanSI, istanbul, TUrkiye. 2007
7- Belloir, P., Suys. G., Brusselle. A., Trends
in PE Pressure Market in Europe, Plastic
Pipes XIV Conference Budapest, 2{l08
12- Blouet.P., Monteil, S., Huet. P., Use~
Polyethylene For Natural Gas DistribulK:l1
with a Maximum Operating Pressoreci6
Bar. Plastic Pipes XIV Conference
Bud3pest, 2008
13- Driscopipe Heal Fusion Qualification
Guide www.leesupply.comITechLibraI.iI
HFG6800.pdf (19.12.20081
14- Company History, ................egeplasl.de
(19.12.2008)
15- Belloir, P., Extension of the Applicaticn
Fields of PE100 Pipes. XIV PP. Conferenctl
Budapest, 2008
16- Laurent. E., Long-term Perfonnaoce ci
Butt Welded Thick Pipes and Properliesd
Super Sag-Resistant PE100 Malerial,
Plastic Pipes XIV Conference Budapes~
2008
17- Uluceviz. M., Erdogdu, M., Bogaz Ge9
Hattlyla Melen Suyu Bogaz Ge9~i
'MWiJlraLcom.tr (19, 12.2008)
18- Walton, 0., et aI., Middle East's Largest
HOPE Pipe Project: Borouge 2 sea-Water
Cooling Lines, Plastic Pipes XIV
Conference Budapest, 2008.
19- Yayla, P.. Kilavuz, I.. The Use of PE 100
Pipes In Natural Gas Distribution Network,
INGAS 2009 3rd Intemalional Symposiumu
On Natural Gas, istanbul 2009
20- Greig, J,M.. Leevers, P.S., Yayla. P.,
1992, "Rapid Crack Propagation in
Pressurised Plastic Pipe, Part I: Full-scale
and Small·scale RCP Testing" Engineering
Fracture Mechanics.
Vol. 42. No.4. pp. 663-673.
8- Men. Y, Lig'e,D.. Enderle, F., Rieger, J.,
Brittle Failure Regime in Pressurized HOPE
Pipes Revisited, Plastic Pipes XIV
Conference Budapest, 2008
21· Anderson. U., 2{l01,
"Which Factors
Control the Lifetime of
Plastic Pipes and
How lt1e Lifelime Can
Be Extrapolated" Plastic Pipes Xl.
9- www.pe100plus.net
Munich, Gennany
PAGEV Plastil:. Derglsl
AgustO$·Etim 2010