КБР-227. Армированная термореактивная пластиковая труба
Этот дайджест, последний в серии из трех дайджестов 1,2, XNUMX, кратко описывает общую природу армированных термореактивных материалов и подробно рассматривает два основных типа трубной продукции этого класса.
Из-за своей высокой стоимости армированные трубы на основе термореактивного пластика составляют лишь небольшую долю от общего количества используемых пластиковых труб. Эти трубы используются там, где требуется прочность и/или устойчивость к более высоким температурам. Материалы, из которых они сделаны, предлагают гораздо больше композиционных вариаций и большую гибкость дизайна, чем термопласты, поэтому для дизайнера важно хорошо понимать их природу.
Термореактивные пластмассы всегда используются в сочетании с армированием и наполнителями. Механическая прочность, термостойкость и другие условия эксплуатации труб из термореактивных пластмасс зависят от типа смолы, используемой в качестве матрицы, типа и конструкции армирования, природы наполнителей и способа изготовления.
Некоторые из наиболее известных термореактивных смол, используемых в качестве матриц в армированных волокном композитах для труб, представляют собой полиэфиры, эпоксидные смолы и фенольные смолы. Армирование может быть органическим (например, синтетическое волокно) или неорганическим (например, стеклянным или асбестовым волокном). Однако стекловолокно является наиболее распространенным армирующим материалом, используемым в пластиковых трубах. Это может быть непрерывное волокно (например, ровинги), ткань, нетканый мат или рубленая пряжа. Два состава стекла, обычно используемые в производстве стекловолокна, представляют собой стекло E (электрическое — с низким содержанием щелочи, высокой прочностью) и стекло C (химическое — с высокой коррозионной стойкостью). Оба состава стекла не подвержены влиянию растворов солей, щелочей и большинства органических материалов, но стекло C более устойчиво к кислотам.
Труба из армированного термореактивного пластика может состоять из 15–70 % стекловолокна, 0–50 % наполнителя (включая песок) и 30–75 % смолы. Он также может содержать небольшое количество тиксотропных агентов*, пигментов или красителей. Таким образом, армированный термореактивный пластиковый материал для труб может быть разработан для использования в широком диапазоне различных ситуаций, что делает его очень универсальным продуктом. Трубы, изготовленные из термореактивной смолы, армирования стекловолокном, песка или других заполнителей, иногда называют трубами из армированного пластикового раствора (RPMP).
Методы, используемые в производстве армированных термореактивных пластиковых труб и фитингов, включают литье под давлением, контактное литье, центробежное литье, пултрузию и намотку нитью. Намотка нитей является наиболее часто используемым процессом, так как в результате получаются изделия с более высокой прочностью, чем изделия, изготовленные другими методами, а также с хорошей однородностью и высокой плотностью.
Существует два основных метода намотки нити. В одном методе, двухосной навивке, пропитанные смолой ровинги из стекловолокна преднамеренно располагаются как в окружном, так и в продольном направлениях трубы для придания требуемой прочности. В другом методе, спиральной намотке, пропитанные смолой ровинги из непрерывных волокон наматываются под контролируемым углом спирали в каждом выбранном направлении на съемную оправку. Последующее отверждение (сшивание) может потребовать применения тепла. Большинство труб, изготовленных любым из двух методов намотки нитей, имеют внутренний слой (вкладыш), состоящий из гладкой, богатой смолой поверхности, армированной тканью из стекла, термопластичного полиэстера или акрилового волокна, выбранного для обеспечения максимальной стойкости к истиранию и коррозии. Внутренняя футеровка некоторых трубных изделий изготавливается для конкретного применения.
Свойства и Приложения
Труба армированная термореактивная пластиковая выпускается в стандартной комплектации с полной линейкой фитингов. Он особенно подходит для таких применений, как водоснабжение, канализация и удаление сточных вод во многих высококоррозионных условиях; например, полученные в результате химической обработки. Этот тип труб находит применение практически во всех основных отраслях промышленности для транспортировки сотен промышленных химикатов, включая соляную кислоту, гидроксид натрия и хлор; высокосернистая сырая нефть (в выкидных линиях) для добычи нефти, ее самое широкое применение; соленая вода в подающих, паводковых, нагнетательных и отводящих линиях; и природный газ при давлении до 8.3 МПа (1200 фунтов на кв. дюйм) и температуре 66°C (150°F).
Наиболее часто используемые армированные термореактивные пластиковые трубы изготовлены на основе полиэфирных или эпоксидных смол, которые более подробно описаны на следующих страницах. Типичные свойства, общие характеристики и области применения этих трубных изделий представлены в таблице 1 и в таблице 2.
Таблица 1. Типичные свойства термореактивных трубных материалов с намотанной нитью 7,8
| Имущество** | Способ доставки | Диапазон или среднее значение |
| Плотность, г / см³ | ASTM D 792 | 1.7 – 2.2 |
| Коэффициент теплового расширения, 10 -6 /°C а) Направление кольца б) Осевое направление |
ASTM D 696 | 9 – 13 18 – 32 |
| Теплопроводность, Вт-1 (BTU·in·ч -1 фут -2 F -1 ) |
АСТМ С 177 | 0.19–0.29 (1.3–2.0) |
| Предел прочности на растяжение, кПа (10³ psi) а) Направление кольца б) Осевое направление |
ASTM D 2290 ASTM D 2105 |
165 – 344 (24 – 50) 139 – 690 (20 – 100) |
| Предел прочности на сжатие, кПа (10³ psi) | ASTM D 2586 | 110 (16) *** |
| Модуль упругости при растяжении, МПа (10 -6 psi) а) Направление кольца б) Осевое направление |
ASTM D 2290 и ASTM D 2105 | 26 – 32 (3.8 – 4.6) 6.9 – 19 (1.0 – 2.7) |
| Модуль сжатия, МПа (10 -6 psi) | ASTM D 2586 | до 18 (до 2.6) |
| * Эти цифры следует рассматривать только как справочные, так как товарные трубы могут иметь свойства, отличные от перечисленных в этой таблице. ** Смола представляет собой полиэфирную, эпоксидную, фенольную смолу или их комбинацию. *** Изделия на основе эпоксидной смолы |
||
Таблица 2. Общие свойства и области применения основных армированных термореактивных пластиковых труб.
| Тип трубы | Общие Свойства |
Максимальная рабочая температура* °C (°F) | Способы соединения (5,7) | Основные приложения |
| GRP | Относительно высокая механическая прочность; хорошая термостойкость и химическая стойкость | 105 (220) | Соединение клеями и механическими уплотнениями | Применение в трубах, где необходимы хорошая коррозионная стойкость и высокая рабочая температура при меньших затратах, чем при использовании эпоксидных труб. |
| GRE | Очень хорошая общая химическая стойкость к кислотам, щелочам** и растворителям; несколько ограниченная стойкость к окислителям. | 120 (250) | С помощью муфты муфты; использование эпоксидной смолы холодного отверждения и т.д. | Из-за более высокой стоимости их использование ограничено критическими приложениями в химической обработке, особенно при перекачивании коррозионно-активных жидкостей*** и шламов. |
| * Максимальная рабочая температура зависит от химических условий перекачиваемой жидкости. ** Трубы на основе эпоксидной смолы, отвержденной ароматическими ангидридами, не обладают стойкостью к едким щелочам. *** Футерованные эпоксидные трубы, изготовленные с футеровкой, армированной стекломатом C, стали очень популярными в этом применении. |
||||
Труба из полиэстера, армированного стекловолокном (GRP)
Матричная смола стеклопластиковой трубы состоит в основном из отвержденного полиэстера, но также содержит небольшое количество различных добавок 3,4. Как правило, матрица составляет около 70 весовых процентов материала трубы, а армирование является другим важным компонентом. Наиболее популярные составы матриц, используемые в трубах, фитингах, насосах, резервуарах и воздуховодах, основаны на полиэфире общего назначения, полиэфире, модифицированном изофталем, полиэфир бисфенола А, винилового эфира и хлорированной полиэфирной смолы (для улучшения огнезащитных свойств). Путем соответствующего выбора полимерной матрицы трубы из стеклопластика могут быть сделаны устойчивыми к агрессивным жидкостям или почвам, а также выдерживать коррозионное воздействие большинства промышленных химикатов при температурах до 105°C (220°F).
Трубы на основе полиэстера, как правило, менее прочны механически, чем трубы из эпоксидной смолы, и их термостойкость несколько ниже. Однако более низкая стоимость и хорошая коррозионная стойкость сделали универсальную (обычную) полиэфирную смолу популярной в производстве армированных стекловолокном труб, фитингов, насосов и резервуаров всех размеров 3,4 . Трубы из обычного полиэстера имеют диаметр от 25 мм (1 дюйм) до 4.9 м (16 футов) и более.
Благодаря своей хорошей коррозионной стойкости и относительно высокой рабочей температуре материалы из стеклопластика используются в качестве трубопроводов в химических процессах для работы с высококоррозионными жидкостями 5 . GRP все чаще используется вместо стали и чугуна для систем водоснабжения, а также вместо бетона для систем канализации, дренажа и удаления сточных вод.
Труба из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном (GRE)
Существует два основных типа эпоксидных смол, наиболее часто используемых в трубах из стеклопластика, а именно эпоксидные смолы на основе бисфенола А и новолачные эпоксидные смолы. Эпоксидные смолы на основе бисфенола А используются гораздо шире из-за простоты в обращении и более низкой стоимости. С другой стороны, эпоксидные новолаки используются там, где требуется повышенная температура и максимальная стойкость к растворителям. Оба типа смол можно отверждать с помощью различных отвердителей, и их выбор оказывает заметное влияние на свойства конечных трубных изделий. Двумя наиболее популярными классами отвердителей, используемых в производстве эпоксидных труб, являются ароматические амины и ароматические ангидриды.
Труба из эпоксидной смолы на основе бисфенола, отвержденной ароматическими аминами, обладает хорошей стойкостью к солям, разбавленным растворам кислот и агрессивным растворам щелочей и растворителей. Труба, изготовленная из эпоксидной смолы, отвержденной ароматическими ангидридами, напротив, как правило, более хрупкая, менее химически стойкая и не обладает устойчивостью к щелочам. Трубы из эпоксидной смолы на основе бисфенола, отверждаемые ангидридами, имеют верхний температурный предел 75°C (165°F), тогда как трубы, отверждаемые аминами, могут использоваться при температурах до 120°C (250°F) или выше 5 . Ни один тип эпоксидной смолы не устойчив к сильным неорганическим кислотам или сильным окислителям.
Как правило, эпоксидная труба изготавливается методом намотки нити. Большинство волокнистых труб на основе эпоксидной смолы имеют относительно небольшой диаметр, от 25 до 400 мм (от 1 до 16 дюймов). Это отличается от труб из полиэфирной смолы, которые обычно имеют больший диаметр и часто изготавливаются на заказ. Армированные эпоксидные трубы доступны как с футеровкой, так и без футеровки.
Трубы из эпоксидной смолы без покрытия заменяют традиционные материалы в выкидных трубопроводах нефтяных месторождений, где необходима устойчивость к воздействию сырой нефти и отложений парафина, а также способность выдерживать относительно высокие скачки давления. Поскольку химическая стойкость этой трубы ниже, чем у футерованных труб, другие области ее применения ограничены работой с растворителями и растворами, содержащими соли, разбавленные кислоты и щелочи.
Благодаря хорошей химической стойкости трубы с футеровкой из эпоксидной смолы, изготовленные из футеровки, армированной C-стеклянным матом, стали очень популярными в химической промышленности. Например, эта труба обеспечила экономичное решение многих серьезных проблем с коррозией на заводах по отбеливанию целлюлозы, производстве фосфорной кислоты и пищевой промышленности. В большинстве случаев армированная футеровка с высоким содержанием смолы имеет толщину от 0.5 до 0.8 мм (от 0.020 до 0.030 дюйма). В приложениях, связанных с тяжелыми условиями воздействия, используется более тяжелая футеровка. Один из таких вкладышей описан в добровольном стандарте NBS (толщина 2.8 мм (0.11 дюйма)), Национальное бюро стандартов, США 6 .
Введение
Правильно подобранные и установленные полипропиленовые трубы являются отличным выбором для многих насосных применений. В этом документе представлен обзор свойств полипропиленовых труб, критериев выбора, методов монтажа и рекомендаций.
ПОДБОР И МОНТАЖ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ТРУБ ДЛЯ НАСОСОВ
Современный рынок труб и трубопроводных систем из полимерных материалов предлагает качественную, долговечную и недорогую продукцию. Значительную часть этого рынка занимают трубы из полипропилена – материала, который отличается высокой устойчивостью к механическим, химическим и другим негативным воздействиям окружающей среды.
Сфера применения полипропиленовых труб очень широка: они идеально подходят для транспортировки холодной и горячей воды в системах отопления/канализации/водоснабжения, а также транспортировки газов. Полипропиленовые трубы доказали свои преимущества перед другими видами труб при температуре 0 градусов Цельсия, а также в химически агрессивных средах. На сегодняшний день полипропиленовые трубы являются, пожалуй, лучшим выбором для монтажа любых коммуникаций, благодаря своей безопасности, прочностным характеристикам, невысокой стоимости и простоте монтажа.
В зависимости от назначения производители выпускают армированные и неармированные трубы.
Армированные трубы. Любой строитель скажет вам, что главный (и, пожалуй, единственный) недостаток полипропилена – это его расширение при нагревании. Однако недостатком это назвать сложно – законы физики показывают, что высокие температуры расширяют любой материал. Полипропиленовые трубы начинают удлиняться и расширяться уже при температуре 140°С, что чревато и нарушением внешнего вида трубопровода, и разрушением декоративных покрытий, если труба монтируется под стяжку пола или стены, и даже аварийной . Кстати, производители полипропиленовых труб гарантируют, что труба будет работать в нормальном режиме только при температуре не выше 95°С. Чтобы этого не произошло, следует выбирать трубы, армированные стекловолокном или алюминиевой фольгой.
Армирование создает жесткий каркас, благодаря которому труба не удлиняется и не расширяется, отлично выполняя свою основную функцию – транспортировку любых жидкостей и газов. В чем разница между армированием фольгой и стекловолокном? Дело в том, что алюминиевая фольга соединяется с полипропиленом с помощью клея, и иногда качество этого клеевого соединения оставляет желать лучшего. В результате трубы могут расслаиваться, что, естественно, нарушает их прочностные характеристики. Труба, армированная стекловолокном, в свою очередь, не имеет таких недостатков – она состоит из трех слоев, в средний слой добавлены фиброволокна, то есть стекловолокно. Такое армирование делает трубу прочной, устойчивой к высоким температурам и долговечной. Кроме того, стекловолокно снижает свойство теплового удлинения на порядок лучше, чем алюминиевая фольга.
Кроме того, армированные фольгой трубы нужно очищать от той части продукта, которая будет попадать на фитинг. Только так можно создать прочное герметичное соединение и избежать возможных протечек. Трубы, армированные стекловолокном, не требуют зачистки, что еще раз подчеркивает их преимущества при покупке и монтаже.
неармированные трубы. Сегодня при монтаже индивидуальных систем водоснабжения также широко используются неармированные трубы. Объясняется это тем, что температура горячей воды, которая течет по нашим трубам, часто не достигает даже 70°С, а этот вид полипропиленовых труб вполне справляется с такой температурной нагрузкой. Однако чаще всего неармированные трубы все же используют при устройстве системы холодного водоснабжения.
ВЫБОР ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ТРУБ
В первую очередь выбор полипропиленовых труб основывается на предполагаемом расходе воды и протяженности линий. Пропускная способность трубы влияет не только на то, сколько теплоносителя она может транспортировать в единицу времени, но и на разветвленность системы трубопроводов, на количество радиаторов, которые к ней подключены, и даже на расчет возможных тепловых потерь.
Мнение «чем больше диаметр труб, тем лучше» глубоко ошибочно. При использовании труб неоправданно большого диаметра давление в системе падает, и она просто перестает нормально функционировать. Необходимо максимально точно подобрать диаметр труб, чтобы уменьшить потери тепла, повысить КПД системы и сэкономить на покупках. При индивидуальном подборе труб нужного диаметра вы можете обратиться к специалисту, который выполнит сложный гидравлический расчет. Однако есть некоторые общие показатели, на которые можно ориентироваться. Так, для монтажа бытовых систем отопления и водоснабжения, как правило, используют трубы диаметром от 16 до 32 мм, внутреннюю канализацию обычно монтируют из труб сечением от 50 до 110 мм. Важно учитывать тот факт, что подающая труба должна быть шире труб внутренней части системы отопления или водоснабжения.
МОНТАЖ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ТРУБ
Монтаж трубопровода начинается с подготовительных работ, включающих в себя создание отверстий нужного диаметра в стенах и перегородках, а также их очистку от мусора. Затем подготавливаются все необходимые инструменты и начинается установка.
Чаще всего полипропиленовые трубы соединяются между собой пайкой, которую иначе называют термической сваркой. Этот процесс несложный, но требует определенных навыков и опыта. Дело в том, что пайка элементов происходит очень быстро, в течение нескольких секунд после нагрева, и получить ровный равномерный шов можно только зафиксировав элементы в нужном положении. Хорошо, если есть возможность потренироваться на ненужных элементах трубы, чтобы приобрести навык.
Существует два вида сварки полипропиленовых труб:
- Муфта или розетка
- приклад
Раструбная сварка применяется при соединении труб диаметром до 63 мм, и основным инструментом здесь является паяльник, который с помощью насадок оплавляет внутреннюю поверхность раструбной части и наружную поверхность торца трубы. Шов должен быть равномерным, надежным, поэтому такая работа требует аккуратности и не терпит крайностей – если его недогреть, получится некачественно, а если перегреть, то изделие просто потеряет форму.
Сварка встык применяется при соединении труб большого диаметра и осуществляется на специальном стационарном аппарате. Перед началом работ поверхности свариваемых труб следует зачистить, чтобы они были ровными и параллельными. Для качественного соединения труб крайне важно обеспечить их соосность, поэтому при стыковой сварке обычно применяют различные центрирующие приспособления.
Помимо сварочного аппарата или паяльника, для соединения и монтажа полипропиленовых труб потребуется следующее оборудование и соединительные элементы: ножницы для резки полипропилена, муфты, отводы для поворота трубы на 45 и 90 градусов и тройники для создания ответвлений.
Время нагрева труб зависит прежде всего от их диаметра. Так, изделия диаметром до 20 мм прогреваются в течение 8-9 секунд, диаметром 25 мм – около 10 секунд, а для труб 32 мм требуется не менее 12 секунд. Оптимальной температурой нагрева полипропиленовых труб считается 260°С. Нагреваясь до нужной температуры, материал становится эластичным, и в это время необходимо тщательно зафиксировать стыки, устранив все перекосы.
При необходимости соединения полипропиленовых труб с трубами другого типа используются фитинги, имеющие резьбу с одной стороны.
Заключение
Итак, полипропиленовые трубы имеют массу преимуществ, среди которых:
- Высокая износостойкость к агрессивным средам и механическим воздействиям
- Долгий срок службы – около 50 лет
- Простота установки
- низкая стоимость
При выборе полипропиленовых труб для ремонта или монтажа индивидуальной системы отопления или канализации необходимо составить проект, рассчитать диаметр труб в зависимости от длины трубопровода, вида и температуры теплоносителя, подготовить необходимое оборудование , и только после этого можно приступать к установке
В целом выбор и монтаж полипропиленовых труб для насосов – процесс относительно несложный. Есть несколько ключевых соображений, которые следует учитывать, но если вы потратите время на изучение и понимание своих потребностей, вы сможете найти и установить идеальные трубы для ваших нужд.
