Металлопластиковая труба: свойства и особенности технологии
Опубликовано: 14 марта 2019 г.
777
Металлопластиковые трубы сегодня широко применяются на внутренних сетях водоснабжения, ГВС и отопление. Технология производства металлопластиковых труб впервые была разработана фирмой Кitetechnology B. V (Великобритания), а в 1979 г. на эту технологию был получен патент, который был впоследствии перекуплен компанией Unicor (Германия), ставшей обладателем World Wide Patent.
Принципиальная технология
Металлопластиковые трубы производятся на почти полностью автоматизированных производствах.
Исходным компонентом для их изготовления является алюминиевая фольга в виде ленты, из которой впоследствии методом спирального скручивания делают металлический рукав. Существует два основных метода формирования: встык и внахлест. После этого лист металлической ленты сваривается, чаще всего методом непрерывно продольной ультразвуковой сварки или методом лазерной сварки. Образованную металлическую трубу испытывают на герметичность, закачивая во внутрь воздух под давлением от 4 до 10 атм.
Затем на металлический рукав снаружи и изнутри наносят слой клеящего материал, на который впоследствии будет наложен слой пластика. В качестве клеящего (адгезивного) материала используют обычно силиконовые компаунды, а для формирования пластиковых наружного и внутреннего слоев могут использоваться полиэтилен, сшитый полиэтилен или полипропилен. Все нанесения на металлический рукав производятся в многоэкструдерной установке. Обычно клеящий материал наносится сначала на внутреннюю, а затем на внешнюю поверхность металлического рукава. После этого в такой же последовательности наносятся и слои пластика.
Различия в методах формирования алюминиевого рукава, способов нанесения адгезитов, а также видов поверхностного пластика определяют не только технические характеристики металлопластиковых труб, но и стоимость готового изделия.
Рис. 1 Послойная структура металлопластиковой трубы
Сложность создания многослойного сендвича (рис. 1) металлопластиковой трубы заключается в том, что алюминий и слой любого пластика имеют сильно отличающиеся коэффициенты теплового расширения. Изменение внешней температуры вызывает у пластика малое расширение, в то время как алюминий будет иметь относительно значимые изменение размеров. В результате этого при некачественном проклеивании труба может достаточно скоро может потерять герметичность. Также плохая проклейка слоев пластика может сделать металлопластиковую трубу чувствительной даже к незначительным гидроударам. Связано это с тем, что основные механические нагрузки приходятся на слой алюминия. Естественно, уменьшение толщины слоя алюминиевого армирования трубы будет приводить к понижению ее механической прочности. При этом увеличение толщины металлического слоя повышает устойчивость к механическим нагрузкам, но приводит к понижению гибкости всей трубы – одного из основных ее преимуществ. Поэтому наиболее оптимальная толщина металлического слоя по мнению специалистов составляет от 0,30 до 0,55 мм.
Алюминиевый слой – варианты сварки
Как было отмечено выше, лента алюминиевой фольги может формироваться в трубный рукав двумя способами: «встык» и «внахлест». В обоих случаях спираль алюминиевой ленты сваривают (рис. 2), при этом прочность сварного шва должна составлять более 50 Н/мм2. При соединении «встык» обычно применяется лазерная сварка. В этом случае образуется, так называемая, бесшовная труба. Сварку встык осуществить сложнее, однако применение лазерной сварки для формирования алюминиевого слоя не ограничивает производителей в выборе толщины фольги. Толщина фольги в зависимости от диаметра труб может меняться от 0,20 до 0,45 мм. Это позволяет достичь оптимальных соотношений между толщины слоя фольги и диаметром трубы. Стоимость конечного изделия при этом увеличивается, но повышается и качество трубы.
Рис. 2 Сварка алюминиевого слоя
При соединении «внахлест» обычно применяется ультразвуковая сварка, приводящая к образованию сварного шва. Наличие у трубы толстого сварного шва понижает гибкость алюминиевой трубы. Снижение гибкости металлического рукава компенсируется уменьшением толщины алюминиевого слоя. Такие трубы легче ломаются при изгибе во время монтажа. Да и сам монтаж усложняется из-за того, что наружная поверхность трубы будет иметь неровность. Но трубы с металлическим слоем, сваренным «внахлест» оказываются существенно дешевле, а сама технология сварки проще.
Пластиковые слои – предназначение и материалы
От вида и качества пластика, используемого при производстве металлопластиковой трубы, зависит срок эксплуатации и надежность трубопровода. Внутренний слой экологически безопасного пластика должен образовывать ровную и гладкую поверхность, чтобы в трубе не происходило скопление отложений и загрязнений, приводящим к засорам труб. Поэтому величина эквивалентной шероховатости внутренней поверхности металлопластиковой трубы чаще всего составляет около 0,007 мм. Наружная же пластиковая оболочка трубы должна обеспечивать теплоизоляционные свойства трубы и создавать защиту от образующегося конденсата. Толщина наружной пластиковой оболочки обычно составляет около 0,5 мм, а коэффициент теплопроводности составляет примерно 0,50 Вт/м•К.
Дополнительная задача для внешнего пластикового слоя - эстетическая привлекательность готового изделия.
Довольно часто для изготовления металлопластиковых труб используется полиэтилен, который маркируется HDPE, PE-HD. Недостатки применения этого материала связаны с его относительно не высокой механической прочностью, малой устойчивостью к перепадам температурных нагрузок и высокой склонностью к старению полимеров. Применение полиэтилена ограничивает температурный режим применения –температура жидкости, перемещающейся по металлопластиковым трубам с пластиковым слоем из полиэтилена, не должна превышать 75º С. При более высокой температуре происходит постепенная деформация пластмассы. Однако применение этого вида полимера позволяет значительно снизить стоимость готового изделия.
Более перспективным, хотя и оправдано более дорогим, считается применение сшитого полиэтилена, который маркируется, как РЕХ, и имеет более высокие прочностные характеристики и термоустойчивость.
Сшивка полиэтилена может производиться различными методами: с помощью пероксидов (обозначается как РЕХ-а), в присутствии органосиланидных соединений (РЕХ-b), под воздействием радиационного облучения (РЕХ-с) и сшивки методом азотирования (РЕХ-d).
Полиэтилен РЕХ-а самый дорогой, сшивка цепей не ниже 75 %, что делает его относительно жестким. Полиэтилен РЕХ-b является основным продуктом, который используется для производства труб. Для облучения труб из полиэтилена используется ускоритель электронов, который безопасен при производстве и применении готовых изделий, но несмотря на это во многих странах применение РЕХ-с запрещено. Полиэтилен марки РЕХ-d для производства труб используется мало.
Рис. 3 Структура полиэтилена PE-RT
Сравнительно недавно, а именно в 2005 году, на рынке появились металлопластиковые трубы, так называемого, второго поколения. Эти трубы использую еще один вид полиэтилена - PE-RT. В отличие от обычного гомополимера, полиэтилен марки PE- RT является сополимером этилена и октена (октилен С8H16). Молекула октена имеет разветвленную пространственную структуру, и при образовании сополимера происходит образование главной полимерной цепи с объемными пространственными боковыми заместителями. Эти боковые заместители переплетаются между соседними цепями, образуя сшивки специфического вида, что в свою очередь приводит к образованию между цепями связей, но не на молекулярном уровне, а за счет стерического сцепления боковых ветвей (рис. 3). Полученный таким образом полиэтилен PE- RT имеет ряд ценных свойств: высокую гибкость, стойкость к высоким температурам и ультрафиолетовым лучам. Эти качества сделали его весьма полезным при производстве металлопластиковых труб вида PE-RT-Al-PE-RT, которые вобрали в себя лучшие качества полипропиленовых и традиционных металлопластиковых труб PEX-Al-PEX. Кроме того, такие трубы можно соединять сваркой с помощью PERT-фитингов, как полипропиленовые трубы, или применять механические пресс-фитинги (рис. 4), как в традиционных металлопластиковых трубах.
Рис. 4 Угловой пресс-фитинг для соединения металлопластиковых труб
Полиэтилен PE-RT был разработан компанией «Dow chemicals» (США) в 90-х гг. прошлого века. Он является сополимером, свойства которого в значительной мере зависят от точности соблюдения технологии получения. Всякое, даже незначительное отклонение от нее неминуемо приведет к ухудшению свойств полимерного продукта. Полная реализация данной технологии под силу далеко не всем производителям. В отличие от PE-RT другие марки сшитого полиэтилена получаются из не сшитого полимера путем последующей доработки, не требующим прецизионного оборудования и квалифицированных кадров.
Клеящий слой
Влияет на надежность и долговечность металлопластиковых труб и качество связующего вещества, которое наносится на внутреннюю и внешнюю поверхность алюминиевой основы трубы. Прочностные характеристики многослойной трубы напрямую зависят от прочности склейки алюминия и пластика во внутренних и внешних слоях. Отслоение хотя пластика неминуемо приводит к снижению надежности таких труб. Поэтому прочность клеевого соединения алюминиевого рукава с пластиковой оболочкой часто составляет около 70 Н/10 мм2.
Статья из журнала "Аква-Терм" №1/2019
