Статьи

Материалы и способы производства металлопластиковых труб



Металлопластиковые трубы изготавливаются из полимерных материалов, а также их различных комбинаций для внутренних и внешних слоев.


Полиэтилен

Для труб систем отоплений широко применяется сшитый полиэтилен РЕХ. Структура сшитого полиэтилена оказывает положительное  влияние на его физико-химические свойства. Полиэтилен РЕХ имеет повышенную ударопрочность, стойкость к воздействию химических реагентов, не образует трещин, хорошо переносит пониженные температуры. Процесс сшивания полиэтилена происходит при образовании поперечных и продольных связей между молекулами полимера. Существует несколько методов получения сшитого полиэтилена.

Химические методы:

• введение в сырье пероксидных соединений для получения пероксидного полиэтилена РЕХa  со степенью сшивки 85%
• обработка  органосилоксанами для получения полиэтилена  РЕХb со степенью сшивки 65%

Физический метод:

• получение сшитого полиэтилена  РЕХс при радиационной обработке трубы. Степень сшивки 60%.

На сегодняшний день наибольшее распространение получил химический метод получения сшитого полиэтилена силанольным способом. Для производства полиэтилена РЕХb используют полиэтилен высокой плотности с добавками органосилоксанов  и катализаторов. Под воздействием высокой температуры около 85-90°С на готовую трубу в течение 4-6 часов происходит преобразование структуры полимера, вследствие чего полиэтилен приобретает новые свойства. Побочные продукты, выделяющиеся при проведении процесса сшивания, удаляются с помощью проточной горячей воды.
Такой метод позволяет получать полимеры без посторонних примесей катализатора, что дает возможность использовать сшитый полиэтилен РЕХb при производстве труб для водоснабжения питьевой водой.

Полученные при  силанольной сшивке кремнийорганические соединения со связью Si—О—Si обуславливают высокую термостойкость сшитого полиэтилена РЕХb. Поскольку, по сравнению с радиационным или перекисно сшитым полиэтиленом, имеющим поперечные углерод-углеродные С-С  связи, начальная температура окисления РЕХb полиэтилена выше на 10-20°С. Это объясняется более прочной кремний-углеродной связью силанольно-сшитого полиэтилена.
Полученные измененные технологические свойства полиэтилена в результате сшивания – повышенная прочность, морозостойкость, теплостойкость – объясняются появлением в сшитом материале боковых цепочек связи, которые соединяют прямые цепочки связи между собой. Увеличение содержания проходных цепочек способствует увеличению силы межмолекулярных трехмерных связей. Это в свою очередь сказывается на степени кристалличности полимера и на уменьшении его  напряженного состояния.
Труба из РЕХссшитого полиэтилена ограничена в применении, вследствие мало выраженной возможности  молекулярной памяти.  При этом высокая степень сшивания полиэтилена приводит к увеличению жесткости, а низкая степень сшивания – к растрескиванию материала.
Сшитый полиэтилен, полученный разными способами, имеет разные физико-технологические характеристики, а значит и различное применение. При использовании сшитого полиэтилена для производства труб, главным условием является гарантия долговечности и надежности эксплуатации изделия. Особенное внимание следует уделять материалам, применяемым для труб горячего водоснабжения.
Оптимальными условиями для получения качественного сшитого полиэтилена является степень сшивания 68%, а также правильный подбор метода сшивания. Кристалличность материала, вид межмолекулярной связи, плотность в аморфных зонах полиэтилена и эксплуатационные свойства сшитого полиэтилена зависят от метода сшивания.
Наиболее низкие показатели прочности при воздействии тепла оказались у труб, изготовленных из сшитого полиэтилена РЕХс.  Трубы из полиэтилена РЕХа и РЕХв имеют улучшенные показатели прочности и менее поддаются деформации под влиянием повышенной температуры. На надежности и долговечности изделий отражается также уровень остаточных напряжений, влияющих на скорость релаксации. Из всего сказанного можно сделать вывод о зависимости физических и механических свойств сшитого полиэтилена от его структуры, количества, энергии  и распределения поперечных связей.
Под воздействием ультрафиолетовых лучей и статического электричества  процесс сшивки полиэтилена может продолжаться. Что со временем приводит к появлению избыточной жесткости материала и полной потери пластичности.

Оценка полученного полимера производится с помощью показателя индекса расплава – MFI. Единицы измерения: г/10 мин. Индекс расплава для полиэтилена высокой плотности: 0,9 до 25 г/10 мин. Визуально индекс расплава определяется по внешнему виду экструдированных труб. Наиболее высокий индекс расплава у труб, имеющих глянцевую поверхность.
Для измерения индекса расплава используется пластомер, через который выдавливается расплавленная масса полимера при определенных условиях по температуре и нагрузке.
При горении сшитого полиэтилена с высоким индексом расплава наблюдается частое образование капель. При низком индексе расплава можно сделать вывод о наличии в структуре полимера большого количества однородных молекулярных структур – комономерных бутиленовых ответвлений. С течением времени (2-3 года) в таких полимерах отмечается нарушение логарифмической зависимости между  эталонным тангенциальным напряжением и временем. Для труб, изготовленных из такого полимера, трудно определить точный срок эксплуатации для рабочих параметров  транспортируемой среды.
Металлопластиковые трубы из сшитого полиэтилена стойкие к воздействию многих химикатов. Среди них самые широко применяемые в быту и на производстве: растворители, ароматические углеводороды – бензол, толуол, а также бензин.  Моющие средства и антифризы также не оказывают влияния на трубы из сшитого полиэтилена.

Разрушающее действие на трубы оказывают концентрированные кислоты – азотная, серная, а также их смесь – царская водка, соединения хлора – хлористый метил, хлороформ,  трихлорэтилен.  Сшитый полиэтилен не выдерживает действия серного ангидрида, этилового эфира, фтора, органических растворителей и горячих органических масел и жиров.
При прохождении потока рабочей среды через полиэтиленовые трубы не возникает реакции диссоциации даже при повышенной температуре, поэтому отложения солей на стенках труб не отмечается. Идеально гладкая поверхность пластиковой трубы, получаемой методом экструзии, не препятствует прохождению потока жидкости.
Металлопластиковые трубы могут иметь неоднородные слои полиэтилена –  сетчатой или линейной структуры. Иногда конструкция трубы состоит из внутреннего слоя сшитого полиэтилена и наружного слоя из обычного полиэтилена высокого давления.
Внутри трубы располагается более толстый слой полимера для противостояния максимальному воздействию температуры среды и давления. Наружная часть трубы изготавливается из более тонкого слоя полимера, поскольку здесь он выполняет только защитную функцию алюминиевой фольги.
Сегодня металлополимерные трубы используют в различных областях: для систем кондиционирования воздуха, транспортировки сжатого воздуха в пневматических системах, а также поставки морской и термальной воды, подачи различных пищевых и промышленных жидкостей. Особенно удобно использование металлополимерных труб для монтажа отопительных систем, теплого пола и стен. Поскольку при их установке можно использовать различные способы разводки, как однотрубную, так и многотрубную разводку.
Из полиэтилена средней плотности изготавливаются композитные трубы. Такие металлополимерные трубы используют для транспортировки среды с температурой не выше 70°С.


Полипропилен

Полипропилен также используется для изготовления металлопластиковых труб. Конструкция такой трубы состоит из внутренней толстостенной полипропиленовой трубы, на которую на клеевом слое крепится алюминиевая фольга. Наружный слой трубы состоит из тонкого защитного слоя полипропилена.  Соединение металлопластиковых труб из полипропилена производится с помощью полифузионной сварки или механическим креплением. Перед сваркой необходимо провести подготовительные работы – зачистить специальным инструментом верхний защитный слой трубы и фольгу на необходимую глубину соединения.

Pe-RT

Новый материал для изготовления композитных труб – модификация полиэтилена Pe-RT. Это специальная разработка нового типа полимера для производства труб, работающих в условиях высоких температур.  При производстве полиэтилена Pe-RT использовался новый метод направленного пространственного формирования в макромолекулах полимера боковых связей. Полиэтилен Pe-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance) имеет уникальную молекулярную структуру с равномерным распределением октеновых ответвлений молекулярной цепи. Этот полимер получил еще одно название – линейный полиэтилен LPE. По своим свойствам он превосходит сшитый полиэтилен по ряду показателей, в том числе обладает большей гибкостью.

Методика получения линейного полиэтилена заключается в использовании вместо обычного бутена октена (октилена) С8Н16. Октен имеет не плоскую, а протяженную пространственную структуру.  Боковые ветви октена  взаимно переплетаются вокруг основной цепи полимера. При этом пространственная структура получается не за счет образования межатомных связей, а посредством переплетения собственных боковых ветвей. При неизменившихся показателях химической стойкости, новому материалу свойственны повышенная термическая стойкость на протяжении длительного времени, а также значительное увеличение прочности.
Ультрафиолет не оказывает такого разрушающего  действия на металлопластиковые трубы из линейного полиэтилена, как на трубы, изготовленные из сшитого полиэтилена РЕХ. Трубы из Pe-RT, проложенные вблизи источников ионизирующего излучения и статического электричества, в процессе длительной эксплуатации не меняют своей прочности и не становятся хрупкими.

Сравнение свойств Pe-RT и PEX

Металлопластиковые трубы из прогрессивного материала линейного полиэтилена Pe-RT работают в широком диапазоне температур, выдерживая многократное замораживание и размораживание транспортируемой в них жидкости.  Они сохраняют свою прочность при ударе в условиях отрицательных  температур до минус 25°С, стойкие к порезам, царапинам и ультрафиолетовым лучам.
Трубы Pe-RT согласно российской классификации относятся к трубам типа «Т» - работающим при давлении 20 кгс/см2.

Многие ведущие компании мира по производству металлопластиковых труб перешли сегодня на использование этого материала.  Среди них фирмы: Uponor, Oventrop, COMAP, HAKA GERODUR, корейская фирма Hyundai и ряд других компаний. Немецкая компания WESERflex также производит трубы из полимера Pe-RT. Конструкция труб состоит из нескольких слоев: внутреннего, антикислородного барьера и наружного слоя. Структура и состав материала труб указывается в условном обозначении: Pe-RT/Al/Pe-RT. Это значит, что трубы системы WESERflex изготовлены из трех слоев. Внутренний и наружный слой трубы состоит из полиэтилена Pe-RT, а роль антикислородного барьера выполняет расположенная между ними алюминиевая фольга Al.

Алюминий и его сварка

Алюминиевый слой металлопластиковой трубы сваривается двумя способами: внахлест и встык. Оба способа соединения являются надежными.  Сварной шов выдерживает рабочее давление до 10 атм. Правильно выполненный сварной шов не уступает по прочности основному материалу. Об этом свидетельствуют проведенные регламентные испытания, показавшие, что трубы никогда не имеют разрыва в месте сварки. Существенные отличия между способами сварки проявляются в себестоимости изготовления трубы. Поскольку для проведения сварки встык используется более дорогостоящая толстая алюминиевая  лента. Это также сказывается на меньшей эластичности трубы. При сварке внахлест используется более тонкая алюминиевая лента и более дешевая производственная линия, что несколько удешевляет стоимость трубы.

Алюминиевая лента не только придает металлопластиковой трубе жесткость и механическую прочность, но и выполняет еще ряд функций:

• Служит кислородным барьером для закрытых систем отопления. Поскольку, проникающий сквозь полиэтилен кислород, насыщает транспортируемую жидкость и  оказывает коррозионное воздействие на детали системы отопления.
• Уменьшает температурные колебания по всей длине трубы. Это происходит за счет более низкого коэффициента линейного теплового расширения у алюминия, чем  у полимера.
• Поддерживает сохранность заданной формы трубы.
• Защищает полимер от ультрафиолетового излучения, предотвращая его разрушение, и препятствует активной жизнедеятельности микроорганизмов в транспортируемой среде.

Для изготовления металлопластиковых труб используют виды сварки:

• Дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа (TIG).
• Лазерная сварка: сварка твердотельным неодимовым лазером и лазерная сварка в среде СО2.
• Ультразвуковая точечная сварка внахлест.

Дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа (TIG)
Этот вид сварки можно использовать для сваривания алюминиевой ленты любой толщины от 0,3 мм. Недостатками сварки являются некоторые технологические трудности: возможность прожига алюминия, частой замены (каждые 3 часа) электрода и использование аргона.
Лазерная сварка: сварка твердотельным неодимовым лазером и лазерная сварка в среде СО2

Лазерная сварка имеет ряд преимуществ: при сваривании алюминиевой ленты нет перегрева материала в околошовной зоне и нет интенсивного испарения расплавленного металла. Сварку можно производить непрерывными и импульсно-периодическими лазерами без присадки. Процесс сварки выполняется на высокой скорости, что значительно увеличивает производительность труда и сокращает время изготовления трубы. Для сварки не требуется большого количества энергии, которая определяется отношением мощности к скорости сварки. При этом процесс характеризуется минимальными остаточными деформациями и отсутствием склонности к образованию горячих трещин.

Сварка твердотельным неодимовым лазером


Такой вид сварки применяется для сваривания только очень тонкой алюминиевой фольги. Это наиболее быстрый вид сварки с постоянным оперативным контролем качества сварного шва за счет измерения вихревых токов Фуко.

Лазерная сварка в среде СО2

Эту сварку используют для сваривания тонкой алюминиевой фольги толщиной 0,2 -0,3 мм. Характеризуется получением тонкого и прочного шва. Для проведения лазерной сварки в среде СО2 требуется большое количество энергии – в 3-4 раза больше, чем для лазерной сварки неодимовым лазером.

Ультразвуковая точечная сварка внахлест

Прочное соединение двух кромок внахлест получается за счет трехрядной точечно-контактной сварки. Несмотря на то, что это самый медленный способ сварки из всех перечисленных, он гарантированно дает высокое качество трубы. Поскольку сварка выполняется до экструзии внутреннего слоя трубы, что не влечет за собой возможного повреждения полимера. Все остальные способы сварки выполняются при затвердевшем внутреннем слое полиэтилена.
Ультразвуковую сварку используют преимущественно для соединения тонкой алюминиевой фольги. Она имеет ряд отличительных особенностей и достоинств:
• Сварка производится без сильного нагрева околошовной зоны.
• При сварке не образуются хрупкие металлиды в зоне сварочного шва.
• Гигиеничность процесса – нет интенсивного выделения вредных газов при плавлении металла.
• Экономичное получение сварочного шва при небольших энергетических  и технологических затратах, а также низкой трудоемкости.
• Возможность сварки металла с оксидированной или плакированной поверхностью.
• Отсутствие значительных деформаций металла в зоне сварки за счет применения небольших сварочных усилий.
• При сварке не требуется точной установки и подгонки кромок заготовки.
• Прочность сварочного шва не уступает прочности основного материала.
• Не требуются мощные сварочные машины и аппараты.
• Простая конструкция сварочной машины, быстрое и удобное обслуживание.
• Доступная автоматизация процесса сварки.
• Относительно низкая стоимость сварочной машины.

За рубежом технология сварки внахлест широко применяется при изготовлении металлопластиковых труб специалистами ряда компаний:  Valtec s.r.l., Henco, Prandelli, LG Сhem, Frankische, Hewing, Oventrop, СоES, Rehau  и др.

Последние разработки в области новых материалов для металлопластиковых труб касаются производства материала-заменителя алюминиевого слоя – EVOH (гидроксид этилвинила). Этот пластик является также кислородным барьером, предотвращая проникновение кислорода в жидкость. Теперь трубы для систем отопления становятся полностью полимерными. Такие трубы не поддаются коррозии, они долговечные и надежные. Монолитная труба, полностью изготовленная из полимера, на всех участках имеет одинаковый коэффициент температурного расширения. Такие трубы хорошо эксплуатируются в условиях постоянно и резко меняющихся температур транспортируемой жидкости.

Клей

Клеящие составы используют для соединения отдельных частей металлопластиковых труб. Специальные клеи производятся на основе полимерных материалов. Кроме функции соединения, такие составы являются эластичной прокладкой между слоями трубы. Находясь между алюминиевым слоем и сшитым полиэтиленом, клеящий слой компенсирует разные величины линейного удлинения металла и полимера. Качество клея отражается на долговечности и надежности металлопластиковой трубы. При потере клеевым слоем эластичности происходит расслаивание слоев, и труба протекает в местах их соединения.

Каталог продукции
Новости
05.09.2009 Новинка. HERZ регулятор перепада давления, модель 4002, 30 кПа

диапазон регулирования перепада давления 5-30 кПа; компактный улучшенный дизайн, DN 15-50

Подробнее »

23.07.2009 Новинка. Регуляторы расхода от Herz.

Компания Herz Armaturen выпустила новое поколение регуляторов расхода (модели 4001 и 4006)

Подробнее »

19.06.2009 Смесительные клапаны для систем питьевого водоснабжения

Применение смесительных клапанов для систем питьевого водоснабжения с функцией ограничения максимальной температуры горячей воды на сливе обеспечивает защиту от ошпаривания, требуемую многими предписаниями и нормами.

Подробнее »

Опрос

Какой бренд вы предпочитаете?

© 2008-2012 ООО «Тепло Проект». Все права защищены.

r