Boruların hidrostatik iç basınç özelliklerine etkisi

Enjeksiyon kalıplama, ısı ile Ģekillendirme (ısı ile vakumsuz presleme) ve ekstrüzyon yöntemleriyle üretilmiĢ kalsiyum karbonat ve/veya talk mineral dolgulu termoplastik malzeme, yarı mamül ve mamüller üzerine yapılmıĢ, Türkçe ve yabancı dilde de yayımlanmıĢ araĢtırma, çalıĢma ve uygulama sonuçlarına raslamak mümkündür. Ancak, tek vidalı ekstrüzyon yöntemiyle mikro partikül boylu mineral dolgulu poliolefin hammaddelerinden üretilmiĢ ve basınçlı boru sistemlerinde kullanılan boru ve borular üzerine yapılmıĢ, Türkçe ve yabancı dilde yayımlanmıĢ araĢtırma, çalıĢma ve uygulama sonuçlarına raslamak mümkün değildir.

Enjeksiyon kalıplama ve ısı ile Ģekillendirme (ısı ile vakumsuz presleme) ve basınçlı boru üretim sistematiği dıĢındaki ekstrüzyon yöntemlerinde, granül veya eriyik haldeki hammaddenin, basma kuvvetleri ve/veya kayma kuvvetleri etkisi altında ilgili kalıp boĢluğunu doldurması ve/veya Ģeklini alması sağlanarak mamül üretimi gerçekleĢtirilebilmektedir. Oysa tek vidalı ekstrüzyon yöntemiyle basınçlı boru üretim sistematiğinde eriyik haldeki hammadde ancak matrise kadar basma (itme) ve/veya kayma kuvvetlerinin etkisi altında bulunmaktadır. Matristen sonra, kontinü (sürekli) boru üretiminde, eriyik ilgili boru çapı kalıbından (matristen) geçtikten sonra, yarı mamül (boru) haldeki eriyik, hem vakum hemde ilerleme hareketi nedeniyle, ayrıca çekme kuvvetlerine de maruz kalabilmektedir. Bu nedenle, diğer mamül üretim yöntemlerine göre tek vidalı ekstrüzyonla basınçlı boru üretiminde farklı kuvvetlerin (çekme) tesiri altında üretilen mamülde (boruda), reçine ile mikro tane boyutlu mineral maddeler arasındaki yapıĢma (bağlanma) derecesinin de daha düĢük olduğu veya olabileceği aĢikardır (Müllner, H., W., 2006).

20

Plastik boruların faydalı servis ömür süreleri boruların 3 veya 4 farklı sıcaklıkta farklı çevresel gerilme değerlerine maruz bırakılarak ve her bir koĢulda hasar sürelerinin kaydedilmesi ile hesaplanmaktadır. Hasar boru içerisindeki basıncın devamlı olarak düĢmesi Ģeklinde tanımlanmaktadır. Tipik çevresel gerilmenin hasar süresine göre logaritmik olarak değiĢimini veren grafik elde edilmekte ve arzulanan ömür süresine ekstrapole edilmektedir. Yukarıda ifade edilen çevresel gerilmeye iliĢkin arzulanan ömür süresi ilgilenilen borunun (yaklaĢık emniyet katsayısı ile) tasarım basıncı olarak kullanılmaktadır (Krishnaswamy ve Lamborn, 2005, Muksing, 2008).

lg(t) = A - B.lg() Log (t) Log (  ) a) & b) a) lg(t) = A₁ - B₁.lg() b) lg(t) = A₂ - B₂.lg() Log (t) Log (  ) Model 1 Model 2

ġekil 2.3:Bazı borular için logaritmik çevresel gerilme zaman grafikleri (Ant ve Claus 1997)

ġekil 2.3‟de mukayeseli formüllerin matematiksel olarak anlaĢılmasında ve standarda uygun olarak, stabilite kabulleri ile uyumlu olarak elde edilen grafikler bazı boru malzemeleri için çıkarılmıĢtır ve geçerli malzeme dıĢında boyutlardan bağımsızdır. Deneylerde deneme süresi önemlidir. En yaygın olan PVC-U, YYPE ve PP borular için bu denemeler 30 yıldan fazla sürdürülmektedir. Planlanan kullanım süresi için, borunun çalıĢma sıcaklığı, emniyet katsayısı, borunun çalıĢma basıncı Ģeklinde sıralanan durumların belirlenmesi önemlidir (Ant ve Claus 1997).

Genellikle uzun dönemli uygulamalar için basınçlı polietilen borularda çatlak baĢlama ve yavaĢ çatlak ilerleme hasar mekanizmaları kabul görmektedir.

a)

21

Malzemelerin uzun dönemli hasar davranıĢlarının ( özellikle yavaĢ çatlak ilerlemesi ) bilgisi ömür ve güvenlik değerlendirilmesi için gerekmektedir ( Lang RW.ve diğerleri 1997, Gaube E, ve diğerleri 1985 ,Ifwarson M. Kunststoffe 1989 Barker MB ve diğerleri 1983, Brömstrup H. Essen 2004 Brown N. ve diğerleri 1991-1993 ). Ömürlerinin tahmin edilmesi ve uzun dönem davranıĢlarının belirlenmesi için standart metot, boru numunelerinin iç basınç testlerine ve bunların EN ISO 9080:2003 standardına göre ekstrapolasyon edilmesine dayanmaktadır ( Janson LE 1999 ). Artan sıcaklık ve gerilme çatlak sıvısının etkisi yüzünden bu testlerdeki hasar zamanlarındaki azalma kayıtlara geçirilmiĢtir. Ham malzemedeki gerekli iyileĢtirmeler boru malzemelerinde çatlak direncinin artmasına yol açmaktadır. Özellikle kısa zincirli dallanmalarındaki ve bimodal moleküler kütle dağılımlarındaki kontrollü uygulamalar, PE 100 sınıfı borular için belirlenmiĢ 10 MPa ve üzeri gerekli minimum dayanımlı ( MRS ) malzemeler için sonuçlandırılmıĢtır ( Brown N. ve diğerleri 1992, Pinter G. ve diğerleri 2004 ).

Test sürelerini azaltmak için bir olasılık olarak, değiĢken yükler altında çatlak testleri ve veri değerlendirilmesi içinde kırılma mekaniği kavramları kullanılmaktadır ( Barker MB. Ve diğerleri 1983, Parsons M. ve diğerleri 2000 ). Dahası, uygun numune geometrileri seçimi test zamanını etkilerken ve özellikle kırık yuvarlak bar ( CRB ) test numunelerinde gerçek boruların çalıĢma sıcaklıklarına çok yakın sıcaklıklarda olan 23 o_{C sıcaklıklarda ve gerilme çatlak sıvısı olmadan bile ümit} verici sonuçlar gözlemlenmektedir ( Pinter G. ve diğerleri 2006-2007 ).

Kısa süreli iç basınç deneyleri genelde uygulamada regresyon eğrileri olarak bilinen: çevresel gerilmenin ( σ ) ve hasara karĢı sürenin ( tr ) logaritmik olarak çizildiği grafikler kullanılarak değerlendirilmektedir. Her bir durum içinde yukarıda belirtilen hasar modları sonuçları negatif eğimli olacak Ģekilde doğrusal olmaktadır. Süneklikten gevrekliğe geçiĢ sıcaklığı ( σc ) verilen formülasyonun bir karakteristiğidir ve bu oda sıcaklığında yapılan testlerle kolayca gözlenebilecek bir durum değildir. Bunun belirlenebilmesi için daha yüksek sıcaklıklardaki deney

22

sonuçlarının ekstrapolasyonu gerekmektedir. Malzemeleri (boru Ģeklinde üretilmiĢ) sınıflandırmak için kullanılan ISO 9080 numaralı standardına göre, kısa süreli iç basınç deneyleri aynı zamanda tesisatlar için “gerekli minimum dayanım” ( MRS ) ömrünün 50 yıl olduğunu belirlemek için kullanılmaktadır. Örneğin, ISO 12162 numaralı standardına göre, 50 yıllık değerleri kısa süreli iç basınç deneylerinde 8 ile 10 MPa olarak tahmin edilen YYPE‟nin gerekli minimum dayanımı 8.0 MPa dır ve buna göre PE80 borular dizayn edilmektedir.

ġekil 2.4:YYPE nin kısa süreli iç basınç deneylerindeki tipik bir regresyon eğrisi

Analiz sonuçları bu YYPE reçinenin kırılganlıktan sünekliğe geçiĢ durumunun dolgu maddelerine duyarlı, ama matriste makromoleküllerin tercih edilen hareket yönünün ve etkstrüde edilen borunun proses koĢulları kadar etkili değildir (Fabiano Moreno

23