Трубы из сшитого полиэтилена
В настоящее время в загородном строительстве растет доля низкотемпературных систем отопления. Современные приборы отопления способны полноценно отапливать загородную недвижимость с температурой теплоносителя до 80 °С. Температура и давление теплоносителя в таких системах позволяют использовать более простые и дешевые материалы. Именно поэтому значительно повысился спрос на трубопроводы из сшитого полиэтилена. Вот о том, что представляют собой трубы из сшитого полиэтилена, мы и поговорим в этой статье.
Конструкция трубы из сшитого полиэтилена
Трубы из сшитого полиэтилена, или, как их еще называют, PEX-трубы, представляют собой практически монолитную конструкцию, основным материалом которой является молекулярно-сшитый полиэтилен. Стоит отметить, что обычный полиэтилен состоит из длинных углеводородных молекул, которые никак не связаны друг с другом. Поэтому такой полиэтилен не пригоден для использования в качестве основного материала для трубопроводов систем отопления из-за низкой термостойкости.
В отличии от него, молекулярно-сшитый полиэтилен имеет поперечные связи между цепочками углеводородных молекул. Такой материал имеет более высокую прочность и жесткость, и что самое главное – более высокую стойкость к температурным воздействиям.
Что касается металлополимерных труб, то под этим термином в настоящее время понимается достаточно обширный класс полимерных труб, основное отличие которых от обычных труб заключается в наличии армирующей прослойки из металлической, как правило алюминиевой, фольги, расположенной между внутренним и наружным слоем полимера. При этом, в качестве материала для внутреннего и наружного слоев может использоваться тот же самый материал, что и в PEX-трубах, а именно сшитый полиэтилен.
В современных трубах, также могут использоваться и другие материалы, например, полиэтилен (PE, PE-HD), полиэтилен повышенной температурной стойкости (PE-RT), а также полипропилен (PP-R).
Характеристики металлополимерных труб в основном зависят от свойств используемых материалов и качества клеевого слоя. Что касается характеристик PEX-труб, то здесь все зависит от степени сшивки полиэтилена, толщины стенки трубопровода и способа нанесения кислородонепроницаемых слоев.
Процесс сшивки полиэтилена определяет прочностные и термические характеристики трубы. В первую очередь сшивка позволяет добиться долговременной стойкости к высокой температуре и давлению.
Способы сшивки трубы из полиэтилена
Сшивка полиэтилена может происходить различными способами. В основном различают три основных метолда сшивки полиэтилена:
- Пероксидный метод (PEX-a), это химический метод сшивки полиэтилена, заключающийся в сшивке материала органическими пероксидами и гидропероксидами. Труба, получаемая данным методом, имеет степень сшивки около 75 %;
- Силановый метод (PEX-b) также является химическим методом. При сшивке силановым методом используются органосиланиды. Минимальный коэффициент сшивки этим методом ограничен 65 %;
- Радиационная сшивка (PEX-c). Этот метод производится при помощи потока заряженных частиц. Коэффициент сшивки методом радиационной сшивки составляет около 60 %.
Метод сшивки практически не влияет на физические свойства готовой трубы. В основном, на свойства труб влияет степень их сшивки. При увеличении степени сшивки возрастает прочность, термостойкость труб, а также стойкость к агрессивным средам и ультрафиолетовым лучам. Но здесь есть и отрицательный момент. Вместе с увеличением степени сшивки увеличивается хрупкость материала, а также уменьшается гибкость полученной трубы. Если довести степень сшивки полиэтилена до 100 %, то по своим свойствам он будет похож на стекло.
Эффект памяти формы трубы из сшитого полиэтилена
Труба из сшитого полиэтилена обладает эффектом памяти формы. Его суть заключается в том, что предварительно деформированная труба после нагрева восстанавливает свою исходную форму. Это свойство проявляется из-за того, что при изгибе и деформации молекулярно-связанные участки сжимаются или растягиваются. После прогрева в местах деформации возникают внутренние напряжения, за счет которых восстанавливается изначальная форма.
На представленных рисунках показано восстановление трубы с различными способами сшивки после залома. Что характерно, не зависимо от способа сшивки все трубы восстановили свою первоначальную форму.
Но есть и исключения. На трубах, покрытых антидиффузионным слоем, после восстановления остались складки. Произошло это потому, что в этих местах антидиффузионный слой отслоился от слоя PEX.
Данный дефект практически не влияет на характеристики трубопровода, так как основную несущую способность трубы определяет слой PEX, который полностью восстановился. Незначительное отслоение антидиффузионного слоя несущественно увеличивает кислородопроницаемость трубопровода. К слову сказать, трубы без антидиффузионного слоя после нагрева становятся прозрачными. Данный эффект присущ любому неокрашенному сшитому полиэтилену.
Эффект памяти формы на практике оказался очень полезным при монтаже. Если во время монтажа трубопровода, по каким-то причинам образовался излом, сдавливание или иная деформация, то обыкновенным нагреванием этого места до температуры 100–120 °С, этот дефект легко исправляется. При выполнении соединения PEX-труб с фитингом также возникают деформации в бороздках штуцера. Но при подаче теплоносителя и прогреве трубопровода в этих местах возникают восстанавливающие усилия. За счет этих усилий труба начинает плотнее облегать штуцер, что значительно повышает надежность соединения.
Оптимальным диапазоном степени сшивки полиэтилена для PEX-труб, является интервал от 68 до 70 %. Он обусловлен оптимальным соотношением прочностных характеристик трубы и ее гибкости. При таком интервале степени сшивки PЕХ-трубу можно при комнатной температуре вручную согнуть на радиус, равный пяти диаметрам трубы, а при использовании трубогиба или кондуктора, на радиус, равный трем диаметрам. Трубы со сшивкой более 70 % будут иметь радиус изгиба вручную не менее семи диаметров. Большего изгиба трубопровода при такой степени сшивки можно добиться только при использовании строительного фена.
И все же PEX-трубы являются достаточно упругими и плохо поддаются изгибанию. После холодного изгиба отрезок трубы будет стараться принять первоначальную форму. Но если предварительно прогреть трубу и дать ей немного остыть в зафиксированном положении, то она сохранит это положение. Если трубу повторно прогреть, то изогнутый отрезок вернется в исходное состояние за счет эффекта памяти формы.
Эффект памяти формы не стоит путать с упругой деформацией, так как в первом случае исходная форма принимается только после прогрева, а во втором, сразу же после снятия деформирующих усилий и только в пределах упругой деформации (без изломов).
PЕХ-трубы допустимо бетонировать в строительные конструкции как с кожухом, так и без кожуха. При бетонировании PЕХ-трубы в кожухе, появляется возможность замены небольших участков трубопроводов без вскрытия пола.
Толщина стенки трубы из сшитого полиэтилена влияет на максимальное давление теплоносителя, которое может выдержать труба. Трубы многих производителей изготавливаются с такой же толщиной стенки, как и у металлополимерных труб – 16 х 2,0, 20 х 2,0 мм. Это позволяет использовать для их монтажа стандартные пресс-фиттинги, выпускающиеся для металлополимерных трубопроводов.
Защита от насыщения кислородом
Основным недостатком материала PEX является то, что он способен насыщаться кислородом. Вода в трубах без защиты от проникновения кислорода через какое-то время насыщается кислородом, что в дальнейшем может привести к коррозии других элементов системы отопления. Для уменьшения кислородопроницаемости PEX- труб, при их производстве, используется тонкий слой из поливинилэтилена (EVOH). Основной слой PEX и слой EVOH соединяются между собой специальным клеем. Стоит отметить, что слой EVOH не предотвращает полностью эмиссию кислорода, а лишь уменьшает кислородопроницаемость до значения 0,05–0,1 г/ м3 · сут., что является допустимым для систем отопления.
В трубах PEX-EVOH антидиффузионный слой выполняется снаружи, вследствие чего труба получает трехслойную конструкцию: PEX-клей-EVOH. На рынке стройматериалов можно встретить и пятислойные конструкции трубы (PEX-клей-EVOH-клей-PEX). Эта конструкция разработана для того, чтобы полностью исключить возможность повреждения слоя EVOH. Однако многократные испытания показывают, что трехслойная труба (с нанесенным слоем EVOH снаружи), является более надежной, чем пятислойная. Такая прочность трехслойной трубы обусловлена тем, что слой PEX является монолитным по всему сечению трубы, в отличие от пятислойной, в которой рабочий слой PEX прерывается слоем EVOH и клеем, из-за чего прерываются внутренние поперечные межмолекулярные связи полиэтилена. К тому же при пятислойной конструкции возможно расслоение трубы при перегреве ее строительным феном во время изгиба.
Бытует мнение, что наружный слой EVOH в трехслойной конструкции подвержен истиранию. Но это мнение ошибочно, так как твердость слоя EVOH значительно выше, чем у слоя PEX, поэтому при правильной упаковке и транспортировке повреждение наружного слоя трубы маловероятно.
Применение трубы из сшитого полиэтилена
Трубы из сшитого полиэтилена в основном предназначены для использования при устройстве теплых полов. Использование PEX-трубы для систем высокотемпературного отопления не запрещено, так как допустимое максимальное давление трубопровода будет намного ниже паспортного, но расчетный срок службы трубы в такой системе сократится.
Производители трубы из сшитого полиэтилена устанавливают максимальную рабочую температуру и давление из расчета срока службы трубопровода в 50 лет. При бетонировании или скрытой прокладке, замену данных труб можно производить только во время капитального ремонта здания. Более частая замена крытых трубопроводов повлечет большие финансовые затраты на переделку конструкций здания.
Что касается температуры теплоносителя во время эксплуатации низкотемпературной системы, то она различна. Летом и в переходный период температура теплоносителя будет ниже расчетной. Для оценки применимости трубы к определенному температурному режиму в условиях меняющейся температуры теплоносителя, нормативами определены классы эксплуатации. Данные классы показывают доли влияния различных температур от всего пятидесяти летнего срока эксплуатации.
На рисунке показан график, иллюстрирующий продолжительность влияния различных температур на трубу при четвертом классе эксплуатации (низкотемпературное радиаторное отопление).
Стоит помнить, что при определении типа трубы для конкретной системы отопления необходимо руководствоваться допустимым классом эксплуатации данного трубопровода, указанном в паспорте трубы. Трубопроводы из PEX, представленные на российском рынке, подходят для классов эксплуатации 1, 2, 3, 4 и ХВ.
Если подвести итог всему вышесказанному, то благодаря своей надежности и низкой стоимости трубы из сшитого полиэтилена стали все чаще применяться при устройстве низкотемпературных систем отопления и систем водоснабжения в загородном домостроении.
В следующей статье мы поговорим о давлении в системе отопления.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
