ПОЛИБУТЕН

Полибутеновые трубы: сферы применения и преимущества современного материала

Полибутен является современным материалом, который вобрал в себя положительные свойства сшитого полиэтилена и полипропилена. Разработчики добавили к его характеристикам более высокий коэффициент теплостойкости, отчего он стал способен выдерживать температуру около 70 градусов, при этом продолжая служить белее 50 лет.

Максимальной температурой является показатель в 95 градусов. Другими не менее важными свойствами стали эластичность, устойчивость к ультрафиолету, теплостойкость при наименьшей толщине стенок, по сравнению с другими полимерными трубами.

Применение полибутеновых труб

Данные трубы сегодня широко применяются в системах отопления и коммуникациях горячего водоснабжения.

В таких странах, как Германия и Англия, такой вид изделий занимает лидирующее положение на рынке по объемам использования в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Важное значение в популярности изделий имеет возможность простой установки, ведь трубы легко соединяются при помощи низкотемпературной сварки, благодаря чему монтажные работы проходят максимально быстро и экономично.

С выходом на мировой рынок продукции международного производственного холдинга «Термофлекс», который специализировался на выпуске высококачественной тепловой изоляции, ситуация изменилась.

Компания разработала уникальную систему теплоизолированных гибких трубопроводов Flexalen, применяемых для наружных сетей тепло- и водоснабжения.

Полибутеновые трубы используются в качестве напорных трубопроводов, они заключаются в тепловую изоляцию с закрытой ячеистой структурой, которая не подвергается воздействию влаги.

Это был первый опыт применения элитного полибутена в наружных коммуникациях.

Такие его качества, как повышенная гибкость и способность при сварке отлично соединяться оказались очень востребованными в наружных коммуникациях, где требования к надежности и энергоэффективности трубопроводов весьма повышены.

После того как снизились цены на полибутеновый гранулят, повысилось производство полибутеновых труб. Сегодня покупателям России для тепло- и горячего водоснабжения стали доступны качественные изделия.

Полибутеновые трубы Flexalen с успехом применяются в реконструкции муниципальных сетей на территории России. Широкое распространение они получили и в районах элитного строительства коттеджей в Подмосковье.

Преимущества материала

Полибутеновые трубы обладают характеристиками всех полимерных изделий, а именно:

1. Устойчивы к коррозии,
2. Отсутствие условий для скопления накипи,
3. Обладает минимальным гидравлическим сопротивлением, благодаря чему снижаются энергозатраты на поставку воды,
4. Высокая стойкость при применении в агрессивной среде,
5. Характеризуются небольшой массой,
6. Простота монтажа.

Более того, полибутеновые трубы обладают добавочными положительными свойствами, которые многим полимерным трубам не присущи:

• Максимальная рабочая температура в аварийной ситуации достигает 110 градусов по Цельсию.
• Срок эксплуатации полибутеновых труб более 50 лет.
• Ведущие производители гарантируют десятилетний цикл работы без протечек.
• Стенки полибутеновых стен отличаются непроницаемостью для кислорода.

Стоит сказать, что полибутеновые трубы менее хрупки независимо от температуры, если сравнивать с образцами из полипропилена. Лучше справляются с ударными и механическими нагрузками. Показатель устойчивости к ультрафиолетовым лучам также выше, чем у полипропиленовых аналогов.

Так как у полибутеновой трубы более гладкая поверхность, гидравлических потерь в данном случае ожидается гораздо меньше по сравнению с другими изделиями такого же диаметра. Им не страшны абразивные частицы, которые часто попадаются при транспортировке воды по каналам. Рабочим давлением в полибутеновых трубах является показатель в 10 бар.

Монтаж осуществляется несколькими видами работ. Это может быть сварка, которая действует аналогично полипропиленовым образцам. Или использовать пресс или резьбовые фитинги, которые применяются для металлопластиковых аналогов.

Экологическая безопасность подтверждена сертификатами, признанными в Европе и России.

Экологически чистый материал

В последнее время во всем мире, включая Россию, все большее внимание уделяется окружающей природной среде, ее защите. Ее охрана распространяется и на выпуск экологически безопасной продукции.

В этой связи полибутеновые трубы показывают неплохие результаты.

В Берлине техническим университетом был разработан специальный метод, который позволял оценить влияние производственных материалов на экологическую обстановку.

Полибутеновый образец принимал участие наряду с другими аналогами. Сравнительные данные показали, что материал обладает отличными экологическими характеристиками, а на окружающую среду оказывает наименьшее влияние. Также он хорошо поддается вторичной обработке, а производственные процессы при этом находятся в соответствии с «зеленым» стандартом Европы.

Таким образом, если проанализировать все перечисленные характеристики и накопленный мировой опыт применения полибутеновых труб в элитном строительстве, то можно заключить, что полибутен является инновационным современным и качественным материалом, который не наносит вреда здоровью и экологии. Этим и объясняется все возрастающий спрос на полибутеновые трубы, которые превосходят по многим параметрам популярные сегодня изделия из полипропилена и металлопластика.

Трубы из полибутена. Мифы и реальность

Н.В. Володин, руководитель испытательной лаборатории,
ИЦ «Политест», г. Москва

Трубы из полибутена (полибутилена) появились на мировом рынке по сравнению с другими полимерными трубопроводами относительно недавно. Европейский опыт применения труб из полибутена насчитывает всего-то около 50 лет.

Появление нового материала с самого момента его изобретения сразу обросло невероятными слухами.

Начиная от того, что произошла революция в химической промышленности и разработан уникальный материал, превосходящий по своим свойствам все известные полимеры, применяемые в трубной промышленности, до слухов об опасности его применения и т.п.

Цель написания этой статьи — дать объективную оценку этому новому материалу, основываясь на химических и физических свойствах материала, нормах DIN и ГОСТ, а также рассмотреть перспективы его применения в инженерных системах тепло- и водоснабжения.

Полибутен-1 (ПБ-1, PB-1), как и полиэтилен (ПЭ, PE), сшитый полиэтилен (ПЭ-Х, PE-X) и полипропилен (ПП, PP) является членом семейства полиолефинов, которые относятся к числу распространенных термопластов. По химической структуре полибутен-1 отличается от других полиолефинов числом атомов углерода в молекуле мономера.

Несмотря на то, что полибутен уже успешно применяется в Европе более 50 лет, в отличие от вышеназванных материалов, он является наиболее молодым членом семейства, т.к. был разработан позже них.

Для лучшего понимания свойств вышеуказанных материалов остановимся более подробно на их молекулярной структуре.

1. Полиэтилен (ПЭ, PE)

Обладает линейной молекулярной структурой и, как следствие, — наименьшей температуростойкостью (термостабильностью) из всех вышеназванных материалов и наименьшей стоимостью сырья.

Поэтому во многом благодаря последнему фактору этот материал практически полностью занял нишу полимерных трубопроводов для холодного водоснабжения и газоснабжения, т.е. в системах, где нет высоких температур.

Трубопроводы являются эластичными (гибкими) и хорошо соединяются посредством сварных неразъемных гомогенных соединений.

2. Полипропилен (ПП, PP)

В отличие от старшего представителя полиолефинового семейства этот материал обладает более разветвленной молекулярной структурой с углеводородными соединениями, что обусловило более высокую термостойкость.

Как и трубы из полиэтилена, эти трубы легко соединяются посредством сварных гомогенных соединений. Однако трубы малоэластичны и поэтому изготавливаются в виде прямых отрезков.

Вследствие хорошей термостабильности и технологичности монтажа трубы из полипропилена нашли широкое применение в системах отопления, холодного и горячего водоснабжения.

3. Сшитый полиэтилен (ПЭ-Х, PE-X)

Учитывая низкую температуростойкость полиэтилена, было необходимо найти способ ее повышения и его нашли, и даже не один. Для придания большей термостабильности линейные молекулы полиэтилена научились «сшивать» поперечно между собой.

Существует 4 способа сшивки полиэтилена: пероксидная сшивка (PEX-a), сшивка органосилоксанами (PEX-b), радиоционная сшивка (PEX-c) и сшивка азосоединениями (PEX-d). Все четыре способа различаются между собой, но направлены на достижение одного и того же результата — поперечной сшивки молекул полиэтилена.

В результате полиэтилен получил повышенную температуростойкость, но потерял способность к свариванию посредством гомогенных (однородных) сварных соединений. Поэтому для соединения труб из сшитого полиэтилена применяются, в основном, механические компрессионные и пресс-фитинги.

«недосшитый» полиэтилен не будет обладать нужной температуростойкостью, а «пересшитый» будет хрупким. Именно с нарушением процесса сшивки связаны многочисленные аварии, которые произошли с выходом на рынок низкокачественной китайской продукции.

4. Полибутен (ПБ, PB)

Глядя на молекулярную структуру полибутена, можно сразу отметить ее наибольшую разветвленность по сравнению с другими материалами полиолефиновой группы.

В структуре полибутена наибольшее количество атомов углерода в составе мономера, что обуславливает значительное отличие свойств ПБ-1 от свойств других членов семейства полиолефинов.

Так, полибутен обладает наибольшей долговременной прочностью (MRS) и температуростойкостью, обладает наименьшей «ползучестью» по сравнению с другими материалами группы, сохраняет физические свойства при температурах, близких к температуре плавления, обладает повышенной гибкостью, высокой стойкостью к растрескиванию, хорошей химической стойкостью, легко сваривается с образованием гомогенных соединений и устойчив к механическому истиранию. Такой набор свойств делает полибутен-1 ценным материалом для производства напорных труб отопления и теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, канализации (срок эксплуатации трубопроводов из полибутена уже сейчас составляет около 50 лет). Жесткие марки полибутена-1 нового поколения могут найти применение в производстве емкостей для хранения и транспортировки агрессивных жидкостей и абразивных растворов.

В химической промышленности полибутен РВ-1 широко применяется для создания компаундов для улучшения свойств полиэтилена PE и полипропилена PP и термопластичных эластомеров.

Его незначительное введение в SEBS компаунды (стирол-этилен-бутилен-стирольные) существенно улучшает жесткость при высоких температурах.

При смешивании с термопластическими полиолефиновыми эластомерами наблюдается значительное улучшение значения остаточной деформации сжатия при высоких температурах.

Из рис. 1 видно, что ПБ-1 обладает высокой стойкостью к деформации под воздействием длительных нагрузок, значительно превосходящей показатели других полиолефиновых материалов.

По сравнению с другими материалами полиолефиновой группы ПБ-1 обладает наибольшей долговременной прочностью под воздействием высоких температур (рис. 2).

Пользуясь Европейским стандартом ISO 10508 можно рассчитать максимально допустимое напряжение в стенках трубы (MPa) для разных материалов полиолефиновой группы для различных стандартизованных факторов безопасности применения труб. Результаты расчета представлены в таблице ниже.

Фактически это означает, что на эквивалентную толщину стенки трубы PB-1 имеет больший фактор безопасности по сравнению с трубами из других материалов полиолефиновой группы (табл. 1).

При одинаковых эксплуатационных параметрах, трубы из полибутена можно использовать с меньшей толщиной стенки, за счет большей прочности материала при расчетном сроке службы 50 лет (табл. 2).

ПБ-1 обладает наименьшим коэффициентом линейного расширения (рис. 3) и наименьшим коэффициентом теплопроводности (рис. 4).

Коэффициент эластичности (Модуль упругости) — физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению/сжатию при упругой деформации. Из рис. 5 видно, что полибутен обладает наилучшей эластичностью.

Итак, подводя итог проведенного краткого анализа, мы можем обратить внимание на то, что полибутен, несмотря на свой юный возраст, имеет существенные преимущества относительно своих собратьев по полиолефиновой группе (табл. 3).

Мифы о полибутене

С появлением полибутена на международном и российском рынке он быстро оброс различными слухами и мифами. Просматривая российское информационное пространство, я смог выделить следующие наиболее интересные:

Миф 1. Хрупкость полибутена по сравнению с трубами из сшитого полиэтилена и риск образования трещин

В качестве первоисточника указана статья неизвестного автора в журнале, вышедшем в Северной Америке в 2010 г. В качестве аргумента в статье говорится, что «ПБ-трубы состоят из пластиковых смол, что объясняет возникновение трещин с возрастом».

Забавное заключение! Особенно с учетом того, что полибутен, также как и полиэтилен, получается путем полимеризации смол. К термопластичным пластмассам на основе полимеризационных смол относится полиэтилен, сшитый полиэтилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полибутен.

Следуя логике автора этой статьи, применение таких распространенных полимерных трубопроводов как трубы из полиэтилена, сшитого полиэтилена, полипропилена и др. просто крайне опасно. Дальше комментировать эту информацию не имеет смысла, т.к.

все эти материалы уже более 50 лет успешно применяются в России и за рубежом.

Миф 2. Низкая устойчивость полибутена к хлорированной воде

В системах водоснабжения в ряде стран, в том числе и в России, воду обрабатывают дезинфицирующим средством — хлором. Известно, что хлор является сильным окислителем даже в сравнительно небольших количествах, используемых для обработки питьевой воды.

Вода, содержащая хлор, всегда оказывает негативное воздействие на срок службы практически всех материалов группы полиолефинов (полиэтилен, сшитый полиэтилен, полибутен, полипропилен и др.).

То есть говорить о каких-то серьезных отличиях стойкости полибутена к хлорированной воде по сравнению с другими материалами не приходится.

По этой причине все производители сшитого полиэтилена PEX и других материалов применяют специальные добавки, содержащие антиоксиданты, которые служат для защиты полимеров от окисления. Эта проблема особенно остро стояла в 60-е годы, когда эти полимерные материалы только были разработаны. В настоящее время все вышеперечисленные материалы, без каких-либо ограничений, применяются в коммунальных системах водоснабжения, в том числе и ГВС.

Полибутен -1: кто на новенького?

Когда мы говорим о полиолефинах, речь, как правило, идет о полипропилене и полиэтилене — двух самых распространенных в мире материалах. Однако ряд полиолефинов отнюдь не ограничивается привычными ПП и ПЭ.

Компания Basell разработала уникальный продукт, не имеющий аналогов в Европе, — новый полиолефиновый материал Polybutene-1 (Полибутен-1, ПБ-1). Именно о нем мы и хотели бы рассказать Вам сегодня.

Что такое Полибутен-1?

Прежде всего, оговоримся, под Полибутеном-1 мы не имеем в виду поли-изобутилен, который является жидким полимером. ПБ-1 твердый, выпускается в виде гранул, как и его «собратья» — ПП и ПЭ.

ПБ-1 — полукристалличный, изотактический термопласт, получаемый путем полимеризации бутена-1.

На рисунке 1 в сравнении представлена химическая структура различных материалов: полиэтилена, полипропилена и ПБ-1.

Рис. 1:

Сочетание Полибутена-1 с полиолефинами

ПБ-1 и ПП: благодаря своей структуре, ПБ-1 хорошо диспергируется в полипропилене, прекрасно с ним сочетаясь. При этом ПБ-1 модифицирует свойства ПП даже при низкой концентрации. В частности, придает гибкость и снижает температуру сварки материала. Этим и обусловлено распространенное применение ПБ-1 в смесях с ПП.

ПБ-1 и ПЭ: с полиэтиленом Полибутен-1 несовместим, так как образуется дисперсная фаза. Этот эффект несовместимости широко используется для модификации свойств ПЭ пленки (об этом см. ниже). Кроме того, ПБ-1 используется в смесях с другими полимерами как модификатор текучести и диспергирующий агент для улучшения механических свойств при повышенных температурах.

Свойства ПБ-1. Что делает его уникальным?

• стойкость к ползучести;
• ESCR (устойчивость к распространению трещин);
• реологические свойства ;
• возможность медленной кристаллизации;
• «контролируемая» совместимость с ПЭ;
• хорошее молекулярное взаимодействие (когезия);
• абразивная износостойкость;
• гибкость и сохранение физических свойств при температурах, близких к температуре плавления.

Рис. 2. Стойкость к деформации под нагрузкой ПБ-1 по сравнению с другими полиолефиновыми материалами:

По рисунку 2 видно, что ПБ-1 обладает высокой стойкостью к деформации под воздействием длительных нагрузок, значительно превосходящей показатели других полиолефиновых материалов.

Вышеперечисленные характеристики данного материала определяют сферу его использования на производстве. 

Рис. 3. Сравнение свойств различных материалов, применяющихся для производства труб:

Применения ПБ-1

Наиболее часто ПБ-1 используется в производстве высококачественных:

работающих под высоким давлением и/или при высоких температурах, а также при значительных абразивных нагрузках.

Трубы из ПБ-1 выгодно отличаются более низким весом, составляющим около 2/3 от массы труб, изготовленных из сшитого ПЭ и ПВХ. 

Изделия из ПБ-1 также обладают:

• высокой гибкостью (в два раза выше, чем у «аналогов» из сшитого ПЭ, и в 10 раз выше, чем у труб из ПВХ);
• низкой потерей давления (в 2 раза меньше в сравнении со сшитым ПЭ).

На фотографиях показаны примеры применения ПБ-1 для изготовления труб центрального водоснабжения, обогрева пола и стен, промышленных труб и т. д. 

Благодаря своим уникальным свойствам, ПБ-1 применяется не только для производства труб, но и:

• порошковых покрытий;
• мастербатчей;
• футеровки водонагревателей;
• пленок;
• и т. д.

Возможность замедленной кристаллизации — уникальное свойство для термопласта — делает возможным применение ПБ-1 в производстве волокон и термоплавких клеев. В любом случае, ПБ-1, присутствуя в небольшом соотношении, значительно улучшает свойства конечных изделий.

Особенно интересно такое применение ПБ-1, как легко открываемые упаковки (easy-open seel peal packaging).

Сейчас разрабатываются все новые виды упаковки, соответствующие разнообразным требованиям покупателей, одно из которых — простота и легкость в использовании.

По данным европейских исследователей более 91 % покупателей жалуются на проблемы с открыванием упаковки. Люди хотят, чтобы она открывалась легко и интуитивно.

И здесь ПБ-1 позволяет добиваться нужных результатов. Простота вскрытия упаковки из ПБ-1 основана на несовместимости ПБ-1 с ПЭ и совместимости с ПП. Благодаря присутствию диспергированной фазы ПБ-1, верхний слой пленки ровно и легко отслаивается при незначительном усилии.

Как видно из приведенных примеров, о каком бы применении ни шла речь, ПБ-1 предлагает эффективное решение. Добавляя небольшое количество ПБ-1 в базовый материал, производитель может получить более качественное, а порой и инновационное изделие. Развитие новых применений и новых марок ПБ-1 продолжается в научных центрах компании Basell и по сей день. 

Рис. 4. Объемы производства полиолефинов:

Пока еще эта новейшая разработка не получила такого распространения, как ПП и ПЭ.

На диаграмме рисунка 4 «столбик», отражающий объемы потребления Полибутена-1, даже не заметен по сравнению с такими признанными гигантами, как ПП и ПЭ.