Материал PP-RCT и эволюция полипропилена

Т. Денисенко, И. Аттлова

Огромное количество разнообразных изделий вокруг нас – от обуви до посуды – изготовлены из полипропилена и его сополимеров. Особая отрасль, которую теперь невозможно представить без использования полипропилена (ПП) – системы труб и фитингов для отопления и водопровода

Изотактический полипропилен был открыт в 1954 году, а уже в 1957 году началось его коммерческое производство. С начала 1980-х годов производство и потребление значительно выросли благодаря изобретению более эффективного катализатора.

С тех пор рынок полипропилена стал стремительно развиваться. По объёму потребления полипропилен занимает второе место в мире среди полимеров. Благодаря своим характеристикам он нашел применение в самых разных отраслях.

Сферы применения полипропилена:

Медицина (одноразовые шприцы, пробирки, ванночки, контейнеры, элементы диагностических устройств, бутылочки для внутривенной инфузии, ингаляторы и т.д.)
Потребительские товары (предметы домашнего обихода, мебель, игрушки, приборы, компоненты бытовой техники и т. д.).
Волокна и ткани (одежда, украшения, ремни, канаты, веревки и шпагаты, полипропиленовые волокна в подгузниках, в предметах гигиены, а также в фильтрах для воздуха, газа и жидкостей и т.д.).
Производство упаковки (ящики, бутылки, контейнеры пищевых продуктов, и др. емкости, а также разные пленки).
Автомобилестроение (приборные панели, элементы внутренней отделки и дверей, корпуса аккумуляторных батарей, поддоны, бамперы и пр.).
Промышленность (емкости для кислот и химических реагентов, листы, трубы, транспортная упаковка и тара, разнообразные детали и т. п.).
Строительство (несъёмные опалубки, трубы и фитинги, емкости для воды, бассейны, септики, электроизоляционный материал, дорожные покрытия и т. д.).
Машиностроение и приборостроение (подвижные и неподвижные детали для различного оборудования).

Типы полипропилена

Существует три основных типа полипропилена: гомополимер, статистический сополимер и блоксополимер. Полипропилен PP-R (тип 3) был введён в стандарт DIN 8077 в 1989 году. Постепенно, благодаря его отличной устойчивости к высоким температурам, он стал наиболее часто используемым типом полипропилена для систем горячего водоснабжения и отопления. В результате постоянной эволюции полимерных материалов (сшитый полиэтилен, термостойкий полиэтилен PERT, специальные виды полиэтилена) появился новый тип полипропилена – PP-RCT, с большей устойчивостью к давлению при высоких температурах.

Характеристики материалов труб для холодной, горячей воды и отопления

Тип полимерного материала иногда обозначается цифрой, проставленной за маркировкой материала: PE100, PP-R 80, PP-R 100. Эта классификация материала основана на показателе MRS, т.е. минимальной длительной прочности, выраженной в МПа.

MRS – это характеристика материала трубы, численно равная к напряжению в стенке трубы, возникающему при действии постоянного внутреннего давления, которое труба способна выдержать в течение 50 лет при температуре 20°С.

Классификационное число материала – это величина MRS, умноженная на 10. Такое обозначение особенно удобно для маркировки полиэтиленов PE, которые применяются в системах питьевой холодной воды под давлением.

Для труб, предназначенных для распределительных систем горячей воды и отопления, в частности, ограничивающий фактор – это температура воды, и поэтому более важным является значение сопротивления материала к давлению воды при высоких температурах.

При измерениях MRS были получены значения 12,68 MПа, поэтому материал PP-RCT можно было бы маркировать как PP-R 125 в отличии полипропилена (типа 3) PP-R 80.

Кривые длительной прочности PP-RCT показывают значения, превышающие требования стандартов. Значения давления, температуры и срока эксплуатации находятся в линейной зависимости даже при высоких температурах так же, как у сшитого полиэтилена (PEX) и полибутилена (PB).

Минимальная длительная прочность при 70°С и 50-летнем сроке эксплуатации (σ_LPL) далеко превосходит нормативные значения для PPR.

Свойства труб из полимерных материалов характеризуются изотермами (график взаимозависимости напряжения / температуры / срока службы). Каждый поставщик материала должен подтвердить качество путём долгосрочных испытаний (продолжительностью более одного года), проведенных аккредитованной лабораторией, что его материал соответствует изотермам, утверждённым в стандарте EN ISO 15874 (см. рис 1).

Рис. 1. Изотермы PP-R (слева) и изотермы PP-RCT (справа)

Испытание под давлением при температуре 20°С за период 1 час, которое нормативные документы требуют от производителя, не дает полного представления, устойчива ли труба к более высоким температурам, поэтому более важно проводить испытания при температуре 95°С, в частности:

для PP-R: 1000 часов под давлением 3,5 МПа при 95°С;
для PP-RCT: 1000 часов под давлением 3,8 МПа при 95°С.

Описанные выше испытания проводят сами производители с целью проверки качества своих труб и соответствия труб стандартным параметрам, предписываемым регламентами. Калиброванное оборудование и точное соблюдение алгоритмов, процедуры испытаний, а также достижение нормативных параметров обязательны.

Что дает применение материала PP-RCT?

Прежде всего, материал PP-RCT имеет более высокую стойкость к давлению при высоких температурах.

В таблице 1 перечислены трубы, которые соответствуют установленным эксплуатационным параметрам (срок службы 50 лет, температура воды 70°С).

Видео. Полипропиленовые трубы и фитинги из PP-RCT: сварка

При высоких температурах труба из PP-RCT выдерживает более высокие давления чем труба из PP-R с большей толщиной стенки!

Таблица 1. Сравнение рабочего давления труб из PP-R и PP-RCT

Например, значение номинального давления PN у трубы FIBER BASALT PLUS получается 28, т.е. PN28.

Более высокая прочность материала PPRCT позволяет выпускать трубы с более тонкими стенками, чем у труб из классического PP-R, что увеличивает площадь сечения потока до 37%.

Примером является сравнение использования труб с диаметром 20 мм из PPR и PP-RCT для систем горячей воды. В таблице 2 перечислены трубы, которые соответствуют установленным эксплуатационным параметрам (срок службы 50 лет, рабочее давление 10 бар, температура воды 60°C и 70° C). Большая площадь сечения потока позволяет использовать трубы меньшего диаметра.

Таблица 2. Сравнение размеров труб систем горячей воды для 50-летней эксплуатации при рабочем давлении 10 бар и температуре 60°C или 70°C

Использование PP-RCT позволяет также уменьшить толщину стенки фитингов, что значительно облегчает изолирование всей трубопроводной системы. Для фитингов можно использовать изоляцию того же диаметра, что и для труб.

Более компактные размеры, меньше вес и меньше трудоёмкость. С новыми фитингами из PP-RCT проще прокладывать трубопроводы в труднодоступных местах, даже внутри других трубопроводов.

Чешская компания Wavin Czechia s.r.o. производит трубы из PP-RCT уже в течение 8 лет. Например, труба EKOPLASTIK FIBER BASALT пользуется огромной популярностью и стала широко известной среди специалистов. Компания постепенно переводит все производство фитингов системы EKOPLASTIK на материал PP-RCT и уверена в их успехе на рынке.