Характеристика полимерных материалов
Развивающееся индивидуальное строительство вызвало к жизни применение новых материалов и технологий. Разумеется, в современном доме предполагается наличие необходимого уровня комфорта, в значительной степени определяемого правильно организованным холодным и горячем водоснабжением и автоматизированной системой отопления.
В России для внутренних трубопроводных систем холодного и горячего водоснабжения и отопления до последнего времени в основном применялись стальные трубы и только для гибких подводок к приборам использовались полиэтилен и сплавы меди. Однако многолетний опыт эксплуатации показал, что стальные трубы подвержены коррозии, срок их эксплуатации невелик - 10-15 лет, продукты коррозии ухудшают качество воды и засоряют внутреннюю полость труб, уменьшая их пропускную способность и ухудшая работу арматуры и устройств системы автоматического регулирования. В этой связи необходим поиск альтернативных решений, обеспечивающих работу трубопроводов в процессе эксплуатации без коррозийных разрушений, хотя накопленные десятилетиями традиции затрудняют применение новых решений и требуются значительные усилия для обучения проектировщиков, строителей и эксплуатационников применению новых материалов и технологий.
Быстрое проникновение на рынок современных строительных технологий не могло не коснуться и инженерного оборудования зданий. Сегодня не нужно убеждать проектировщика, строителя или монтажника в преимуществах применения современных полимерных трубопроводов. Сравнительно короткий срок эксплуатации, засоры и зарастания, усложненная технология монтажа и неэстетичный внешний вид внутреннего оборудования систем отопления и водоснабжения из стали явились причиной повсеместного перехода на новые инженерные системы.
Однако открытость и доступность современных достижений в рассматриваемой области часто вводит в заблуждение специалистов сантехников многообразием материалов, технологий и предложений. Как сориентироваться в этом изобилии? Ведь освоение какой-то технологии требует времени и определенных затрат. Неудачный же выбор может привести к потере не только времени и вложенных средств, но и авторитета проектной или монтажной фирмы и в конечном счете к потере заказчика.
Таблица. Материалы для пластмассовых трубопроводов
Физические же свойства и способы соединений труб, выполненных из этих материалов, очень различаются.
Трубы из сшитого полиэтилена PEX
Одним из наиболее распространенных материалов является сшитый полиэтилен.
Эта технология начала распространяться около тридцати лет назад. У труб из этого материала, по сравнению почти со всеми термопластами, более высокие показатели ударной вязкости при низких температурах, стойкости к медленному и быстрому распространению трещин, химической стойкости, минимальной длительной прочности. В качестве сырья для производства труб систем горячего водоснабжения обычно используется полиэтилен высокой плотности (PEHD), в котором тем или иным способом создана трехмерная сетчатая структура (cross-linked). Такой материал имеет повышенную плотность, причем основная черта его внутренней структуры – сильная молекулярная связь между полимерными цепочками. Ее добиваются, вводя в исходное сырье cшивающие добавки – пероксиды (РЕ-Ха), силаны (РЕ-Хb) – или «прошивая» исходное сырье электронами (РЕ-Хс), выбивающими из полимерных цепочек атомы водорода с образованием трехмерных связей. Именно это значительно повышает тепловую стабильность материала, обеспечивая эксплуатацию труб в отопительных системах. Степень или плотность сшивки, измеряемая в процентах, показывает долю связей между молекулами полиэтилена. Рекомендуемое значение этого показателя (в зависимости от типа сшивки) – 65–80 %. Оно определяется экспериментально в соответствии со стандартной методикой. Различие в процессах cross-linked приводит к различиям и в термомеханических свойствах. В общем случае более высокая плотность сетчатой структуры, повышая прочность, одновременно увеличивает жесткость материала, делая трубы менее эластичными. В настоящее время можно отметить уверенное наступление на рынках РЕ-Хb, имеющего две разновидности – monosil и sioplas.
Причем в области ЖКХ лидирует вторая
технология, основанная на имплантации
винилсилана с пероксидом в полиэтилен
и использовании каучука-катализатора
(при monosil-технологии винилсилан вводится
в полиэтилен при экструзии). Труба из
этого заранее подготовленного материала
сшивается в паровой бане, сохраняя один
из основных параметров полимера –
кристалличность. Скорость операции
определяется диффузией влаги внутрь
материала. Технология позволяет также
производить сшивку уже смонтированных
и сваренных трубопроводов. Однако
промежуток времени между изготовлением
трубы и сшивкой не может превышать
полугода. Технология monosil предполагает
адсорбцию жидкого силана пористым
полимерным носителем и успешно применяется
при производстве большемерных труб
(внешний диаметр более 63 мм). Максимальную
долю сшивки определяют количество
винилсилана и время выдержки в паровой
бане.
При радиационной технологии, в целом
более дорогой, сшивка производится в
уже готовом изделии. Добавка каких-либо
веществ не требуется. Возможно получение
трубы большого диаметра с толщиной
стенок и долей сшивки, лимитированных
лишь мощностью излучателя и необходимым
временем облучения.
Существенные недостатки однослойных труб из РЕ-Х – большое (1,6–1,7Ч 10–4 м/К) линейное тепловое расширение и проницаемость для кислорода воздуха. По СНиП 41-01-2003 она не должна превышать 0,1 г/м3•сут.
В Европе спрос на трубы из сшитого полиэтилена оценивается в 218 млн. м, что составляет 53% всех проданных пластмассовых систем труб.
Мировым лидером в производстве труб из сшитого полиэтилена (PEX) является немецкий концернREHAU.
Полипропилен (ПП)
Для производства труб используются три его модификации: гомополимер РР-Н, блок-сополимер РР-В и статистический сополимер пропилена с этиленом РР-R. Вследствие различия их долговременных характеристик РР-Н нашел применение в технологических трубопроводах, РР-В – в канализационных системах, а РР-R, имеющий более высокую долговременную прочность, – в горячем теплоснабжении и отоплении. Однако отопительные системы из полипропилена, десятилетие назад распространенные в Европе, в последнее время сдают позиции системам из труб на основе РЕ-Х. Впрочем, в России они находятся на пике популярности. И для этого есть серьезные основания. К ним, например, можно отнести наличие собственного производства. К числу важнейших достоинств труб из этого материала относят свариваемость, позволяющую получать высоконадежные соединения. У нас в стране это обстоятельство в целом ряде случаев перевешивает недостатки: жесткость, относительно большую скорость распространения трещин, меньшие, чем у сшитого полиэтилена, MRS и рабочие давления. А также линейное тепловое расширение вдвое выше, чем у основного конкурента – труб из металлопластика. Основное преимущество полипропилена в том, что его можно сваривать и соответственно использовать дешевые соединительные детали.
Полипропилен успешно применяется и в системах холодного водоснабжения и канализации, вытесняя ПВХ за счет более высокой химической и тепловой стойкости. Полипропиленовые трубы обладают достаточно большой жесткостью и требуют при монтаже компенсаторов и соединительных деталей.
Номенклатура изделий представлена широким набором соединительных деталей, запорной арматуры и труб. Для внутренних систем холодного и горячего водоснабжения используется наиболее теплостойкая разновидность полипропилена - рандом сополимер (тип 3). Трубы делятся на три вида - для холодной воды (номинальное давление 1 МПа (PN10), для горячей (PN20) и армированные алюминиевой фольгой (PN25) для низкотемпературных систем отопления (до 75 0С). При температуре свыше 75 0С эти преимущества становятся менее заметными по следующим причинам:
Для достижения соответствующего уровня эксплуатационных качеств толщина стенок полипропиленовых труб должна быть больше чем у труб из сшитого полиэтилена, полибутена или хлорированного поливинилхлорида. Использование большого количества материала сводит на нет преимущества в базовой цене полимера.Полипропиленовые трубы имеют меньшую гибкость, чем трубы из сшитого полиэтилена и полибутена, что является недостатком при использовании их для напольного отопления.
Благодаря относительной дешевизне, простоте монтажа и растущей доступности полипропилену в России прогнозируется значительное расширение рынка. Этому способствует и наличие СП 40-101-96 "Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропилена рандом сополимер".
Монтаж труб и соединительных деталей из полипропилена осуществляется методом контактной термической сварки враструб,что обеспечивает надежность и простоту соединения. Для соединения с металлическими трубами и запорной арматурой применяются специальные комбинированные детали из полипропилена с вкладышами из латуни или бронзы.
Многослойные и металлопластиковые трубы.
Композитные трубы появились на строительном рынке в начале 80-х годов. Однако значительные достижения в технологии их производства определяются тремя факторами:
Возросшее внедрение на рынок пластмассовых систем;
Возможность блокирования проникновения кислорода в пластмассовые системы для отопления;
Основное преимущество многослойных композитных труб в системах водоснабжения и отопления - снижение кислородопроницаемости до нормативной и объединение достоинств пластмассовых и металлических труб в одном материале, который имеет хорошую прочность на разрыв в сочетании с гибкостью и коррозийной стойкостью. Поставка труб производится в бухтах длиной 50-200 м. Режим эксплуатации: давление до 1,0 МПа, температура до 90 0С.
К таковым можно отнести трубы РЕ-Х и РЕ-RT, имеющие слои из этиленвинилового спирта и трубы с кислородным барьером из алюминия на полипропиленовой основе. Их обычно называют металлопластиковыми. Но точнее было бы назвать их композитными, поскольку решения, позволяющие избавиться от основных недостатков полимерных труб, лежат не столько в плоскости армирования металлом, сколько в улучшении и из-
менении их характеристик за счет конструктивных технических решений. Армирующий металл (как правило, алюминий), создавая непроницаемый для кислорода барьер, уменьшает коэффициент линейного расширения (например, для труб внутридомовых отопительных сетей, в зависимости от конструкции и армированного термопласта, – в 3–5 раз). Металлопластиковые трубы бывают трех- и пятислойными. Конструкции этих труб могут различаться.
Снижая линейное тепловое расширение полимера, клеевой слой принимает на себя довольно большое термическое воздействие. Отсюда – повышенные требования к клеевым слоям и качеству обработки поверхности соединяемых материалов.