Полипропилен или сшитый полиэтилен?

Основные отличия полиэтилена и полипропилена

  • Полипропилен синтезируют только при низком давлении (до 4 МПа), и только в присутствии катализатора Циглера – Натты. Полиэтилен же может синтезироваться при таких условиях (будет получен ПЭ низкого давления) либо при высоком давлении (будет получен менее прочный ПЭ высокого давления). Соответственно, отличий между РР и РЕ высокого давления намного больше, чем между РЕ низкого давления.
  • Полипропилен легче: материал имеет вес как минимум на 0,04 г/куб. см. меньше по сравнению с самой легкой маркой полиэтилена.
  • Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, до 180 градусов, в то время как полиэтилен плавится уже при 140 градусах.
  • Полипропилен формирует более гладкую и плотную поверхность, потому более устойчив к загрязнениям и легче отмывается по сравнению с ПЭ.
  • Полиэтилен более эластичен. Полипропилен более прочный, но и хрупкий материал, в то время как полиэтилен обеспечивает увеличенную гибкость.
  • Полиэтилен имеет гораздо более высокую морозостойкость, выдерживая температуры до -50 градусов, в то время как для полипропилена критичной является температура -5 градусов.
  • Цена: полипропилен – это более дорогой полимер. Сырье стоит дороже, и по стоимости может быть сопоставимо разве что с лучшими маркам полиэтилена низкого давления.

Сшитый пенополиэтилен (полиэтилен)

Сшивка’ — процесс образования дополнительных химических связей между макромолекулами основного полимера.

Рулон физически сшитого пенополиэтилена

Сшитый пенополиэтилен (сшитая пена) — вспененный полиэтилен, молекулярная структура которого модифицируется в результате сшивки.

Во вспененном виде, поперечно-связанная молекулярная структура сшитого полиэтилена обладает высокой прочностью и плотностью, низкой теплопроводностью, низким влагопоглощением, длительным сроком эксплуатации, высокой стойкостью к химическим воздействиям и хорошими показателями поглощения ударного шума. Сшитый пенополиэтилен отличается сложной технологией производства, экологической безопасностью и приятным внешним видом. Молекулы сшиваются за счет химических веществ введенных в полимер или за счет облучения пучком электронов, поэтому различают химически и физически (радиационно) сшитый полиэтилен.

Пример исполнения трубы из сшитого полиэтилена

Сшитый полиэтилен (PE-X или XLPE, ПЭ-С) — полимер этилена с поперечно сшитыми молекулами (PE — PolyEthylene, X — Cross-linked).

При сшивке в молекулярных цепочках, содержащих атомы углерода и водорода, под воздействием определённых факторов (повышенная температура, кислород, облучение электронами высокой энергии), отрываются отдельные атомы водорода. Образовавшаяся свободная связь используется для соединения отдельных цепочек между собой.

Технология производства

Технология производства пенополиэтилена сшитого химически:

На фото изображён химически сшитый пенополиэтилен

1) Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки.

Физически сшитый пенополиэтилен

2) Нагрев матрикса, вследствие чего происходит сшивка с одновременным вспениванием материала.

Химически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет мелко пористую структуру (размер пор <1 мм). Пора закрытая (в отличие от поролона) поверхность со значительной шероховатостью.

Технология производства пенополиэтилена сшитого физически: 1) Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки;

2) Облучение экструдированного листа быстрыми электронами, которые генерируются ускорителем, содержащим эмиттер электронов и систему их разгона до требуемых уровней энергии;

3) Вспенивание облученного экструдированного листа в специальной печи вспенивания, содержащей ряд функциональных зон и несколько типов источников нагрева — получение собственно физически сшитого пенополиэтилена.

Физически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет микропористую структуру. Пора закрытая. Поверхность гладкая.

Технологии производства сшитого полиэтилена PE-X для труб:

1) Пероксидная (нагрев в присутствии пероксидов), при которой получают материал с обозначением PEX-A. Трубы PEX-A обладают лучшими характеристиками устойчивости к нагрузкам среди всех разновидностей. Сшивание пероксидом позволяет скрепить до 90% макромолекул. При разматывании бухты они быстро выпрямляются и хорошо держат форму. На изгибах (в пределах допустимых норм и соблюдении технологии) не заламываются;

2) Силановая (обработка влагой, в которую предварительно был имплантирован силан + катализатор), при которой получают материал с обозначением PEX-B. Сшивка силаном дает около 80% скрепления молекул исходного полимера. Производственный процесс проходит в два этапа. На первом полимер насыщается силаном, на втором – насыщается дополнительной водой (гидратируется). Трубы не уступают по прочности пероксидным, но менее эластичны и хуже восстанавливают первоначальную форму;

3) Электронная (бомбардировка электронами), при которой получают материал PEX-C. Здесь применяется радиоактивное излучение для сшивки полимеров, выход поперечных связей в готовом материале составляет около 60% от общего числа возможных. В процессе материал бомбардируется электронами. Выходные характеристики материала зависят от пространственной ориентации при производстве. Трубы получаются не слишком гибкими, склонными к заломам. Заломы устранить можно только с помощью соединительной муфты;

4) Азотная, при которой получают материал с обозначением PEX-D. Полезный выход здесь около 70%, что больше, чем у PEX-C. Однако эта технология самая сложная в практической реализации и производители от ее использования постепенно отказываются.

Сшитый полиэтилен характеризуется такими параметрами как:

  • доля сшивки;
  • доля материала в форме кристаллита;
  • напряжение на разрыв;
  • удлинение на разрыв.

Преимущества сшивки

За счёт сшивки молекул вспененного полиэтилена улучшаются следующие параметры:

— теплостойкость (рабочий температурный интервал сшитых пенополиэтиленов, как правило, на 20-30°С выше несшитых);

— физико-механические показатели (разрушающее напряжение при растяжении, предел прочности при сжатии, относительная остаточная деформация при сжатии, динамический модуль упругости) при равной плотности и толщине могут быть лучше на 5-15%;

— возможность использования сшитого пенополиэтилена при кратковременных точечных нагрузках (5-20 кг/см2 (50-200 тонн/м2), использование «несшитого» пенополиэтилена в данном случае не желательно, так как ячейки могут необратимо деформироваться (лопаться));

— стойкость к ультрафиолету и атмосферостойкость;

— стабильность геометрических размеров;

За счёт сшивки молекул полиэтилена увеличиваются параметры:

— температуры плавления. Сшитый полимер размягчается при повышении температуры более 150 °С, плавится при 200 °С;

— Увеличенная жёсткость и прочность на разрыв;

— Пароизоляции;

— Восстановления формы после кратковременной деформации.

Физически сшитый пенополиэтилен с клеевым слоем, в форме роликаПример изделия из физически сшитого пенополиэтилена. Туристические ковры.

Литература

  • ГОСТ Р 57748-2017 «Композиты полимерные. Метод определения параметров полимерной сетки сшитого сверхвысокомолекулярного полиэтилена в растворителе»
  • ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия»
  • В. К. Князев, Н. А. Сидоров. Облученный полиэтилен в технике. М., «Химия», 1974, 376 с.
  • Князев В. К., Сидоров Н. А. Применение облученного полиэтилена в радиоэлектронике. М., «Энергия», 1972. 64 с.
  • Прижижецкий С. И., Самсоненко А. В. «Новый стандарт проектирования тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.», Промышленное и Гражданское Строительство 12/2008, Издательство «ПГС», ISSN 0869-7019
  • Батраков А. Н., Амплеева И. А., «Сшитые и несшитые пены, их сходство и различие», Промышленное и Гражданское Строительство 9/2005, Издательство «ПГС», ISSN 0869-7019
  • А. И. Ларионов, Г. Н. Матюхина, К. А. Чернова, «Пенополиэтилен, его свойства и применение», Ленинградский дом научно-технической пропаганды, г. Ленинград, 1973 г.
  • И. В. Кулешов, Р. В. Торнер, «Теплоизоляция из вспененных полимеров», Москва Стройиздат 1987 г.
  • Берлин А. А. Основы производства газонаполненных пластмасс и эластомеров. М» Гюсхимиздат, 1954.
  • Воробьев В. А, Андрианов Р А, Федосеев Г П Полимерные теплоизоляционные материалы в строительстве М., ВЗСТ, МВнССО РСФСР, 1964

Сравнение сшитого полиэтилена и полипропилена

В процессе создания проекта для устройства коммуникаций вновь построенного либо реконструируемого здания как жилого, так и промышленного назначения вам могут предложить установку труб полипропиленовых или PEX – из сшитого полиэтилена. Выступая альтернативой металлическим изделиям, оба эти материала обладают прочностью, неплохой стойкостью к нагрузкам и долговечностью, превышающей этот показатель даже для металла. Однако они, являясь полимерами разных органических соединений, имеют существенные различия и поэтому более предпочтительны в различных строительных назначениях.

Внутренние различия

Попробуем разобраться в различии свойств сшитого полиэтилена и полипропилена, обратившись к особенностям их строения:

  1. Полиэтилен PEX получают методом поперечной сшивки линейных макромолекул полимеризованного этилена до получения трехмерной сетчато-ячеистой структуры:
    • Образованные в этом процессе прочные межмолекулярные связи дают материалу высокую стойкость к нагрузкам механического, химического и термического характера.
    • Такие связи еще на этапе отливки изделия дают ему форму, которую затем будет очень сложно изменить.
    • PEX является самым плотным из всех видов полиэтилена с показателем 940 кг/м 3 .
  2. Полипропилен – это полимер углеводорода пропилена, имеющий нестабильное кристаллическое строение, что дает ему как большую прочность на растяжение и разрыв, так и высокую пластичность. Он:
    • Может быть трех типов в зависимости от пространственной направленности ответвлений молекул (метильных групп),
    • Имеет дышащую структуру, способную пропускать газообразные вещества,
    • Является гораздо менее плотным материалом, чем любой другой вид пластмасс, с показателем плотности от 850-ти до 900 кг/м 3 .

Свойства ПП и PEX

Прочность

Прочностные характеристики этих двух материалов примерно равны, показатели их растяжения до предельного положения (разрыва) составляют диапазон от 250-ти до 800 %. Но при этом:

  • Полипропилен обладает большей стойкостью к растрескиванию, даже при воздействии возможных неблагоприятных факторов,
  • Сшитый полиэтилен более прочен при резком перепаде нагрузок: повышение скорости растяжения значительно снижает механические свойства ПП.

Температурная стойкость

Максимально высокие температуры эксплуатации изделий из обоих пластмасс не превышают значение в 140 0 C, но плавятся и горят они немного в разных температурных режимах:

  • ПП плавится при t 0 =176 0 C,
  • PEX – при t 0 от 190 до 200 0 C.

А вот нижний предел использования материалов сильно отличается. Если сшитый полиэтилен сохраняет свои прочностные и эластичные свойства до -50 0 C, то полипропилен становится хрупким уже при -15 0 C (для некоторых модификаций даже при -5 0 C).

ИНТЕРЕСНО! Сшитый полиэтилен более стоек к временному повышению температур до очень высоких значений, а полипропилен – материал длительной стойкости. Это означает, что низкотемпературные отопительные системы с возможностью резких скачков температур лучше изготавливать из PEX, а постоянно горячие трубопроводы дольше прослужат из ПП.

Химические свойства

Химически полипропилен уступает сшитому полиэтилену:

  • Стойкость его к органическим и неорганическим реагентам и растворителям хотя и высока по сравнению с неполимерными материалами, но слабее, чем у PEX.
  • Стойкость к явлениям среды также намного ниже: в чистом виде он намного быстрее стареет под воздействием кислорода воздуха и солнечного света, особенно при повышении температур.

ВНИМАНИЕ! Для увеличения срока службы ПП-полимеров в сырьё на этапе производства изделий добавляются стабилизаторы, улучшающие стойкость к ультрафиолету и кислороду, а PEX-трубы обычно имеют защитное антидиффузное покрытие.

Физические свойства

Несмотря на значительно большую, чем у полипропилена, плотность и практически аналогичную текучесть, PEX является более мягким материалом, а еще обладает следующими возможностями:

  • Из-за высокой плотности не пропускает сквозь себя жидкости и даже газы, что позволяет изготавливать из него безопасные напорные газопроводы и технические трубопроводы,
  • Благодаря эластичности трубы из него намного лучше гнутся с образованием более крутых поворотов, за счет чего из сшитого полиэтилена получается намного более качественный контур для систем теплого пола.

Понравился материал? Поделись!

Отопление: металлопластик или полипропилен?

Запись создана: 13.10. 17:49:21

Металлопластик или полипропилен для централизованных систем отопления?

При замене труб в квартире с централизованной системой отопления часто возникает спорный вопрос: какие трубы применить? Причем некое противоборство установилось между трубами из полипропилена (PPRC) с одной стороны и металлопластиком (МПТ) или сшитым полиэтиленом (PEX) — с другой. Каждый специалист, освоивший соответствующую технологию, ее и продвигает. С человеческой точки зрения понятно: привык человек, приноровился — ему так легче. Но вопрос остается — что же лучше? Или хотя бы ощутимо надежнее, долговечнее и, в конце концов — безопаснее? С трубами из стали все ясно — прочны, надежны, относительно долговечны. Красотой (при обычном исполнении) не блещут. А вот что сложнее, так монтаж из стальных труб скрытых подводок, различных конструкций сложных по своей геометрии — попробуй погни. Да и способов соединения при традиционном монтаже всего два — сварка и резьба (есть еще на пресс-фитингах, да не для наших отечественных труб). Поневоле пришлось обращаться к пластмассовым трубам — удобным в монтаже, легким в транспортировке.

Но! Но за пластмассовой эйфорией * начала 90-х и и повальным увлечением пластиком как-то упустили, что условия эксплуатации пластиковых труб на Западе и в России существенно различаются: централизованные системы отопления в России работают в более жестоких условиях — высокие температуры при высоком давлении теплоносителя в системе — ощутимо выше чем на Западе. Произошли первые разрывы трубопроводов. Эйфория закончилась и началось отрезвление. Но как принято в России — начались раздаваться призывы вообще запретить пластиковые трубы. Очевидно, что пластиковые (пластмассовые, полимерные) трубы и фитинги имеют свою область применения, границы которой довольно четко обозначены взаимосвязанными параметрами теплоносителя — давлением и температурой — с одной стороны и сроком службы — с другой стороны (химическую стойкость здесь не рассматриваем).

Что мы имеем в законодательном плане:

для полипропилена PPRC — СП-40-101 Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропилена Рандом сополимер . В п. 1 Область применения , пп.1.3. определен срок службы . в системах холодного водоснабжения не менее 50 лет, в системах горячего водоснабжения (при температуре не более 70°С) не менее 30 лет. Все. Про отопление ничего нет: ни за ни против.

Но есть приложение №2. В нем приводятся различные сроки службы трубы при соответствующих давлениях и температурах. Так для трубы PN20 при давлении 0,66 МПа (6,6 атм) и температуре теплоносителя 90°С срок службы — 5 лет. В других источниках — примерно те же соотношения. Можно конечно предложить трубу Штаби (Stabi), которая имеет слой алюминиевой фольги, но практически эта фольга не усиливает трубу, тем более, что ряд производителей при производстве такой трубы уменьшает толщину полипропиленового тела трубы. В каталогах фирм-производителей предполагается применение такой трубы для систем отопления, но — это не наш российский вариант, это системы низкотемпературного отопления для теплой Европы: 60-70°С и давление — 2-3 атм. Исходя из вышеизложенного я бы сказал, что тот кто смонтировал трубопровод отопления из полипропилена — сильно рискует.

Однако есть практика, могут возразить мне, и она тоже дорогого стоит. Практика покажет позже. Расчет прост: примерно 3-4 месяца в году некоторые системы находятся при температуре 80-95°С, это значит, что ресурс фирменной трубы PPRC необходимо увеличить примерно в три раза — т.е. 15 лет. Те кто поставил трубы в 1995 году может ждать сюрпризов к 2010 году. Те же, кто поставил трубу не фирменную — получит сюрприз раньше. Для полного определения своей позиции скажу напоследок, что фирменной трубой я считаю трубы таких фирм, как, например, Aquatherm GmbH (Германия), AGRU Kunstofftechnik GmbH (Австрия) и т.п. Впрочем это только мое мнение. Нефирменные трубы вообще — бич России. И это касается не только полипропилена, который льют уже с российским размахом: много и некачественно. Это касается и металлопластиовых труб. Подделок здесь пруд пруди. Достаточно сказать, что автор насчитал в 2002-2003 гг. 7 (семь!) разновидностей металлопластиковой трубы Henco на Канавинском рынке Нижнего Новгорода. Так что г-н Хендрикс (владелец торговой марки Henco) просто отдыхает. Есть и своеобразный плагиат названия торговой марки: HEN-CO. Не очень оригинально, но для тех кто слышал звон про Henco — пойдет. Впрочем подделывают и другие торговые марки. Подделки совершенствуются. Внешний вид поддельных труб улучшается. И все же, и все же. Я бы не рекомендовал пользоваться такой продукцией — черт его знает: чего они туда напихали? Вопрос практического определения труб на соответствие той торговой марке, имя которой написано на самой трубе не прост и остается за пределами этой статьи. Вернемся к теме: полипропилен, металлопластик, центральное отопление.

Итак, чем регламентируется применение металлопластиковых труб в России?

Два свода правил:

СП 41-102-98 Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб

СП 40-103-98 Проектирование и монтаж трубопроводов систем холодного и горячего внутреннего водоснабжения с использованием металлополимерных труб .

Водоснабжение нас в этой статье не интересует, поэтому рассматриваем только СП 41-102-98. Для начала отметим, что правильное название труб — металлополимерные.

Не хотелось бы критиковать разработчиков, но если упоминается сшитый полиэтилен , то надо давать расшифровку — что это такое. Легко сказать — есть PEX модификации А, В, С — и это все сшитые полиэтилены. Они составляют основу металлопластиковой трубы (Pex-a, кстати, в МПТ не применяется).

Но вот появился полиэтилен модификации PE-RT и это уже строго говоря не сшитый полиэтилен. Трубы со слоем PE-RT — это металлопластик или нет? В силу сложившейся практики будем считать, что это тоже он.

Что же говорится в этих документах о металлопластиковых трубах и отоплении?

Читаем:

1. Область применения

1.1 Металлополимерные трубы (далее—трубы) применяют при проектировании и монтаже систем отопления, расчетная температура которых не превышает 90 °С при давлении в трубах не более 1,0 МПа по данным нормативных документов на трубы или сертификационных испытаний.

1.2 Металлополимерные трубы могут быть использованы в системах центрального, местного отопления жилых, общественных, административно-бытовых и промышленных зданий, вновь возводимых и реконструируемых, а также для систем подогрева грунта в теплицах и оранжереях.

Можно было бы поставить на этом точку, потому что описывать все тонкости нет смысла — профессионалы их знают, а любителям все равно ничего не докажешь. Но добавить хотелось бы следующее:

1. Заслуживают внимания и применения только фирменные трубы, т.е. легально сделанные по соответствующей технологии в заводских условиях.

2. Монтаж трубопроводов рекомендую вести только с применением пресс-фитингов. Это можно расценивать как сугубо личное мнение, но фирменные пресс-фитинги ни разу за 6 лет нас еще не подвели. Надеюсь и не подведут.

3. Пресс-инструмент рекомендую применять только с коваными пресс-колодками. Они лучше чем литые пресс-колодки, и тем более лучше, чем пресс-клещи со сменными вкладышами под каждый диаметр.

4. Неоспоримое преимущество металлопластиковой трубы — гибкость, позволяющая воплощать в жизнь любые фантазии дизайнера (а эти ребята в последнее время совсем распустились, рисуют нечто невообразимое). Эта гибкость в сочетании с аккуратными размерами и прочностью пресс-фитинга оставляют далеко позади все монтажные схемы с применением труб из полипропилена, особенно с применением комбинированных фитингов PP-металл, которые уж точно изящными не назовешь.

В настоящей статье затронуты далеко не все аспекты сравниваемых систем. Каждая труба должна применяться там, где она может применяться согласно данных соответствующих нормативных документов и подтвержденных документально данных производителей. Поэтому нет плохих труб и систем, кроме тех, которые плохо (неправильно) смонтированы. И есть неправильный выбор материала.

Примечания:

1. ООО Полимер Групп использует трубы и пресс-фитинги фирмы Comap, пресс-инструмент фирмы Rems

2. Настоящая статья носит ознакомительный характер и не может рассматриваться как руководство для монтажа систем вышеназванных трубопроводов.

3. В столь краткой статье не рассматриваются трубы из сшитого полиэтилена (Pex). ООО Полимер Групп применяет такие трубы производства фирмы Rehau, высооко оценивает их качество и продуманность предлагаемых систем, точно также как и негативно относится к их довольно высокой цене. Однако jedem das seine (каждому свое). На все есть свой заказчик.

4. Металлопластиковые трубы — для стояков и поквартирной разводки — это, по крайней мере, понятно и реально. Но что предложить в качестве труб отопления подающей магистрали, например в подвале, которые называют еще лежаками ?

Автору не приходилось сталкиваться на практике с металлопластиком oт 100 мм и выше — его просто нет в каталогах производителей такой авторитетный производитель инструментов, как фирма REMS, даже не предлагает клещи для пресс-фитингов МПТ диаметром свыше 75 мм.

Трубы из сшитого полиэтилена? Фирма Uponor предлагает Pex-a c параметрами t=90°С при P=6 бар и максимальном диаметре DN 110х10 (трубы\Ecoflex Thermo ). Фирма Rehau предлагает линейку труб для отопления Rauthermex с максимальными параметрами t=95°С, P=8,6 бар и сроком службы — 10 лет. С учетом коэффициента безопасности 1,5 и 3-4 месячной максимальной нагрузке срок службы возрастет примерно до 20 лет. Если таких параметров для лежаков не достаточно, особенно в высотных зданиях, то в качестве пластмассовой альтернативы стальным трубам (если такая альтернатива и будет востребована по ряду причин), можно предложить трубы, например, из PVDF.

Позволю себе напомнить также, что системы централизованного отопления являются открытыми и вопрос о защите от кислородной диффузии в таких системах не стоит.

С уважением,

В. Смирнов, ООО Полимер Групп , директор

Приложение 2 (справочное) к СП-40-101. Допустимое рабочее давление при транспортировании воды в зависимости от температуры и срока службы (по данным IN 8077A1 и НИИМосстрой)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *