Композиционные трубы
Первые полимерные трубы появились в середине ХХ века. Сегодня промышленность предлагает уже широкий выбор полимерных труб. При правильном монтаже их долговечность в несколько раз выше, чем у стальных. Доказательством этого может служить успешная эксплуатация и по сей день трубопроводов из полимерных труб, смонтированных в 50-е годы. Высокая долговечность компенсирует повышенную стоимость.
Полимерные трубы заслужено завоевали популярность у строителей благодаря следующим положительным свойствам:
· они не подвержены коррозии;
· санитарно-гигиенические показатели полимерных труб выше чем у стальных;
· полимерные трубы характеризуются небольшой массой;
· пропускная способность полимерных труб за счёт гладкости труб и отсутствия обрастания значительно выше, чем у стальных и чугунных при равном диаметре;
· полимерные трубы бесшумны при любой скорости потока.
Полимерные трубы поступают на стройку в виде бухт и легко нарезаются на требуемые размеры. Соединение труб осуществляется низкотемпературной сваркой, склейкой и при помощи специальных муфт. Масса полимерных труб в 5…10 раз ниже чем у стальных при равном внутреннем диаметре.
К недостаткам полимерных труб относятся:
· зависимость их прочности (предельного рабочего давления) и долговечности от температуры (см. табл. 1);
· невысокие предельные рабочие температуры (как правило, не выше 950С);
· высокий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) (примерно в 10 раз выше, чем у металлов);
· горючесть труб (к трудносгораемым относится только поливинилхлорид).
Для изготовления полимерных труб в настоящее время в основном используют сшитый полиэтилен (РЕ-Х), полипропилен (РР), поливинилхлорид (PVC), хлорированный поливинилхлорид (СPVC) и полибутен (РВ).
Сшитый полиэтилен (РЕ-Х) получают из обычного полиэтилена высокой плотности (PEHD) путём сшивки его линейных молекул с помощью пероксидов (РЕ-Ха), органсилоксанов (РЕ-Хb) или ионизирующего излучения (РЕ-Хс).
Таблица 12. Зависимость долговечности труб из РЕ-Х от температуры и давления
| Температура, 0С | Срок службы, лет | ||||
| при рабочем давлении, МПа | |||||
| 1,37 | 1,33 | 1,32 | 1,31 | 1,25 | |
| 1,10 | 1,08 | 1,07 | 1,06 | 1,04 | |
| 0,87 | 0,84 | 0,83 | 0,81 | 0,80 | |
| 0,65 | 0,64 | 0,63 | 0,63 | - | |
| 0,57 | 0,55 | 0,54 | - | - |
Примечание: зависимость долговечности труб из РЕ-Х приведена для труб типа PN-12,5 (12,5 – номинальное давление в кгс/см2) фирмы “Бир Пекс”.
Сшитый полиэтилен, сохранив все преимущества обычного полиэтилен, приобрёл существенно большую прочность и теплостойкость: верхний предел рабочей температуры, при которой РЕ-Х способен длительно работать – плюс 950С.
Трубы из сшитого полиэтилена выпускают на различные номинальные давления PN- от 0,8 до 2,5 МПа и наружным диаметром от 10 до 110 мм. Масса одного погонного метра трубы диаметром 20 мм составляет 010…0,15 кг в зависимости от номинального давления.
У сшитого полиэтилена стойкость УФ-излучению выше чем у обычного. Трубы из РЕ-Х целесообразно использовать для горячего и холодного водоснабжения, центрального отопления и напольных отопительных систем.
Трубы из сшитого полиэтилена составляют в настоящее время более половины от общего выпуска полимерных труб. В Росси такие трубы производятся фирмой “Бир Пекс” в г. Саратове. Производительность предприятия – до 7 тыс. км труб в год.
Полипропилен (РР) по использованию в производстве труб занимает второе место вслед за трубами из сшитого полиэтилена. Он менее теплостоек, чем сшитый полиэтилен, поэтому его не рекомендуется использовать в системах отопления и горячего водоснабжения. Недостатком полипропиленовых труб является недолговечность соединительного узла подключения к металлическим трубам (из-за значительной разницы ТКЛР полипропилена и металлов со временем приводит к нарушению герметичности стыка). Кроме того, в отличие полиэтиленовых труб, которые поставляются в бухтах, более жесткие полипропиленовые выпускаются только в виде мерных отрезков до 4 м длиной, что менее удобно при транспортировке и монтаже.
Трубы повышенной теплостойкости получают используя сополимер полипропилена “Рандом”.
Поливинилхлорид (PVC) – широко используемый в строительстве полимер, в производстве полимерных труб идет вслед за полиэтиленом и полипропиленом. Обычно он используется в непластифицированном виде (жёсткий ПВХ – “винипласт”). Недостаток винипластовых труб – низкая теплостойкость (до 750С). С целью повышения теплостойкости его модифицируют дополнительным хлорирование (CPVC), доводя содержание хлора до 60-65% с обычного – 57%. Высокое содержание хлора в ПВХ вызывает настороженность экологов и ограничивает применение PVC и CPVC труб для водоснабжения. Основные показатели этих полимеров приведены в табл. 2.
Таблица 13. Свойства полимерных труб
| Свойства | Единица измерения | Сшитый полиэтилен (РЕ-Х) | Поливинил-хлорид (PVC) | Хлорированный поливинилхлорид (СPVC) | Полипропилен (РР) |
| Плотность | г/см3 | 0,93…0,95 | 1,4 | 1,5…1,6 | 0,93 |
| ТКЛР | мм/(м К) | 0,12…0,14 | 0,06 | 0,062 | 0,12 |
| Удлинение при разрыве | % | 200…500 | 5…10 | - | |
| Модуль упругости | МПа | 550…800 | до 4000 | до 3000 | |
| Теплопроводность | Вт/(м К) | 0,40…0,41 | 0,13…0,15 | 0,16 | 0,15…0,20 |
| Рабочая температура | 0С | - | |||
| Рабочее давление | МПа | 0,85 | - | 0,47 | 0,6 |
Положительным свойством поливинилхлорида является его пониженная горючесть и повышенная химическая стойкость по сравнению с другими полимерами. Он также менее чувствителен к УФ-излучению. Поэтому основные области применения ПВХ труб – это водосточные системы, канализация и т.п.
Полибутен (РВ) [-CH2-CH(C2H5)-] – аналогичен по свойствам полипропилену “Рандом”, но в отличие от него более гибок. Он перспективен для устройства систем “тёплый пол”.
Поливинилиденфторид (HVDF) стал применяться для изготовления труб более 15 лет назад. Этот полимер отличается высокой химической стойкостью. Диапазон рабочих температур у труб из HVDF очень широк – от -40 до +1400С (причём при +1400С допускается рабочее давление до 0,4 МПа). Трубы из ПВДФ стойки к УФ-излучению, поэтому системы из них можно прокладывать под открытым небом.
Наше время – время увлечения композиционными материалами, к числу которых относится: металлополимер, стеклопластик, углепластик и т.п. Металлополимерные трубы представляют собой многослойную конструкцию, состоящую из тонкой алюминиевой трубы (толщина стенки 0,5…2,0 мм), снаружи и изнутри покрытой слоем сшитого полиэтилена (РЕ-Х). Полиэтилен зафиксирован на алюминиевой подложке клеем. Схема строения конструкции металлополимерной трубы приведена на рис.1
Рис.30 Строение конструкции металлополимерной трубы
1,5 – слой полиэтилена РЕ-Х; 2,4 - клеевой слой; 3 – металлическая (алюминиевая, стальная или латунная) трубка
Такая слоистая конструкция трубы обеспечивает её надежность и долговечность (50 лет и более), приэтом каждый элемент выполняет определённую функцию.
Металлический (алюминиевый) сердечник:
· гарантирует защиту от диффузии кислорода и, соответственно, от коррозии металлических частей в системе;
· обеспечивает малый ТКЛР – для алюминия 0,024…0,026 мм/(м К);
· гарантирует длительную прочность при повышенных температурах.
Слои из сшитого полиэтилена:
· обеспечивают гладкость внутренней поверхности трубы и защищают её от обрастания;
· предохраняют металлический (алюминиевый) сердечник от образования гальванических пар с другими металлическими (латунными, медными или стальными) элементами сети;
· снижают теплопроводность трубы (не более 0,45 Вт/(м К)), что предохраняет её от запотевания;
· обеспечивают декоративность и чистоту наружной поверхности трубы.
Металлополимерные трубы выпускаются с наружным диаметром от 16 до 63 мм. Они поставляются свёрнутыми в бухты длиной от 20 до 50 м. Металлополимерные трубы лpravo.php-n=1&id=103007.htm">Опубликованный материал нарушает авторские права?.