Полипропиленовые трубы — разновидности и технические характеристики

Трубопроводы из искусственных термопластичных материалов практически вытеснили всех металлических конкурентов из бытовых систем горячего и холодного водоснабжения, отопления. Бесспорными лидерами по широте применения во всех перечисленных сферах являются полипропиленовые трубы, имеющие несколько видов исполнений.

При подборе трубных изделий из полипропилена (ПП, РР, ППР) для работы в конкретных областях, в первую очередь обращают внимание на физические и химические параметры самих труб и рабочей среды. Чтобы обеспечить надежную и долгую эксплуатацию собираемого из полипропилена трубопровода, не неся при этом неоправданных финансовых расходов, полезно изучить технические характеристики различных видов трубных изделий из полипропилена.

Рис. 1 полипропиленовые трубы — виды

Полипропилен и его физико-эксплуатационные свойства

Полипропилен (Polypropylene) является продуктом полимеризации (многократного присоединения к кристаллической решетке молекул низкомолекулярного вещества) пропилена — бесцветного газа без вкуса со слабым неприятным запахом.

Процесс происходит в среде катализаторов, химический состав которых определяет тип выпускаемого вещества. В итоге на выходе получают порошок или гранулы белого цвета с плотностью насыпки 0,4—0,5 г/см³.

Полипропиленовое сырье может быть окрашенным, неокрашенным или выпускаться в стабилизированном виде.

Основные физические и эксплуатационные характеристики полипропилена (СН3):

Является экологически чистым и безвредным.

Стоек к истиранию.

Нейтрален к большинству агрессивных химических веществ, по сравнению с полиэтиленом низкого давления (ПНД) менее подвержен растрескиванию в кислотной среде. Из-за стойкости материала ко многим щелочам и кислотам, многие зарубежные производители выпускают из него трубы для химической промышленности.

Все полипропилены, как и большинство пластмасс, разлагаются при воздействии прямого ультрафиолетового излучения.

Полипропилен обладает высокими кислородной проницаемостью и коэффициентом температурного линейного удлинения.

Устойчивость к высоким температурам;

Шумопоглощающим свойствам;

Абсолютной коррозийной стойкостью;

Простой монтажных и ремонтных работ;

Теплоизоляционными свойствами;

Рис. 2 Физико-механические свойства ППР

Благодаря гладкой поверхности изготовленных из полипропиленового сырья деталей, ПП-трубы имеют довольно низкое гидравлическое сопротивление внутренних стенок. Также из-за отсутствия шероховатости поверхности, детали из полипропилена практически не поддаются склеиванию.

Чтобы предотвратить кислородное и ультрафиолетовое разрушение полипропилена, увеличить температурные пороги эксплуатации и срок службы, в его структуру вводят стабилизаторы.

ППР обладает низким влагопоглощением порядка 0,03% за 30 суток при 20 °С.

Различают три основных типа полипропилена:

Атактический (АПП) — мягкий эластичный каучукообразный материал, уступающий по своим эксплуатационным и физическим характеристикам натуральным и синтетическим каучукам. Часто принимает жидкую, маслообразную и воскообразную форму, во многих производствах считается побочным продуктом. После переработки находит широкое применение при изготовлении различных жидких стройматериалов — битумов, мастик, клейких лент, шпаклевок, грунтовок.

Синдиотактический (СПП) — более твердый материал по сравнению с атактическим, плавится при температурах от 161 до 186 °С (зависит от степени тактичности). Используется в производстве изоляции электрических, высоковольтных проводов, многожильных кабелей.

Изотактический (IPP). Имеет три кристаллические модификации α-, β- и γ с преобладанием первой. Материал с α-кристаллической структурой имеет температуру плавления от 185 до 220 °C и плотность от 0,936 до 0,946 г · см-3. Изотактический полипропилен находит широкое применение в народном хозяйстве. Из него выпускают ткани, посуду, жесткие детали для различных отраслей промышленности, изоляционные стройматериалы и полипропиленовые трубы.

Для придания морозостойкости и эластичности, в кристаллическую решетку IPP добавляют молекулярный этилен CH2, получая таким способом сополимер.

Рис. 3 Кристаллические решетки РР-Н, РР-В и PP-R соответственно без молекул СН2, с упорядоченными и рандомными цепочками молекул этилена СН2

Существует улучшенный высокоизотактический полипропилен HIPP с более высокими физическими характеристиками, из которого изготавливают следующие блок сополимеры:

РР-Н (1 — тип) — чистый полипропилен СН3 (гомополимер РР) без добавок молекулярного полиэтилена (ПЭ). Материал хрупок, имеет предельно допустимый температурный диапазон эксплуатации от 0 до 140° С, то есть кристаллизуется при 0° и размягчается при 140 °С. РР-Н используется для изготовления емкостей и безнапорных труб, эксплуатируемых внутри зданий.

РР-В (2 — тип) — блок сополимер полипропилена с добавлением регулярно чередующиеся цепочек молекул полиэтилена CH2. РР-В кристаллизуется при температуре — 20 °С и размягчается при + 160 °С, более эластичен и стоек к термоокислительному разрушению. Трубопроводы из РР-В допускается применять в системах напорного холодного водоснабжения и низкотемпературного отопления.

PP-R (3 — тип) — рандом-сополимер пропилена (random — случайный, беспорядочный) c хаотичным или нерегулярным чередованием добавленных молекул полиэтилена CH2. PP-R еще более эластичен, температура его размягчения выше + 170 °С. Максимальная температура эксплуатации PP-R в зависимости от производителя 90 или 95 °С.

PPR-CT (4 — тип) — термостабилизированный полипропилен, имеющей большее количество граней в кристаллах решетки. Благодаря этому, удалось достичь его верхнего температурного порога кратковременной эксплуатации в 100 — 110 °С (зависит от бренда).

Рис. 4 Кристаллическая структура PP-RCT и его преимущества в сравнении с обычным PP-R

Технические характеристики полипропиленовых труб

В торговой сети реализуют несколько видов трубы полипропилен, которую выпускают широкий ряд российских, европейских, китайских и турецких производителей. Для ее соединения используют фитинги, муфты, фасонные элементы только одного бренда — у каждого производителя своя технология изготовления ППР, различные добавки и немного отличные размеры изделий.

Стоит отметить, что любые виды реализуемых на рынке ПП-труб соединяют пайкой при помощи типовых паяльных утюгов с различными размерами насадок. При этом средняя температура расплавления любых полипропиленовых трубных изделий для диффузионной стыковки составляет 260 °С.

Читайте также:  Способы и оборудование для обезжелезивания воды из скважины

Рис. 5 Эксплуатационный срок ПП-труб в зависимости от давления и температуры рабочего тела в системе

PN 10 — тонкостенный вариант для холодного водоснабжения (до +20 °С) и для теплого пола (до +45 °С), номинальное рабочее давление
1 МПа (10,2 кг/см2);

PN 20 — универсальная труба, применяется для горячего водоснабжения (до +95 °С) номинальное давление 2 МПа (20,4 кг/см2);

PN 25 (труба армированная полипропиленовая) — горячее водоснабжение и центральное отопление (до +95 °С), номинальное давление 2,5 МПа (25,49 кг/см2).

Из рандомного сополимера полипропилена

Практически все полипропиленовые трубы на отечественном рынке изготовлены из рандомного сополимера PP-R, их отличительные особенности:

Температурный диапазон, в котором могут эксплуатироваться трубы, зависит от толщины стенки и соответственно выдерживаемого номинального (для конкретных параметров рабочей среды) давления PN.

Все трубные изделия из PP-R, рассчитанные на удержание напора рабочей среды PN от 4 до 10 бар, рекомендуется применять в сетях холодного водоснабжения с температурой воды не более + 20 °С.

Трубопроводы, предназначенные для эксплуатации под давлением до 16 бар, можно использовать в сетях горячего водоснабжения с температурой рабочей среды не более 60 °С.

И наконец некоторые зарубежные производители выпускают PP-R трубы с PN 20, которые допустимо использовать в отопительных сетях с температурой теплового носителя не более + 70 °С — это есть его максимальная рабочая температура.

Коэффициент теплопроводности PP-R труб составляет 0,24 Вт/м ·°С.

Так как полипропилен относят к классу термопластических полимеров, ПП-трубы при нагревании на 50 °С удлиняются примерно на 0,7 — 0,9%, что соответствует коэффициенту линейного расширения PP-R в 0,15 мм/м·°С.

Как и подавляющее большинство полимеров, ППР является кислородопроницаемым материалом, что отрицательно сказывается на коррозионной стойкости элементов трубопровода в системе, содержащих железо. Показатель его кислородной проницаемости составляет 4,91 миллиграмма в день.

Температура размягчения PP-R равна 140 — 150 °С.

PPR химически стоек к различному типу масел, бензинов, бензолам, щелочам и кислотам.

Предельно допустимая температура кратковременного использования качественного PP-R без потери его физико-химических свойств — + 95 °С.

Рис. 6 Размерные параметры некоторых труб из различных видов термопластиков по ГОСТ 32415-2013

Возможно будет интересно: Какие трубы лучше для водопровода металлопластик или полипропилен

Термостабилизированные

Благодаря улучшенной структуре кристаллической решетки, термостабилизированный полипропилен PPR-CT (PolyPropylene-Random Crystallinity Temperature) приобрел следующие положительные свойства:

Повысились его прочностные характеристики, уменьшилось почти в два раза удлинение при разрыве в сравнении с обычным ППР. Благодаря этому удалось получить более тонкую трубную стенку (у труб PPR-CT меньше вес) при одинаковых напорных характеристиках с PP-R, что привело к увеличению пропускной способности канала на 17%.

Термостабилизированный полипропилен не плавится до температур в 175 °С, он размягчается при 145 — 150 °С.

Термостабилизированные ПП-трубы приобрели высокую устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Благодаря расширенному температурному порогу, их можно использовать намного больший временной интервал при высоких температурах рабочей среды, чем рандомный ППР. К примеру, в сетях отопления или горячего водоснабжения при давлении в 10 бар и температурах рабочего тела в 70 °С стабилизированная труба прослужит 13 лет, а из обычного PP-R около 10 лет. При этом следует учитывать, что диаметр ее проходного канала будет намного меньше. Если давление в магистрали не превышает 5 бар, то термостабилизированный полипропиленовый трубопровод может эксплуатироваться в системе до 50 лет при температуре теплового носителя не более 70 °С.

Максимальной рабочей температурой PPR-CT является показатель в 90 °С, материал может эксплуатироваться короткий период при температурах до 110 °С.

ПП-трубы из PPR-CT имеют в три раза меньшее линейное удлинение, их коэффициент теплового расширения составляет 0,05 мм/м·°С.

Рис. 7 Структура полипропиленовых труб с армировкой стекловолокном и алюминием, пример расшифровки их маркировки

Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном

При производстве ПП-труб используют экструдер — расплавленный высокотемпературный материал подают под давлением через формообразующие элементы. Для придания трубам более высоких физических характеристик в состав полипропилена добавляют рубленое стеклянное волокно (GF), помещая его в середину оболочки. Смешанное с полипропиленовой массой стекловолокно придает трубам (PP-R/ PP-R+GF/PP-R) следующие свойства:

Повышает их прочностные характеристики — при той же толщине стенки армированного изделия способны выдержать большее давление, пределом которого считают показатель в 25 бар.

Армированные стекловолокном полипропиленовые трубы кислородопроницаемы в той же степени, что и обычный полипропилен.

Коэффициент теплового расширения в армированных ППР трубах в несколько раз ниже обычного PP-R и составляет примерно 0,04 мм/м·°С.

Следует отметить, что армированные стекловолокном ПП-трубы выпускают и из термостабилизированного полипропилена, при этом их температурный коэффициент линейного расширения равен 0,035 мм/м·°С.

Область применения стекловолоконных ПП-труб — горячее водоснабжение и отопление, допускается их эксплуатация при температурах до 90 °С.

Рис. 8 Область применения ПП-труб серии Wavin Ekoplastik

С базальтовым волокном

Относительной новинкой на рынке трубных материалов (разработка 2009 года) являются изделия, в качестве армирующей трубной оболочки которых используется базальтовое волокно (производитель Wavin Ekoplastik). Обычно такие трубы Fiber Basalt Plus (PP-RCT/PP-RCT + BF/PP-RCT) делают из термостабилизированного полипропилена, в итоге они обладают следующими особенностями:

Способны выдерживать давление на 50% больше обычного полипропилена. Благодаря этому толщина их стенки может быть уменьшена, что приводит к увеличению пропускной способности на 20%.

Могут функционировать длительный временной интервал при рабочих температурах до 90 °С.

Имеют линейное удлинение при температуре 70 °С 2,7 мм на 100 погонных метров, а при температуре 100 °С — 3,2 мм. То есть их коэффициент температурного расширения — 0,032 мм/м·°С, что ниже любых ПП-труб с армировкой стеклянным волокном.

Читайте также:  Клипса на трубу — виды и конструкция, размеры, таблица расстояний

Рис. 9 Характеристики и размеры полипропиленовой трубы армированной алюминием

Армированные алюминием полипропиленовые трубы выпускают с оболочкой из фольги, которая приклеена между двумя полипропиленовыми слоями. В некоторых конструкциях для борьбы с возможным расслоением используют алюминиевый слой с перфорированными круглыми отверстиями. Это позволяет двум оболочкам из ППР соединяться сквозь отверстия, в результате резко снижается вероятность расслоения всей конструкции. Армированные алюминием ПП-трубы (PPR-AL-PPR) отличаются следующими особенностями:

Имеют коэффициент теплопроводности в 0,45 Вт/м ·°С, что почти в два раза больше обычного полипропилена.

Рассчитаны на эксплуатацию при максимальных нагрузках — давлении до 25 бар и температуре рабочей среды до 95 °С.

Имеют уровень кислородной проницаемости 1,79 мг/ день, что ниже допустимого стандартами показателя в 2,38 мг/день.

Высокая прочностная характеристика армированной алюминием ПП-трубы позволяет выпускать ее с большим сечением проходного канала в сравнении с обычным полипропиленом для одинаковых нагрузок.

Рис. 10 Классы эксплуатации трубных изделий по ГОСТ 32415-2013

Полипропиленовые трубы — эксплуатационные классы и подбор под них изделий

Общие технические условия на все разновидности ПП-труб, а именно их наружные диаметры и толщины стенок, серии, стандартные размерные соотношения SDR приведены в ГОСТ 32415-2013.

Там же регламентированы и классы эксплуатации труб и фитингов из термопластов, которые многие производители указывают на маркировке.

Некоторые положения ГОСТ 32415-2013:

Классификация распространяется на все виды полипропиленов без исключений, то есть РР-Н, РР-В, PP-R, PP-RCT входят во все 5 классов вместе с ХВ.

Рабочие давления PN, на которые распространяется данная классификация, выбирают из ряда 4, 6, 8 и 10 бар.

Любые полипропиленовые трубы для водопровода должны работать в системе холодного водоснабжения не менее 50 лет при температуре рабочей среды в 20 °С и давлении 1 МПа (10 бар).

Стоит отметить, что класс, к которому относят то или иное трубное изделие, напрямую связан с толщиной его стенки en, и далее по формулам со стандартным рабочим соотношением SDR = dn / en (dn — номинальный наружный диаметр) и серией S: SDR = 2S + 1.

Чтобы определить, какой тип ПП-трубы и ее размеры подойдут к тому или иному классу, можно воспользоваться таблицами из ГОСТ 32415-2013 (рис. 11). В них серия труб Smax связана с гидростатическим напряжением σD и рабочим давлением Pmax из ряда 0,4, 0,6, 0,8 и 1 МПа следующей формулой: Smax = σD / Pmax.

Подходящую серию S ПП-трубы для конкретного класса эксплуатации находят на маркировке на ее оболочке. Если серия не указана, ее определяют при помощи таблиц из ГОСТ 32415-2013 (рис. 6), сопоставляя соответствующие ей SDR или толщины стенки en.

Рис. 11 Таблицы для определения серии ПП-труб для разных классов эксплуатации по ГОСТ 32415-2013

Чтобы оптимально подобрать для конкретных целей трубы из полипропилена без неоправданных финансовых расходов, следует изучить физические и эксплуатационные характеристики всех предлагаемых на рынке разновидностей. При этом следует учитывать, что эксплуатационный срок смонтированного трубопровода напрямую зависит от температуры рабочей среды и давления в системе. Чтобы его увеличить, выбирают дорогие трубные изделия с более высокими напорными и температурными характеристиками.

Типичные ошибки и практические советы применения полипропиленовых труб

1. Труба PN 10 используется исключительно только для систем холодного водоснабжения.
2. Из трубы PN 20 лучше всего осуществлять монтаж горячего и холодного водоснабжения. При этом обязательно делать расчет линейного расширения трубы при монтаже стояков. Монтируя горизонтальные участки труб с большим количеством поворотов и малыми длинами (до 2м) удлинением трубы можно пренебречь.
3. Армированная труба PN 25 благодаря небольшому коэффициенту линейного расширения, прекрасно зарекомендовала себя в системах горячего водоснабжения и отопления (монтаж стояков домов большой этажности).
4. Используя фитинги с переходом на металл лучше применять белую тефлоновую ленту (Фум-ленту) для предотвращения протечек через резьбовые соединения. Необходимо проявлять осторожность при подсоединении фитингов с переходом на металл, так как чрезмерные усилия при закручивании соединения могут повредить их, что в дальнейшем может вызвать течь.
5. Сваривайте только чистые полипропиленовые трубы и фасонные детали. Иначе Вы будете повреждать тефлоновое покрытие нагревающих насадок и рискуете получить некачественный сварной стык.
6. Всегда обозначайте требуемую глубину сварки на конце трубы. Если этого не делать то можно заузить или совсем заварить проход, который после окончания монтажа найти практически невозможно.
7. Сварку труб диаметром 40 мм и больше без специального оборудования лучше производить вдвоем, так как это требует больших физических усилий.
8. Резать полипропиленовые трубы диаметром свыше 50 мм можно ножовкой по металлу, зачистив потом место реза ножом.
9. Перед сваркой армированных труб необходимо полностью зачистить комбинированый слой полипропилена и алюминия. Данную операцию неопытные монтажники часто забывают выполнять.
10. При скрытой прокладке труб всегда делайте схему. В дальнейшем это позволит избежать случайного повреждения труб при сверлении стен и пола.
11. В случае замерзания транспортируемой жидкости, пластмассовые трубопроводы отогревают теплым воздухом или электрокабелем, применяемым для теплых полов. Категорически запрещается пользоваться открытым пламенем.
12. Трубы необходимо защищать от попадания на них нефтепродуктов, их нельзя окрашивать масляной краской.