Разновидности пластиковых труб и их применение. Технологии производства труб. Управление молекулярной ориентацией полимеров

Ориентация молекул полимера в стенках труб может быть использована для увеличения прочности в более напряженных направлениях. Сопротивление разрыву может быть увеличено за счет периферийной ориентации, а сопротивление растягивающей нагрузке в осевом направлении может быть увеличено путем ориентации, параллельной направлению экструзии. Их комбинация полезна для многих применений труб и называется двухосной ориентацией. Это было замечено при разработке технологии экструзии полиэтиленовых труб, и компания Hoechst, занимающаяся поставками полиэтилена, работала с производителем экструдера Rieffenhauser над методами создания двухосной ориентации. В серии работ, выпущенных Университетом Лидса, описывающих прогресс, достигнутый в двухосной ориентации труб из ПЭНП, также отмечалось, что температура при этом снижалась до точки рекристаллизации. Технология, разработанная в университете Лидса, лицензирована британской технологической группой для передачи японским компаниям. Аналогичный процесс был разработан для полипропилена Сингапурским университетом.

Молекулярная ориентация труб из ПВХ может быть достигнута легче с помощью автономного процесса, включающего вспомогательный процесс, выполняемый на ранее экструдированной трубе. Труба из ПВХ закрывается с обоих концов, нагревается и, по сути, «отливается под давлением» до большего диаметра. Этот относительно простой процесс использовался в течение многих лет для производства ряда труб из ПВХ с молекулярной ориентацией (PVC-O), которые имеют значительно более высокую прочность на разрыв, чем обычные трубы. Ограничением этого процесса является отсутствие непрерывности производства, что увеличивает затраты на обработку. Wavin разработали метод создания двухосной ориентации ПВХ на выходе из экструдера, и на основе этой технологии был представлен ассортимент продукции. В дополнение к превосходной прочности в осевом и кольцевом направлениях труба обладает более жестким ударным сопротивлением и противостоит растрескиванию в режиме ламинарного разрушения. Uponor также объявили о выпуске двуосно-ориентированной трубы из ПВХ, используя технологию, разработанную совместно с компанией Vinadex из Австралии.

Эти разработки, вероятно, будут иметь большое значение для будущего направления технологии производства труб из ПВХ. Они не сводят на нет преимуществ, предлагаемых полиэтиленовыми напорными трубами, с точки зрения свариваемости, но они потенциально предлагают значительное уменьшение толщины трубы (а следовательно, более низкую стоимость материала) для данного номинального давления. Такие продукты могут обеспечить технологическое преимущество для некоторых производителей труб, помогая сохранить прибыльность в условиях конкуренции с продажами обычных труб из ПВХ. Экструзионная технология стала весьма усовершенствованной, особенно с появлением математического моделирования с помощью компьютерных программ, которое предсказывает взаимодействие потока полимера с геометрией и динамикой экструдера и матрицы. Также появляются некоторые принципиально новые подходы, которые пытаются контролировать ориентацию полимера для обеспечения таких преимуществ, как устойчивость к внутреннему давлению. Хорошим примером является процесс экструзии с регулируемой ориентацией сдвига (так называемый Scorex), разработанный Университетом Брунеля. В процессе экструзии с регулируемой ориентацией сдвига используются поршни, расположенные под определённым углом к головке матрицы, для создания уравновешивающего давления, которое локально снижает давление расплава и способствует созданию молекулярной ориентации.

Охлаждение на выходе позволяет материалу быстро затвердевать, фиксируя молекулярную ориентацию, что заменяет обычные калибровочные и охлаждающие ванны. На своем нынешнем этапе разработки процесс экструзии с регулируемой ориентацией сдвига снижает производительность и еще не доказал свою эффективность для нормальной экструзии труб. Однако ориентация направления молекул увеличивает способность трубы к сопротивлению давлению и способствует получению продукта с более высокой прочностью за счёт улучшенной полимерной структуры. Дальнейшим развитием этой технологии являются элементы, которые создают ориентацию в термопластах, армированных короткими волокнами, и способ формирования изгибов труб путем отклонения экструдированного участка, выходящего из матрицы в процессе экструзии с регулируемой ориентацией сдвига. Отклонение экструдата создает изменения структуры потока на границе раздела расплава и твёрдого вещества, что увеличивает поток на внешнем изгибе и уменьшает его на внутреннем изгибе. Конечным результатом является непрерывно сформированный изгиб любого радиуса или направления, который имеет одинаковую толщину стенки.

Лёгкость труб PVC-U и PVC-O позволяет устанавливать их без механических приспособлений, таких как краны. Возможность соединения труб диаметром до DN 250 мм вручную делает их одними из самых любимых специалистами-монтажниками. Таким образом, как затраты на рабочую силу, так и расходы на использование тяжелой техники сокращаются, что снижает затраты на установку. Помимо этого, простота соединения труб и их адаптивность также влияют положительно на производительность монтажа. Меньшее количество сырья используется для достижения более высоких технических характеристик трубы, поскольку процесс молекулярной ориентации значительно уменьшает толщину стенки трубы. Таким образом, при изготовлении этих труб также расходуется меньшее количество расходных материалов, чем при производстве других пластиковых труб.

Западные специалисты также отмечают и более низкий уровень воздействия на окружающую среду, среди прочего, благодаря более низкому потреблению энергии, снижает выбросы CO2 в атмосферу, за счёт чего улучшается поведение в отношении глобального потепления. Однако это сомнительное преимущество, поскольку исследования отечественных учёных говорят об обратном — нынешнее потепление явление временное, и холода ещё вернутся. А вот транспортировка сред без потерь показателей потока, полная герметизация швов, долговечность и защита трубы от деградации — преимущества реальные. Полностью пригодный для повторного использования, ПВХ является на 100% возобновляемым материалом, который можно использовать повторно для применений с меньшими техническими требованиями, например, для производства изоляционной оболочки кабеля или изготовления упаковки. В следующей части поговорим о трубах со структурированными стенками.