PEX, PE-RT, PP-R, COMPOSITE?

Михаил Варзин

.

«…На рис. 7 представлены графики длительной прочности сшитого полиэтилена PEX и высокотемпературного полиэтилена PERT, взятые из ГОСТ Р 52134-2003 с изменением № 1. Как видно из графиков, сшитый полиэтилен со временем мало теряет в своей прочности, даже при высоких температурах. При этом график падения прочности прямой и легкопрогнозируемый. У PERT график имеет излом, причём при высоких температурах этот излом 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.»

Выдержка из статьи «МИФЫ О ТРУБАХ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА»

Недавно натолкнулся на статью «Мифы о трубах из сшитого полиэтилена» и подумали: наверное, потому что, что профессия химика-полимерщика довольно редкая и загадочная, а в нашей среде инженерной сантехники и вовсе диковинная вопрос о полимерах из которых делают трубы действительно оброс мифами и маркетинговыми уловками граничащими с мухляжом.

Не то, чтобы я против маркетинга, иногда приятно посмотреть или прочитать нечто яркое, запоминающееся, даже если знаешь что все до последней буквы или последнего пикселя в картинке полная ересь.

Но мы не в театре, и не с романом на диване - мы имеем дело с трубами, которые прокладывают на десятилетия, и хочется, чтобы граждане не поминали лихом за протечки и разрывы труб, испорченную мебель, квартиры, нервы.

Поэтому надо разбираться в этом вопросе в цифрах, с калькулятором, Excel’ем, а не пользоваться творчеством копирайтеров. И поверьте – это совсем не сложно, инженеры-химики уже давно сделали все для того, что бы мы могли в этом вопросе разобраться сами – создали ГОСТы и опубликовали кучу информации о своих полимерах.

Но для начала разберемся с мухляжом. Вот этот график «на рис. 7» из статьи «Мифы о трубах…»  на котором представлены графики длительной прочности сшитого полиэтилена PEX и высокотемпературного полиэтилена PERT.

Рис. 7. Эталонные кривые длительной прочности труб из PEX (слева) и PERT (справа)

.

НЕЛОВКИЕ УЛОВКИ

С виду все достоверно. Это действительно графики из ГОСТ Р 52134-2003. Только автор забыл сказать,  что ГОСТ Р 52134-2003 утратил силу, и что справа график PERT тип I, а сейчас действует ГОСТ Р 32415-2013 в котором есть и PERT тип I и PERT тип II.

В 2003 году действительно существовал только один PERT - PERT тип I, автор просто забыл упомянуть, что с 2004 года (больше десяти лет)  PERT представлен по крайней мере в двух типах: тип I для труб низкотемпературных сетей и тип II для высокотемпературных сетей. Т.е автор для сравнения использовал данные для полимеров заведомо различного назначения. PE-X  можно сравнивать только с PE-RT типа II.

Неплохо помухливовать и со шкалой – посмотрите на красную линию: уровень 10 МПа на левом графике значительно выше, чем на правом, и сразу бросается в глаза «преимущества» PEX.

Конечно, PE-RT тип I уступает по долгосрочной термостойкости PEX, но не настолько как это представлено на рисунке, и если бы шкалы этих графиков были размещены на одном уровне, то преимущества PEX можно было бы и не заметить.

На протяжении 10 лет с момента появлении на рынке PE-RT тип II сторонники PEX делают вид, что его не существует. Хотя более 40% всех труб отопления водоснабжения уже давно делают из PE-RT

.

 История трубопроводов 

ПРОВЕРЯЕМ ГРАФИКИ

Большей частью эталонные графики долгосрочной прочности, а именно они наиболее полно характеризуют эксплуатационные характеристики полимеров из которых изготавливаются трубы, выполнены с разным масштабом и это сильно затрудняет сравнение.  Вот так выглядит эталонный график PEX в ГОСТ Р 32415-2013:

График долгосрочной прочности труб из PE-X и формула его построения ГОСТ Р 32415-2013

Внизу каждого такого графика в ГОСТе приводится формула по которой строились эти кривые. Коэффициенты этих формул получены экспериментальным путем в результате длительных испытаний при температуре 110 ^ОС  в течении 8000…16000 часов (по новым европейским стандартам время испытаний доходит до 23000 часов).

Для построения нам понадобится сделать небольшое преобразование, чтобы выделить в формуле кольцевое напряжение, и в EXCEL формула для построения графиков  будет выглядеть так:

График долгосрочной прочности труб из PE-X и PE-RT полиэтилена полученные на основе эталонных формул и отображенные в одном масштабе осей

.

Из полученных нами графиков  видно, что преимущество PEX перед  PE-RT II действительно миф, и в целом это аналогичные материалы.

Однако, сравнивать графики с несколькими кривыми неудобно. И мы их упростим, воспользовавшись тем же ГОСТР 32415-2013.  В таблице 5 этого ГОСТа описаны классы эксплуатации труб.

Таблица 5. Классы эксплуатации полимерных труб

Для усреднения графиков мы воспользуемся общеизвестным правилом Майнера и применим его к наиболее ответственному 5-му классу эксплуатации.  Принцип Майнера прост и понятен: общее разрушение трубы равно суммам разрушений при различных температурах  и пропорционально времени воздействия этих разрушений.

Время и температура воздействия для класса 5 определены табл. 5 . Труба  в обычных условиях за 50 лет выстаивает 14 лет при температуре 20^ОС, 25 лет при 60^ОС, 10 лет при 80^ОС, 1 год при температуре 90^ОС, и 100 часов при температуре 100^ОС. Если выразить это в процентном отношении, то труба класса 5  в обычных условиях должна выстоять  28% времени при температуре 20^ОС,  50% времени при 60^ОС, 20% при 80^ОС, 2% при температуре 90^ОС, и 0,02%  при температуре 100^ОС

Каждый график для различных полимеров  мы усредним в соответствии с правилом Майнера - это просто : каждую точку линии 20^ОС умножим на 28%, к ней прибавим соответствующую точку линии 60^ОС умноженную на 50%, и аналогично для линий 80, 90 и 100 ^ОС. И точно также преобразуем график для всех полимеров.

 Для полноты картины, мы рассчитаем не только эталонные графики, но и графики для для PE-RT тип II  компании Dow Chemical – Dowlex 2388, и компании LyondellBasell – Hostalen 4731B, а за одно и эталонный график полипропилена, таб.2.

     * Из-за того, кривая полипропилена ломанная, правая часть графика в соответствии с ГОСТом вычисляется по формуле: Ϭ =10^((19,98-9507/T+LOG10(t))/ -4,11)

Таблица 2. Коэффициенты экстраполяции для различных полимеров

Долгосрочная прочность полимерных труб из различных полимеров при 5 классе эксплуатации 

.

ПЕРВЫЕ ВЫВОДЫ

И теперь, благодаря простой методике, основанной на данных ГОСТов, которой каждый может воспользоваться и перепроверить представленные графики, мы получили график в одном масштабе осей показывающий, как отличается долгосрочная прочность различных полимеров.

1. Несмотря на то, что полипропилен превосходный конструктивный материал, для труб отопления он не подходит. В начале эксплуатации он имеет более высокую прочность по сравнению и с PEX  и с PE-RT. Однако, всего через 35…40 дней его прочность становится ниже PE-RT, а через год ниже чем у PEX. После 10 лет эксплуатации прочность PPR стремительно падает, и он разрушается. Для того, хоть как-то продлить долговечность полипропиленовые трубы приходится делать с толстыми стенками. Единственное достоинство полипропилена – это то, что трубы из него хорошо свариваются.

2. Во общем случае, PEX и PE-RT аналогичные материалы, чьи основные различия состоят в том, что PEX реактопласт и его нельзя сваривать по определению, а PE-RT термопласт, который сваривается также хорошо, как и полипропилен. Но характеристики PE-RT II  полиэтилена Basel Hostalen 4731B существенно превосходят по своим характеристикам свои PE-RT и PEX аналоги. Наглядно это видно на следующем графике:

Долговечность  и рабочие давления однослойных труб SDR7.4, SF=1 (линии – давление, столбики – время до разрушения)

.

ОЦЕНИМ КОНСТРУКЦИЮ ТРУБЫ

Мы разобрались в том, как оценивать полимеры используемые в трубах , но для оценки самих труб этого мало – важна конструкция самой трубы. И определить прочность труб различной конструкции тоже не сложно, пригодятся проведенный расчеты для кольцевых напряжений и ГОСТ Р 54867-2011 «Трубы полимерные многослойные. Определение длительной прочности».

В соответствии с этим ГОСТом максимальное рабочее давление многослойных труб определяется как сумма рабочих давлений всех слоев трубы. Гидравлическое давление Р трубы, выраженное в МПа, рассчитывается с помощью уравнения (A.1):

.

Для сравнения возьмем композитную металлополимерную трубу DEEPIPE Composite Universal 16x2,0, изготовленную из PE-RT II Hostalen 4731B и любую PEX трубу с барьерным EVOH слоем 16х2,2. Как покажут расчеты совершенно неважно какой марки будет это труба, REHAU RAUTITAN flex или WESERpex, или какая-либо иная.

DEEPIPE Composite Universal 16x2,0 имеет наружный диаметр 16 мм и состоит из трех несущих слоев: двух слоев PE-RT II Hostalen 4731B толщиной 0,9 мм, и алюминиевого слоя толщиной 0,2 мм.. Кольцевые напряжения в полимерных слоях рассчитываются как описано ранее по формуле 1 и значениям из таб.2, кольцевое напряжением алюминиевого слоя 120 МПа (Паспортные данные алюминиевого слоя) и в нашем диапазоне температур не зависит от температуры и времени.

Труба PEX/EVOH 16x2,2 имеет наружный диаметр 16 мм и состоит из одного несущего слоя толщиной 2,2 мм. (для определения рабочего давления тонким барьерным слоем можно пренебречь). Кольцевые напряжения в несущем полимерном слое рассчитываются как описано ранее по формуле 1 и значениям из таб.2 для PEX полиэтилена.

Полученные значения разделим на коэффициент запаса прочности равным 1,5 и построим графики.

Максимальное рабочее давление композитных труб DEEPIPE Composite Universal 16x2,0 и PEX/EVON 16x2,2  отображенное в одном масштабе осей

.

Благодаря алюминиевому слою, обеспечивающему трубам 60…80% прочности, и новому PE-RT II Hostalen 4731B композитные трубы DEEPIPE Composite Universal выдерживают давление более чем в 2 раза выше, чем трубы PEX/EVOH. На практике этот разрыв еще выше, из-за повышенной прочности сцепления слоев труб DEEPIPE Composite.

Зачем такая прочность трубам, если наши внутридомовые системы водоснабжения и отопления рассчитаны на давление не более 10 бар?  Ответ простой - это гарантированная надежность, долговечность, а главное - высокая стойкость к гидравлическим ударам.

Металлополимерная конструкции трубы дает трубам DEEPIPE Composite Univesal не только высокую стойкость к давлению, но и низкое температурное расширение, позволяющее замуровывать трубы отопления в бетон без защитного гофрокожуха, и абсолютную кислородонепроницаемость.

Для наглядности соберем рассчитанные и основные паспортные характеристики композитной трубы на основе полиэтилена повышенной термостойкости PE-RT тип II и трубы из сшитого полиэтилена PEX с барьерным слоем, таб.3. 

.

.

Безусловно, выбор той или иной трубопроводной системы каждый потребитель осуществляет самостоятельно. А мы показали, как самостоятельно оценить возможности любой трубопроводной системы.

Дубна . 2019

.

|  Бизнес-план производства композитных металлопластиковых труб и фитингов |

.

.

ООО НПО "Экструзионные машины"

www.meto.ru

2019

При цитировании ссылка обязательна