PLASTY

Plasty to je fenomén naší doby. Veřejnost je vnímá často značně polárně. Sever proti jihu. Od Ráthobijce Macka, který by se, jak sám tvrdí, nenapil z PET láhve, přes jedince, kteří v týchž láhvích dopravují od výčepu „Za rohem“ natočené pivo, a nikterak se jim po kameninovém džbánku nestýská. Od polymerových pozitivistů, kteří neváhají i pod i Štědrovečerní večeři instalovat „viksvajlantový“ ubrus a plastový mají i tah u hodinek, po zapřisáhlé ekologisty, kteří jsou sto veřejně deklarovat, že plasty jsou pohromou životního prostředí a negují vše, co je očividně z plastů jako zátěž přírody.

A kde je pravda? Je to vlastně dost jednoduché, bez plastů by již dlouho do minulosti současná civilizace prostě nefungovala. Zatímco ještě před druhou světovou válkou plastové výrobky byla často náhražkou originálu (Kunstoffe=umělá hmota,germ.), netrvalo dlouho a jejich často výjimečné vlastnosti posunuly užitnou hodnotu výrobků z těchto polotovarů do sféry, kam je již klasické materiály nemohly následovat. Plasty nám umožnily takový technologický posun, že urychlily v mnoha oborech lidské činnosti pokrok naprosto nevídaným tempem. Vlastně jsou hlavním historickým signem, které charakterizuje minulé a současné století a s výjimkou nano- a biotechnologií již těžko můžeme očekávat tak zásadní zdroj konstrukčních materiálů pro nejrůznější aplikace výrobků konzumní i speciální spotřeby. Civilizace prošla fází kamennou, bronzovou, železnou. Nyní panuje doba plastová a na změnu to nevypadá. V současné době je ve světovém měřítku nejméně každý 2/3 až ¾ výrobků na bázi plastů.

Pro úplnost dodejme, že plasty jsou pouze částí koláče, který je souhrnně nazýván „polymery“. Do téhož koláče patří ještě další důležitá skupina – kaučuky. Ty se ale nedají svařovat (mají sesítěnou strukturu) a tak jsou pro naši firmu doplňkovým konstrukčním materiálem (těsnění apod.).

Častou chybou je při popisování užitných vlastností plastů zdůrazňování jejich údajné nekonečné životnosti. Takové deklarace jsou ovšem zcela zásadním nepochopením jejich fyzikálně chemické podstaty. Plasty totiž vždy stárnou. Ve srovnání s kvalitní ocelí, či jinou kovovou slitinou, či s mnoha jinými anorganickými materiály, které „drží pohromadě“ např. kovovými vazbami mezi jejich atomy, je soudržnost atomů v polymerech zajištěna zejména vazbou chemickou, či polárními vazbami jako iontovou či Van Der Walsovou silou. Chemická vazba je přitom jedna z nejpevnějších přírodních sil. Víme dnes, že nejpevnější vlákna současnosti jsou právě fulleronová uhlíková tělesa, z nichž řetězce a vlákna (trubičky), v poměru ke své hmotnosti a rozměru, nemají mezi žádnou kovovou strunou konkurenci. Přestože chemická vazba je značně pevná, její časová stabilita může být snadno narušena chemicky (radikály), nebo energeticky (zářením či ohřevem-tepelným rozkmitáním atomů). Pak se rozpadá a polymerní řetězec degraduje. Je to logické. Jedná se totiž stále o organické materiály na bázi uhlíku, vodíku a jiných prvků, které matka příroda využívá, mimo jiné, na stavbu živočišných a rostlinných „těl“. A tak jako každá buňka i makromolekula polymeru působením mnoha faktorů vykazuje časem poruchy, které vedou k omezení, či ukončení schopnosti plnění užitné funkce. Pokles užitných vlastností výrobku z plastů může být pozvolný, ale je nezvratný. Oproti tomu u moderních kovových slitin se nám procesy stárnutí podařilo již zcela eliminovat. Ocelový nosník v rámci přijatelných provozních podmínek nezestárne ani po tisíciletí. I poté bude mít totožné mechanické a fyzikální vlastnosti. To Vám u plastů slíbit nemůžeme. Mají být však kvůli této své vlastnosti plasty špatné? Ale kdepak. V tomto směru buďme realisty a přiznejme si, že po 50-ti letech je skoro vždy morální zastarání výrobku tak značné, že je stejně třeba jeho zásadní obměna, či spíše výměna. Zejména při tak překotném vývoji a konzumní formě společenské poptávky, který v posledních desetiletích v naší západní civilizaci propagujeme.

Dobře tedy a škodí tedy plasty životnímu prostředí? Inu jistěže trochu ano. Atmosféru výrazně zamořují ostatně metanem i výkaly hospodářských zvířat a při spalování biomasy vzniká rovněž oxid uhličitý a velká spousta prašného popílku. Při výrobě plastů dnes samozřejmě spotřebováváme neobnovitelné zdroje jako třeba ropu a uhlí. Ovšem je to stále lepší (použít ropu jako polymerový kokteil), než tyto suroviny pálit přímo v motorech či kotlích. A je to stále environmentálně lepší, než dělat trubky ze slitin železa, neboť na polyetylenovou trubku spotřebujeme nejméně 30-ti násobně méně energie, než na srovnatelnou trubku ocelovou. Recyklovat po ukončení používání ji umíme rovněž, a i když už z ní nic nevyprodukujeme (100% recyklát je u polymerů problematický konstrukční materiál), ještě stále ji můžeme spálit a její chemickou energii přeměnit v teplo. A z čeho vyrobíme polymery, až dojde ropa? Němci se naučili vyrábět za války polymery z uhlí (jednouhlíkové technologie). Jestli nám nezbyde ani to uhlí, pak už budeme muset používat plně obnovitelné zdroje na bázi biomasy a rostlinných olejů. Ale to je doufáme ještě hodně daleko.

Takže tolik stručný exkurs k podstatě těchto konstrukčním materiálů. Naše firma z plastů konstruuje převážně liniové stavby typu – vodovody a kanalizace.

Jako mimořádně vhodný materiál pro tyto stavby, doposud ne plně doceněný, se jeví lineární vysokohustotní polyetylen. Jeho v mnohém ideální vlastnosti v průniku s příznivou kilogramovou cenou jej vysoce povyšují nad ostatní běžné polymery. Čím to je konkrétně? Například se jedná o materiál, při jehož výrobě se nepoužívají těžké kovy a halové prvky (zejména chlor a fluor). Je snadno opracovatelný, vyjímečně dobře svařitelný (dlouhodobý svařovací faktor 0,8-0,9 dle použité technologie), při dnešní dostatečné pevnosti pak i díky nízkému modulu pružnosti dostatečně elastický a tvárný. U dnešních PE není problém v definovaném režimu zatěžování (podkročené dovolené srovnávací napětí ve stěně trubky, chemická neutralita média, rozumná teplota média, montáž s absencí lokálních koncentrací pnutí- např.kámen pod trubkou) dosáhnout 100 leté životnosti inženýrských sítí. Tento posun ve spolehlivosti PE je dán zejména masovým nasazením tzv. PE100, bimodálního typu (řízená distribuce délek polymerových makromolekul s potlačením řetězců středních délek a upřednostněním krátkých a dlouhých řetězců). Označení PE100 vyjadřuje pevnost polyetylenu v tahu (R=10,0MPa). Ovšem nikoliv hned po výrobě granulátu, ale až po 50-ti letém provozu trubky (desky) při dovoleném zatížení. Ve skutečnosti má PE100 okamžitou pevnost po výrobě až dvojnásobnou. Tím že odborníci umí na základě mnohaletých měření a pozorování aproximovat chování v průběhu zatěžování a zejména umí definovat bod zlomu termomechanických zatěžovacích charakteristik, kdy se houževnatost mění v křehkost, přesně určíme, jaká je najzašší možná časová hranice nasazení plastu provozu. Dodejme, že v zemi nám trubky při teplotě cca 10°C stárnou na vodě, kanalizaci a zemním plynu (chemicky umenšující faktor nehrozí) velmi-velmi pomalu. Posoudíme-li k tomu jejich pořizovací cenu, montážní vlastnosti, necitlivost k elektrochemické korozi v důsledku bludných proudů, zlomkové náklady na mzdy a přesuny hmot, atd. ,je PE100 často velmi racionální volbou, která přinese částečnou úsporu investic. Ideální je pak superpozice úspory jak použitím PE, tak prostřednictvím některé speciální technologie uložení PE trub do trasy. Jedná se o například o bezvýkopové technologie pro nové trasy (protlaky, podvrty,pluhování), nebo Relining starých potrubí (vtažení kruhového či vhodně předdeformovaného potrubí z PE, bez porušení původního potrubí či s roztrháním původního potrubí - metoda Rebursting a jiné moderní metody výstavby). Navíc se konstrukce trub neustále vyvíjí a zdokonaluje. Pro zmíněné bezvýkopové technologie (nebo pro otevřený výkop a zásyp bez pískování vytěženým materiálem) jsou kupříkladu mimořádně vhodné trubky ze sesítěného polyetylenu PEX, nebo trubky opláštěné buď oddělitelným plastem (nejčastěji tvrdý PP), či pozůstávající ze dvou vrstev materiálu v rámci jedné homogenní stěny (materiály jsou spolu vytlačeny z trubní matrice koextruzí a dojde k jejich propojení na molekulární úrovni – svaření).Tyto vícevrstvé trubky mají mimořádnou odolnost proti otlaku kamenů, vrypům, vzniku a šíření trhlin. Někteří výrobci trub ještě umí vpravit mezi jádrovou trubku a plášť hliníkovou fólii (tedy trubky 3vrstvá). Takové potrubí může garantovat dopravu nekontaminovaného média i v problematických lokalitách Braunfieldů či přehnojených polí.

Takže neváhejte a potřebujete-li zkomunikovat (doložit reference) starostu či projektanta, zavolejte a zvolíme vhodný způsob projednání záměny materiálu z litiny (kterou Vám někdo vnucuje) na PE.

Jediný racionální způsob spojování polyetylenových trub je svařování. Svařujeme je metodami na tupo a elektrotvarovkou. Úplně od věci není ani svařování polyfuzní (zejména nízkohustotní polyetylen PELD spojky,kolena, T kusy, redukce….ale i vysokohustotní polyetylen PEHD zejména v případech atypických odboček trub rozdílných průměrů, či výtoky a nátoky nádrží).

Spojování nových PEHD trub mechanickými spojkami je zhovadilost. Přesto nejsou tyto případy tak řídké, jak by se zdálo. K dispozici sice máme dnes svěrné spojky (lepší než plastový svěrný prsten je mosazný) od celé řady výrobců, ale svar je svar. Tomu tedy věřte. Mechanickým spojem na PE potrubí je však i přírubový spoj. Praktikuje se prostřednictvím přivařeného lemového nákružku s točivou přírubou. Pro dlouhodobou bezzávadovost takového spoje je však nutná aplikace těsnění s integrovanou výztuhou a tzv. vnitřním O kroužkem. Použitím běžného plochého „gumového“ těsnění po čase díky studenému creepu materiálu lemového nákružku a případně i „natažení“ měkkých šroubů (vhodná je pevnostní třída min.6.6, lépe 8.8) dojde vždy k rozvolnění spoje přírub a ztrátě těsnosti. Takže mechanickým spojům je potřeba věnovat maximální pozornost s tím, že záruku těsnosti do budoucna vůbec neskýtá např. metoda utažení přírubových šroubů „ na krev“. Takže pozor! Dodnes se vodárnám na netěsných vodovodech ztrácí až polovina vyrobené pitné vody.

Jaké je správné svařování na tupo? Jako u každé moderní technologie se u tohoto svařování záruka úspěchu odvíjí od způsobu garance dodržování svařovacích parametrů (teplota,tlak,čas). Tato garance jakosti je dána buď kvalifikací svářeče a svářečského dozoru, nebo těmito hodnotami s doplňkovou možností kontroly a regulace svařovacího procesu pomocí NC svářečky. Proč říkáme doplňkovou, když např. v plynárenství je dokumentační zařízení u svářečky vyžadováno striktně? Inu jako většinu technických zázraků lze i „protokolovač“ ošidit, svary vyrobit např. na dílně a protokol o svařování pak vytisknout dodatečně s antedatací. Nu a pak také samozřejmě ani plně NC svářečka bez důkladné znalosti svařovacího procesu není sama o sobě zárukou kvalitního svaru. Hloupá obsluha se zněčištěným topným zrcadlem spáchá i s takovou svářečkou špatný svar. Nebo si někdo myslí, že NC svářečka pozná zda je ve svaru zavařená tráva či hoblina z orovnané trubky. Určitě ne.Kvalitu svaru limituje tedy klíčovým podílem kvalifikovaný a zkušený svářeč. Na výsledku se pochopitelně spolupodepisují také výrobci trub ( nejlevnější trubky nemusí být vždy výhodnou volbou) a technický stav svařovacího zařízení, kterýžto musí umožnit zajištění tabulkových svařovacích parametrů mezi spodní a horní limitou (svařovací okno) požadované tabulkové hodnoty základních (teplota, tlak a čas) i doplňujících (geometrie svarových ploch, odstranění oxidační vrstvy, odmaštění a čistota svařovacích ploch,….) svařovacích parametrů. Dále důležité je i trvání odstupu zahájení zatěžování i velikost tohoto zatěžování od ukončení svařování. Čím kratší doba uplyne mezi svařením a např. vtažením trubky do podvrtu, tím větší je riziko porušení svaru. I když obecně vzato, riziko přetržení kvalitně provedeného tupého svaru při montáži či pozdějším provozním zatížení, tak to je tedy opravdu velmi malé. Přesto se může stát, že u extrémně namáhaných spojů či spojů špatně zhotovených ( nečistoty, nedodržení svařovacích parametrů), špatná trubka, špatné klimatické okolní podmínky svařování, tak k lomu dojde. Plasty si navíc také pamatují (Minerovo pravidlo), co jsme jim v jejich historii jejich provozu „spáchali“ a při extrémním zatěžování stárnou prostě rychleji.

Výhody tupého svařování jsou především možnost svaření spoje bez tvarovky. Máme-li svářečku s natáčecími čelistmi, můžeme si vyrobit i segmentová kolena a dokonce stejné T kusy. Kromě výrobců trub je na trhu od jiných výrobců i velký sortiment tvarovek pro svaření na tupo. Je zajímavé, že většina výrobců trub nevyrábí tvarovky a naopak. O vzájemnou svařitelnost komponent se netřeba strachovat. Měl by ji samozřejmě posoudit odborník (vyšší svářečský personál na plasty), neboť svařitelnost od Šumavy k Tatrám neexistuje. Je to o třídě indexu toku taveniny obou svařovaných materiálů. Cena tvarovek pro tupé svařování je oproti elektrotavrovkám zhruba poloviční.

Nevýhody svařování na tupo. Je to především vnitřní výronek, který způsobuje místní turbulenci a drobnou tlakovou ztrátu. Je sice malá, ale sčítá se a občas překáží tak, že se výronek musí průběžně odstraňovat, což je pracné, komplikované (vnitřní seřezávač není zcela běžným přípravkem) a svar to prodražuje. Někdy překáží i vnější výronek (zasouvání svařence trubky vnitřní do svařence chráničky vnější) a musí se odříznout. Zvenku to jde pochopitelně lépe, zejména ještě za tepla. Výronky neplní pevnostní funkci. Jejich odříznutím nesnížíme nikterak nosný průřez. Jistou nevýhodou je při svařování na tupo značný soubor komponent svařovací sestavy. Zejména u svářeček pro větší dimenze trub je to pro svařovací četu občas pěkná rozcvička.

Svařování elektrotvarovkou. Jedná se o trubní komponentu umožňující spoj trub, redukci průměru, změnu směru, rozbočení, přechod na závit. Potřebujeme k tomu svářečku pro univerzální elektrotvarovky. Ta vždy obsahuje počítač s předprogramovanými sekvencemi svařovacích procesů všech běžných tvarovek. Spouštění svařovacího procesu odstartuje svářeč po načtení parametrů tvarovky optickým perem přes čarový kód. Svářečka překontroluje správnost načtených dat se skutečným ohmickým odporem připojené tvarovky a zahájí svařování. Po několika desítkách sekund je hotovo, ovšem se zatěžováním je nutné vyčkat po uplynutí předepsané lhůty. Tvarovka má přitom celou dobu zůstat fixovaná v pozičním přípravku, který jistí spoj osově i proti vysunutí.

Nevýhodou svařování elektrotvarovkami je jejich nezanedbatelná cena. Také svařenec (řad) provedený elektrotvarovkami lze jen za velmi omezených podmínek pokládat bezvýkopovou pokládkou. Všeobecným nešvarem firem svařujících plasty elektrotvarovkami je pak absence doplňujících pomůcek a nářadí (fixační přípravky, loupačky, zakružovadla, odvíječky, řezačky a řezáky, atp.).