Полибутеновые трубы для отопления и водоснабжения

Полибутеновые трубы появились на рынке относительно недавно (если сравнивать с другими трубопроводами из полимеров). В Европе они только около полувека, но уже успели зарекомендовать себя высоким качеством и надёжностью. В статье мастер сантехник расскажет, что это за материал, каковы его особенности и свойства.

О материале

Полибутен – это новейший материал, который соединил в себе достоинства сшитого полиэтилена и полипропилена.

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.

По химической структуре полибутен-1 отличается от других полиолефинов числом атомов углерода в молекуле мономера.

Полиолефины – это высокомолекулярные соединения общей формулы, образующиеся при полимеризации или сополимеризации ненасыщенных углеводородов – олефинов (R, R’=H, CH3, C2H5 и т.п.). Они относятся к числу распространенных термопластов, наиболее типичными представителями которых являются полиэтилен, сшитый полиэтилен, полипропилен и их сополимеры.

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.

Полиэтилен (ПЭ, PE)

Обладает линейной молекулярной структурой и, как следствие,– наименьшей температуростойкостью (термостабильностью) из всех вышеназванных материалов, но 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.

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.

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);
• Радиационная сшивка (PEX-c);
• Сшивка азосоединениями (PEX-d).

Все четыре способа различаются между собой, но направлены на достижение одного 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, механические 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 низкокачественной китайской продукции.

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 углерода в составе мономера. Полибутен является высоко изотактичным полукристалличным полиолефином с хорошо контролируемой стереорегулярностью, однако дополнительный атом углерода в боковых ответвлениях, образующих этильные группы, обусловливает 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 стойкостью, 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, горячего 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 компаундов 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 показателей остаточной деформации сжатия при высоких температурах.

Из рис. 1 видно, что ПБ-1 обладает высокой стойкостью к деформации под воздействием длительных нагрузок, значительно превосходящей показатели других полиолефиновых материалов.

Рисунок 1. Стойкость к деформации под нагрузкой ПБ-1 по сравнению с другими полиолефиновыми материалами

По сравнению с другими материалами полиолефиновой группы ПБ-1 обладает наибольшей долговременной прочностью под воздействием высоких температур (рис. 2).

Рисунок 2. Максимальная длительная прочность – MRS (максимальное длительное напряжение в стенке трубы) материалов полиолефиновой группы

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 видно, что максимальное допустимое напряжение в стенке трубы для PB-1 на 35% выше, чем для сшитого полиэтилена PE-Х 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 трубы PB-1 имеет больший фактор безопасности по сравнению с трубами из других материалов полиолефиновой группы (табл. 1).

Таблица 1. Максимально допустимое напряжение в стенках трубы, МРа

При одинаковых эксплуатационных параметрах, трубы из полибутена можно использовать с меньшей толщиной стенки, за счет большей прочности материала при расчетном сроке службы 50 лет (табл. 2).

Таблица 2

ПБ-1 обладает наименьшим коэфициентом линейного расширения (рис. 3) и наименьшим коэфициентом теплопроводности (рис. 4).

Рисунок 3. Коэффициент линейного расширения

Рисунок 4. Коэффициент теплопроводности

Коэффициент эластичности (модуль упругости) – физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению/сжатию при упругой деформации. Из рис. 5 видно, что полибутен обладает наилучшей эластичностью.

Рисунок 5. Коэффициент эластичности

Итак, подводя итог проведенного краткого анализа, мы можем обратить внимание на то, что полибутен, несмотря на свой юный возраст, имеет существенные преимущества перед своими «старшими собратьями» (табл. 3).

Таблица 3. Сравнение свойств различных материалов, применяющихся для производства труб

Полибутеновые трубы в теперешнее время используются в отопительных системах и сетях горячего водяного снабжения. В Германии и Англии данные трубопроводы являются лидерами на рынке по объёмам применения в жилищно-коммунальном хозяйстве. Востребованность обусловлена и лёгким монтажом изделий. Трубы несложно соединяются низкотемпературной сваркой, из-за чего установочные работы осуществляются очень быстро.

Полибутеновые трубы Термофлекс Флексален

Thermaflex – это нидерландский изготовитель труб из полибутена. Он сделал серьёзный шаг в освоении рынка наружных систем инженерии, когда выпустил новый продукт – гибкие изначально обособленные трубы Flexalen из полимеров.

Система Флексален совмещает в себе достоинства полимерных коммуникаций и теплоизоляции высокой эффективности. Её назначение — для отопительных систем, холодного и горячего водяного снабжения. Основана на полибутеновых трубах (материал преобладает по параметрам повсеместно предлагаемые на территории России полимеры – сшитый полиэтилен РЕХ и полипропилен РР). В системе Flexalen использована неповторимая система с патентом предварительного теплового изоляционного слоя гибких трубопроводов из полимеров.

Трубопроводы из полибутена покрыты равномерным слоем тепловой изоляции из вспененного полиэтилена Термафлекс. Внешний гофрированный кожух из пластика помещается прямо на теплоизоляционный слой при помощи сварки. Так получается надёжное герметичное соединение кожуха и тепловой изоляции.

Полибутеновые трубы Термафлекс для отопительных систем и систем кондиционирования поставляются в красном цвете с антидиффузионным слоем, который препятствует диффузии в кислородную систему.

Трубы Thermaflex широко применяются по всей Европе и, конечно же, на рынке России. Это и строительство коттеджей, и прокладка городских тепловых трасс, и применение на объектах под производство. В первую очередь, это инженерные сети наружного типа холодного и горячего водяного снабжения и отопления.

На территории России уже накопился необходимый опыт применения полибутеновых труб. Этими трубами устроены сотни километров инженерных сетей, как в частном, так и в муниципальном строительстве. Но трубы из полибутена широко применяются пока только в наружных коммуникациях, где есть очень высокие требования к надёжности систем инженерии.

Видео

В сюжете - Сборка трубопровода из полибутеновых труб.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Обзор разновидностей металлопластиковых труб