Трубы из полибутена. Мифы и реальность

Цель написания этой статьи дать объективную оценку этому новому материалу, основываясь на химических и физических свойствах материала, нормах DIN и ГОСТ, а также рассмотреть перспективы его применения в инженерных системах тепло- и водоснабжения.

Полибутен-1 (ПБ-1, PB-1), как и полиэтилен (ПЭ, PE), сшитый полиэтилен (ПЭ-Х, PE-X) и полипропилен (ПП, PP) является членом семейства полиолефинов, которые относятся к числу распространенных термопластов. По химической структуре полибутен-1 отличается от других полиолефинов числом атомов углерода в молекуле мономера.

Несмотря на то, что полибутен уже успешно применяется в Европе более 50 лет, в отличие от вышеназванных материалов, он является наиболее молодым членом семейства, т.к. был разработан позже них. Для лучшего понимания свойств вышеуказанных материалов остановимся более подробно на их молекулярной структуре.

1.   Полиэтилен (ПЭ, PE)

Обладает линейной молекулярной структурой и, как следствие, – наименьшей температуростойкостью (термостабильностью) из всех вышеназванных материалов и наименьшей стоимостью сырья. Поэтому во многом благодаря последнему фактору этот материал практически полностью занял нишу полимерных трубопроводов для холодного водоснабжения и газоснабжения, т.е. в системах, где нет высоких температур. Трубопроводы являются эластичными (гибкими) и хорошо соединяются посредством сварных неразъемных гомогенных соединений.

2.   Полипропилен (ПП, PP)

В отличие от старшего представителя полиолефинового семейства этот материал обладает более разветвленной молекулярной структурой с углеводородными соединениями, что обусловило более высокую термостойкость. Как и трубы из полиэтилена, эти трубы легко соединяются посредством сварных гомогенных соединений. Однако трубы малоэластичны и поэтому изготавливаются в виде прямых отрезков. Вследствие хорошей термостабильности и технологичности монтажа трубы из полипропилена нашли широкое применение в системах отопления, холодного и горячего водоснабжения.

3.   Сшитый полиэтилен (ПЭ-Х, PE-X)

Учитывая низкую температуростойкость полиэтилена, было необходимо найти способ ее повышения и его нашли, и даже не один. Для придания большей термостабильности линейные молекулы полиэтилена научились «сшивать» поперечно между собой. Существует 4 способа сшивки полиэтилена: пероксидная сшивка (PEX- a), сшивка органосилоксанами (PEX-b), радиоционная сшивка (PEX-c) и сшивка азосоединениями (PEX-d). Все четыре способа различаются между собой, но направлены на достижение од- ного и того же результата – поперечной сшивки молекул полиэтилена. В результате полиэтилен получил повышенную температуростойкость, но потерял способность к свариванию посредством гомогенных (однородных) сварных соединений. Поэтому для соединения труб из сшитого полиэтилена применяются, в основном, механи- ческие компрессионные и пресс-фитинги. Полиэтилен можно варить только в случае, если он несшит или «недосшит» – именно это свойство легло в основу электросварных фитингов, которые в ограниченном количестве предлагаются на рынке. Кроме того, сшивка полиэтилена требует дополнительного контроля качества, т.к. «недосшитый» полиэтилен не будет обладать нужной температуростойкостью, а «пересшитый» будет хрупким. Именно с нарушением процесса сшивки связаны многочисленные аварии, которые произошли с выходом на рынок низко- качественной китайской продукции.

4. Полибутен (ПБ, PB)

Глядя на молекулярную структуру полибутена, можно сразу отметить ее наибольшую разветвленность по сравнению с другими материалами полиолефиновой группы. В структуре полибутена наибольшее количество атомов угле- рода в составе мономера, что обуславливает значительное отличие свойств ПБ-1 от свойств других членов семейства полиолефинов. Так, полибутен обладает наибольшей долговременной прочностью (MRS) и температуростойкостью, обладает наименьшей «ползучестью» по сравнению с другими материалами группы, сохраняет физические свойства при температурах, близких к температуре плавления, обладает повышенной гибкостью, высокой стойкостью к растрескиванию, хорошей химической стойко- стью, легко сваривается с образованием гомогенных соединений и устойчив к механическому истиранию. Такой набор свойств делает полибутен-1 ценным материалом для производства напорных труб отопления и теплоснабжения, горя- чего и холодного водоснабжения, канализации (срок эксплуатации трубопроводов из полибутена уже сейчас составляет около 50 лет). Жесткие марки полибутена-1 нового поколения могут найти применение в производстве емкостей для хранения и транспортировки агрессивных жидкостей и абразивных растворов. 

В химической промышленности полибутен РВ-1 широко применяется для создания компа- ундов для улучшения свойств полиэтилена PE и полипропилена PP и термопластичных эластомеров. Его незначительное введение в SEBS компаунды (стирол-этилен-бутилен-стирольные) существенно улучшает жесткость при высоких температурах. При смешивании с термопластическими полиолефиновыми эластомерами наблюдается значительное улучшение значения остаточной деформации сжатия при высоких температурах.

ПБ-1 обладает высокой стойкостью к деформации под воздействием длительных нагрузок, значительно превосходящей показатели других полиолефиновых материалов. По сравнению с другими материалами полиолефиновой группы ПБ-1 обладает наибольшей долговременной прочностью под воздействием высоких температур.

Пользуясь Европейским стандартом ISO 10508 можно рассчитать максимально допустимое напряжение в стенках трубы (MPa) для разных материалов полиолефиновой группы для различных стандартизованных факторов безопасности применения труб. Результаты расчета представлены в таблице ниже. Из таблицы вид- но, что максимальное допустимое напряжение в стенке трубы для PB-1 на 35% выше, чем для сшитого полиэтилена PEХ трубы, на 45% выше, чем для полипропилена PP-R и более чем на 50% выше, чем для труб PE-RT. Фактически это означает, что на эквивалентную толщину стенки Коэффициент эластичности (Модуль упругости) – физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению/сжатию при упругой деформации. Из рис. 5 видно, что полибутен обладает наилучшей эластичностью. 

Итак, подводя итог проведенного краткого анализа, мы можем обратить внимание на то, что полибутен, несмотря на свой юный возраст, имеет существенные преимущества относительно своих собратьев по полиолефиновой группе.