Для чего используется сшитый полиэтилен
Сшитый полиэтилен
Сшитый полиэтилен (или ПЕх (PEx), где х – не буква, а обозначение сшивки) – это полимер с модифицированной структурой молекулярных связей, основой которого является полимеризированный под высоким либо низким давлением этилен. Является наиболее плотным среди других полиэтиленовых материалов и имеет более высокие технические показатели. Используется для изготовления наиболее прочных полимерных изделий, выдерживающих различные нагрузки механического, химического либо геофизического происхождения. Кроме того, многие изделия являются устойчивыми к высоким температурам, что позволяет использовать его в соответствующих условиях.
Основные свойства
Свойства сшитого полиэтилена исходят из возможностей его полимерной основы и особенностей молекулярного строения.
Строение
Обычный полиэтилен состоит из крупных молекул с множеством свободных ответвлений, свободно «плавающих» в пространстве. Именно поэтому при множестве положительных свойств он все же является довольно мягким материалом, имеющим сравнительно низкую температуру плавления. Создатели сшитого полиэтилена смогли ликвидировать этот недостаток, укрепив структуру материала при сохранении его положительных характеристик.
Сшитый полиэтилен имеет широкоячеистую сетчатую структуру молекулярных связей. Она образована путем появления в молекулярной структуре полимера наряду с продольными соединениями еще и поперечных в виде цепочек из атомов водорода, объединяющих молекулы в трехмерную сетку. Отдельные нити полиэтилена, получаемые реакцией полимеризации, здесь крепко связаны между собой. Такая «ткань» имеет гораздо большую молекулярную плотность и больший удельный вес, а также намного прочнее «волокнистого» собрата как в механическом, так и в физико-химическом смысле.
Технические характеристики
Кроме высокой плотности и прочности, сшитый полиэтилен обладает рядом оригинальных свойств, благодаря которым полиэтиленовые изделия внедрились практически во все области деятельности современного человека. Сшивка молекул дала ему:
ИНТЕРЕСНО! Если разогретый предмет из сшитого полиэтилена каким-либо образом деформировать и остудить в деформированном состоянии, то он какое-то время будет сохранять новую форму. Но при последующем разогревании он будет стремиться восстановить равновесное состояние межмолекулярных связей, возвращая себе первоначальную форму.
Недостатки
Существенными недостатками сшитого полиэтилена являются следующие свойства:
Оба недостатка устранимы с помощью покрытия изделий защитными оболочками из других материалов либо нанесением слоя краски.
Производители
Одним из самых заметных на сегодня производителей труб из сшитого полиэтилена является бренд STOUT. Вся продукция производится на современном оборудовании в Европе на тех же заводах, где заказывают свой товар бренды премиум-сегмента.
Трубы STOUT существенно дешевле, но не уступают по качеству более дорогим: покупателю нет смысла переплачивать за громкое имя бренда. Клиент платит за качество и надежность, получая все это в полной мере. Изделия адаптированы для условий эксплуатации в нашей стране, монтаж легок и не занимает много времени.
Производство
Технологии сшивки
Сшивка полиэтилена проводится химическим либо физическим способом по одной из следующих технологий:
Сравнение свойств по типу сшивки
Сшитый полиэтилен, прошедший любую из названных технологий сшивки, получает упорядоченную сетчатую структуру, сходную по свойствам с кристаллической решеткой твердых веществ. Однако в каждом случае полученный материал имеет свои небольшие отличия:
ВНИМАНИЕ! Не всегда большой процент сшивки является определяющим показателем для выбора технологии. Например, изготовление термоусаживаемых трубок обычно ведется именно радиационным методом, так как в этом случае процент сшивки вполне достаточен, а производительность и экономичность способа выигрывают перед другими.
Область применения
Сшитый полиэтилен обладает универсальными свойствами как прочности, так и стойкости к различным разрушающим явлениям, включая высокую температуру. Именно поэтому область его применения охватывает все места, где требуются именно такие свойства:
Трубы и фитинги из сшитого полиэтилена
Трубы из полимерных материалов в системах тепло-, водо- и газо-снабжения благодаря легкости, удобству транспортировки (часто бухту можно увезти в легковой машине), устойчивости к коррозии и недорогой цене можно встретить в каждом доме. Многие хозяева домов и квартир остановили свой выбор на трубах из модифицированного или сшитого полиэтилена.
Трубы и фитинги из сшитого полиэтилена
 |
| Бухта PEX трубы |
Трубы PEX
 |
| Виды сшитого полиэтилена |
Особенным типом труб являются изделия из PERT — термостойкого полиэтилена, по свойствам близкие к сшитому полиэтилену, но им не являющиеся. В данном виде полиэтилена сополимером является не бутен, как в обычном, а октен. Последний имеет молекулы большой протяженности и разветвленности, они сцепляются между собой, образуя пространственную структуру PERT, позволяющую выдерживать ему высокие температуры и ультрафиолетовые лучи. Однако, в отличие от PEX, имеющего межатомные, более прочные связи, он не способен длительно работать в условиях высоких температур и давления и обладает меньшей кислотоустойчивостью.
Однако на прочность трубы влияет не только степень сшивки и жесткость, но и тип образующихся связей внутри материала, поэтому и другие методы производства сшитого полиэтилена позволяют добиться необходимых эксплуатационных характеристик.
PEX—b, силановый— маркировка сшитого полиэтилена, полученного воздействием органосиланидов, соединений кремния с органическими радикалами. Силаниды относятся к ядовитым веществам. После первого этапа воздействия силанидов на полиэтилен его обрабатывают водой или водяным паром в присутствии оловянного катализатора, после чего химический процесс образования трехмерной молекулярной решетки заканчивается.
Когда производство PEX-b только зарождалось и имело небольшие объемы, при таком методе случалось неравномерное воздействие силанов на сшивку по длине и ширине трубопроводов по сравнению с пероксидным методом, когда реагент действует во всей расплавленной массе полиэтилена. Однако подбор правильной дозировки реагента, соблюдение температурных и временных параметров обработки трубы при автоматизации процесса PEX-b исключает эту проблему. Трубы, выпущенные на предприятиях с многокилометровым объемом производства имеют стабильные прочностные характеристики по всей длине, а вот небольшим фабрикам добиться этого труднее.
«Эффект памяти»
Любой сшитый полиэтилен в отличие от обычного, обладает «эффектом памяти», то есть труба из этого материала после нагрева стремится восстановить свою форму. При этом труба из PEX-a стремится восстановить прямую форму, поскольку полиэтилен образовал межмолекулярные связи в общей массе, до получения формы трубы, а трубы PEX-b и PEX-c будут стремиться к форме круга, ведь их сшивка закончилась, когда труба была уже в в виде бухты.
 |
| Труба РЕХв после нагрева и восстановления |
 |
| Монтажная система Varionova |
Антидиффузионный или кислородозащитный слой
 |
| Труба РЕХ с антидиффузионным слоем при нагреве и восстановлении |
Часто среди труб из сшитого полиэтилена можно увидеть название «труба с антидиффузионным слоем» и она при воздействии больших температур на ее участок восстановит свою форму с небольшими складочками в месте сгиба. Этого не следует бояться, свойства самого полиэтилена при этом не изменились, прочность трубы не уменьшилась, в этом месте отслоился антидиффузионный слой.
 |
| Труба с кислородозащитным слоем |
Антидиффузионный или кислородозащитный слой (EVOH) является важным дополнением к трубам из сшитого полиэтилена, выбираемого для монтажа системы отопления и им не стоит пренебрегать при покупке. Любая система отопления имеет в своем составе стальные и алюминиевые элементы: котлы, рабочие колеса насосов, краны, участки трубопроводов.. Они подвергаются коррозии, если в перемещаемом теплоносителе содержится растворенный кислород. Автоматические воздухоотводчики удаляют излишек кислорода только если он выделился из теплоносителя и не способны полностью решить проблему коррозии.
Кислородопроницаемость трубы из сшитого полиэтилена с толщиной стенки 2 мм, диаметром 16 мм при температуре воздуха 20 ºС составляет 670 г/м³·сут. При этом СНИП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» в п.6.4.1 регламентирует:
«…Полимерные трубы, применяемые в системах отопления совместно с металлическими трубами (в том числе в наружных системах теплоснабжения) или с приборами и оборудованием, имеющим ограничения по содержанию растворенного кислорода в теплоносителе, должны иметь кислородопроницаемость не более 0,1 г/м сут…»
Обычная труба из сшитого полиэтилена без антидиффузионного барьера при диаметре 16 мм, толщине стенки 2 мм и длине 100 м. в год пропустит в воду 3416 г. кислорода, что приведет к выпадению на стенке в виде ржавчины около 7,9 кг железа, а еще около 4 кг железа будет находиться в теплоносителе, загрязняя его. Если принять защиту трубы антидиффузионным слоем максимально допустимой по норме, то есть когда проникновение кислорода не превышает 0,1 г/м³ в сутки, то за год труба такого же диаметра и длины приведет к коррозии максимум 1,82 г. железа, что в 6500 раз меньше. Очевидно, что для систем отопления следует применять только трубы из PEX с антидиффузионным слоем.
При монтаже трубопроводов из PEX в бетонных стяжках и постоянных температурных колебаниях никаких разрушений стяжки, отслоения плитки не наблюдается. Этот полимер обладает низшим модулем упругости по сравнению с другими материалами, из которых изготавливаются трубопроводы и за счет этого гасит напряжение, возникающее при температурном расширении трубы.
 |
| Труба из обычного и сшитого полиэтилена при нагреве |
Производителей сшитого полиэтилена известно сегодня большое количество, но поскольку такой материал получается с правильными свойствами лишь при непременном соблюдении технологии, применении недешевых реагентов и сложного автоматизированного оборудования, при выборе отдают предпочтения известным маркам, таким как Uponor, Altstream, HLV, TAEN, VALTEC, REHAU.
Соединение PEX-труб
Соединение PEX-труб производится с помощью специальных фитингов:
 |
| Прессфитинг |
 |
| Обжимной фитинг |
Трубы из полиэтилена, произведенного методом «в» не соединяют фитингами с надвижной гильзой, поскольку при таком методе конец трубы расширяется с помощью экстрактора. Относительное удлинение при разрыве PEX-b ниже аналогичного показателя у PEX-a за счет более прочных силановых связей и такое расширение трубы приводит к накоплению микротрещин, сокращающих срок службы соединения.
—электросварных фитингов-требует специального инструмента и навыков, используется редко, по прочности соединение близко к монолиту.
Трубы известного производителя UPONOR могут быть соединены специальным запатентованным видом фитингов Q&E (Quik and Easy, «быстро и легко»), с помощью их процесс занимает 30 секунд.
 |
| Быстрое соединение Uponor |
REHAU изобрел особое соединение с надвижной гильзой, которое в своем составе не имеет резиновых уплотнительных колец, со временем выходящих из строя, а сама труба проникает при обжиме в узел, тем самым обеспечивая очень высокую долговременную надежность. Для монтажа применяется специализированный инструмент RAUTOOL, который всегда есть у профессиональных партнеров REHAU.
 |
| Монтажный инструмент Rautool |
Для монтажа труб из сшитого полиэтилена достаточно ручного инструмента, сам процесс несложен, поэтому такие трубы очень распространены при прокладке внутренних сетей в доме или квартире.
При прокладке в земле трубы рекомендуют укладывать в защитных чехлах, поскольку мягкие стенки трубы доступны для грызунов и они могут повредить их.
Устойчивость к высокой температуре и давлению делает этот материал одним из самых распространенных при устройстве теплых полов.
Сшитый полиэтилен разрушается при воздействии солнечного света, поэтому с такими трубами обычно ведут скрытый монтаж, внутри стен.
Труба из модифицированного полиэтилена одинаково может быть применена и в системах питьевого водоснабжения, и в отопительных контурах, и при монтаже системы подачи горячей воды. Розовые трубы PINK от REHAU универсальны для радиаторного отопления и системы теплых полов, что позволяет сэкономить до 20% на покупке материалов, ведь остатки от теплых полов легко можно использовать для подключения радиаторов, и наоборот.
При подаче питьевой воды по трубам желательно отсутствие контакта жидкости с любыми металлическими деталями системы, поэтому REHAU выпускает полимерные фитинги с нажимной гильзой RAUTITAN.
 |
| Нажимная гильза REHAU |
Трубы из PEX позволяют упростить и облегчить монтажные работы, их несложно транспортировать, они не требуют погрузочно-разгрузочных работ, специальных электрических агрегатов для сварки, все это делает их очень распространенным материалом для создания внутренних инженерных сетей зданий.
Трубы из полиэтилена PEX-A, PEX-B, PEX-C, PE-RT. | Особенности строения материалов.
Итак, сшитый полиэтилен (PEX) – это полиэтилен с большим молекулярным весом, получаемый из обычного полиэтилена низкого давления (ПНД) методом сшивания его линейных молекул с помощью ионизирующего излучения, органсилоксанов, пероксидов или азотных радикалов при высоком давлении, которое вызывает образование поперечных дополнительных связей. Эти связи усиливают сцепляющую связь молекулярных кластеров (ячеек) трубы.
Физическая сшивка методом рентгеновского облучения.
При физической сшивке получают сшитый полиэтилен PEX-C, такая труба обрабатывается облучением жесткими рентгеновскими лучами. Полученный таким образом сшитый полиэтилен обозначается PEX-C. Средний процент такой сшивки 78%. В результате этого способа сшивка материала по толщине трубы проходит неравномерно: у наружной поверхности самый большой процент сшивки молекул, а у внутренней — маленький. Заломы можно исправить только с помощью соединительных муфт. При изготовлении не используются дополнительные химические присадки улучшающие характеристики трубы. Повышенный риск возникновения микротрещин.
Химическая сшивка методом погружения в раствор.
При химической сшивке под воздействием химических веществ в молекулах полиэтилена идет замещение атомов водорода. В качестве одного из таких химических веществ применяют силан (так называемая силановая сшивка). Полиэтиленовая труба, выходя из экструдера, «принимает» силановую ванну, при этом сшивка идет от наружной и внутренней поверхностей вглубь стенки трубы. В результате процент сшивки у обеих поверхностей получается высокий, а в середине толщины трубы — низкий. Средний процент сшивки составляет приблизительно 75%. Такой материал принято обозначать РEХ-B. По свойствам гибкости такая труба менее гибкая, чем PEX-A. Заломы можно исправить только с помощью соединительных муфт. Высокий показатель давления трубы.
Химическая сшивка под высоким давлением с обработкой лазером.
К химическим способам сшивки относится также сшивка пероксидами, при которой полиэтилен предварительно равномерно смешивают с пероксидом. Сшивка происходит в экструдере в расплавленном состоянии посредством воздействия лазерного света под высоким давлением. Этот способ дает 85% сшивки. И самое главное – свойства материала одинаковы в любом месте, независимо от его толщины. Такой полиэтилен обозначают РEХ-A. Заломы у такой трубы можно с легкостью восстановить строительным феном, но показатель выдерживаемого давления чуть ниже чем PEX-B. По свойствам труба PEX-A самая эластичная и гибкая.
PEX трубы с усиленной прочностью и теплостойкостью.
РEХ-C и РEХ-B трубы применяются для отопления и водоснабжения, но поскольку материал имеет неоднородную структуру, есть некоторые ограничения, связанные с пластичностью и прочностью материала.
PERT класс полиэтиленовых труб
PE-RT создавался в качестве замены сшитого полиэтилена PEX, который несмотря на свои свойства, имеет некоторые неудобства для производителей и потребителей труб: его нельзя сваривать, он не допускает вторичной переработки, требует сшивки. Тогда как PE-RT – обычный термопласт, (как например, полипропилен PPRC), он обладает близкими к PEX свойствам, но при переработке данный материал не требует сшивки, что позволяет увеличить производительность линии за счет исключения из технологического процесса стадии сшивания ПЭ. Стандартный температурный профиль экструзии позволяет перерабатывать сырье на стандартном оборудовании, прекрасно сваривается с использованием обычных сварочных аппаратов. Поэтому все больше производителей труб предпочитают его сшитому полиэтилену.
Из Европы трубы PE-RT начали поставлять в Россию еще с середины 90-х годов прошлого века. Сегодня темпы развития внутреннего производства из этого материала закономерны для нынешней стадии развития. Хотя для российского рынка материал все еще считается достаточно новым, интерес к нему у монтажных организаций растет с каждым годом. Учитывая свойства материала и наращивание выпуска PE-RT труб российскими производителями, тенденция замещения стальных, полипропиленовых и труб pex с каждым годом будет все очевидней.
PE-RT рекомендуется для изготовления абсолютно любых труб для систем отопления и горячего и холодного водоснабжения.
Уникальность данных материалов заключается в том, что для получения хорошей долгосрочной гидростатической прочности при высоких температурах их не требуется сшивать. Это дает существенные преимущества при обработке в сравнении с системами из сшитого полиэтилена (PEX).
Основные успехи были достигнуты в понимании взаимосвязи структура-свойства полимеров полиэтилена. Благодаря разработке улучшенной технологии и применению катализаторов можно контролировать внедрение и размещение со-мономера в основной цепочке полимера. Такая более высокая точность определения микрокристалличности полимера позволяет создавать новые комбинации рабочих характеристик. Теперь возможно получение полимеров полиэтилена, сочетающих высокотемпературные рабочие характеристики с гибкостью или лучшей длительной текучестью для той или иной жесткости.
Ключевую роль в определении характеристик долгосрочной пластической ползучести играют поперечные (связующие) цепочки. Полимерная цепочка складывается и образует слоистую кристаллическую структуру. При введении со-мономеров в структуре полимера создаются несовершенства из-за внедрения коротких боковых цепочек. Гексиловая боковая группа из со-мономера октена слишком большая для внедрения в слоистую кристаллическую структуру, и полимерная цепочка выталкивается из кристалла. Теперь, когда эта цепочка внедряется в другой кристалл, образуется боковая цепочка. Слоистые кристаллические структуры соединены через аморфные сегменты полимера, т.е. поперечные цепочки. Вероятность образования поперечных цепочек повышается с увеличением длины полимерной цепочки.
Известно, что молекулы поперечных. цепочек повышают жесткость материала и улучшают его сопротивление растрескиванию под воздействием изгиба (ESCR) или длительные свойства ползучести путем «связывания» множества кристаллов вместе. Боковые цепочки демонстрируют способность к растяжению и мобильность и как таковые могут абсорбировать и рассеивать энергию.
Тип внедряемого со-мономера также оказывает влияние на концентрацию поперечных цепочек. С повышением длины цепочки со-мономера а-олефина способность к образованию поперечных цепочек также повышается. Причина этого заключается в том, что боковые цепочки октена длиннее и поэтому им сложнее внедриться в растущий кристалл. Это ведет к более высокой вероятности образования поперечной цепочки при той же концентрации со-мономера.
Проще говоря, благодаря структуре и молекулярных связей полимеров при точном контроле с помощью со-мономеров и а-олефина можно получить необходимые свойства полимера.
Эти разработки составляют основу для создания нового класса полиэтиленовых материалов для высокотемпературных областей применения. Эти компаунды определяются в стандарте ISO-1043-1® как PE-RT или полиэтилен с повышенной термостойкостью.
PERT демонстрирует отличную длительную гидростатическую прочность без необходимости сшивки. Это позволяет изготовителям труб получить существенные преимущества при обработке в сравнении со сшитым PEX-полиэтиленом. Как определено в стандарте ISO 10508, PERT можно использовать в производстве любых труб горячей воды.
Для труб подачи питьевой воды важно соответствовать национальным требованиям к продуктам, предназначенным для контакта с водой. Эти требования включают характеристики вкуса и запаха, подавление роста микроорганизмов для гарантии того, что все добавки, используемые в производстве данного материала, включены в «позитивный список». Благодаря хорошей длительной гидростатической прочности при высоких температурах, в сочетании с превосходной гибкостью, PE-RT полиэтилены являются наилучшим решением для труб отопления и водоснабжения. Однако ввиду своей нестабильности при длительном воздействии высоких температур в системах отопления быстро выходят из строя.
Классы эксплуатации PEX труб, сроки службы и температурные режимы работы.
Говоря о характеристиках труб PEX всегда подразумеваются классы эксплуатации труб из данного материала полимеров. Помимо прочностных характеристик, которые изменяются от вида производства трубы. Существуют еще классы эксплуатации труб описанные в стандарте ISO 10508. Практически у всех производителей материалы одни, но ввиду широкого спектра применения PEX и PERT материалов и применяемых катализаторов классы эксплуатации труб делятся на 6 подвидов. Все эти классы на качество трубы не влияют, а указывают только на режимы эксплуатации трубы и ее рабочие температурные режимы относительно срока службы материала. В таблице ниже Вы можете ознакомиться с этими классами.
Таблица классов эксплуатации полимерных трубопроводов PEX и PERT:
Если говорить кратко, то в стандарте ISO 10508 области применения труб различных классов определены следующим образом:
* Все температуры классов рассмотрены исходя из среднесуточных значений температуры теплоносителя в трубе.
Для каждого материала и каждой серии S рассчитана величина максимального рабочего давления (4, 6, 8, 10 бар) для конкретного класса эксплуатации.
Например, для трубы PP-RCT- S3,2 информация на трубе будет представлена в следующем виде:
для систем распределения горячей воды при температуре 60°C, рабочем давлении 10 бар и сроке эксплуатации до 50 лет (класс 1/10);
для систем распределения горячей воды при температуре 70°C, рабочем давлении 10 бар и сроке эксплуатации до 50 лет (класс 2/10);
для напольного отопления и низкотемпературных радиаторов при рабочем давлением 10 бар и сроке эксплуатации до 15 лет (класс 4/10);
для высокотемпературных радиаторов при рабочем давлении 8 бар и сроке эксплуатации до 16 лет (класс 5/8)
Эпилог.
Путем отработанной молекулярной архитектуры и улучшенного процесса контроля возможно производство полиэтиленов с превосходной длительной гидростатической прочностью при высоких температурах. PERT полимеры, составляют основу нового класса полиэтиленовых материалов, рекомендуемых для производства труб для систем отопления и горячего, холодного водоснабжения.
Уникальность данных материалов заключается в том, что для получения желаемой длительной гидростатической прочности при высоких температурах они не требуют сшивки. В сравнении с системами из сшитого полиэтилена это дает существенные преимущества при обработке и сборке. PERT рекомендуется для производства абсолютно любых труб для горячей воды. Однако благодаря многолетнему практическому опыту применения труб PEX-A, даже новый вид полимеров на сегодняшний день проигрывает ввиду ограниченности характеристик в области применения.
Теперь зная преимущества и недостатки конструкционных свойств материалов, из которых выпускаются полимерные трубы отопления и водоснабжения, Вы сможете подобрать наилучший вариант трубы, как в ценовой категории, так и в категории необходимых характеристик трубы.