Список тематических статей

Полимерные трубы

Общие сведения

Трубы являются одним из самых востребованных пластиковых изделий. Их можно производить практически из любого полимерного материала, но чаще всего их получают из полипропилена (ПП), полиэтилена (ПЭ) и поливинилхлорида (ПВХ). Реже используют стеклопластиковые изделия. Из тех же самых полимеров нужно выпускать и фитинги для того, чтобы они по химической природе не отличались от погонного изделия и могли образовывать с ней прочное сварное или клеевое соединение.

Полимерные трубы, как правило, применяются для холодного и горячего водоснабжения, канализации, орошения полей, дренажа и водостоков. Стандартный ряд диаметров пластиковых трубопроводов: 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110, 125 мм и далее. Толщины стенок могут варьироваться в зависимости от назначения, материала и величины внутреннего рабочего давления.

Полиэтиленовые трубы выпускаются из полиэтилена высокой плотности (ПНД) и его разновидностей ПЭ-63, ПЭ-80 и ПЭ-100, и т.д. и из сшитого полиэтилена (PEX). Такие изделия используются для водоснабжения (чаще наружного), а также для наружной оболочки труб в ППУ изоляции. Полипропиленовые трубы из гомополимера пропилена (часто вторичного) применяют, как правило, для внутренней канализации. При экструдировании рандом-сополимера полипропилена получают уже напорные изделия для холодного или горячего водоснабжения, используемые тем не менее также обычно внутри зданий. Поливинилхлоридные трубы и фитинги применяют чаще всего для прокладки канализации снаружи зданий и сооружений. Из ПВХ изготавливают также относительно небольшое количество напорных труб и водосточные системы.

Кроме чисто пластиковых существуют трубы композитные. Наиболее важные из них металлопластиковые изделия, это вид пластиковых внутри и снаружи изделий с металлическим слоем внутри, а также трубы и фитинги в пенополиуретановой (ППУ) изоляции. ППУ обычно заливают в пространство между внутренней рабочей трубой и наружной защитной оболочкой. Интересно, что как труба, так и оболочка могут быть и полимерными (чаще полиэтиленовой), так и металлическими. Однако, наиболее часто применяемый вариант этого типа – стальная труба и оболочка из черного ПНД для прокладки сетей в грунте. Металлопластиковые же трубопроводы применяют и для отопления, и для водоснабжения или газоснабжения зданий.  

Также трубы из различных полимеров могут быть гофрированными. Они, ввиду гораздо более высокой гибкости, применяют прежде всего в сетях, где требуется изгибать магистрали с малым радиусом, а также в трехмерных системах. В частности, гофротрубы используются как шланги в канализационных целях или для прокладки инженерных систем в коллекторах.

Рис.1. Гофротрубы

Особенности пластиковых труб

Трубы из пластиков обладают неоспоримыми достоинствами по сравнению с прочими материалами, в частности с металлами.  Плотность полимеров, особенно полиолефинов, невысока, что дает конструкции низкую массу. Такие трубопроводы не подвержены коррозии, на них со временем появляется гораздо меньше отложений, они, как правило, не разрываются при допущении замерзания воды внутри трубы, не электропроводны и имеют низкие потери тепла. Кроме того, изделия из пластика дешевы, долговечны, легки в монтаже и демонтаже.   

Полимерные трубы достаточно экологичны и пригодны ко вторичной переработке. Несмотря на усилившуюся в 21 веке кампанию против пластика, практически никто из экологов не выступает за запрет труб, в отличие от пластиковой посуды и одноразовых изделий.

Пластиковые трубы могут соединяться с аналогичными изделиями из других материалов, например со стальными. Для этого используют специальные фитинги с закладными латунными (реже пластмассовыми, например из полисульфона) закладными элементами.

Трубы можно склеивать (применимо для ПВХ), соединять разъемными соединениями различной конструкции. Однако, чаще всего ПП трубу, или изделия из полиэтилена соединяют между собой и с фитингами при помощи диффузионной сварки. Она не требует дорогого оборудования и материалов и выполняется в любых условиях при помощи простой оснастки достаточно быстро по времени. Такое соединение доступно неквалифицированному персоналу или частному домохозяину. В результате сварки ПП или ПЭ труб получают хотя и неразъемное, но герметичное и надежное соединение. Сварную конструкцию можно использовать по назначению и подавать в нее вожу под давлением уже через несколько минут после непосредственно сварки.

Технология производства труб

Для выпуска труб из полимеров, не считая стеклопластиков и прочих экзотических видов полимерных материалов, применяют экструзионные линии. Процесс производства для сегодняшнего уровня развития науки и техники считается относительно нетрудным и низкозатратным. В зависимости от геометрических размеров изделий производственная линия может занимать площадь от 100 (в случае мелких трубок – еще меньше) до нескольких сотен кв.м площади цеха и потреблять от десятков до сотен кВт электроэнергии.  

Рис.2. Трубная экструзионная линия

Трубная экструзионная линия состоит из экструдера с формующим инструментом (экструзионной головкой), калибраторов, охлаждающих ванн, тянущего устройства, отрезного устройства (пилы) и узла укладки готовой продукции при наличии такового, либо автоматического намотчика в случае выпуска изделий небольших диаметров в бухтах. Экструдер обычно применяется одношнековый, в случае выпуска продукции из порошкообразного ПВХ – двухшнековый. При необходимости получения многослойной трубы или нанесения на поверхность неотделимой маркировки (продольных полос) используется технология со-экструзии (коэкструзии) – работа двух и более экструдеров с разными материалами или одним полимером разных цветов в одну головку для получения одного изделия. В случает полимерно-металлической трубы в головку подается также и металл, например фольга.

Суть технологии заключается в следующем. Экструдер представляет собой агрегат, состоящий в основном из полого продольного обогреваемого материального цилиндра, внутри которого от привода вращается винтообразный шнек или червяк. Полимер в гранулах, а также красители и добавки, либо готовая порошкообразная композиция поступает в загрузочный бункер экструдера. Оттуда полимер попадает внутрь цилиндра, где нагреваясь, он расплавляется (пластицируется) и под давлением шнека продвигается вперед. Достаточно перемешавшись с добавками, и получив необходимое давление расплава, полимер поступает в формующий экструзионный инструмент трубного сечения. Головка, как правило, тоже обогревается. Она состоит из внутренней цилиндрической поверхности (дорн) и внешней (матрица). После прохождения головки вязкий расплав принимает форму трубы, которую необходимо зафиксировать. Этому служит система калибраторов («сухих» и «мокрых»), где изделий одновременно охлаждается и приходит в окончательную нужную форму. До-охлаждение изделия происходит в ваннах, где оно либо находится в воде, либо под действием капельных струй. Дальнейшие операции носят механический характер – изделие тянется вдоль линии, при необходимости на нее наносится маркировка, отрезается и укладывается, а затем упаковывается.

Производство трубных фитингов из полимеров

Фитинги для полимерных труб – колена (уголки), тройники, муфты, крестовины, хомуты, заглушки и т.п. это типичные изделия для литья пластмасс под давлением. Наряду с экструзией это второй главный метод выпуска изделий из пластиков. Фитинг обычно выпускаются из того же самого полимера, что и трубу.

Однако, литье под давлением в целом предназначено для более текучих полимеров, чем экструзия. И иногда невозможно получить фитинг приемлемого качества из той же самой марки сырья. Особенно это показательно для поливинилхлорида. Практически невозможно отлить фитинг из экструзионного ПВХ. В этом случае технологи подбирают марки наиболее близкие по свойствам, а в случае в ПВХ – другие марки того же цвета, но гораздо большей текучести.

Рис.3 Крупные фитинги

Литье фитингов не считается сложным технологическим процессом. Оно проводится на стандартных машинах для литья пластмасс под давлением (термопластавтоматах) с использованием недорогих литьевых прессформ. Наибольшую сложность в литье представляют фитинги с закладными элементами для соединений полимер-металл. Для установки закладных в формообразующие полости лучше всего применять автоматизированные решения. Также встречаются фитинги сложной конфигурации, в таком случае необходимо оценить целесообразность изготовления формы для литья. Либо получить этот фитинг другими методами, например сваркой (см. ниже).

Отметим, что полученные трубы и фитинги могут нуждаться в дополнительной обработке, например раструбовке, гибке, сварке и т.п. В частности, раструбовка широко применяется для канализационных изделий, иногда раструб приваривается к трубе, в том числе трением. Также используют контактную сварку и сварку присадочным прутком для выпуска оболочки фитингов труб в ППУ изоляции.

При помощи какой бы технологии не производились пластиковые трубы и фитинги, можно быть уверенным, что это надежные и долговечные изделия для транспортировки и строительства. Они завоевали успех по всему миру и будут популярны еще многие годы.