Температура плавления полиэтилена и полипропилена. Отличия и сферы применения полиэтилена и полипропилена
Полиэтиленовые, полипропиленовые, металлопластиковые трубы. Что лучше выбрать?
Ну что, давайте без лишней "воды", по-простому, попробуем разобраться какие типы труб, широко представленных сегодня на рынке оборудования для отопления и водоснабжения, ( , , , , , ,
) при каких условиях эксплуатации надо ставить и стоит ли переплачивать за ?
Пластиковые трубы (вспомните первый пластиковый кухонный сифон, пришедший на смену пудовому и жуткого внешнего вида чугунному) штурмовали коммуникации в наших домах примерно в 80-х, со временем полностью вытеснив стальные и чугунные. Чем привлекали?
Малым весом, низкой ценой, удобством монтажа и обслуживания и абсолютной стойкостью к коррозии. Казалось бы, за многие годы присутствия на рынке России, пластиковые трубы должны были стать привычными для домовладельцев, однако и сейчас многие относятся к ним с недоверием и подозрительностью. Давайте разбираться...
ТРУБЫ ПНД (полиэтилен низкого давления)
Применяются при монтаже водопровода для холодной воды (труба напорная ПНД для питьевой воды), а также используются при монтаже систем напорной канализации. Нельзя применять в системах горячего водоснабжения и отопления.
Полиэтилен низкого (ПНД) и высокого давления (ПВД) в чем отличия?
Если коротко:
ПВД - низкая плотность материала, получаемого при полимеризации этилена при повышенном давлении. Температура плавления - порядка 110°С. Трубы из ПВД обычно предназначены для монтажа безнапорной (самотечной) канализации и как оболочка для прокладки электрических коммуникаций. Из него производится широкий спектр продукции - пакеты и упаковочная пленка, трубы, изоляция электрических кабелей высокого напряжения, баки и канистры, фурнитура для мебели и т.д.
ПНД - отличается более высокой плотностью и лучшими характеристиками прочности по сравнению с ПВД.
Температура плавления - порядка 130°С, что на 20° выше, чем у ПВД. Влаго- и газопроницаемость ПНД в 5 раз ниже, чем у ПВД, он обладает большей химической стойкостью к жирам и маслам. Обычно данный вид труб применяют для наружного монтажа трубопроводов по подаче холодной воды. Трубы ПНД в настоящее время изготавливаются из полимера марки ПЭ-100, пришедшему на смену ПЭ-80. Такие полиэтиленовые трубы можно рекомендовать и для монтажа напорной канализации.
Основное применение труб ПНД - наружняя прокладка для холодного водоснабжения, а полипропиленовых неармированных труб - внутренняя, т.к. трубы ПНД выдерживают более низкие температуры, да и смотрятся они неподходяще для прокладки внутри квартиры. Чаще всего труба выпускается в чёрном цвете и вдоль всей длины имеет синюю полосу, что означает пригодность для использования с холодной водой.
Преимущества полимерных труб ПНД и ПВД:
- имеют долгий срок службы - не менее 50 лет;
- не требуют катодной защиты при укладке в грунт, т.к. не подвержены электрохимической коррозии;
- при равных характеристиках стоимость полиэтиленовых труб ниже, чем стальных;
- внутренний диаметр труб не меняется со временем, т.к. внутренняя поверхность гладкая и на ней не отлагаются накипь и не скапливаются биологические отложения;
- теплопотери и степень образования конденсата на наружной поверхности крайне малы, т.к. пластиковые трубы обладают низкой теплопроводностью;
- трубы ПНД, в случае замерзания жидкости внутри, не лопнут, т.к. диаметр трубы может увеличиваться под напором замерзшей воды на 5–7 % и вернется к прежнему диаметру после оттаивания;
- масса труб в 6 раз ниже веса стальных труб аналогичных диаметра и предельного рабочего давления, что значительно облегчает транспортировку и монтаж;
- высокая стойкость к гидроударам (низкий модуль упругости труб ПНД);
- сварка труб из полиэтилена намного проще, быстрее и дешевле, чем стальных труб, сварные соединения труб ПНД надежны весь период их эксплуатации;
- полиэтиленовые трубы разрешены к использованию в системах, снабжающих питьевой водой, полностью экологически безопасны.
- стойкость к низким температурам от -50°С и ниже.
Минусы труб ПНД и ПВД:
- нельзя использовать в системах отопления и горячего водоснабжения, рабочая температура около 45°С, с кратковременным повышением до 80°С;
- монтаж по специфической технологии;
- менее механически устойчивы по сравнению со стальными и чугунными трубами. срок эксплуатации полимерных труб, уложенных в грунт, зависит от подвижности грунта;
- их эксплуатационные характеристики снижаются под воздействием ультрафиолета (степень стойкости к ультрафиолету зависит от катализаторов, примененных в процессе производства гранул ПНД).
- подвержены растрескиванию под воздействием окружающей среды, однако у высокомолекулярных марок изделий из ПНД этот недостаток отсутствует.
Металлопластиковые трубы (металлополимерные)
Преимущества металлопласта:
- устойчивы к коррозии благодаря пластиковому покрытию,
- химически нейтральны,
- легко обрабатываются, гнуть можно даже руками,
- низкий коэффициент теплового расширения, а это несомненный плюс при монтаже теплого водяного пола - можно не бояться, что трубы при подаче горячей воды разрушатся.
Единственным существенным недостатком металлопластиковых труб является их относительно высокая стоимость, причем на конечную стоимость в основном влияют не сами трубы, а необходимые для монтажа фитинги и специальные инструменты. Однако достоинства металлопластиковых труб с лихвой перекрывают затраты.
Для чего в металлопластиковых трубах используется тонкая алюминиевая трубка или фольга?
Это так называемый "кислородный барьер" - преграда для кислорода, содержащегося в воздухе, чтобы он не попал через пористую структуру пластика трубы в воду (диффузия) и не вызвал коррозию элементов отопления или водоснабжения. К тому же алюминиевая вставка в разы снижает изменение размеров трубы при ее нагреве горячей водой или охлаждении, если прекращена подача горячей воды.
Почему алюминиевая фольга внутри металлопласта, сваренная "встык", лучше, чем сваренная "внахлест"?
Сварка фольги «встык» повышает прочность труб, а также их гибкость и способность к фиксации требуемой формы в отличие от более дешевого способа «внахлест» приблизительно на 15%.
Какие трубы наиболее подвержены изменению размеров при нагреве или охлаждении?
При изменении температуры окружающего воздуха или жидкости на 10°С каждый метр трубы удлинится или укоротится соответственно:
- Pex-Al-Pex (металлопластиковые трубы, сшитый полиэтилен, армированный алюминием) на 0,26 мм.;
- Pex-Evon-Pex (металлопластиковые трубы, сшитый полиэтилен, армированный этиленвиниловым спиртом) на 0,21 мм.;
- PP-Al-PP (полипропилен, армированный алюминием) на 0,3 мм.;
- PE (полиэтилен без армирования) на 1,4 мм.;
- PP (полипропилен без армирования) на 1,5 мм.
- PP (полипропилен, армированный стекловолокном) на 0,15 мм.
Например: 10 метров трубы Pex-Al-Pex при ее нагреве на 50°С удлинится на 0,26х5х10=13мм., а труба PP при тех же условиях на 1,5х5х10=75мм. Отличие больше, чем в 6 раз! Для надежной и долгосрочной трубопровода обязательно учитывайте это температурное расширение, чтобы не допустить его разрушения, особенно это касается систем отопления, горячего водоснабжения и, в меньшей степени, систем теплых полов.
Температурная деформация пластиковых труб
Под сшивкой подразумевается создание пространственной решётки в полиэтилене высокой плотности за счёт образования объёмных поперечных связей между макромолекулами полимера. Относительное количество образующихся поперечных связей в единице объёма полиэтилена определяется показателем «степени сшивки». Степень сшивки – это отношение массы полиэтилена, охваченного трёхмерными связями к общей массе полиэтилена. Всего известно четыре промышленных способа сшивки полиэтилена, в зависимости от которых сшитый полиэтилен индексируется соответствующей буквой.
PEX-a
: сшивка органическими пероксидами или гидропероксидами, мин. степень сшивки по ГОСТ - 70, метод сшивки - химический
PEX-b
: сшивка органическими силанидами (силанами), мин. степень сшивки по ГОСТ - 65, метод сшивки - химический
PEX-c:
сшивка потоком элементарных частиц (радиационный метод), мин. степень сшивки по ГОСТ - 60, метод сшивки - физический
PEX-d:
сшивка азотированием, мин. степень сшивки по ГОСТ - 60, метод сшивки - химический
Плотность сшивки у PEX-a максимальная и достигает 70-75%. Это позволяет говорить об максимальных гибкости среди аналогов и эффекте памяти (при разматывании бухты труба практически сразу принимает исходную прямую форму). Перегибы и заломы, которые могут появиться в процессе монтажа, можно исправить, если немного нагреть трубу строительным феном. Основной минус – это высокая цена, так как технология пероксидной сшивки считается самой дорогой.
У PEX-b плотность сшивки достигает 65%. Такие трубы отличаются невысокой ценой, они устойчивы к окислению, имеют высокие показатели давления, при котором происходит разрыв трубы. По надежности они практически не уступают трубам PEX-A: хоть процент сшивки тут ниже, но прочность связей выше, чем при пероксидной сшивке. Из минусов отметим жесткость, поэтому согнуть их будет проблематично. Кроме того, эффекта памяти тут нет, поэтому первоначальная форма трубы будет восстанавливаться плохо. При появлении заломов помогут только соединительные муфты.
У PEX-c степень сшивки достигает 60%, такие трубы имеют неплохую молекулярную память, они более гибкие, чем PEX-B, но в процессе эксплуатации на них могут образовываться трещины. Заломы исправляются только соединительными муфтами. В России такие трубы не нашли широкого распространения.
У PEX-d степень сшивки невысокая, около 60%, поэтому по эксплуатационным качествам трубы значительно уступают аналогам и сегодня почти не применяются.
Преимущества труб из сшитого полиэтилена такие же, как у металлопластиковых, но есть и дополнительные плюсы:
- Стабильность формы: при отсутствии нагрузки на трубы из сшитого полиэтилена они не деформируются при температурах вплоть до 200 градусов.
- Высокая износостойкость на истирание.
- Устойчивость к появлению трещин и коррозии.
- Высокая ударная прочность и ударная вязкость в местах надрезов даже при температурах до -50 градусов. Благодаря образующимся поперечным связям – из которых состоит сшитый полиэтилен – труба хорошо переносит воздействие низких температур.
- Высокая стойкость к воздействию химически активных веществ.
- Отличные усадочные качества материала.
- Отсутствие выделения вредных веществ.
- Сшитый полиэтилен не такой ломкий в сравнении с обычным полиэтиленом, поэтому может быть использован в зависимости от степени механической нагрузки в диапазоне температур -120…+120 градусов. При отсутствии механического воздействия на трубы сшитый полиэтилен способен выдержать температуру в течение непродолжительного отрезка времени до +120 градусов.
- Срок службы труб из сшитого полиэтилена: более 15 лет, в условиях постоянного внутреннего давления в 9 бар и при температуре рабочей среды в 95 градусов; более 50 лет, в условиях постоянного внутреннего давления в 9 бар и не меняющейся температуре в 70 градусов.
Недостатки труб из сшитого полиэтилена практически отсутствуют, за исключением их высокой цены.
Вопрос- ответ
Что такое эффект памяти?
Эффект памяти присущ любому сшитому полиэтилену. Отличие PEX-a в технике восстановления заключается лишь в том, что PEX-a сшивается во время экструзии, и первоначальная форма, которую стремится вернуть трубопровод, – прямая. PEX-b и PEX-с, как правило, сшиваются уже после формирования в бухты, и, соответственно, форма, к которой будут стремиться трубопроводы – это окружность с радиусом, равным радиусу бухты.
Каким же образом кислород проникает через толщу полиэтилена и растворяется в воде?
Этот процесс называется диффузией газов, процесс, при котором какое-либо газообразное вещество может проникнуть сквозь толщу аморфного материала за счёт разности парциальных давлений данного газа с обеих сторон вещества. Энергия, которая позволяет пропускать газ сквозь толщу пластика, возникает в результате разности парциальных давлений кислорода в воздухе и кислорода в воде. Парциальное давление кислорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0,147 бара. Парциальное давление в абсолютно деаэрированной воде составляет 0 бар (независимо от давления теплоносителя) и растёт по мере насыщения кислородом воды.
Почему трубы из полиэтилена PEX-b нежелательно монтировать при помощи фитингов с надвижной гильзой?
А потому, что во время такого монтажа конец трубы расширяется при помощи экстрактора. Относительное удлинение при разрыве у PEX-b по сравнению с PEX-a меньше за счёт более прочных силановых связей. Поэтому процедура расширения трубопровода для PEX-b приводит к накапливанию микротрещин, сокращающих срок службы соединения.
В продаже также можно встретить трубы PEX-EVOH. Что это?
Трубы PEX-EVOH отличаются они не способом сшивки, а наличием внешнего дополнительного антидиффузного слоя из поливинилэтилена, который еще больше защищает изделие от попадания внутрь трубы кислорода. По способу сшивки они могут быть любыми.
Полимерные трубы PE-RT
Термостойкий полиэтилен PERT является сравнительно новым материалом, применяемым для производства труб. В последнее время получил широкое распространение, благодаря использованию в низкотемпературных системах отопления, таких как "теплый пол". На сайте представлены несколько производителей PERT, например: трубопроводная система TECEfloor,
В отличие от обычного полиэтилена, у которого в качестве сополимера используется бутен, в PERT сополимером является октен (октилен С 8 H 16). Молекула октена имеет протяжённую и разветвленную пространственную структуру. Образуя боковые ветви основного полимера, сополимер создаёт вокруг главной цепи область взаимопереплетённых цепочек сополимера. Эти ветви соседних макромолекул образуют пространственное сцепление не за счёт образования межатомных связей как у PEX, а за счёт сцепления и переплетения своих «ветвей».
Термоустойчивый полиэтилен обладает рядом свойств сшитого полиэтилена: стойкость к высоким температурам и ультрафиолетовым лучам. Однако трубы PERT не обладают долговременной стойкостью к ВЫСОКИМ температурам и давлению, а также являются менее кислотостойким, чем из сшитого полиэтилена PEX.
Сшитый полиэтилен со временем мало теряет в своей прочности, даже при высоких температурах. При этом график падения прочности прямой и легкопрогнозируемый. У PERT график при высоких температурах имеет излом, который наступает уже через два года эксплуатации. Точка излома называется критической, при достижении этой точки материал начинает активно ускорять потерю прочности. Всё это приводит к тому, что труба, которая достигла критической точки, очень быстро выходит из строя. Но происходит это при температурах теплоносителя от 80 градусах по Цельсию и выше.
То есть, использование труб PERT в низкотемпературных системах отопления, таких как "теплый пол", вполне оправдано!
У PERT есть и преимущество - в отличие от сшитого полиэтилена он является термопластическим материалом, т.е. способным к многократному расплавлению и свариванию.
РР по международной классификации - это усовершенствованный вид пластиковых труб, более прочные и устойчивые к воздействию высоких температур.
Полипропиленовая труба, в отличие от металлопластиковой трубы, представляющей собой алюминиевуюй трубку, покрытую внутри и снаружи защитным слоем пластика, - полностью пластиковая. Трубы полипропиленовые жестче металлопластиковых труб, поэтому поставляются мерными отрезками, а не в бухтах. Труба с металлической прослойкой в середине и красной маркировкой применяется для горячего водоснабжения и систем отопления.
Трубы из полипропилена делятся на три категории:
- PN 10 - для холодного водоснабжения (до +20°С) и тёплых полов (до +45°С), номинальное рабочее давление 1 МПа (10,2 кг/см²), тонкостенный вариант;
- PN 20 - для горячего водоснабжения (температура до +80°С), номинальное давление 2 МПа (20,4 кг/см²), универсальная труба;
- PN 25 - для горячего водоснабжения и центрального отопления (до +95°C), номинальное давление 2,5 МПа (25,49 кг/см²), армированные алюминиевой фольгой, любимая труба наших сантехников.
Фольга из алюминия в трубах PN 25 находится ближе к наружной стороне, чаще всего перфорирована, что позволяет не применять клей для скрепления слоев трубы.
Соединение полипропилена с алюминием значительно повышает стабильность и прочность труб. Наиболее теплостойкая разновидность полипропилена - рандом сополимер (маркировка PP Typ 3).
Преимущества полипропиленовых труб:
- пластичный, прочный материал,
- работают в диапазоне температур от -10 до 90°С, допускают кратковременное повышение температуры до 110°С,
- при замерзании воды труба из полипропилена не разрушается, а после оттаивания, труба возвращается к исходным размерам,
- абсолютно коррозионностойкие, не подвержены соляным и известковым отложениям,
- меньшие потери тепла по сравнению с металлическими трубами, благодаря низкому коэффициенту теплопроводности, как следствие - отсутствие конденсана на наружных стенках трубы.
- не токсичны, не изменяют вкус и запах протекающей по ним воды,
- бесшумны, благодаря гладкой внутренней поверхности,
- устойчивы к перепадам давления, в том числе и к гидравлическим ударам,
- простой и быстрый монтаж,
- длительный срок эксплуатации,
- трубы дешевле и легче стальных.
- экономия тепла при транспортировке горячей воды составляет от 10 до 20%, по сравнению с металлическими,
- пропускная способность трубы не уменьшается с течением времени, т.к. отсутствует химическая коррозия.
А какую именно полипропиленовую трубу лучше использовать?
Насчет цвета- абсолютно без разницы, дело вкуса.
Армированная или неармированная?
Т.к. полипропилен обладает "неприятным" свойством термического удлинения при нагреве, то неармированные полипропиленовые трубы лучше (да и дешевле) применять в системах холодного водоснабжения, а армированные - в системах отопления и горячего водоснабжения.
А зачем вообще применять неармированную трубу, если у нее столько недостатков?
А потому что дешево, к тому же в системах холодного водоснабжения температурные расширения незначительны. Хотите платить больше за армированную в данном случае? А зачем?!
Какую полипропиленовую трубу
лучше использовать? С наружной армировкой или внутренней?
Армировка алюминием полипропиленовых труб служит только для уменьшения их теплового расширения (сжатия) и на прочностные характеристики труб никак не влияет. Без разницы.
Какая полипропиленовая труба лучше для монтажа?
Неармированная и армированная стекловолокном, т.к. стекловолокно плавится вместе с полипропиленом и соединение получается очень прочным и качественным. Самые "хлопотные" - трубы, армированные алюминием. Перед нагревом и соединением труб с наружной армировкой и труб с внутренней армировкой слой алюминия обязательно удаляется (выскребается) при помощи специального зачистного инструмента. Это очень важно, иначе не будет качественного соединения! Трубы, армированные алюминием, считаются устаревшими, более современные и практичные - это полипропилен, армированный стекловолокном.
Канализационные трубы ПВХ (pvc)
ПВХ - жесткий, светостойкий и стойкий к щелочам, кислотам, спирту, маслам, бензину и прочим агрессивным веществам полимер.
Наличие хлора в ПВХ ограничивает применение таких труб для водоснабжения.
Канализационные трубы из поливинилхлорида применяют для обустройства безнапорной канализации, вытяжных каналов, в ливневых, дренажных конструкциях.
Достоинства труб ПВХ:
Высокая пропускная способность, кислотостойкие, морозоустойчивые, износостойкие, коррозиестойкие, способны кратковременно выдерживать температуру воды примерно 100°С, невысокая цена труб и фитингов.
Нужно отметить пониженную горючесть и чувствительность ПВХ к УФ-излучению, и повышенную химическую стойкость ПВХ по сравнению с другими полимерами.
Раструбная конструкция основных и соединительных элементов, резиновые уплотнительные кольца, расположенные в специальных канавках, обеспечивают качественное соединение труб и фитингов. 
Для внутренней канализации в помещениях со стабильным температурным режимом используют трубы ПВХ серого цвета с толщиной стенки 2,2 мм.
Для наружной канализации используют трубы оранжевого цвета с толщиной стенки от 3,2 мм.
Обычно трубы ПВХ легкого типа укладывают там, где нет транспортной нагрузки на грунт, среднего типа- в зонах с небольшим движением транспорта, тяжелого типа - на участках с интенсивным транспортным движением.
В Европе сегодня практически полностью отказались от применения труб ПВХ
даже в системах холодного водоснабжения. Почему? С течением времени активизируется процесс выделения хлорэтилена (канцероген), а также ПВХ горюч и при горении выделяет ядовитые газы. Поэтому сегодня трубы из ПВХ используются в Европе лишь в системах дешевой канализации. В России напорные трубы из 
поливинилхлорида главным образом применяются для подземных технических водопроводных сетей вне зданий.
Полипропиленовые трубы какого бренда лучше?
Лидер по качеству и цене это, конечно, Rehau - престижно, качественно и... дорого.
Существуют и другие производители, не уступающие Rehau, например финский концерн UPONOR, немецкий TECE, турецкий Firat. чешский FV Plast.
Кстати, трубы и фитинги FV Plast очень качественны, но и существенно дороже не уступающим по качеству турецким Firat или Валфекс, их армировка более однородна по ширине трубы, но это практически не влияет на технические характеристики труб. Что не советуем покупать- так это китайские трубы и фитинги, а также турецкую Pilsa, попробуйте заменить через какое-то время кусок их трубы - при нагреве получите рыхлую, как пемза массу, вместо равномерно расплавленного пластика.
Как соединить трубы без сварки?
Об этом подробно написано в этой статье
Специалисты компании "Термогород" Москва помогут Вам правильно подобрать, купить,
а также смонтировать трубопроводную систему,
найдут приемлемое решение по цене. Задавайте любые интересующие Вас вопросы, консультация по телефону абсолютно бесплатна, или воспользуйтесь формой "Обратная связь"
Вы останетесь довольны, сотрудничая с нами!
В современных внутридомовых инженерных системах водоснабжения, отопления, канализации все реже можно увидеть металлические трубы. Их практически вытеснили полимерные аналоги: трубы из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полибутена.
Чаще используются первые два вида – полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП). Трубы из них получают весомые преимущества по сравнению с металлическими: они легче по весу, что облегчает монтаж и транспортировку, не подвержены коррозии, и выдерживают высокие температуры.
При выборе труб учитываются химические, физические и эксплуатационные свойства обоих типов.
Часто в быту принято упрощать деление труб на металлические и неметаллические. Все трубы, сделанные не из стали или меди, называют пластиковыми. Действительно, внешне полиэтиленовые и полипропиленовые изделия схожи и напоминают пластмассовые, свойства тех и других труб идентичны, оба вида:
- низкая температура плавления, по сравнению с металлическими (при сильном нагреве они размягчаются и провисают);
- малый вес, благодаря которому их легче транспортировать и устанавливать.
- устойчивость к механическим повреждениям – ударам, вибрации;
- они не боятся щелочных реагентов в водопроводной воде;
- не проводят электрический ток;
- подвержены разрушению под воздействием ультрафиолета;
- не подлежат сгибанию, т.к. ломаются при сильном давлении на разрыв.
Существенный плюс неметаллических изделий для инженерных систем – стойкость к органическому и неорганическому осадку.
Металл взаимодействует с кислородом и солями щелочноземельных металлов (солями жесткости), находящимся в воде и приводит к образованию осадка, который постепенно утолщается, что совершенно не грозит полиэтиленовым и полипропиленовым трубам, которые не засоряются даже через десятилетия эксплуатации, т.к. имеют гладкую внутреннюю поверхность.
Отличия полиэтиленовых и полипропиленовых труб
Несмотря на внешнюю схожесть, ПП и ПЭ трубы имеют ряд существенных отличий:
- разную химическую формулу — (СH2)n для полиэтилена и (C3H6)n для полипропилена;
- разную температуру плавления – полипропилен более устойчив к нагреву и плавится при 160-180°С, тогда как полиэтилен выдерживает в средне 103°С (в зависимости от типа ПЭ);
- допустимое давление – для ПП – до 20 атмосфер, для ПЭ – 16 атмосфер.
ВИДЫ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ. РАЗНИЦА МЕЖДУ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫМИ И ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫМИ ТРУБАМИ, ТРУБАМИ ПВХ, ПОЛИБУТЕНОВЫМИ ТРУБАМИ. МАРКИРОВКА ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ.
Выбор труб для систем водоснабжения, отопления и канализации в наше время достаточно велик.А ведь совсем недавно для этих целей использовались почти исключительно стальные и чугунные трубы. Полимерные же материалы, появились в жизни человека сравнительно недавно - в середине XX века. Все мы довольно быстро привыкли к полиэтиленовым пакетам и сумкам, пленке для парников и цветным тазикам. Несколько позже появилась одноразовая посуда, пластиковая мебель и даже чайники из пластмассы. Сегодня нам уже предлагают оконные рамы и трубы из полимеров. Но в большинстве своем, российский потребитель с сомнением верит в надежность и долговечность полимерных труб. Слишком несерьезно выглядят цветные полимерные трубы, смотанные в бухты, как лапша, по сравнению с привычными добротными толстыми и тяжелыми стальными и чугунными трубами.
Но давайте обратимся к статистике. Что же предпочитает европейский потребитель? Более 80% труб, устанавливаемых в новых или капитально ремонтируемых домах, - трубы медные и полимерные, используемые примерно в равных количествах.
Чтобы разобраться в положительных и отрицательных свойствах полимерных труб, надо начать с полимеров. В отличие от металлов и асбестоцемента полимеры - органические вещества со всеми их достоинствами и недостатками, состоящие в близком родстве с природными высокомолекулярными - древесиной, кожей и шерстью.
Полимеры имеют целый ряд достоинств:
- Они обладают универсальной химической стойкостью и не подвержены коррозии;
- Несмотря на свою легкость (их плотность в 5-8 раз ниже плотности стали), они достаточно прочные и эластичные;
- Полимеры легко перерабатываются в изделия, т.е. принимают заданную форму и хорошо окрашиваются;
- Теплопроводность полимеров значительно ниже, чем у металлов, что, в частности, снижает теплопотери при транспортировке горячих жидкостей.
Однако полимеры не лишены и существенных недостатков:
- При нагревании прочность полимеров снижается. Как и все органические вещества, они горят, а под действием ультрафиолетовых лучей стареют (делаются хрупкими и разрушаются);
- К недостаткам следует отнести и большой (в 10 раз больше, чем у стали) коэффициент температурного расширения; правда, эластичность полимеров частично компенсирует этот недостаток.
Технологи, производящие изделия из полимеров, стараются,
и не без успеха, усилить их достоинства и уменьшить недостатки.
Химическая промышленность во второй половине XX века освоила
производство десятков полимеров, но массовое применение,
в том числе и при производстве труб, нашли 5-7 главнейших
из них.
Безусловными лидерами являются полиэтилен (РЕ)
, полипропилен
(РР)
и поливинилхлорид (РУС)
.
Указанные полимеры относятся к группе термопластичных. Они
способны при нагревании переходить в пластично-вязкое состояние,
а при охлаждении отвердевать.
Трубы из таких полимеров получают методом экструзии (выдавливания)
с помощью обогреваемого шнека (пример простейшего экструдера,
но только без обогрева - домашняя мясорубка). Трубы получаются
с очень гладкой поверхностью (шероховатость полимерных труб
примерно в 10 раз ниже, чем стальных).
Полиэтиленовые
трубы
Полиэтиленовые трубы получили наибольшее распространение. Первоначально их делали из обычного полиэтилена (вспомните прозрачную полиэтиленовую пленку). Такие трубы теряли прочность при нагреве до 50-60"С и быстро старели. Их можно было использовать для подачи только холодной воды.
В 80-е гг. химики научились связывать друг с другом линейные молекулы полиэтилена - "сшивать". Такой "сшитый" полиэтилен обладает повышенной прочностью, теплостойкостью, и стойкостью к Уф-излучению. По ним допустима транспортировка воды температурой до 95"С. Получив повышенную теплостойкость, "сшитый" полиэтилен потерял способность свариваться. В маркировке изделий "сшитый" полиэтилен обозначается РЕ-Х (буква X указывает на то, что полимер "сшит"). Трубы из сшитого полиэтилена составляют более половины от общего выпуска полимерных труб.
Трубы из "сшитого" полиэтилена РЕ-Х можно использовать не только для холодного, но и горячего водоснабжения и отопления (центрального и напольного).
Полипропиленовые
трубы
Полипропилен (РР) по использованию в производстве труб занимает второе место. Физико-механические и термические свойства этого полимера близки к сшитому полиэтилену, но в отличие от последнего он более жесткий. Поэтому полипропиленовые трубы выпускаются в виде мерных отрезков, что несколько менее удобно при транспортировке и требует большого количества соединительных элементов при монтаже. На крупных фирмах эта проблема решена: предлагаются разные варианты комплексных систем соединения - низкотемпературной сваркой и с помощью металлических комплектующих.
ПВХ
- трубы
Поливинилхлорид (PVC) - очень широко используемый в строительстве полимер, в производстве труб идет вслед за полиэтиленом и полипропиленом. Обычно он используется в непластифицированном виде. Присутствие хлора в ПВХ вызывает настороженность экологов и ограничивает применение таких труб для водоснабжения. 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 и канализация.
Полибутеновые
трубы
Полибутен (РВ) - полимер, так же как полиэтилен и полипропилен, из группы полиолефинов. Биологически безвреден. Трубы из полибутена более эластичны, чем из полипропилена. Полибутен характеризуется высокими прочностными показателями, стойкостью к УФ-облучению и повышенной теплостойкостью, приближаясь в этом отношении к "сшитому" полиэтилену.
Полибутеновые трубы зарекомендовали себя в сетях горячего водоснабжения и отопления (в частности, для устройства теплых полов). При 70°С и рабочем давлении в системе 0,3 МПа гарантируется 50-летний срок службы РВ-труб. Максимальная температура эксплуатации таких труб +95°С. Как и полипропиленовые, полибутеновые трубы можно сваривать, что позволяет использовать эти трубы для внутренней разводки.
Маркировка полимерных труб
Полимерные трубы маркируют по виду полимера (РЕ
,
РЕ-Х
, РР
и т.п.), по наружному диаметру и номинальному
давлению (PN).
Наружные диаметры труб (в мм) для внутренней разводки представлены
следующим рядом: 10; 12; 16; 25; 32; 40; 50 и т.д.
Кроме диаметра, трубы маркируются по толщине стенки.
Номинальное давление обычно выражают в барах: 1 бар = 0,1
МПа. Под номинальным давлением подразумевают постоянное
внутреннее давление воды при 20°С, которое труба может безотказно
выдерживать в течение 50 лет (например, PN=10, PN=12,5 или
РМ=20).
Для оценки уровня этих параметров можно вспомнить, что рабочее
давление воды в водопроводной системе не более 0,6 МПа (6
бар). Максимальное давление, которое труба может выдержать
короткое время, в несколько раз выше номинального. При температуре
выше 20°С срок безотказной работы полимерных труб при неизменном
давлении сокращается или может остаться тем же - 50 лет,
но при условии меньшего рабочего давления.
Характеристика некоторых материалов, применяемых для производства и соединительных деталей полимерных труб
|
Показатели |
Значение показателей для материала |
|||||||
|
ПНД (ПВП) |
ПНД (ПСП) |
ПВД (ПНП) |
ПВДФ |
ПА (пласти-фицированного) |
||||
| Плотность, г/куб.см | ||||||||
| Предел текучести при растяжении, МПа | ||||||||
| Удлинение при разрыве, % | ||||||||
| Модуль упругости, МПа | ||||||||
| Коэффициент линейного расширения | ||||||||
| Расчетное допускаемое напряжение труб, МПа | ||||||||
В настоящее время широко используются в различных отраслях промышленности, а также в повседневной жизни. Именно поэтому во многих ситуациях необходимо предварительно подбирать полимер под определенные температурные показатели их эксплуатации.
Например, температура плавления полиэтилена составляет диапазон от 105 до 135 градусов, поэтому можно заранее выявить те сферы производства, где этот материал будет уместен к использованию.
Особенности полимеров
Каждый пластик имеет как минимум одну температуру, которая дает возможность оценить условия его непосредственной эксплуатации. Например, полиолефины, к которым относятся пластики и пластмассы, имеют невысокие значения температур плавления.
В градусах зависит от плотности, а эксплуатация данного материала допускается при параметрах от -60 до 1000 градусов.
Помимо полиэтилена, к полиолефинам относится полипропилен. Температура плавления дает возможность применять этот материал при низких температурах, хрупкость материал приобретает только при -140 градусах.
Плавление полипропилена наблюдается в диапазоне температур от 164 до 170 градусов. От -8°С данный полимер становится хрупким.
Пластик на базе темплена способен выдержать температурные параметры 180-200 градусов.
Рабочая температура эксплуатации пластиков на базе полиэтилена и полипропилена составляет диапазон от -70 до +70 градусов.
Среди пластиков, имеющих высокую температуру плавления, выделим полиамиды и фторопласты, а также ниплон. К примеру, размягчение капролона происходит при температуре 190-200 градусов, плавление данной пластической массы происходит в диапазоне 215-220°С. Невысокая температура плавления полиэтилена и полипропилена делает эти материалы востребованными в химическом производстве.
Особенности полипропилена
Данный материал является веществом, получаемым в результате реакции термопластичным полимером. Процесс осуществляется с использованием металлокомплексных катализаторов.
Условия для получения данного материала аналогичны тем, при которых можно изготавливать полиэтилен низкого давления. В зависимости от выбранного катализатора можно получать любой тип полимера, а также его смесь.
Одной из важнейших характеристик свойств этого материала является температура, при которой данный полимер начинает плавиться. При обычных условиях он является белым порошком (либо гранулами), находится в пределах до 0, 5 г/см³.
В зависимости от молекулярной структуры принято подразделять полипропилен на несколько видов:
- атактический;
- синдиотактический;
- изотактический.
У стереоизомеров существуют отличия в механических, физических, химических свойствах. К примеру, для атактического полипропилена характерна высокая текучесть, материал сходен с каучуком по внешним параметрам.
Данный материал неплохо растворяется в диэтиловом эфире. У изотактического полипропилена есть некоторые отличия по свойствам: плотности, устойчивости к химическим реагентам.
Физико-химические параметры
Температура плавления полиэтилена, полипропилена имеет высокие показатели, поэтому данные материалы в настоящее время получили широкое распространение. Полипропилен тверже, у него выше показатели стойкости к истиранию, он отлично выдерживает температурные перепады. Его размягчение начинается с 140 градусов, несмотря на то, что показатель температуры плавления составляет 140°С.
Данный полимер не подвергается коррозионному растрескиванию, отличается устойчивостью к ультрафиолетовому облучению и кислороду. При добавлении к полимеру стабилизаторов подобные свойства снижаются.
В настоящее время в промышленных отраслях применяют разнообразные виды полипропилена и полиэтилена.
Полипропилен обладает неплохой химической устойчивостью. Например, при помещении его в органические растворители, возникает лишь незначительное его набухание.
В случае повышении температуры до 100 градусов, материал может растворяться в ароматических углеводородах.
Наличие в молекуле третичных углеродных атомов объясняет стойкость полимера к повышенным температурам и влиянию прямых солнечных лучей.
При отметке 170 градусов происходит плавление материала, теряется его форма, а также основные технические характеристики. Современные отопительные системы не рассчитаны на подобные значения температур, поэтому вполне можно использовать полипропиленовые трубы.
При кратковременном изменении уровня температуры изделие способно сохранить свои характеристики. При длительной эксплуатации изделия из полипропилена при показателях температуры больше 100 градусов существенно сократится срок их максимальной эксплуатации.
Специалисты советуют покупать армированные изделия, которые в минимальной степени подвергаются деформациям при повышении температуры. Дополнительная изоляция и внутренний алюминиевый либо стекловолокнистый слой помогут защитить изделие от расширения, увеличат срок его эксплуатации.
Отличия полиэтилена от полипропилена
Температура плавления полиэтилена незначительно отличается от Оба материала в случае нагревания размягчаются, затем плавятся. Они устойчивы к механическим деформациям, являются отличными диэлектриками (не проводят электрический ток), обладают незначительным весом, не способны вступать во взаимодействие со щелочами и растворителями. Несмотря на многочисленное сходство, есть между этими материалы и некоторые отличия.
Так как температура плавления полиэтилена имеет меньшее значение, он менее стоек к воздействию ультрафиолетового излучения.
Обе пластмассы находятся в твердом агрегатном состоянии, не имеют запаха, вкуса, цвета. Полиэтилен низкого давления обладает токсичными свойствами, пропилен абсолютно безопасен для человека.
Температура плавления находится в диапазоне от 103 до 137 градусов. Материалы используют при изготовлении косметических средств, бытовой химии, декоративных вазонов, посуды.
Отличия полимеров
В качестве основных отличительных характеристик полиэтилена и полипропилена выделим их устойчивость к загрязнению, а также прочность. У этого материала отличные теплоизоляционные характеристики. Полипропилен лидирует по этим показателям, поэтому он применяется в настоящее время в больших объемах, чем вспененный полиэтилен, температура плавления которого имеет меньшее значение.
Сшитый полиэтилен
Температура плавления сшитого полиэтилена значительно выше, чем у обычного материала. Данный полимер представляет собой модифицированную структуру связей между молекулами. Основу структуры составляет этилен, полимеризированный под высоким давлением.
Именно у этого материала самые высокие технические характеристики из всех полиэтиленовых образцов. Полимер применяют для создания прочных деталей, которые способны выдерживать разные химические, механические нагрузки.
Высокая температура плавления полиэтилена в экструдере предопределяет области использования данного материала.
В сшитом полиэтилене широкоячеистая сетчатая структура молекулярных связей, образуемая при появлении в структуре поперечных цепочек, состоящих из водородных атомов, которые объединены в трехмерную сетку.
Технические параметры
Помимо высокой прочности и плотности, сшитый полиэтилен имеет оригинальные свойства:
- плавление при 200 градусах, разложение на углекислый газ и воду;
- увеличение жесткости и прочности при уменьшении величины удлинения на разрыв;
- устойчивость к агрессивным химическим веществам, биологическим разрушителям;
- «память формы».
Недостатки сшитого полиэтилена
Этот материал при воздействии ультрафиолетового облучения постепенно разрушается. Кислород, проникая в его структуру, разрушает данный материал. Для того чтобы устранить эти недостатки, изделия покрывают специальными защитными оболочками, изготовленными из иных материалов, либо наносят на них слой краски.
Получаемый материал имеет универсальные свойства: стойкость к разрушителям, прочность, высокую температуру плавления. Они позволяют использовать сшитый полиэтилен для изготовления труб горячего или холодного водоснабжения, изоляции кабеля высокого напряжения, создания современных строительных материалов.
В заключение
В настоящее время полиэтилен и полипропилен считаются одними из самых востребованных материалов. В зависимости от условий протекания процесса можно получать полимеры с заданными техническими характеристиками.
Например, создавая определенное давление, температуру, выбирая катализатор, можно контролировать процесс, направлять его в сторону получения молекул полимера.
Получение пластмасс, которые обладают определенными физическими и химическими характеристиками, позволило существенно расширить сферы их использования.
Производители изделий из этих полимеров стараются совершенствовать технологии, увеличить срок эксплуатации продукции, повышать их устойчивость к перепадам температур, воздействию прямых солнечных лучей.
Два схожих полимерных материала, которые конкурируют друг с другом на мировом рынке. И свойства, и их сфера применения очень близка. Однако различия все-таки существуют, потому в этой статье мы поможем разобраться, чем отличаются полиэтилен и полипропилен.
Общие свойства полиэтилена и полипропилена
Начнем с того, что объединяет эти два материала.
- Термопластичность. Оба материала под воздействием температуры размягчаются и плавятся, что обеспечивает возможность применения соответствующих технологий: литье, экструзия и т.п.
- Механическая прочность. РР и РЕ имеют схожие показатели прочности на разрыв, а также ударной вязкости. При этом полипропилен гораздо ближе по свойствам к полиэтилену низкого давления.
- Электроизоляционные свойства. Оба материала не проводят электрический ток, а за счет своей пластичности могут эффективно применяться в качестве гибкой изоляции проводов.
- Химическая устойчивость. Полиэтилен и полипропилен устойчивы к воздействию воды, а также агрессивных сред (щелочей, кислот). Однако оба материала растворяются под воздействием многих органических растворителей, включая бензин.
Основные отличия полиэтилена и полипропилена
- Полипропилен синтезируют только при низком давлении (до 4 МПа), и только в присутствии катализатора Циглера - Натты. Полиэтилен же может синтезироваться при таких условиях (будет получен ПЭ низкого давления) либо при высоком давлении (будет получен менее прочный ПЭ высокого давления). Соответственно, отличий между РР и РЕ высокого давления намного больше, чем между РЕ низкого давления.
- Полипропилен легче: материал имеет вес как минимум на 0,04 г/куб. см. меньше по сравнению с самой легкой маркой полиэтилена.
- Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, до 180 градусов, в то время как полиэтилен плавится уже при 140 градусах.
- Полипропилен формирует более гладкую и плотную поверхность, потому более устойчив к загрязнениям и легче отмывается по сравнению с ПЭ.
- Полиэтилен более эластичен. Полипропилен более прочный, но и хрупкий материал, в то время как полиэтилен обеспечивает увеличенную гибкость.
- Полиэтилен имеет гораздо более высокую морозостойкость, выдерживая температуры до -50 градусов, в то время как для полипропилена критичной является температура -5 градусов.
- Цена: полипропилен - это более дорогой полимер . Сырье стоит дороже, и по стоимости может быть сопоставимо разве что с лучшими маркам полиэтилена низкого давления.
Итоги: каждый полимер - хорошее решение для своих задач
Каждый из материалов имеет свою сферу применения и свои преимущества, которыми нужно пользоваться.
