Металлопластиковые трубы
Несмотря на то, что все полимерные трубы определяются общими техническими и эксплуатационными характеристиками, отдельные виды труб (ПЭ, ПП, ПВХ, ПЭКС и металлопластиковые) также имеют свои особенности. Выделим отличительные черты металлопластиковых труб. Металлопластиковая труба представляет собой пятислойную конструкцию из трех основных и двух связующих слоев. Внутренний слой трубы произведен из сшитого полиэтилена. На поверхность наносится слой специального клея, соединяющий полиэтилен с алюминием. Алюминиевый слой выполнен из специальной фольги толщиной 0,4 мм, со стыковым сварным швом по всей длине. Сварка алюминия встык позволяет получить трубу с идеально круглым сечением. На поверхность алюминия наносится еще один слой специального клея, связывающий алюминий с внешним слоем пластика РЕ-Хс. Вся труба сшита посредством бомбардировки электронами как внутреннего, так и внешнего слоев. Всего имеется три способа сшивания полиэтилена: химический способ пероксидом (РЕ-Хa), химический способ силоном (РЕ-Хb) и физический способ электронным облучением (РЕ-Хс). При этом для достижения одинакового качества процент сшивания пероксидом должен быть 70 %, силаном - 65 %, электронным способом - 60 %. Сшивание полиэтилена представляет собой процесс образования поперечных и продольных связей между длинными молекулами полимера под воздействием интенсивной бомбардировки электронами. При физической сшивке труба из полиэтилена облучается жесткими рентгеновскими лучами. Данный процесс очень производителен, его скорость составляет 80 м/мин. Однако сшивка материала неравномерна по толщине трубы. У наружной поверхности наблюдается самый большой процент сшивки молекул. У внутренней — самый низкий. Соответственно, и свойства в объеме полиэтилена различны. Средний процент сшивки составляет 78%. Полиэтилен получаемый в результате физической сшивки обозначать РEХ-C. Под воздействием ускоренных электронов и вторичного гамма-излучения происходит разрыв химических связей, образование свободных радикалов, которые рекомбинируют создавая поперечные связи между макромолекулами.Производство труб по этому способу разделяется на две самостоятельные, стадии: изготовление труб на обычных трубных линиях и последующая обработка высокими энергиями, главным образом, на ускорителях электронов.Производство труб малых диаметров и соответственно толщин стенок не вызывает технологических трудностей, не снимая при этом проблемы технического, организационного и экономического характера, связанные с создание и эксплуатацией оборудования радиационной сшивки.Увеличение толщины стенок свыше 3-4 мм требует принятия специальных мер. Трубные марки полиэтилена высокой плотности для достижения требуемой степени сшивки требуют облучение дозой порядка 15-20 Мрад. При этом поглощенная доза в 1 Мрад разогревает полиэтилен на 5О С. Избежать перегрева возможно двумя путями: - осуществить многократный прогон трубы через ускоритель, что требует дополнительные затраты на оборудование и снижает производительность процесса;- использовать композиции полиэтилена, содержащие сенсибилизирующие добавки, снижающие требуемую дозу облучение до 10 Мрад, что в свою очередь существенно увеличивает стоимость исходного сырья.Для получения равномерной сшивки трубы, как по толщине, так и по периметру, ускоритель должен иметь специальные развертки пучков электронов. Для труб толщиной стенки 10 мм требуются ускорители с энергией 3 Мев, для 15 мм - 5 Мев при мощности порядка 50-100 квт. Стоимость таких ускорителей достигает 1,5 - 2 млн. долларов США. Нельзя также забывать о необходимости создания дорогостоящей защиты ускорителя от проникающей радиации. При химической сшивке атомы водорода в молекулах полиэтилена замещаются под воздействием химических веществ. Одним из таких веществ является силан. Поэтому такую химическую сшивку называют силановой. Труба из полиэтилена на выходе из экструдера проходит через силановую ванну, процесс сшивки идет от двух поверхностей - наружной и внутренней вглубь стенки трубы. В этом случае у обеих поверхностей наблюдается высокий процент сшивки, а в середине толщины трубы самый маленький.
Средний процент сшивки составляет приблизительно 75%. Такой материал принято обозначать РEХ-B. Сшивание молекул полиэтилена происходит путем прививки к полиэти-лену групп силанольных соединений и последующей обработки водой с обра-зованием силаксановых связей.Существуют два способа производства силанольно сшитых труб:- двух стадийный способ, при котором на первой стадии осуществляется прививка к полиэтилену силанольных соединений (осуществляется на предприятиях, производящих полиэтилен), а на второй стадии, представляющую обычную экструзии, в этот полиэтилен вводится катализатор сшивки;- при одностадийном способе (модификации которого незначительно отличаются друг от друга) в экструдер подаются сразу полиэтилен, силан, активатор прививки и катализатор сшивки. В обоих случаях для производства труб используются стандартных трубные линии на базе одношнековых экструдеров. После экструзии, при которой степень сшивки составляет не более 15%, необходимо производить дополнительную обработку водой при повышенной температуре для достижения степени сшивки, предписанной стандартом. При этом необходимо иметь в виду, что этот процесс достаточно длительный, например, для труб с толщиной стенки 10 мм при температуре 80О С время обработки составляет порядка 12 суток. Второй способ химической сшивки — сшивка азотными радикалами. Полиэтилен, сшитый этим способом, обозначается РEХ-D. Этот способ сейчас практически не применяется из-за низкой технологичности. Третий способ химической сшивки — сшивка пероксидами. Особенности этого способа в том, что полиэтилен и инициатор сшивки — пероксид — предварительно равномерно перемешиваются. Сшивка производится под высоким давлением в расплавленном состоянии. При таком способе достигается высокий процент сшивки равный в среднем 85%. При этом свойства материала одинаковы в каждой точке материала независимо от толщины. Данный полиэтилен принято обозначать РEХ-A. Образование поперечных связей происходит за счет возникновения активных радикалов под воздействием перекиси, вводимой в полиэтилен на стадии приготовления композиции. Применяются два способа производства труб:- со сшивкой полиэтилена в процессе экструзии при течении полимера в формующем инструменте; - со сшивкой полиэтилена после экструзии под воздействием инфракрасного излучения с длинами волн, избирательно воздействующими на перекись и вызывающими ее активацию без существенного нагрева и размягчения полиэтилена.
В обоих случаях для производства используются трубная линия со стандартным набором агрегатов, Отличие заключается в том, что в первом случае используется поршневой экструдер с удлиненным формующим инструментом, а во втором обычный шнековый экструдер, после которого устанавливается нагревательная печь. Изготовленные подобным способом трубы обладают следующими характеристиками. Алюминиевая фольга практически не влияет на эксплуатационные параметры труб - рабочее давление и температуру. Жидкость внутри трубы перемещается не по алюминиевой, а по пластмассовой трубе, и поэтому именно свойства сшитого полиэтилена определяют эксплуатационные параметры. Главная же задача алюминиевой прослойки – создание диффузионного барьера, препятствующего проникновению кислорода из атмосферы внутрь трубы. Другие функции, выполняемые алюминиевой прослойкой, - частичная компенсация теплового расширения полимерной трубы. Так как коэффициент линейного теплового расширения у полимеров в 10-12 раз выше, чем у стали, то при эксплуатации в системах горячего водоснабжения и отопления пластмассовые трубы удлиняются. Однако, этот факт не оказывает серьезного влияния на простоту эксплуатации и монтажа пластмассовых труб. Так, зарубежный опыт строительства полностью исключает открытую прокладку внутренних санитарных систем - трубопроводы прокладываются в специальных коробах и каналах, что обеспечивает удобный доступ к ним, а также скрывает от глаз «изгиб» труб вследствие теплового расширения, который никак не сказывается на их эксплуатационных характеристиках, но кажется неэстетичным при прокладке труб на поверхности стены. Проблема линейного расширения пластмассовых труб в стояках легко решается с помощью специальных компенсаторов. Поэтому функции компенсации линейного удлинения, дополнительно выполняемые алюминиевой фольгой, имеют смысл лишь при открытой прокладке труб в системах отопления, где протяженность трубопроводов достаточно большая. Ну а в системах холодного водоснабжения и в теплых полах (там трубы монолитятся в бетон) компенсация и вовсе бесполезна. Помимо положительных качеств, используемая в конструкции трубы алюминиевая фольга имеет и отрицательные стороны. Прежде всего, чем сложнее конструкция, тем выше вероятность ее выхода из строя. Кроме того, так как коэффициент линейного теплового расширения у «сшитого» полиэтилена и алюминия разный, в процессе эксплуатации различные слои трубы расширяются по-разному. В результате в конструкции возникают значительные напряжения, которые должна компенсировать клеевая прослойка. К сожалению, не все производители полностью выдерживают все требования по соблюдению технологии производства и качеству материалов. Как результат – расслоение труб в процессе эксплуатации. Ну а если говорить о стойкости металлополимерных труб к замораживанию, то здесь их позиции еще более уязвимы. При расширении воды внутри трубы вследствие замерзания происходит деформация алюминиевой фольги и опасность разрыва сварного шва. Химические свойства. Металлопластиковые трубы устойчивы к воздействию различных химических растворов. Сохранение формы. После изгибания металлопластиковые трубы сохраняют нужную форму, что облегчает и ускоряет сборку фитингов и дальнейшую работу с трубой. Устойчивость к износу. Внутренний слой металлопластиковых труб выполнен из высокопрочного сшитого полиэтилена. Это обеспечивает практически полное отсутствие износа даже при высокой скорости потока. Высокая прочность позволяет выполнять трубопроводы водоснабжения с высоким внутренним давлением. Также металлопластиковые трубы устойчивы к многократным, резким перепадам давления и температур. Коэффициент расширения. Благодаря алюминиевому слою коэффициент линейного расширения металлопластиковых труб составляет 0,025 мм/(мЧК). Термостойкость. Позволяет применять трубы для монтажа систем горячего водоснабжения. Электробезопасность. Специальная конструкция фитингов позволяет прервать электрический контакт и поставить заслон на пути преждевременного разрушения системы из-за воздействия электрических полей. Экологичность. Металлопластиковые трубы не имеют противопоказаний для использования в любых типах трубопроводов для питьевой воды. Благодаря тому, что наружный слой трубы тоже является сшитым полиэтиленом или полипропиленом, нет необходимости защищать трубу с наружной стороны от коррозии, а также нет необходимости ее окрашивать. Проанализируем отдельно сравнительные достоинства и недостатки различных видов металлополимерных труб. Положительные стороны производства и применения РЕХ-а: - более надежное достижение равномерности сшивки;
- более высокая степень сшивки (более 80%), РЕХ-с обычно не намного превышает 60%;
- значительно более высокая гибкость, по сравнению с другими видами РЕХ, особенно для труб диаметрами 63-160 мм с большими толщинами стенок;
- относительно низкая стоимость исходного сырья (по сравнению с РЕХ-в);
- наиболее дешевое и простое технологическое оборудование;
- максимальный опыт использования труб (метод сшивки Энгеля был исторически первым, осуществленным более 30 лет назад, а трубы имеют практически подтвержденный срок службы более 25 лет);
- все европейские компании производящие предварительно изолированные трубы для внешних систем ГВС и отопления (UPONOR-WIRSBO, REHAU, BRUGG) используют исключительно РЕХ-а.
Недостатки РЕХ-а носят исключительно технологический характер: - низкая производительность;
- необходимость освоение KNOW-HOW, в первую очередь, связанная со сложным ручным процессом обработки формующего инструмента.
Положительные стороны РЕХ-в. · высокая скорость изготовления труб на этапе экструзии; · стандартные технологические трубные линии, используемые в производстве; · возможность достижения повышенных физико-механических свойств трубы на новых видах материалов (TUX-100). · Недостатки РЕХ-в. - высокая стоимость сырья (вдвое больше РЕХ-а);
- необходимость дополнительного производственного этапа - сшивания труб под воздействием повышенных температур и влаги;
- проблемы при сшивании труб большой толщины (время, равномерность);
- самая низкая гибкость трубы (высокая плотность) - обратная сторона высоких физико-механических показателей;
- гигиенические свойства труб в результате использования силанольных добавок - под вопросом.
Положительные стороны РЕХ-с. - высокая производительность первого этапа производства (экструзия труб);
- стандартные технологические линии, используемые на первом этапе производства;
- невысокая стоимость сырья при процессе без использования сенсибилизирующих добавок.
Недостатки РЕХ-с. - низкая степень сшивки;
- необходимость дополнительного капиталоемкого и ответственного производственного этапа - сшивания трубы облучением;
- проблемы при сшивании труб большой толщины (время, равномерность);
капитальные вложения эффективны только при очень большой производственной программе. |
