Резюме

Разработки в области катализаторов и производственных технологий привели к созданию нового высоко дифференцированного семейства продуктов на основе сополимеров этилен--олефинов. В данной публикации сообщается о ключевых характеристиках данных материалов. Эти полимеры составляют основу нового класса полиэтиленовых материалов - PE-RT ( Polyethylene of Raised Temperature resistance - полиэтилены повышенной термостойкости) для производства труб для горячего водоснабжения и отопления.

PERT рекомендуется для изготовления абсолютно любых труб для систем отопления и горячего и холодного водоснабжения.

Уникальность данных материалов заключается в том, что для получения хорошей долгосрочной гидростатической прочности при высоких температурах их не требуется сшивать. Это дает существенные преимущества при обработке в сравнении с системами из сшитого полиэтилена (PEX).

Введение

Трубы коммунального назначения можно описать как трубы для подачи горячей и/или холодной воды в напорных сетях нагрева и подачи питьевой воды в зданиях. К этому классу также относятся такие конечные области применения, как системы «талой воды» и «возврата тепла». Такие трубопро­ водные системы, как правило, работают под давлением от 2 до 10 бар при температурах до 70°С с аварийными температурами 95-100°С. Условия применения труб горячей воды различных классов / назначения (напольное панельное отопление, соединительные трубы батарей отопления и водопроводно-канализационные трубы) описываются в стандарте ISO 10508.

ПЭ для труб коммунального назначения

• В зданиях: для напорных систем подачи горячей и холодной воды
• Общие: для систем талой воды и возврата тепла
• Давление: 2 -10 Атм
• Температура: 20...110 С (температуры аварийной работы 95...100 С, термостабильность вплоть до 110 °С)
• Срок службы: минимум 50 лет
• Соответствие требованиям постановлений по питьевой воде

На европейском рынке труб коммунального назначения до недавнего времени традиционно доминировали трубы из меди и оцинкованной стали. За последние 25-30 лет ощутимое вторжение в данный сегмент совершили пластмассы. Хотя медь все еще является доминирующим материалом в большинстве частей света, потребление пластмасс для производства труб горячей воды оценивается в 120,000 тонн по всему миру, из которых половина приходится на Европу (50% доли рынка). Преимущество пластмасс заключается в том, что они не подвержены коррозии и обладают стойкостью ко многим химикатам. Они гибкие и легко монтируются (как «бесконечная» труба), герметичные за счет сварки плавлением и легкие по весу, что облегчает их транспортировку и работу с ними на месте.

Как правило, для производства труб коммунального назначения используются такие пластмассы, как РЕ (полиэтилен), PP - R (статистический со­полимер полипропилена), РВ (полибутен) и в меньшей степени C - PVC (хлорированный ПВХ). Тогда как PP - R , РВ и C - PVC обладают собственными хорошими высокотемпературными свойствами, РЕ не считался пригодным для данного сегмента рынка из-за ограничений по рабочим температурам.

Однако сшивание полиэтилена (РЕХ) позволило достичь желаемой длительной гидростатической прочности при высоких температурах. Лучшая гибкость и эластичность, высокая теплопроводность, хорошие экономические свойства и инертность, обеспечиваемые полиэтиленом, привели к быстрому росту популярности сшитого полиэтилена. Сейчас сшитый полиэтилен является распространенным пластическим материалом в сегменте производства труб для систем отопления и водоснабжения.

В данной публикации обсуждается разработка нового класса полиэтиленовых материалов ( PE-RT ) со значительно улучшенной долгосрочной прочностью при высоких температурах без необходимости сшивания

Принципы разработки нового продукта

Основные успехи были достигнуты в понимании взаимосвязи структура-свойства полимеров ПЭ. Благодаря разработке улучшенной технологии и применению катализаторов можно контролировать внедрение и размещение со-мономера в основной цепочке полимера. Такая более высокая точность определения микрокристалличности полимера позволяет создавать новые комбинации рабочих характеристик. Теперь возможно по­лучение полимеров полиэтилена, сочетающих высокотемпературные рабочие характеристики с гибкостью или лучшей длительной текучестью для той или иной жесткости.

ПЭ компаунды DOWLEX для труб

• Сочетание новых рабочих характеристик достигается за счет молекулярной архитектуры
• Оптимизация концентрации поперечных цепочек
• Контроль внедрения сомономера в основную цепочку полимера: кристаллическая микроструктура

Ключевую роль в определении характеристик долгосрочной пластической ползучести играют поперечные (связующие) цепочки. На Рисунке 3 показано, как образуются эти цепочки. Слева показана кристаллическая структура линейного полиэтилена без боковых цепочек или с короткими ответвлениями. Полимерная цепочка складывается и образует слоистую кристаллическую структуру. При ведении со-мономеров в структуре полимера создаются несовершенства из-за внедрения коротких боковых цепочек. Гексиловая боковая группа из со-мономера октена слишком большая для внедрения в слоистую кристаллическую структуру, и полимерная цепочка выталкивается из кристалла. Теперь, когда эта цепочка внедряется в другой кристалл, образуется боковая цепочка.

Рисунок 3. Влияние микроструктуры полимера на процесс кристаллизации

Гексиловая ветка

• Исключает цепочку из кристалла
• Цепочка сворачивается дольше
• Каждая ветка влияет на цепочку только возле точки присоединения

Графически это показано на Рисунке 4. Слоистые кристаллические структуры соединены через аморфные сегменты полимера, т.е. поперечные цепочки. Вероятность образования поперечных цепочек повышается с увеличением длины полимерной цепочки.

Известно, что молекулы поперечных цепочек повышают жесткость материала и улучшают его сопротивление растрескиванию под воздействием изгиба (ESCR) или длительные свойства ползучести путем "связывания" множества кристаллов вместе. Боковые цепочки демонстрируют способность к растяжению и мобильность и как таковые могут абсорбировать и рассеивать энергию.

Рисунок 4: Молекулы поперечных цепочек повышают жесткость компаунда

Молекулы поперечных цепочек повышают ESCR и жесткость путем "связывания" многочисленных кристаллов

Поперечные цепочки обладают растяжимостью и мобильностью (могут абсорбировать / рассеивать энергию)

Тип внедряемого со-мономера также оказывает влияние на концентрацию поперечных цепочек. С повышением длины цепочки со-мономера -олефина способность к образованию поперечных цепочек также повышается. На Рисунке 5 показано, что октен-1 эффективнее, чем более короткие -олефины. Причина этого заключается в том, что боковые цепочки октена длиннее и поэтому им сложнее внедриться в растущий кристалл. Это ведет к более высокой вероятности образования поперечной цепочки при той же концентрации со-мономера.

Рисунок 5: Тип сомономера влияет на вероятность образования молекул поперечных цепочек

При разработке молекулярной структуры важно контролировать концентрацию со-мономера и то, как он внедряется в полимерную цепочку. На Рисунке 6 показаны кривые, отражающие связь между молекулярной массой и вероятностью образования поперечных цепочек в этилен-октеновых сополимерах, изготавливаемых по запатентованной компанией Dow технологии полимеризации в растворе. Путем управления внедрением со-мономера можно получить различные морфологии полимера, ведущие к различному балансу свойств.

Путем применения этих идей было разработано новое семейство полиэтиленовых компаундов марки DOWLEX для производства труб комму­нального назначения.

Рисунок 6: Влияние молекулярной массы на вероятность образования молекул поперечных цепочек

Эти разработки составляют основу для создания нового класса полиэтиленовых материалов для высокотемпературных областей применения. Эти компаунды определяются в стандарте ISO-1043-1® как PE-RT или полиэтилен с повышенной термостойкостью.

PE-RT демонстрирует отличную длительную гидростатическую прочность без необходимости сшивки. Это позволяет изготовителям труб получить существенные преимущества при обработке в сравнении со сшитым PEX-полиэтиленом.

Как определено в стандарте ISO 10508, PERT можно использовать в производстве любых труб горячей воды.

.

| Завод PE-RT металлопластиковых труб под-ключ |

.

Полиэтилены DOWLEX с успехом применяются в производстве труб горячей воды в течение свыше 20 лет, причем уже смонтировано более 1 000 000 км труб.

Для труб подачи питьевой воды важно соответствовать национальным требованиям к продуктам, предназначенным для контакта с водой. Эти требования включают характеристики вкуса и запаха, подавление роста микроорганизмов и разглашение состава материала для гарантии того, что все добавки, используемые в производстве данного материала, включены в «позитивный список».

Благодаря хорошей длительной гидростатической прочности при высоких температурах, в сочетании с превосходной гибкостью, DOWLEX 2344E и DOWLEX 2388 являются наилучшим решением для труб отопления и водоснабжения.

ПЭ компаунды DOWLEX для труб: всемирная сертификация

• Сертифицированы как несшитые материалы в следующих странах: Австрия, Австралия, Канада, Китай, Чехия, Франция, Германия, Венгрия, Иран, Нидерланды, Польша, Россия, Словакия, Словения, Испания, Швейцария, США
• Одобрены для питьевой воды в Австрии, Дании, Франции, Германии, Италии, Нидерландах, Франции, России, Великобритании, США.

Трубы, изготовленные из DOWLEX 2344E, демонстрируют отличную длительную гидростатическую прочность при повышенных температурах без необходимости сшивания. Благодаря этому данный продукт особенно подходит для производства труб горячей воды. Одобрения на данный материал были выданы в ряде стран, например, DOWLEX 2344E соответствует немецкому стандарту DIN 16833(6) (PE-RT) и соответствующему стандарту по применению DIN 4721.: В Нидерландах выдано одобрение KIWA(8) для всех труб горячей воды ; а в США данный материал занесен в перечень PPI(9) при 180°F (ок. 82°С). DOWLEX 2344E DOWLEX 2388 - это единственные несшиваемые полиэтилены в данном классе. Многослойные металлопластиковые трубы соответствуют требованиям стандарта ASTM1282-01A00.

Трубы, изготовленные из DOWLEX 2344E, чрезвычайно гибкие, что облегчает их монтаж. Можно применять стандартные технологии сварки ПЭ без необходимости сшивки. Кроме того, отсутствие сшивки позволяет достигать высоких скоростей производства. Это преимущество важно для производства многослойных композитных труб. Высокая гладкость труб из DOWLEX обеспечивает снижение потерь на головке экструдера и ведет к минимальному образованию нагара.

Самый новый член семейства полиэтиленовых компаундов серии DOWLEX для труб - это DOWLEX 2388, этилен-октеновый сополимер, изготавливаемый по запатентованной компанией Dow технологии полимеризации в растворе. Данный продукт разработан для сочетания отличной длительной гидростатической прочности с превосходной обрабатываемостью.

Преимущества PE-RT для производства труб

• Скорость линии > 60 м / мин. без технологических добавок
• Отсутствие потерь сырья при запуске оборудования, поскольку материал можно перерабатывать повторно
• Экономия времени + затрат на производство:
  • Не требуется дополнительный этап вулканизации
  • Не требуется лабораторный анализ для определения степени сшивки
• Хорошие характеристики вкуса и запаха
• Отличная свариваемость

Рисунок 7. Характеристики кольцевого напряжения DOWLEX 2388, растровый электронный микроскоп согласно ISO 9080

Как видно из Рисунка 7, кривые регрессии DOWLEX 2388 очень "пологие", что обеспечивает высокие расчетные напряжения в течение длительного времени, особенно при повышенных температурах. При температуре 110 °С время разрушения, значительно превышающее один год, позволяет спрогнозировать срок службы труб при 70°С свыше 50 лет, при 60°С около 100 лет (с применением показателей экстраполяции по стандарту ISO 9080). Получаемое в результате расчетное напряжение не только сравнимо со сшитым PEX-полиэтиленом, но и превосходит его.

Таблица 1. Кольцевые напряжений в трубах PEX и PE-RT

Помимо производства труб для систем отопления и водоснабжения, эти компаунды также можно использовать и в других областях. Например, компаунд DOWLEX для труб можно применять в таком сегменте промышленности, как очистка сточных вод, где требуется хорошая химическая стойкость полиэтилена и где рабочие температуры превышают 20°С.

Материалы DOWLEX для труб специально разработаны для обеспечения отличной длительной гидростатической прочности при повышенных температурах. Это существенно отличает их от традиционных полиэтиленов средней и высокой плотности для производства напорных труб, которые по существу разработаны для долгосрочного применения, но при температурах комнатных или слегка выше комнатных.

Другой особенностью материала DOWLEX 2388 является его отличная обрабатываемость. Низкая вязкость DOWLEX 2388 при высоких степенях механического сдвига позволяет повышать скорости линии по экструзии труб. Как показали испытания экструзии тонкостенных труб и многослойных металлопластиковых труб из РЕRT-Al-PERT, это дает преимущество, особенно в условиях обработки при высоком механическом сдвиге. В ходе испытаний у изготовителей экструзионной линии была изготовлена труба 20 х 2 мм при скоростях линии > 60 м/мин.

Полиэтилен DOWLEX для коммунальных труб - выводы

• Полиэтилены DOWLEX для труб - это уникальные несшитые ПЭ компаунды, одобренные для производства труб горячей воды во многих странах :
  • DIN16833 : PE-RT (ПЭ с повышенной термостойкостью)
  • Одобрение KIWA для всех труб горячей воды
  • Занесены в перечень PPI для 180°F (ок. 82 °С)
  • Стандарты ASTM
  • Стандарты CEN и ISO
• Недорогой процесс производства: 1 этап, без сшивки
• Легкость монтажа труб, благодаря их высокой гибкости и отличной свариваемости
• Лучший материал для наиболее быстро растущего сегмента – многослойных металлопластиковых труб, благодаря существенным преимуществам при обработке

DOWLEX 2388 охватывает все классы труб горячей воды по стандарту ISO 10508. Однако DOWLEX 2388, с его отличной длительной гидростатической прочностью при высоких температурах, специально разработан для эффективной конкуренции в монолитных системах водопроводно-канализационных труб.

Вторая область применения, где DOWLEX 2388 обеспечивает преимущества, - это высокоскоростная экструзия многослойных металлопластиковых труб из PE-RT/ Al/ PE-RT .

ВЫВОДЫ

Путем отработанной молекулярной архитектуры и улучшенного процесса контроля возможно производство полиэтиленов с превосходной длительной гидростатической прочностью при высоких температурах. Эти полимеры составляют основу нового класса полиэтиленовых материалов - PE-RT (полиэтилен повышенной термо­стойкости), рекомендуемых для производства труб для систем отопления и горячего и холодного водоснабжения.

Уникальность данных материалов заключается в том, что для получения желаемой длительной гидростатической прочности при высоких температурах они не требуют сшивки. В сравнении с системами из сшитого полиэтилена это дает существенные преимущества при обработке и сборке. PERT рекомендуется для производства абсолютно любых труб для горячей воды.

DOWLEX 2344E, первый член семейства ПЭ компаундов марки DOWLEX для труб, разработан для обеспечения высокой гибкости и хорошей длительной гидростатической прочности при высоких температурах. Благодаря такому сочетанию данный компаунд является лучшим выбором для производства отопительных труб (относящихся по стандарту ISO 10508 к классам 4 и 5).

Самый новый член данного семейства компаундов, DOWLEX 2388, демонстрирует превосходную длительную гидростатическую прочность при высоких температурах, что позволяет изготовленным из него трубам эффективно конкурировать абсолютно во всех областях водопроводно - отопительных - канализационных систем.

Благодаря своей эластичности DOWLEX 2388 рекомендуется также дли применения в производстве таких систем, как промышленные трубопроводы или трубы для использования в странах с жарким климатом.

Другим преимуществом DOWLEX 2388 является его отличная обрабатываемость, ведущая к достижению высокой скорости экструзионных линий, особенно при производстве композитных металлопластиковых труб из PERT - Al - PERT .

PE-RT в нефтегазовой отрасли

Одним из перспективных направлений использования PE-RT является использование его в нефтегазовой промышленности для производства гибких высоконапорных композитных TCP /RTP труб (Thermoplastic composite pipes / Reinforced Thermoplastic Pipes).

PE-RTможет использоваться для производства лайнеров для TCP/FCP/RTP труб, и в качестве полимерной основы для UD tape ( термопластичных лент усиленной однонаправленными волокнами) при формировании армирующей системы Thermoplastic composite pipes.

.

ООО НПО "Экструзионные машины"

www.meto.ru

2011

При цитировании ссылка обязательна