Сшитый полиэтилен с кислородным барьером что это
Виды пропиленовых и металлопластиковых труб – какие для отопления
В последнее время ассортимент труб в продаже значительно расширился. Можно встретить трубы и по 20 руб. и по 200 руб. за метр. В чем разница? – какие можно применять в системах отопления, а от каких следует отказаться…. Все они подходят под понятия «металлопластиковые» и «полипропиленовые»…
Материал трубы не должен пропускать кислород
Кислород развивает бактерии и окисляет металл. Если в систему из воздуха будет поступать кислород, то внутри будет усиленная коррозия и отложения.
Кислород отлично проникает сквозь полимеры (пластики). Обычные трубы из полипропилена, сшитого полиэтилена, без кислородоупорного слоя, не препятствуют насыщению воды кислородом, с негативными последствиями для системы.
Опытные монтажники рекомендуют создавать систему отопления надежной. Такой, чтобы сквозь материал не проникал кислород в теплоноситель.
Какие трубы пропускают кислород, а какие нет
Все трубы, имеющие в конструкции сплошной слой из алюминиевой фольги, считаются как «не пропускающие кислород вообще». Таким образом, создав отопление из армированных алюминием пластиковых труб, можно считать систему надежной в этом вопросе.
Отдельные пластиковые (полиэтиленовые) трубы могут содержать кислоородупорный слой из особых полимеров по типу EVOH. Но где гарантия, что это именно то, что рекламируют, и насколько оно справляется с задачей? Точных исследований о результатах применения EVOH нет. Да и в чем смысл их применения, если цена на них повышенная…
Что советуют специалисты насчет кислородного барьера
В системе отопления лучше всего применять современные полимерные трубы, но армированные слоем алюминиевой фольги. Она играет двойную роль – упрочняет и предотвращает большие тепловые расширения, не допускает проникновение кислорода в теплоноситель.
Металлические трубы из нержавеющей стали, или из меди, также приветствуются. Но их цена, отодвигает их на позиции премиум-сегмента, с весьма редким применением на практике.
Трубы из полимеров с армировкой стекловолокном, без оной, с барьером из полимеров EVOH, или без оного, в принципе могут применяться в соответствии со своими температурными режимами. Но это все же не желательно, из-за угрозы постоянного насыщения кислородом воды в системе, и по этой причине ее засорения и разрушения изнутри.
Полипропиленовые трубы армированные и не армированные
Полипропилен – наиболее часто применяемый материал из-за крайней дешевизны фитингов для труб.
Трубы из полиэтилена (металлопластиковые)
Полиэтилен может быть сшитым и не сшитым, что определяет его структуру и долговечность. Несшитый быстро выходит со строя, особенно при воздействии ультрафиолета. Через два года такие трубы могут потрескаться и внутри зданий…
Сшитый бывает химической сшивки, обозначается как РЕРТ, считается менее надежным и долговечным.
Наиболее же качественным оказывается полиэтилен сшитый электронным способом – обозначается как РЕХ.
Что касается полиэтиленовых труб без фольги, то их можно применять лишь в системах холодного водоснабжения. Типичный здесь представитель – так называемые трубы ПНД (полиэтилен низкого давления).
Как узнать есть ли кислородный барьер EVOH в трубе
До недавнего времени трубы любого типа, использующиеся в системах отопления считались герметичными. То есть непроницаемыми, как для жидкости, как и для кислорода. Однако, с широким применением полимеров — полиэтилена, ПВХ, металлопластика в системах отопления начали возникать проблемы связанные с повышением уровня растворённого в теплоносителе кислорода. Причём эти проблемы отнюдь не ограничивается простой коррозией радиаторов отопления и теплообменников котлов. Насыщенная кислородом вода в качестве теплоносителя, в сочетании с повышенной температурой является идеальной средой для размножения бактерий. Производители стали задумываться о применении EVOH кислородного барьера.
Что такое кислородный барьер, и в каких трубах он применяется?
Кислородный барьер представляет собой дополнительный слой особо покрытия использующегося в пластиковых трубах. Он предотвращает попадание — диффузию кислорода внутрь полимерной трубы. Существует несколько разновидностей кислородных барьеров в зависимости от типа трубы:
ВАЖНО! EVOH — который используется в pex трубах, наносится на полиэтиленовую основу при производстве. Он полностью совпадает по основным техническим параметрам со сшитым полиэтиленом, имеет ту же температуру плавления и коэффициент термического расширения. При этом, под воздействием температуры он не выделяет каких-либо опасных, канцерогенных или сильно пахнущих веществ. Если говорить о уровне кислородного барьера в трубах, то EVOH равен по этому показателю с алюминиевой фольгой.
Для чего нужен кислородный барьер?
Основная проблема, которую вызывает насыщенный кислородом теплоноситель, это вступление в реакцию с любым металлическим (коррозирующим) элементом системы. В результате образуется большое количество шлама, что не только снижает эффективность функционирования системы отопления, но и существенно сокращает срок службы оборудования. На практике это выражается в следующих фактах:
Требования ГОСТ и производителей отопительного оборудования
В СНиП-ах, регламентирующих технические условия систем отопления, вентиляции и кондиционирования (сейчас СП 60.13330.2010) четко прописаны требования для систем отопления, имеющих в своем составе какие-либо полимерные элементы. Диффузионный (кислородный) барьер должен быть в наличии у всех полимерных труб. Это правило действует для всех систем отопления, имеющих, как металлические, так и полимерные элементы.
Вместе с тем, очень многие производители изделий для систем отопления вносят в техническую документацию по эксплуатации своей продукции специальный пункт, о необходимости применения пластиковых труб исключительно с диффузионной защитой. В противном случае, производитель оставляет за собой право отказать в гарантийном случае.
Аргументы за и против
Противники данной концепции выдвигает следующие доказательства бесполезности диффузионного барьера:
Как проверить на практике есть ли кислородный барьер
На практике, каждый решает для себя, выбирать трубы с кислородным барьером EVOH по немного большей цене или в случае поломок, вызванных коррозионным поражением металлических частей радиаторов отопления теплообменника, выполнять ремонт или приобретение новых изделий за свой счет. Однако, если существуют нормативы и требования производителей, то не выполнять их, рискуя потратить гораздо больше и средства по крайней мере недальновидно.
Если заказчик принял твердое решение использовать трубы с диффузионным барьером, то ему необходимо убедиться, что подрядные организации (бригады мастеров) используют именно тот тип труб, за который было изначально заплачено.
Внешне эти два типа труб практически ничем не отличаются, особенно на взгляд непосвященного человека. Однако существует довольно простой способ проверки наличия защитного слоя EVOH. Он заключается в способности сополимера полиэтилена и винилового спирта реагировать с другими спиртами. Практически это реакция замещения одних спиртов другими.
Для тестирования понадобится любой спиртовой раствор, имеющий в своем составе какой-либо краситель. Идеальным вариантом является спиртовой раствор Йода. Он наносится на поверхность полиэтиленовой трубы.
Нанесите йод на поверхность трубы
После 1-2 минут нанесенный раствор нужно попытаться стереть. С трубы, не имеющей защитного слоя, йод можно будет удалить без каких-либо остатков. Поверхность трубы с EVOH прослойкой окрасится в коричневый цвет. Причём йод проникнет под внешний слой и его невозможно будет стереть.
На трубе с EVOH барьером йод впитался. Где диффузионного барьера нет, йод просто стерся
На данный момент существует несколько разновидностей труб защитным слоем EVOH. Разрешить их можно по маркировке:
При выборе конкретного изделия лучше отдать предпочтение Pex/EVOH/Pex трубе. Причина состоит в том, что трёхслойная труба не имеет защиты для кислородного барьера, который в процессе перевозки или монтажных действий повреждается и не может выполнять свою функцию. Кроме того, в процессе температурных деформаций PERT / EVOH труба будет тереться о различные конструкционные элементы, в том числе бетонную стяжку. И в течение довольно непродолжительного времени полностью утратит свой защитный барьер.
Внимание! Данный пример подходит только для труб, у который слой EVOH находится на поверхности трубы (наиболее популярный подход).
Мифы о трубах из сшитого полиэтилена
На сегодняшний день, к сожалению, маркетинговые ходы и рекламные уловки всё чаще влияют на различные технические решения и выбор в проект того или иного материала и оборудования. Всё чаще у проектировщиков вместо полноценного технического паспорта или каталога на оборудование на столе оказывается рекламные буклеты и брошюры, по которым он и производит подбор. То, что недопустимо писать в серьёзной технической литературе, перекочевывает на страницы таких буклетов. Зачастую маркетологи присваивают своему товару завышенные или вовсе несуществующие показатели, вводя инженеров в заблуждение. Как правило, незаурядные технические особенности оборудования в буклетах представляются как неоспоримые преимущества. И наоборот, любая техническая информация о конкурентной продукции представляется в виде существенных и неисправимых недостатков.
В этой статье приведены основные маркетинговые уловки и мифы, распространяемые производителями труб из сшитого полиэтилена (PEX).
1-я группа мифов – о превосходстве одного способа сшивки над другим
Практически любой производитель труб из PEX утверждает, что именно способ сшивки их труб самый лучший, а прочие никуда не годятся. Только полиэтилен, сшитый по их методике, будет обладать повышенными прочностными характеристиками и показателями надёжности.
Для начала хотелось бы напомнить некоторые сведения о сшивке полиэтилена. Под сшивкой подразумевается создание пространственной решётки в полиэтилене высокой плотности за счёт образования объёмных поперечных связей между макромолекулами полимера. Относительное количество образующихся поперечных связей в единице объёма полиэтилена определяется показателем «степени сшивки». Степень сшивки – это отношение массы полиэтилена, охваченного трёхмерными связями к общей массе полиэтилена. Всего известно четыре промышленных способа сшивки полиэтилена, в зависимости от которых сшитый полиэтилен индексируется соответствующей литерой.
Таблица 1. Виды сшивки полиэтилена
Минимальная степень сшивки рабочего слоя
Вид способа по методу воздействия
Сшивка органическими пероксидами или гидропероксидами
Сшивка органическими силанидами (силанами)
Сшивка потоком элементарных частиц
Пероксидная сшивка (метод «a»)
Метод «a» является химическим способом сшивки полиэтилена при помощи органических пероксидов и гидропероксидов.
Органические пероксиды представляют из себя производные перекиси водорода (HOOH), в которых один или два атома водорода заменены органическими радикалами (HOOR или ROOR). Самый популярный пероксид, применяемый при производстве труб – dimethyl-2.5-di-(bytylperoxy)hexane. Пероксиды относятся к особо опасным веществам. Их получение – технологически сложный и дорогостоящий процесс.
Для получения PEX по методу «а» полиэтилен перед экструдированием расплавляется вместе с антиокислителями и пероксидами (процесс Томаса Энгеля), рис. 1.1. С повышением температуры до 180–220 ºС пероксид разлагается, образуя свободные радикалы (молекулы со свободной связью), рис. 1.2. Радикалы пероксидов забирают у атомов полиэтилена по одному атому водорода, что приводит к образованию свободной связи у атома углерода (рис. 1.3). В соседних макромолекулах полиэтилена атомы углерода, имеющие свободные связи, объединяются (рис. 1.4). Количество межмолекулярных связей составляет 2–3 на 1000 атомов углерода. Процесс требует жесткого контроля за температурным режимом в процессе экструзии, когда происходит предварительная сшивка, и в ходе дальнейшего нагревания трубы.
Метод «а» самый дорогой. Он гарантирует полный объёмный охват массы материала воздействием пероксидов, так как они добавляются в исходный расплав. Однако этот метод требует того, чтобы сшивка была не ниже 75 % (по российским нормам – не ниже 70 %), что делает трубы из данного материала более жёсткими по сравнению с другими способами сшивки.
Силановая сшивка (метод «b»)
Метод «b» является химическим способом сшивки полиэтилена при помощи органосиланидов. Органосиланиды представляют соединения кремния с органическими радикалами. Силаниды – ядовитые вещества.
В настоящее время для производства PEX-труб по методу «b» в основном используется винилтриметаксилоксан (H2C=CH)Si(OR)3 (рис. 2.1). При нагревании связи винильной группы разрушаются, превращая его молекулы в активные радикалы (рис. 2.2). Эти радикалы замещают атом водорода в макромолекулах полиэтилена (рис. 2.3). Затем полиэтилен обрабатывают водой либо водяным паром, органические радикалы при этом присоединяют молекулу водорода из воды и образуют стабильную гидроокись (органический спирт). Соседние радикалы полимера замыкаются через связь Si-O, формируя пространственную решётку (рис. 2.4). Вытеснение воды из PEX ускоряется при помощи оловянного катализатора. Процесс окончательной сшивки происходит уже в твёрдой стадии изделия.
Радиационная сшивка (метод «c»)
Метод «c» заключается в воздействии на группу C-H потоком заряженных частиц (рис. 3.1). Это может быть поток электронов или гамма-лучей. При таком воздействии часть связей C-H разрушается. Атомы углерода соседних макромолекул, у которых был выбит атом водорода, объединяются друг с другом (рис. 3.3). Облучение полиэтилена потоком частиц происходит уже после его формования, то есть в твёрдом состоянии. К недостаткам данного метода можно отнести неизбежную неравномерность сшивки.
Невозможно расположить электрод так, чтобы он был равноудалён ото всех участков облучаемого изделия. Поэтому полученная труба будет иметь неравномерную сшивку по длине и по толщине.
В качестве источника облучения чаще всего используется циклический ускоритель электронов (бетатрон), который относительно безопасен как в производстве, так и в применении готовой трубы.
Несмотря на это во многих европейских странах производство труб сшитых методом «с» запрещено.
Для удешевления процесса сшивки иногда используют в качестве источника излучения радиоактивный кобальт (Co60). Данный метод безусловно дешевле, так как труба просто помещается в камеру с кобальтом, однако безопасность использования таких труб весьма сомнительна.
Заблуждение № 1: «Сшивка перекидным способом (PEX-a) по прочности получаемого материала лучше прочих, потому что регламентированная минимальная степень сшивки для данного метода больше, нежели для остальных метолов. А чем больше степень сшивки PEX, тем прочнее материал»
Действительно, ГОСТ Р 52134 регламентирует различную минимальную допустимую степень сшивки труб из PEX для разных способов изготовления (табл. 1), и правда то, что при увеличении степени сшивки увеличивается прочность труб.
Однако сравнивать степени сшивки PEX-a, PEX-b и PEX-c недопустимо, так как образованные в результате сшивки молекулярные связи данных материалов имеют различную прочность, а следовательно даже сшитые до одной и той же степени данные виды полиэтилена будут иметь различную прочность. Энергия связи типа С-С, которая образуется в полиэтилене, сшитом методом «a» и «c» составляет порядка 630 Дж/моль, в то время как энергия связи типа Si-C, которая образуется в полиэтилене, сшитом методом «b» составляет 780 Дж/моль. На физико-химические и технические свойства влияет и взаимодействие макромолекул за счет водородных связей, возникающих в полимере вследствие наличия полярных групп и активных атомов, а также образование ассоциатов в результате взаимодействия самих поперечных связей. Это в первую очередь характерно для силанольносшитого полимера, где имеется большое число силанольных групп, способных образовывать дополнительные узлы зацепления в аморфных областях, повышающие плотность структурной сетки (которая на 30 % больше, чем при пероксидом, и в 2,5 раза – чем при радиационном сшивании) и уменьшающие деформируемость при высоких температурах.
Стендовые испытания труб из сшитых полиэтиленов показывают некоторое прочностное преимущество силановой сшивки. Так, при температуре испытания 90 °C для труб диаметром 25 мм и длиной 400 мм давление разрушения труб из РЕХ-а, PEX-b и РЕХ-с составило соответственно 1,72, 2,28 и 1,55 МПа (В.С. Осипчик, Е.Д. Лебедева, «Сравнительный анализ эксплуатационных свойств сшитых различными методами полиолефинов и улучшение физико-химических характеристик силанольносшитого полиэтилена», 24 мая 2011 г.).
Таким образом, заявления о том, что PEX-a является самым прочным материалом из-за большей степени сшивки, не соответствуют действительности. Данный фактор является скорее недостатком, нежели достоинством этого метода сшивки.
Метод сшивки – это не самый важный показатель трубы при её выборе. В первую очередь следует убедиться, что полиэтилен, из которого сделана труба, действительно сшит. Некоторые производители недосшивают или вовсе не сшивают трубу, при этом указывают на ней те же характеристики что и на качественные PEX трубы.
Например, в мае 2013 г. на территории Украины были выведены из оборота трубы фирмы GROSS. Под этой маркой распространялись трубы из сшитого полиэтилена, на самих трубах была маркировка PEX (рис. 4), но по факту эти трубы состояли из обычного несшитого полиэтилена, стоит ли говорить об их эксплуатационных характеристиках? Есть несложный способ определить, что перед вами – сшитый полиэтилен или подделка из обычного полиэтилена. Для этого кусочек трубы нужно нагреть до температуры 150–180 ºС, обычный полиэтилен при такой температуре теряет свою форму, а сшитый за счёт межмолекулярных связей сохраняет свою форму даже при таких высоких температурах (рис. 5).
Рис. 4. Маркировка на трубе Gross
Рис. 5. Трубы Gross (образец 7) и VALTEC PEX-EVOH (образец 6) поле прогрева в печи в течение 30 мин при температуре 180 ºС
Заблуждение № 2: «Только полиэтилен, сшитый по методу «a», обладает свойствами температурной памяти, полиэтилены сшитые другими способами данным свойством не обладают».
Что в данном случае подразумевается под «эффектом температурной памяти»? Суть данного эффекта заключается в том, что предварительно деформированная труба после прогрева восстанавливает свою исходную форму, которую она имела до деформации. Это свойство проявляется из-за того, что при изгибе и деформации молекулярно-связанные участки сжимаются или растягиваются, при этом накапливая внутреннее напряжение. После прогрева в местах деформации упругость материала снижается. Внутренние напряжения, накопленные в процессе деформации, создают в толще «размягшего» материала усилия, направленные в сторону исходной формы трубы. Под воздействием этих усилий трубы стремится восстановиться.
Рис. 6.1. Излом трубы VALTEC PEX—EVOH (способ сшивки – PEX-b) и ее восстановление после прогрева до 100 °С
Рис. 6.2. Излом трубы из PEX-а с антидиффузионным слоем и ее восстановление после прогрева до 100 °С
Рис. 6.3. Излом трубы из PEX—c без антидиффузионного слоя и ее восстановление после прогрева до 100 °С (неокрашенный сшитый полиэтилен при высоких температурах становиться прозрачным)
На рисунках 6.1–6.3 показано восстановление труб с различными способами сшивки после залома. При всех способах сшивки трубы восстановили свою первоначальную форму. На трубах, покрытых антидиффузионным слоем, после восстановления образовались складки. В этих местах антидиффузионный слой отслоился от слоя PEX. Это не влияет на характеристики трубы, так как рабочим слоем является слой PEX, который полностью восстановился.
Эффект памяти присущ любому сшитому полиэтилену. Отличие PEX-a в технике восстановления заключается лишь в том, что PEX-a сшивается во время экструзии, и первоначальная форма, которую стремится вернуть трубопровод, – прямая. PEX-b и PEX-с, как правило, сшиваются уже после формирования в бухты, и, соответственно, форма, к которой будут стремиться трубопроводы, – круг с радиусом, равным радиусу бухты.
Заблуждение № 3: «Сшивка методом «b» не обеспечивает требуемую гигиеничность труб, так как силаниды, применяемые при производстве данных труб, токсичны».
Действительно, кремневодороды (SiH4 – Si8H18), применяемые для получения PEX-b, крайне ядовиты. Однако кремневодороды для сшивки полиэтилена применяют только в кабельной промышленности. Для производства труб используется органосиланиды, которые тоже ядовиты, но их отличительной особенностью является то, что при сшивке они либо полностью переходят в химически связанное состояние, либо превращаются в химически нейтральный органический спирт, который вымывается при гидратации трубопроводов. На сегодняшний день самым распространённым реагентом для сшивки полиэтилена методом «b» является винилтриметаксилан (упрощенная формула: С2Н4Si (OR)3).
Основным показателем безопасности трубопровода и фитингов является гигиенический сертификат. Только трубы и фитинги, на которые есть данный сертификат, допустимы к установке в системах питьевого водоснабжения.
Заблуждение № 4: «Только у труб PEX-a степень сшивки равномерна по всему сечению, в то время как у других труб сшивка не равномерна».
Основным преимуществом сшивки методом «а» является то, что пероксиды добавляются в расплавленный полиэтилен до его экструзии в трубу, и сшивка трубы при должном внимании к температурам и дозировкам пероксидов будет равномерна.
Когда трубопроводы из сшитого полиэтилена массово не применялись, у сшивок методом «b» и «c» действительно существовал недостаток, заключающийся в неравномерности сшивки по длине и ширине трубопровода. Однако, когда объём производства труб достиг нескольких километров в неделю, возник вопрос о повышении качества и автоматизации данных видов сшивки. Силановым методом можно равномерно сшить трубопровод, подобрав правильную дозировку реактивов, точно поддерживая температурные и временные параметры обработки трубы, а также используя катализаторы (олово).
К тому же современный метод ввода силана отличается от первоначального, если раньше силан добавлялся в расплав полиэтилена при экструзии (метод В-SIOPLAST), то сейчас, как правило, силан предварительно смешивается с пероксидом и некоторым количеством полиэтилена и только потом добавляется в экструдер (метод В-MONOSIL).
Заводы, производящие большие объёмы труб, давно методом проб и ошибок вышли на идеальную технологию сшивки, а автоматизация производства позволила получать трубы со стабильными характеристиками. Таким образом, проблема неравномерной сшивки трубопровода остаётся только у мелких, неавтоматизированных производств.
Заблуждение № 5: «PERT является одним из видов сшитого полиэтилена, и не уступает ему по характеристикам».
Термостойкий полиэтилен PERT является сравнительно новым материалом, применяемым для производства труб. В отличие от обычного полиэтилена, у которого в качестве сополимера используется бутен, в PERT сополимером является октен (октилен С8H16). Молекула октена имеет протяжённую и разветвленную пространственную структуру. Образуя боковые ветви основного полимера, сополимер создаёт вокруг главной цепи область взаимопереплетённых цепочек сополимера. Эти ветви соседних макромолекул образуют пространственное сцепление не за счёт образования межатомных связей как у PEX, а за счёт сцепления и переплетения своих «ветвей»
Термоустойчивый полиэтилен обладает рядом свойств сшитого полиэтилена: стойкость к высоким температурам и ультрафиолетовым лучам. Однако данный материал не обладает долговременной стойкостью к высоким температурам и давлению, а также является менее кислотостойким, чем PEX. На рис. 7 представлены графики длительной прочности сшитого полиэтилена PEX и высокотемпературного полиэтилена PERT, взятые из ГОСТ Р 52134-2003 с изменением № 1. Как видно из графиков, сшитый полиэтилен со временем мало теряет в своей прочности, даже при высоких температурах. При этом график падения прочности прямой и легкопрогнозируемый. У PERT график имеет излом, причём при высоких температурах этот излом наступает уже через два года эксплуатации. Точка излома называется критической, при достижении этой точки материал начинает активно ускорять потерю прочности. Всё это приводит к тому, что труба, которая достигла критической точки, очень быстро выходит из строя.
Рис. 7. Эталонные кривые длительной прочности труб из PEX (слева) и PERT (справа)
К тому же из-за отсутствия связей между макромолекулами PERT не обладает свойствами температурной памяти.
Заблуждение № 6: «PEX-трубы безоговорочно можно использовать для систем радиаторного отопления».
Условия применимости пластиковых и металлопластиковых трубопроводов на территории Российской Федерации регламентируются ГОСТ 52134-2003. Так как на прочность пластиковых трубопроводов довольно ощутимо влияет время воздействия на них теплоносителя с определённой температурой, то для них установлены классы эксплуатации (табл. 2), которые отражают характер воздействия определённых температур на трубу в течение всего срока эксплуатации.
Таблица 2. Классы эксплуатации полимерных трубопроводов