Основные пластмассы для сварных конструкций

Эксплуатационные характеристики различных пластмасс сильно отличаются друг от друга. В основном это зависит от распада макромолекул полимера на более короткие фрагменты (деструкция полимера). Деструкция может происходить и при нарушении технологии сварки полимеров, например, при превышении температуры нагрева и времени ее воздействия. Чем выше температура транспортируемой среды и давление, под которым осуществляется ее транспортировки, тем меньше срок службы пластмассовых трубопроводов. В случае необходимости увеличения нагрузки на трубопровод при постоянстве времени и температуры его эксплуатации увеличивают толщину стенки трубы, уменьшая тем самым показатель экономической эффективности. Для каждого вида пластмасс существуют определенные границы по допустимому напряжению в стенке трубы, температуре эксплуатации и экономическим факторам, в пределах которых применение того или иного материала наиболее выгодно К примеру, при использовании труб из полиэтилена (ПЭ 100 SDR 9) для транспортировки воды с температурой 90°С срок их службы составит не более шести месяцев, что не может считаться приемлемым показателем. Характеристики и условия применения основных полимерных материалов, используемых при строительстве трубопроводных систем, приведены ниже.

Полиэтилен (ПЭ, РЕ) – легко перерабатываемый материал, имею­щий на 60-75% кристаллическую структуру. В промышленных масштабах реализуются два основных способа получения полиэтилена: высокого давления (ПЭВД - низкой плотности) и низкого давления (ПЭНД - высокой плотности). Практически не набухает в растворителях, поэтому соединить его склеиванием или химической сваркой невозможно. ПЭ прекрасно соединяется тепловой сваркой; при относительно низкой температуре плавления (115-138°С). Прочность при стыковой сварке не менее 0,95. Температура эксплуатации от -20°С до + 60°С. Из-за своей относительно малой стоимости наиболее широко распространен в трубопроводном транспорте. Полиэтилен обладает

исключительной пластичностью (удлинение до 1000 % и выше). Из ПЭ изготавливаются самые большие полимерные трубы диаметром до 3360 мм. Напорные трубопроводы из ПЭ наиболее эффективно использовать при температурах от – 20 до + 30 - 40°С. «Сшитый» различными способами ПЭ (СПЭ, РЕХ) можно применять для систем горячего водоснабжения и отопления.

Полипропилен (ПП, РР) - легко перерабатываемый и легко соединяемый тепловой сваркой материал, имеющий кристаллическую структуру, как и ПЭ, не склеивается. ПП высокопластичен (удлинение до 1000 %) и формоустойчив (до + 100°С). Температура плавления ПП составляет 160-170° С. Напорные трубопроводы из ПП наиболее эффективно работают при температурах от 0 до + 60-70 °С, а безнапорные выдерживают температуры до + 90 °С. Однако при температурах ниже 0°С трубы из ПП становятся хрупкими и при замерзании внутри них жидкости растрескиваются. Некоторые сополимеры пропилена позво­яют улучшить морозостойкость труб (до минус 30°С), но при этом снижаются их прочностные характеристики. Улучшения свойств ПП можно добиться введением армирующих наполнителей и эластомеров, но при этом увеличивается стоимость изделий. В настоящее время наиболее широко используется PP-R (рандом сополимер). Ввиду физио­логической безвредности ПП хорошо зарекомендовал себя для трубопроводов холодного и горячего водоснабжения, водоотведения и других промышленных целей. Трубы из ПП хорошо свариваются плавлением. Коэффициент прочности стыков не ниже 0,9. Диаметр выпускаемых труб - до 1000 мм.

Полибутен (ПБ, РВ) - легко перерабатываемый и легко соеди­няемый тепловой сваркой материал, имеющий полукристалличес­кую структуру и по своим свойствам напоминающий ПЭ и ПП. Температура плавления составляет 130°С. ПБ отличается повышенной устойчивостью к растрескиванию под напряжением и низкой ползучестью при длительной нагрузке. Однако при пониженной температуре ПБ становится чувствительным к ударным воздействиям. Дру­гой недостаток - очень высокая стоимость сырья. Напорные трубопроводы из ПБ наиболее эффективно использовать при температурах от 0 до + 70-80 ⁰С, в связи с чем трубы из ПБ диаметром до 40 мм нашли применение для сооружения систем отопления зданий.

Поливинилхлорид (ПВХ, PVC) - легко перерабатываемый аморфный материал с кристалличностью не более 10 %. ПВХ считается одним из универсальных пластиков, т.к. легко перерабатывается практически в любого рода изделия, хотя имеет ряд недостатков: малое относительное удлинение (до 80 %), чувствительность к ударным воздействиям.Напорные трубопроводы из винипласта наиболее эффективно использовать при температурах от 0 до + 50-60° С. При температурах ниже 0 °С трубы становятся хрупкими и при замерзании в них жидкости растрескиваются. В настоящее время основное применение трубопроводов из ПВХ (диаметр труб до 500 мм) - это системы для холодного водоснабжения, технологических стоков и дренажа.

Поливинилиденхлорид (ПВДХ, PVDC) - сложно перерабатываемый кристаллический материал, требующий при переработке стабилизации состава и получивший из-за этого незначительное распространение. Материал достаточно пластичен (удлинение до 600 %) и формоустойчив (температура размягчения 100-110°С). Относится к средне свариваемым материалам, коэффициент прочности не превышает 0,8.

Из полиамидных полимеров (ПА, РА) в трубопроводном транспорте используется алифатический ПА 11. Это относительно дешевый, легко перерабатывае­мый полукристаллический (40-60 %) материал. По свойствам близок к ПЭ. Из-за узкого интервала температуры плавления и низкой вязкости расплава в вязкотекучем состоянии получить качественное соединение при тепловой сварке очень сложно, и соединение труб из ПА производят склеиванием или химической сваркой. Для большего сопротивления ползучести экструзию труб из ПА иногда сочетают с армированием. Технологические напорные трубопроводы диаметром до 250 мм (иногда до 630 мм) используются при температурах транспортируемой среды до + 60°С.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, PTFE), или фторопласт-4- кристалличный, исключительно химически и температуростойкий материал, не содержащий никаких добавок или модификаторов, однако очень сложно перерабатываемый. Трубы из ПТФЭ (диаметром до 400 мм) получают прессованием или формованием и используют в ряде случаев для теплообменников, транспортирования высокоагрессивных сред, медицинских и некоторых других целей. Напорные трубопроводы наиболее эффективно использовать при температурах от -50 до + 150-200°C. ПТФЭ очень плохо соединяется тепловой сваркой. Другой недостаток ПТФЭ - его высокая стоимость, вследствие чего трубы из него применяются лишь в исключительных случаях.

Полистирол (ПС) - относительно хрупкий материал, имеющий незначительное удлинение - до 10 %. Он хорошо перерабатывается литьем под давлением, обладает хорошими диэлектрическими и оптическими свойствами, но легко подвергается действию мно­гих растворителей, характеризуется низкой атмосфере- и тепло­стойкостью. ПС применяют для изготовления кислотоупорных труб. Один из сополимеров стирола с акрилонитрилбутадиеном исполь­зуется для изготовления АБС-пластиков. Трубы из АБС-пластиков, полученные экструзией, обладают высокой ударопрочностью и формоустойчивостью при повышенных температурах эксплуатации, хорошо соединяются склеиванием и химической сваркой. Основное применение труб из АБС-пластиков: небольшие техно­логические трубопроводы, например для подачи сжатого воздуха.

Стеклопластиковые трубы (СП) или трубы из композиционных ма­териалов получают на основе армирования стекловолокном некоторых типов связующих, как правило, термореактивных полимеров. В качестве связующих используются эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические смолы и некоторые другие полимеры. Область использования стеклопластиковых труб очень широка и зависит от свойств связующего полимера (например, полимеры на основе сложных виниловых эфиров отличаются термостойкостью до 120°С). Стеклопластиковые трубы обладают повышенной прочностью при рас­тяжении (25-150 МПа), что позволяет им при относительно тонкой стенке выдерживать давление до 2,5 МПа (иногда до 8,0 МПа), но имеют чрезвычайно низкое относительное удлинение (не более 4 %). Трубы диаметром до 1000 мм широко применяются на нефтепромыслах (обсадные и насосно-компрессорные трубы, трубы для транспорта нефти, водогазонефтяных эмульсий, попутного газа), для систем водоснабжения, водоотведения и подачи воды при пожаротушении, транспортировке агрессивных сред, в качестве вентиляционных и дымовых труб. Напорные трубопроводы могут выдерживать температуры до + 100°С. Реактопласты используют также для футеровки труб, выполненных из других материалов с целью повышения их стойкости к агрессивным средам.

Отрицательным фактором при использовании труб из стеклопластиков является низкая производительность формовочных машин по сравнению с экструзионными линиями для термопластов. Соединение труб возможно производить только механическим способом или химической сваркой (склеиванием). Кроме того, стоимость большинства реактопластов (например, виниловых эфиров) достаточно высока.