книги из ГПНТБ / Дубровкин С.Д. Монтаж санитарно-технических устройств из полимерных материалов

теплостойкостью й Химической стойкостью ис­ пользуют непластифицированный поливинил­ хлорид (винипласт).

Наполнители изменяют те или иные свойства материала в нужном направлении и уменьшают расход связующего.

Используя в нужных соотношениях все эти вещества и ряд добавок специального назначе­ ния, вырабатывают пластмассы необходимых свойств.

Полиэтилен и винипласт являются термо­ пластичными материалами. Размягчаясь при нагревании, они вновь затвердевают при охлаж­ дении, причем многократное нагревание с после­ дующим охлаждением не изменяет существен­ но свойств материала.

Термопласты представляют собой материалы со сложным и разнообразным комплексом физико­ химических и механических свойств. Ввиду не­ большой плотности исходного сырья (полиэтилен

0,92—0,96 г/см3, ПВХ 1,4 г/сж3) изделия из них в 6—14 раз легче металлических, что зна­ чительно удешевляет их транспортирование и монтаж.

Трубы из термопластов обладают высокой устойчивостью в отношении многочисленных хи­ мических сред. В таких трубах исключается электрохимическая коррозия, создающая ряд осложнений при эксплуатации металлических трубопроводов.

Трубы из термопластов имеют гладкую вну­ треннюю поверхность, поэтому потери напора на трение в них примерно на 30% меньше, чем в стальных и чугунных. Они не подвержены зарастанию коррозийными отложениями —их пропускная способность остается постоянной на все время эксплуатации. Многочисленными иссле­

10

дованиями установлено, что пропускная спо­ собность труб из термопластов данного услов­ ного прохода примерно соответствует пропуск­ ной способности стальной трубы следующего большего условного прохода.

Гидравлические удары в пластмассовых тру­ бопроводах значительно ослаблены из-за более низкого модуля упругости материала труб.

Полиэтилен и ПВХ являются хорошими диэ­ лектриками, поэтому такие трубопроводы не могут быть использованы для заземления различ­ ных электрических установок.

Низкая теплопроводность термопластов зна­ чительно снижает конденсат на наружных стен­ ках труб, что создает лучшие гигиенические условия эксплуатации трубопроводов.

Для полиэтилена характерно сохранение элас­ тичных свойств при отрицательных температу­ рах. Это создает значительно меньшую вероят­ ность разрушения трубопровода при замерза­ нии в нем воды. Полиэтиленовые трубы сохра­ няют гибкость при температуре минус 30—60°С. При замерзании в них воды их размеры изме­ няются, при оттаивании льда трубы вновь приоб­ ретают первоначальную форму. В тех случаях, когда потребление воды в зимнее время прекра­ щается, трубопроводы из полиэтиленовых труб, проложенные вне зданий, можно не опорожнять. Сочетание гибкости и достаточной прочности делает полиэтиленовые трубы незаменимыми при прокладке в оползневых и сейсмических районах, в районах горных выработок, где стальные и чугунные трубы обычно разрушаются под влия­ нием деформации грунта.

Возможность производства длинномерных пластмассовых труб (длиной до 250 м), сверну­ тых в бухты, ведет к сокращению количества

11

соединений, что значительно упрощает монтаж и снижает его трудоемкость.

Несмотря на положительные монтажные и эксплуатационные качества трубопроводов из термопластов, последним присущи также и не­ которые специфические отрицательные свойства, без правильного учета которых невозможно обес­ печить должную работоспособность трубопро­ водов.

При монтажных работах и обслуживании во­ допроводно-канализационных систем с трубопро­ водами из ПВХ и полиэтилена прежде всего при­ нимают во внимание значительное тепловое удлинение таких труб. Коэффициент линейного расширения твердого ПВХ приблизительно в 7 раз больше, а полиэтилена в 10—20 раз больше, чем устали.

Прочность и эластичность труб резко изме­ няются в зависимости от температуры. При низ­ ких температурах увеличивается хрупкость труб из ПВХ. Именно поэтому не рекомендуется про­ водить монтаж трубопроводов из ПВХ при отрицательных температурах; если же прихо­ дится отдельные детали монтировать в таких условиях, то стараются избежать каких-либо изгибающих и ударных нагрузок.

В отличие от труб из ПВХ трубы из полиэ­ тилена обладают достаточной морозостойкостью.

Трубы из термопластов резко снижают проч­ ность при надрезке материала. Участки труб, получившие надрезы или глубокие царапины, необходимо исключить, так как в последующем места надрезов могут явиться причиной разру­ шения трубопровода. Большая зависимость проч­ ности труб от температуры заставляет распола­ гать их на определенном расстоянии от труб систем отопления и горячего водоснабжения.

12

Прочность труб из термопластов со временем уменьшается под действием постоянной нагрузки. Для этих труб характерно медленно развиваю­ щееся пластическое течение — ползучесть, при которой изменяются геометрические размеры труб. Ползучесть резко увеличивается с повыше­ нием температуры. Это обстоятельство всегда следует учитывать при прокладке трубопроводов и, в частности, увеличивать число креплений их.

Существенным недостатком труб из термо­ пластов является «старение», которое проявля­ ется в медленно протекающих процессах влагопоглощения, окисления, снижения поверхност­ ной твердости, потемнения и т. д. Как уже от­ мечалось, процесс «старения» замедляют спе­ циальные добавки — стабилизаторы.

При изготовлении полиэтиленовых труб ис­ пользуют сырье с различной вязкостью. Харак­ теристикой вязкости материала является индекс расплава, который определяется количеством выдавливаемого полимера в г за 10 мин с темпера­ турой 190°С через стандартное сопло.

Для'производства труб из ПВП методом экс­ трузии используют марки полимера с индексом

1,1—2 г/10 мин) имеют повышенную хрупкость. На прочность материала труб влияют не только свойства исходного сырья, но также технология получения и переработки полимера. Необходимо иметь в виду, что специфические особенности структуры полимеров обусловливают характер­ ные закономерности их механических свойств, в том числе и их механическую прочность.

Физико-механические свойства основных по­ лимеров представлены в табл. 1.

13

Фасонные части из полиэтилена или ПВХ изготовляют горячим формованием, литьем под давлением, раздувом и т. д.

Горячее формование обычно используют при изготовлении фасонных частей в заготовитель­ ных мастерских или на монтажных заводах. Горячим формованием называется процесс изме­

14

точкой размягчения ПВХ является температура

80°С.

При температуре более 80°С ПВХ переходит в размягченное состояние. С увеличением тем­ пературы снижается прочность этого материала, а до температуры 100°С увеличивается его спо­ собность к растяжению. При температуре свыше 100°С как прочность, так и способность к растя­ жению ПВХ снижаются.

Если сталь приобретает способность хорошо формоваться при температуре свыше 1000°С, то подобное состояние ПВХ наступает при тем­ пературе более 80°С. Однако в отличие от метал­ лов подвергаемый горячему формованию ВПХ сразу же возвращается в исходное состояние, если на него не действуют силы, препятствующие этому стремлению. Силы, обусловливающие воз­ вращение, материала в исходное состояние, не смогут вызвать это возвращение, если ПВХ становится более прочным. Такую повышенную прочность материал приобретает приохлаждении.

«Замораживание» сил наступает при тем­ пературе ниже 80°С. Поэтому точка размягче­ ния, характеризующаяся температурой 80°С, является также и точкой «замерзания» (стеклова­ ния) ПВХ. Поскольку у каждой детали из ПВХ, изготовленной горячим формованием, силы, стре­ мящиеся вернуть деталь к исходной форме, являются как бы замороженными, любое изме­ нение формы, достигнутое нагревом, нестойко. При нагреве прочность материала снова снижает­ ся, и как только эта прочность становится меньше «сил возврата», последние начинают возвращать материал в исходное положение,которое материал имел до формования. Такие превращения с дета­ лями из ПВХ могут происходить неограничен­ ное число раз.

15

Детали, изготовленные горячим формованием при более высоких температурах, имеют боль­ шую температурную устойчивость, чем детали, отформованные при низких температурах. В прак­ тике лучше всего зарекомендовала себя темпе­ ратура формования 130°С. Температуры, пре­ вышающие 145°С, не могут быть рекомендованы для горячего формования, так как при таких высоких температурах ПВХ имеет очень неболь­ шую прочность и относительно невысокую спо­ собность к растяжению.

Относительное удлинение, которое при фор­ мовании является одним из решающих факторов, при температуре формования 130°С у ПВХ составляет 100%. В большинстве случаев этого больше чем достаточно.

При горячем формовании исключительное значение имеет быстрота изготовления деталей. С увеличением скорости деформации увеличи­ вается способность материала к формованию.

Соответствующее внимание надо уделять про­ цессу охлаждения деталей: быстрое охлаждение бывает, как правило, более выгодным.

Говоря о требованиях, предъявляемых к про­ изводству изделий из ПВХ методом горячего формования, в целом можно сделать следующие выводы: при формовании соблюдать температуру 130°С; стремиться работать при больших скорос­ тях; обеспечивать возможно быстрое охлаждение деталей.

Формование изделий из ПВП также осущест­ вляют при температуре 130°С.

Требуемую форму придают деталям при по­ мощи различных оправок, шаблонов или гильз.

Горячим формованием изготовляют ряд дета­ лей, используемых при монтаже напорных и без­ напорных санитарно-технических систем: от-

16

воды; патрубки с гладкими раструбами; патруб­ ки с обычными и компенсационными раструбами, имеющими желобки под резиновые кольца; двух­ раструбные муфты и т. д. При формовании рас­ трубов с желобками на трубах происходит уменьшение толщин стенок последних.

При значительном уменьшении толщин сте­ нок раструбов прочность соединения может сни­ зиться настолько, что возникает необходимость уменьшения давления среды в трубопроводе. Однако такое решение приведет к значительному перерасходу материала, так как сами трубы рас­ считаны на большее давление, чем могут выдер­ жать раструбы.

Для получения раструбов с утолщенной стен­ кой предложен следующий способ (патент 997551, Англия). Вначале изготовляют трубы с нужной толщиной стенки, затем на них формуют рас­ трубы. Как уже отмечалось, основным способом получения труб из полиэтилена или ПВХ явля­ ется метод экструзии. На экструзионных уста­ новках труба, пройдя через калибрующее и охлаждающее устройство, подается на тянущее приспособление. В процессе экструзии поддер­ живается постоянное отношение между скоростью вращения шнека экструдера и скоростью оттяжки трубы. Однако если скорость движения тянущего приспособления уменьшить, оставив при этом скорость вращения шнека прежней, то экстру­ зионная машина будет подавать большее коли­ чество материала, за счет чего толщина стенки трубы увеличится. На рис. 3, а показан участок экструдируемой трубы во время процесса утол­ щения стенки. Утолщение происходит в устрой­ стве, калибрующем наружный диаметр трубы с одновременным предварительным охлажде­

МХ-КЛЯ

устройства попадает в охлаждающую водяную ванну. Изменение скорости тянущего приспо­ собления происходит периодически при помощи

Рис. 3. Схема изготовления труб с утолщенной стенкой

автоматического регулятора, что позволяет получать утолщение отрезка требуемой длины.

Если калибрование трубы производят по внутреннему диаметру, то утолщение может быть получено с наружной стороны.

При формовании раструба на утолщенном участке трубы толщину его стенки получают рав­

18

ной или даже большей, чем номинальная тол­ щина стенки трубы (рис. 3, б).

Весьма производительным способом изго­ товления фасонных частей из полиэтилена и ПВХ, обеспечивающим высокое качество изде­ лий, является способ литья под давлением (рис.4).

Рис. 4. Схема литьевой машины

/ - - б у н к е р ; 2 — цилиндр; 3 — электроэломепты; 4 — литниковый кивал; 5 — прессформа; 6 — сопло; 7 — сердечник; 5 — плунжер; 9 — изделие

Гранулированный полиэтилен засыпают в бун­ кер, а оттуда он поступает в загрузочную камеру. При ходе поршня смесь попадает в цилиндр с электрическими нагревателями, где материал нагревается до необходимой температуры. Внут­ ри цилиндра для улучшения и ускорения прогре­ ва материала имеется обогреваемый сердечник. Расплавленный полимер выдавливается через соп­ ло в предварительно сомкнутую форму. Форма состоит из двух плит, охлаждаемых холодной водой, циркулирующей в высверленных каналах. Плиту, примыкающую к соплу, делают неподвиж­ ной, а другую — подвижной.

В форме температура значительно ниже, поэтому подаваемая масса там быстро охлаж­ дается и ее объем заметно сокращается. Для вос­ полнения материалом свободного пространства