Минимальная длительная прочность полипропиленовых труб
Alkstroy.ru

Строительный портал

Минимальная длительная прочность полипропиленовых труб

Минимальная длительная прочность полипропиленовых труб

Заявка успешно отправлена.

В ближайшее время с Вами свяжется менеджер.

В статье речь пойдет о трубах, изготовленных из нового материала PPR100. Сейчас эта тема особенно актуальна — потребителей интересует, что это за материал и действительно ли при его использовании можно уменьшать толщину труб. В материале приводятся результаты прочностных испытаний труб из PPR100, а также предлагается самый простой способ определить, действительно ли труба изготовлена из PPR100, или производитель использовал PPR80 и слукавил с маркировкой. Испытания, описанные в статье, может повторить любой и для этого потребуется минимум оборудования.

В настоящее время трубы и соединения из PP-R широко используются в различных отраслях промышленности, в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения, в системах отопления, в системах транспортировки жидкостей.

Рынок PPR-труб довольно молод. В России в настоящее время он быстро развивается, при этом возникают вопросы, ответить на которые непросто даже профессионалам. Появляются новые материалы, принимаются нормативные документы, меняется стоимость сырья, развивается конкуренция производителей и дилеров — все это накладывает отпечаток на рынок и на саму продукцию.

Немного истории

История полипропилена начинается с 1954 года, однако датой широкого применения напорного полипропилена (PPRC) следует, на наш взгляд, считать год выхода европейских норм (DIN 8078 «Трубы из полипропилена… Общие требования и испытания») — 1996 год. Тогда же началось активное применение PPRC в России: увидел свет базовый документ СП 40-101-96 «Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропилена “Рандом сополимер”». В дальнейшем нормативная база была дополнена ГОСТ Р 52134-2003 «ТРУБЫ НАПОРНЫЕ ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ К НИМ ДЛЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ. Общие технические условия».

Так что массовое использование напорного полипропилена в системах отопления и водоснабжения насчитывает всего 16 лет. Не так много, учитывая, что декларированный срок службы этих труб — от 25 до 50 лет. Пока не сформировался и широкий круг грамотных специалистов по применению и монтажу полипропиленовых труб (для сравнения: опыт использования стальных труб превышает 100 лет). Поэтому в умах потребителей PPR-труб существует некоторая путаница понятий, которую имеет смысл хотя бы частично упорядочить.

Для определения возможности применения PPR-труб необходимо учитывать три параметра: температуру и давление транспортируемой среды, а также срок эксплуатации. То есть, в отличие от стальных труб важно знать температуру среды уже на бытовом уровне.

Прочность труб зависит от материала PPR или PP-RCT, который характеризуется минимальной длительной прочностью, диаметром трубы и толщиной ее стенки. Из этих понятий рассчитывается начальное напряжение стенки трубы, которое, собственно, и определяет тот запас ее прочности, который может быть потрачен при эксплуатации. Потери прочности будут зависеть от температуры, давления и времени эксплуатации.

Расчеты по применению данных труб можно найти в ГОСТ Р 52134-2003.

Итак, для сравнения PPR-труб нам необходимо знать материал, из которого они изготовлены, и толщину стенки трубы. Толщину можно измерить; к тому же каждый производитель указывает этот параметр на самой трубе или приводит значение SDR (коэффициент подобия труб разного диаметра, т. е. отношение внешнего диаметра трубы к толщине ее стенки). Необходимо отметить, что именно толщина стенки определяет материалоемкость и стоимость трубы.

Второй параметр — материал. С этим сложнее. Проверить качество материала в обычных бытовых условиях трудно — для испытаний необходимы специальные стенды и немалое время. Например, согласно ГОСТ Р 52134-2003 (таблицы 8, 15, 20) трубы и фитинги должны испытываться в течение 1000 ч при температуре 95 °С. Естественно, недоброкачественный производитель может указать заведомо ложные данные — например, что труба изготовлена из PPR100, PPR130 или PP-RCT, под предлогом использования более хорошего материала сделать стенку тоньше и получить большую прибыль. Несложная, но действенная операция. При этом ограничение по наименованию материала — только на совести производителя.

Необходимо отметить, что типовым (базовым) материалом для производства PPR-труб и фитингов является на сегодняшний день полипропилен марки 80 (MRS 8,0 МПа); он внесен в ГОСТ и Din. Кроме того, в дополнение к Din внесен материал PP-RCT. В ГОСТ новые материалы по полипропилену не включены, но в ГОСТ Р 52134 внесены дополнения, смысл которых сводится к нивелированию всех марок PPR под MRS 3,5 МПа. Это не вполне корректно, особенно в плане испытаний и для PP-RCT и PPR100, но ГОСТ является законом, и с ним не поспоришь.

Необходимо понимать, что труба, изготовленная из PPR при испытаниях при 20 °С, может некоторое время держать давление 100 атм. Однако это не означает, что та же труба будет держать 8 атм. При 95 °С в течение 10 лет. Большинство потребителей ловятся на рекламный трюк: «Наши трубы рвутся при 95 атмосферах. Зачем вам больше?»

Мы развеем этот миф. Труба из PPR80 известна давно, ее поведение во времени тоже понятно, поскольку по всему миру уже проведены тысячи испытаний. Возьмем эту трубу как базовую и будем ее испытывать при температуре теплоносителя 20 °С, постепенно повышая давление и фиксируя момент, когда труба порвется. С точки зрения ГОСТ такое испытание является, безусловно, правильным. Хотя авторы статьи не представляют ни одну из аккредитованных лабораторий и проводили исследования в частном порядке, их результаты все равно полезны для читателя.

Читать еще:  Что значит розетка с заземлением?

Данный метод исследования хорош еще и тем, что для его проведения не требуется дорогостоящего оборудования — необходим лишь опрессовочный насос марки HA-250 мощностью до 300 атмосфер, который стоит в магазине приблизительно 6000 руб. При этом опрессовка полипропиленовых труб водой абсолютно безвредна с точки зрения безопасности при проведении эксперимента. Этот эксперимент является самым доступным способом проверки правильности маркировки трубы и может быть проведен в любых полевых условиях.

По результатам испытаний составлена следующая таблица:

Диаметр трубы х-Толщина стенки, SDR (по факту)

Ползучесть, время релаксации напряжений, минимальная длительная прочность, долговременная прочность, MRS

Ползучестью называют медленную пластическую (необратимую) деформацию изделия под действием созданного в материале напряжения. Строго говоря, способность к деформации под напряжением также называют ползучестью. Когда говорят о большей или меньшей скорости деформации под напряжением, также говорят о большей или меньшей ползучести.

К ползучести приводит напряжение любого рода – растяжение, сжатие, кручение или пр.

Не существует нижнего порога величины напряжения в материале, ниже которого изделие вообще не будет медленно деформироваться. Снижение напряжения приведет к снижению скорости деформации, но не к ее прекращению.

Ползучести в большей или меньшей мере подвержены все материалы – как аморфные, так и кристаллические и частично кристаллизованные. Микропроцессы, приводящие к ползучести у аморфных и у кристаллических веществ, различны. У аморфных веществ деформация под нагрузкой сродни вязкому течению термопластов.

У кристаллов ползучесть обусловлена, в основном, взаимным перемещением зон с идеальной кристаллической решеткой вдоль т.н. «линий дислокаций» – зон, в которых идеальность кристаллической решетки нарушена. Линии дислокации есть в любом кристалле.

Другой микропроцесс, характерный только для кристаллов – смещение слоев кристаллической решетки под действием напряжения – незначителен по сравнению с движением вдоль линий дислокаций.

В общем случае ползучесть у кристаллических веществ меньше, чем у аморфных. На примере полимеров – увеличение степени кристаллизации полимера заметно снижает скорость его деформации под действием напряжения.

Микропроцессы, описанные для аморфных и кристаллических веществ, при повышении температуры материала протекают быстрее. Таким образом, текучесть материала зависит от его химической природы, от степени кристаллизации и от температуры.

Для демонстрации ползучести и численного описания ее величины используют образец материала, деформированный на фиксированную величину ∆L. Образец сжимают или растягивают, создавая соответственно напряжение сжатия или растяжения, с возможностью измерения напряжения, и оставляют в зафиксированном виде на длительное время. Постепенная деформация образца приводит к снижению созданного напряжения во времени по экспоненциальному закону. Время, за которое напряжение снизится в e раз, называют «временем релаксации напряжений», присущим данному материалу.

Время релаксации напряжений довольно однозначно описывает ползучесть конкретного материала, но трудно применимо для практических расчетов.

В инженерных расчетах используют понятие «предела ползучести» материала – напряжение, которое за заданный период времени при заданной температуре приведет к заданной деформации образца. Условия определения предела ползучести в каждой отрасли свои. Например, при конструировании авиационных моторов период времени принимают равным 100-200 ч, а при проектировании паровых турбин атомных и тепловых электростанций – 100 000 ч.

Все напорные трубы из полимеров номинально рассчитаны на 50-летнюю эксплуатацию при заданном внутреннем давлении и при температуре 20°С. Условие успешной эксплуатации – отсутствие разрыва в течение заданного срока. Поэтому предел ползучести полимеров определяют не для какой-то заданной величины деформации, а для полного разрыва образца в течение 50 лет при постоянной температуре 20°С.

Для полимеров предел ползучести имеет особое название. В международном (английском) оригинале – Minimum required strength (MRS). В русской версии – «Минимальная длительная прочность» или «Долговременная прочность» полимера. Физический смысл – максимально допустимое статическое напряжение растяжения, которое можно создать в образце материала при постоянной температуре 20ºС, с тем чтобы образец, постепенно растягиваясь, гарантированно не успел порваться за 50 лет. Рассчитывается методом экстраполяции на 50 лет постепенного растяжения образца под действием растягивающей нагрузки в течение какого-то разумного периода времени – например, 3 месяца. Затем полученное значение допустимого напряжения растяжения округляется вниз до ближайшего ряда R10 предпочтительных чисел по ГОСТ 8032-84 (или ИСО 3).

Зная требуемое эксплуатационное давление трубопровода, диаметр трубы и минимальную длительную прочность материала, легко рассчитать минимально допустимую толщину стенки трубы. Затем к расчетной толщине стенки применяют «перестраховочный» коэффициент запаса прочности.

Значение долговременной прочности иногда используется в наименовании типа материала.

Например: ПЭ 63 имеет характеристику MRS, равную 6,3 МПа. Это обозначает, что при растягивающем статическом напряжении 63 кг/см 2 и при постоянной температуре 20ºС образец из ПЭ 63 будет постепенно растягиваться и порвется не раньше, чем через 50 лет. Аналогичный смысл имеют наименования материалов ПЭ 80 и ПЭ 100.

Минимальная длительная прочность полимеров, используемых для производства труб, приводится в табл.1:

Технические характеристики и обозначения на полипропиленовых трубах

Обозначения на полипропиленовых трубах многообразны и зачастую отличаются на разных изделиях. Где-то содержится больше информации, где-то меньше. Рассмотрим что означают различные условные обозначения на трубах и каким свойствам они соответствуют.

Читать еще:  Чем штробить газобетон под проводку?

Возьмём примером фото ниже и разберём каждую характеристику.

Материал стенок трубы и армирование

Самой первой надписью, после названия производителя, обычно указывается материал полимера (разновидность полипропилена) или материал армирования, если таковое имеется. По большому счёту эта информация дублируется следом, в описании слоёв. Далее, если труба армированная, а следовательно многослойная – указываются материалы каждого слоя от внутреннего к наружному (но это не точно, см. ниже). Рассмотрим что означают различные аббревиатуры, как в основном названии труб, так и в слоях.

Материалы стенок труб:
PP-R (ПП-Р) – полипропилен рандомсополимер, цифры после аббревиатуры означают минимальную длительную прочность (MRS) в бар, их может и не быть.
PP-RCT (ПП тип 4) – полипропилен рандомсополимер повышенной термостойкости с модифицированной кристалличностью. Более современная модификация PP-R, по ГОСТ Р 53630 обладает большей прочностью (MRS не менее 11,2 МПа у PP-RCT против MRS не менее 8,0 МПа у PP-R).
PE-RT (ПЭ-ПТ) – полиэтилен повышенной термостойкости, встречается во внутреннем слое некоторых труб.
PP-H и PP-B (полипропилен гомополимер и полипропилен блоксополимер) – в настоящее время не используются для водоснабжения.

В отличие от материала стенок, материал армирования не регулируется ГОСТ-ами и производители “фантазируют” на своё усмотрение. Маркировка армирования может немного отличаться, однако не составит большого труда понять, о чём идёт речь.

Армирование алюминиевой фольгой в большинстве маркируют AL, реже ALUX. Армирующий слой фольги может быть близок к наружней оболочке (под зачистку) или в середине (под торцевание) – на обозначениях это никак не отражается. Наружный слой фольги может быть как цельным, так и перфорированным – и это обычно не указывается в надписях на трубах.

Другой тип армирования – стекловолокно. Стекловолокно в среднем слое смешано с полипропиленом, поэтому на маркировках некоторых производителей средний слой обозначается как PP-R-GF или PP-RCT-GF, у других же то же самое обозначается как GF. Средний слой со стекловолокном может обозначаться как FIBER, в общем все эти обозначения обозначают армирование трубы стекловолокном. Также встречаются трубы, армированные базальтовым волокном, обозначается такой слой как BF.

Ещё несколько слов о чередовании слоёв: не смотря на то, что нашими ГОСТ-ами предписывается обозначать слои, начиная от внутреннего, некоторые (китайские) производители обозначают слои от наружного к внутреннему. Примером тому служат, например, трубы с внутренним слоем из PE-RT, маркируются они PP-R-AL-PE-RT.

Что означает PN и класс с давлением

PN на пластиковых трубах – это номинальное рабочее давление, которое труба выдержит в течение 50 лет эксплуатации, при температуре транспортируемой воды 20℃. В качестве измерения давления принята единица БАР, 1 бар равна 0,1 МПа . Простыми словами – это давление, при котором труба прослужит на холодной воде очень длительный период времени.

Если необходимо учитывать давление в атмосферах – 1 ст.ат. (стандартная атмосфера) = 1,01 бар = 0,101 МПа = 10 метров водяного столба.

Номинальное давление не выбирается производителем произвольно – существуют общепринятые значения: PN10; PN16; PN20 и PN25. Как правило, значения ниже 20 используются только на холодной воде.

Очень важный момент – что с повышением температуры воды сокращается срок службы и рабочее давление. Поэтому это условное обозначение характеризует поведение трубы на холодной воде, однако косвенным образом указывает на эксплуатационные характеристики в горячем водоснабжении и отоплении.

Для более точного определения свойств при транспортировке горячей воды существуют классы эксплуатации и соответствующие им температуры – зачастую этой информации нет на самой трубе. Попадаются однако трубы со значением PN и с классами, в целом же – эти две разные на первый взгляд характеристики взаимосвязаны, об этом немного ниже.

Класс/давление (указывается в бар или МПа) – Это класс эксплуатации и соответствующее ему давление. Человеческим языком – какое давление длительно выдержит труба на горячей воде, температура которой соответствует определённому классу по ГОСТ 32415-2013. В соответствии с этим же документом, рабочее давление должно соответствовать одному из значений: 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 МПа. По своей сути это тот же параметр PN, только для горячей воды и отопления. Классы эксплуатации и температуры приведены в таблице ниже.

Таблица классов эксплуатации полипропиленовых труб и фитингов

Класс Рабочая темп. Траб,
Время службы при Траб,
лет
Максимал. темп. Тмакс,
Время службы при Тмакс,
лет
Аварийная темп. Тавар,
Область применения
1 60 49 80 1 95 Горячее водоснабжение 60℃
2 70 49 80 1 95 Горячее водоснабжение 70℃
4 20
40
60
2,5
20
25
70 2,5 100 Высокотем-
пературное напольное отопление. Низкотем-
пературное отопление отопительн. приборами
5 20
60
80
14
25
10
90 1 100 Высокотем-
пературное отопление отопительн. приборами
ХВ 20 50 Холодное водоснабжение

Попробуйте повернуть телефон в положение “пейзаж” или измените масштаб браузера. Для отображения таблицы необходимо разрешение экрана не менее 601 пикселя по ширине!

*Примечания к таблице: Время работы при Тавар 100 часов.
Максимальный срок службы трубопровода для каждого класса эксплуатации определяется суммарным временем работы трубопровода при температурах Траб, Тмакс и Тавар, и составляет 50 лет. При сроке службы менее 50 лет все временные характеристики, кроме Тавар, следует пропорционально уменьшить.
Некоторая путаница с температурой и сроком службы у 4 и 5 классов объясняется тем, что испытания по ГОСТ 32415-2013 проводятся на температурах 60℃ и 80℃

Читать еще:  Как залить лестницу из бетона в подвал?

Не смотря на то, что обозначения PN и класс/давление – характеристики разные, при изучении документации на конкретные трубы вырисовывается зависимость. Как правило PN20 соответствует классам 1 и 2 (горячее водоснабжение), а PN25 всем 5 классам. Только вот давление для нужного класса придётся искать в документации. Поэтому если труба будет использоваться не на холодной воде – обозначение класс/давление более полное и предпочтительное. Естественно, трубы всех пяти классов пригодны для эксплуатации на холодном водоснабжении. Не стоит забывать, что приведённая зависимость PN весьма условная и если класс и давление не указаны в маркировке, то правильнее будет изучить документацию, если конечно труба подбирается для ГВ или отопления.

Что такое SDR и прочие размерные характеристики

SDR (standart dimention ratio) – это отношение наружного диаметра к толщине стенки трубы. То есть наружный диаметр, поделённый на толщину стенки и округлённый до стандартного зачения. Стандартные значения SDR по ГОСТ ИСО 4065-2005: 5; 6; 7.4; 9 и далее (большие значения не применяются в полипропиленовых трубах). По простому: чем меньше SDR, тем толще стенки трубы.

Спрашивается, а зачем указывать это отношение, когда на трубе есть обозначение наружного диаметра и толщины стенки? Делается это для более упрощённого понимания о толщине стенок труб разных диаметров: размеров диаметров достаточно много и с увеличением диаметра пропорционально увеличивается толщина стенки, поэтому для понимания относительной толщины стенок нужно иметь под рукой размерные таблицы. С SDR же проще – видишь значение 5 и понимаешь, что это самая толстая труба из существующих.

Рядом с SDR практически всегда присутствует значение S – это размерная серия трубы, в целом величина не нужная сантехнику-монтажнику. Более подробно с данным термином можно ознакомиться в ГОСТ ИСО 4065-2005.

Наружний диаметр и толщина стенки – думаю понятные вещи без детальных разъяснений. В таблице ниже приведены стандартные диаметры полипропиленовых труб (до диаметра 90), соответствующие им значения толщины стенок и SDR.

Таблица размеров полипропиленовых труб с толщиной стенок и отношением SDR

Наружный диаметр трубы, мм Стандартное размерное отношение SDR
5 6 7,4 9
Толщина стенки, мм
(внутренний диаметр,мм)
20 4,1
(11,8)
3,4
(13,2)
2,8
(14,4)
2,3
(15,4)
25 5,1
(14,8)
4,2
(16,6)
3,5
(18,0)
2,8
(19,4)
32 6,5
(19,0)
5,4
(21,2)
4,4
(23,2)
3,6
(24,8)
40 8,1
(23,8)
6,7
(26,6)
5,5
(29,0)
4,5
(31,0)
50 10,1
(29,8)
8,3
(33,4)
6,9
(36,2)
5,6
(38,8)
63 12,7
(37,6)
10,5
(42,0)
8,6
(45,8)
7,1
(48,8)
75 15,1
(44)
12,5
(50)
10,3
(54)
8,4
(58)
90 18,1
(54)
15,0
(60)
12,3
(65)
10,1
(70)

Попробуйте повернуть телефон в положение “пейзаж” или измените масштаб браузера. Для отображения таблицы необходимо разрешение экрана не менее 601 пикселя по ширине!

*Примечания: наружный диаметр труб под зачистку несколько больше, после зачистки диаметр соответствует данным из таблицы.

Нормативные документы

На трубе помимо ГОСТ-тов могут присутствовать различные DIN и ISO – стандарты других стран, в частности тех, откуда родом бренд. Это совсем не означает, что труба с европейскими стандартами произведена в европе – сейас много товаров делается в Китае, под европейскими торговыми марками. В целом же, если труба поставляется в Россию, то она должна соответствовать ряду ГОСТ-тов (ссылки в конце).

Зачастую на прилавках магазинов продаются трубы, которые вообще не соответствуют ГОСТ-ам – здесь можно лишь посоветовать обращать внимание на эти моменты и не доверять качеству такого товара. Иногда на трубах встречаются надписи на английском языке “только для отопления, не для питьевой воды” – видимо из пластика выделяются вредные вещества, которые противопоказаны для питьевой воды. Поэтому рекомендуется переводить непонятные надписи.

Ну и напоследок расшифруем надпись на трубе из первого фото: PP-ALUX PP-R100/AL/PP-R100 32×5,4 PN25 SDR6/S2,5 CLASS5/9 BAR ГОСТ Р 53630-2015. Это труба, армированная алюминиевой фольгой, три слоя: полипропилен рандомсополимер снаружи и внутри, фольга посередине. Наружный диаметр трубы 32 мм. с толщиной стенки 5,4 мм. Труба может 50 лет эксплуатироваться на холодной воде с давлением 25 бар. Отношение диаметра к толщине стенок 6, размерная серия 2,5. Труба может длительно эксплуатироваться при всех 5 классах с давлением до 9 бар (у 1,2,3 и 4 классов давление больше, нужно смотреть документацию). Изделие соответствует всем параметрам из ГОСТ Р 53630-2015.

ГОСТ 32415-2013 Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия

ГОСТ Р 53630-2015 Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия

ГОСТ ИСО 4065-2005 Трубы из термопластов. Таблица универсальных толщин стенок (с Поправкой)

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector