Разновидности пластиковых труб и их применение. Критерии выбора материалов для труб. Основные требования к свойствам

В большинстве ситуаций доминирующим фактором является ограничение затрат — чаще всего это краткосрочный бюджет. Тем не менее, хорошие инженеры будут стремиться оптимизировать любые инвестиции в соответствии с критериями стоимости и жизненного цикла продукта. Истинный баланс затрат: производство сырья, труб и фитингов, монтаж трубопроводов и техническое обслуживание в процессе эксплуатации является сложным, но для любого проектного решения характерна важность достижения длительного срока службы и предотвращения преждевременного отказа в результате непредвиденных факторов, влияющих на долговечность. Относительно произвольные «конструктивные факторы» часто вводятся для создания запаса прочности, выходящего за рамки расчетных значений, но улучшенные знания о долгосрочных эксплуатационных характеристиках пластиковых труб в настоящее время позволяют снизить их по сравнению с предыдущими чрезмерно «щедрыми» факторами, что приводит к экономии затрат на материалы.

Тщательный выбор материала, следовательно, более важен для долговечности. Срок службы во многом определяется взаимодействием трех факторов: основные механические свойства, геометрия трубы и условия окружающей среды. Можно заметить, что большинство проблем проектирования и их решения включают любые два из этих факторов или же все три вместе. Этот анализ дополнительно проиллюстрирован для труб на различных диаграммах, графиках и т. д. Основные свойства, например механическая прочность, являются производными от молекулярной структуры и могут контролироваться только спецификацией химического производства. Геометрия трубы зависит от конструкции, например, от размеров трубы, а также от особенностей монтажа, таких как радиусы изгиба и метод соединения. Условия окружающей среды в значительной степени находятся вне контроля проектировщика, включая такие особенности, как рабочая температура и внешние нагрузки.

Проектировщик трубопровода может выполнить первоначальные расчеты условий потока и размеров труб без учета материала трубы. За исключением гладкости стенки трубы, свойства потока просто определяются диаметром. В конечном счете, материал трубы должен рассматриваться с точки зрения его механических свойств сопротивления внутренней и внешней нагрузке и его химической стойкости при длительном использовании. Учет основных свойств материала включает в себя взаимосвязь между теми свойствами, которые присущи материалу, такими как прочность, жесткость и ударная вязкость, и теми, которые связаны с применением, такими как стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESC), стойкость к быстрому распространению растрескиванию (RCP) и сопротивление усталости.

Все эти свойства в основном проистекают из микроструктуры полимера, которую можно охарактеризовать на молекулярном уровне и на более высоком уровне, где кристаллические структуры смешиваются с аморфными областями между ними. Именно изменения в таких структурах отличают доступные сорта каждого полимера. Кроме того (особенно в случае ПВХ), необходимо учитывать изменения свойств из-за модифицирующих добавок, таких как низкомолекулярные пластификаторы, армирующие наполнители и легирующие полимеры (о различных видах добавок для пластиков мы уже рассказывали в одном из предыдущих циклов статей и будем говорить ещё). Выходя за пределы внутренних свойств основного сырья и добавок, важно знать, что условия обработки экструзией также могут заметно изменить свойства и характеристики срока службы изделия для трубопроводной системы.

Из доступных инженерных анализов мы видим, что можно определить требования к свойствам материала, подходящим для строительства трубопровода, и перевести их в термины, понятные для технологии химического производства полимеров. Действительно, технологии производства полимеров и использования трубопроводов развивались в тандеме в течение нескольких десятилетий, и теперь мы можем выбирать из проверенного ассортимента типов материалов с еще более широкими возможностями для будущего. Практичность выбора материала для инженера-проектировщика труб обычно связана с получением соответствующих свойств при минимальных затратах.

Одно из распространенных заблуждений при выборе с использованием информации о стоимости — рассматривать механические свойства и цены на полимеры отдельно. Общие цены на полимеры обычно указываются в расчете на массу, например, в евро или в долларах США за тонну или за килограмм, но свойства (такие как прочность на растяжение) измеряются по объёму на стандартных формах образцов. Следовательно, ключевым параметром при оценке относительной производительности должно быть соотношение между интересующим свойством и стоимостью за объем, например, евро или долларов за кубометр. Это может дать существенную разницу между относительными достоинствами полимеров с различной плотностью.