ДО АНАЛІЗУ ВИРОБНИЦТВА І ЗАСТОСУВАННЯ ТРУБ ІЗ ЗШИТОГО ПОЛІЕТИЛЕНУ

Під поняттям "зшитий поліетилен" мається на увазі тривимірна структура лінійного поліетилену або сополімерів поліетилену, в яких довго-ланцюгові молекули поліетилену з'єднані між собою хімічними зв'язками. Частота і розташування цих зв'язків, а також їх хімічна природа визначається способом виробництва виробів із зшитого поліетилену. 

Існують три способи виробництва труб із зшитого поліетилену, масштаби промислового виробництва яких різні. Прийнято наступні умовні позначення способів виробництва і труб, одержаних при їх пресуванні: PEX-a; PEX-b і РЕХ-с. 

Одразу слід обумовити, що труби, одержувані за допомогою зазначених трьох способів, випускаються за єдиним нормативним документом, незалежно від його рівня: міжнародний стандарт ISO 15875, європейський стандарт EN 12318 або країни розробника Німеччина DIN 16892 і 16893, і повністю відтворює в цій частині ГОСТ Р 52134. У цих документах температурно-часові залежності міцності труб прийняті однаковими для всіх типів труб і, як наслідок однакові вимоги по контрольних параметрах випробування на стійкість до внутрішнього тиску. Таким чином, труби, отримані будь-яким з трьох способів, за своїми властивостями і в першу чергу по тривалії міцності повинні бути не нижче запропонованих вимог стандартів. Природно, що труби, отримані різними способами, відрізняються за своїми властивостями, наприклад, по реально досяжним ступенем зшивання поліетилену. Так вимоги за ступенем зшивання, оцінюваної за змістом гель-фракції, у всіх стандартах різні і складають для PEX-a -70%; для PEX-b - 65% і для РЕХ-с - 60%. 
Розглянуті способи виробництва відрізняються як по хімізму освіти поперечних зв'язків, так і з технологічного процесу виробництва і використаному устаткуванню.

PEX-a 
Утворення поперечних зв'язків відбувається за рахунок виникнення активних радикалів під впливом перекису, що вводиться в поліетилен на стадії приготування композиції. 
Застосовуються два способи виробництва труб: 
- Зі зшиванням поліетилену в процесі екструзії при перебігу полімеру в формувальному інструменті; 
- Зі зшиванням поліетилену після екструзії під впливом інфрачервоного випромінювання з довжинами хвиль, вибірково впливають на перекис і зухвалими її активацію без істотного нагрівання і розм'якшення поліетилену. 
В обох випадках для виробництва використовуються трубна лінія із стандартним набором агрегатів, Відмінність полягає в тому, що в першому випадку використовується поршневий екструдер з видовженою формою інструменту, а в другому звичайний шнековий екструдер, після якого встановлюється нагрівна піч. 


PEX-b 
Зшивання молекул поліетилену відбувається шляхом щеплення до поліетилену груп силанольних з'єднань і подальшої обробки водою з утворенням сілаксанових зв'язків. 
Існують два способи виробництва силанольних зшитих труб: 
- Двох стадійний спосіб, при якому на першій стадії здійснюється щеплення до поліетилену силанольних з'єднань (здійснюється на підприємствах, що виробляють поліетилен), а на другій стадії, що представляє звичайну екструзії, в цей поліетилен вводиться каталізатор зшивання; 
- При одностадійному способі (модифікації якого незначно відрізняються один від одного) в екструдер подаються відразу поліетилен, силан, активатор щеплення і каталізатор зшивання. 
В обох випадках для виробництва труб використовуються стандартні трубні лінії на базі одношнекових екструдерів. Після екструзії, при якій ступінь зшивання становить не більше 15%, необхідно проводити додаткову обробку водою при підвищеній температурі для досягнення ступеня зшивання, продиктованої стандартом. При цьому необхідно мати на увазі, що цей процес досить тривалий, наприклад, для труб з товщиною стінки 10 мм при температурі 80О С час обробки складає близько 12 діб. 

РЕХ-с 
Під впливом прискорених електронів і вторинного гамма-випромінювання відбувається розрив хімічних зв'язків, утворення вільних радикалів, які рекомбінують створюючи поперечні зв'язки між макромолекулами. 
Виробництво труб за цим способом поділяється на дві самостійні, стадії: виготовлення труб на звичайних трубних лініях і наступна обробка високими енергіями, головним чином, на прискорювачах електронів. 
Виробництво труб малих діаметрів і відповідно товщин стінок не викликає технологічних труднощів, не знімаючи при цьому проблеми технічного, організаційного та економічного характеру, пов'язані зі створенням і експлуатацією устаткування радіаційного зшивання. 
Збільшення товщини стінок понад 3-4 мм вимагає прийняття спеціальних заходів. 
Трубні марки поліетилену високої щільності для досягнення необхідної ступеня зшивання вимагають опромінення дозою близько 15-20 Мрад. При цьому поглинена доза в 1 Мрад розігріває поліетилен на 5О С. Уникнути перегріву можливо двома шляхами: 
- Здійснити багаторазовий прогін труби через прискорювач, що вимагає додаткові витрати на обладнання і знижує продуктивність процесу; 
- Використовувати композиції поліетилену, містять сенсибилизирующие добавки, що знижують необхідну дозу опромінення до 10 Мрад, що в свою чергу істотно збільшує вартість вихідної сировини. 
Для отримання рівномірного зшивання труби, як по товщині, так і по периметру, прискорювач повинен мати спеціальні розгортки пучків електронів. Для труб товщиною стінки 10 мм потрібні прискорювачі з енергією 3 МеВ, для 15 мм - 5 Мев при потужності близько 50-100 квт. Вартість таких прискорювачів досягає 1,5 - 2 млн. доларів США. Не можна також забувати про необхід-ність створення дорогого захисту прискорювача від проникаючої радіації. Порівняльні достоїнства і недоліки труб з різних видів зшитого поліетилену. 

Позитивні сторони виробництва і застосування РЕХ-а 
1. Більш надійне досягнення рівномірності зшивання. 
2. Більш висока ступінь зшивання (більше 80%), РЕХ-с зазвичай не набагато перевищує 60%. 
З урахуванням п.1 і 2 можна говорити про більш високі або, принаймні, більш надійні, довготривалі параметри працездатності труби. 
3. Значно більш висока гнучкість, в порівнянні з іншими видами РЕХ, особливо для труб діаметрами 63-160 мм з великими товщинами стінок. 
4. Відносно низька вартість вихідної сировини (у порівнянні з РЕХ-в). 
5. Відпрацьована технологія і досвід виробництва труб діаметром 63-500 мм. 
6. Найбільш дешеве і просте технологічне обладнання. 
6. Максимальний досвід використання труб. Метод зшивання Енгеля був історично першим, здійсненим більше 30 років тому, а труби мають практично підтверджений термін служби більше 25 років. 
7. Усі європейські компанії виробляють попередньо ізольовані труби для зовнішніх систем ГВП та опалення (UPONOR-WIRSBO, REHAU, BRUGG) використовують виключно РЕХ-а. 
Недоліки РЕХ-а носять виключно технологічний характер: 
1. Низька продуктивність. 
2. Необхідність освоєння KNOW-HOW, в першу чергу, пов'язана зі складним ручним процесом обробки формуючого інструмента. 

Позитивні сторони РЕХ-в. 
1. Висока швидкість виготовлення труб на етапі екструзії. 
2. Стандартні технологічні трубні лінії, використані у виробництві .. 
3. Можливість досягнення підвищених фізико-механічних властивостей труби на нових видах матеріалів (TUX-100). 
Недоліки РЕХ-в. 
1. Висока вартість сировини (удвічі більше РЕХ-а) 
2. Необхідність додаткового виробничого етапу - зшивання труб під дією підвищених температур і вологи. 
3. Проблеми при зшиванні труб великої товщини (час, рівномірність). 
4. Найнижча гнучкість труби (висока щільність) - зворотна сторона високих фізико-механічних показників. 
5. Гігієнічні властивості труб в результаті використання силанольних добавок - під питанням. 

Позитивні сторони РЕХ-с. 
1. Висока продуктивність першого етапу виробництва (екструзія труб). 
2. Стандартні технологічні лінії, використані на першому етапі виробництва. 
3. Невисока вартість сировини при процесі без використання Сенсібіо-лизирующие добавок. 
Недоліки РЕХ-с 
1. Низька ступінь зшивання. 
2. Необхідність додаткового капіталоемкого і відповідального виробничого етапу - зшивання труби опроміненням. 
3. Проблеми при зшиванні труб великої товщини (час, рівномірність). 
4. Капітальні вкладення ефективні тільки при дуже великій виробничій програмі.