EA005477B1

EA005477B1 - Многослойная полиолефиновая труба

Info

Publication number: EA005477B1
Application number: EA200301074A
Authority: EA
Inventors: Томас Новотны; Павел Новотны
Original assignee: Томас Новотны; Павел Новотны
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2005-02-24
Also published as: WO2002078952A1; CZ293343B6; CZ20011163A3; EA200301074A1

Abstract

Многослойная труба из полиолефина, отличающаяся тем, что по крайней мере два слоя из различных материалов расположены концентрически по отношению к центральной линии трубы, причем внутренний слой трубы (i) изготовлен из полиолефина, выбранного из группы, состоящей из полиэтилена низкой плотности (а) с плотностью от 0,910 до 0,930 г/см, линейного полиэтилена низкой плотности (b) с плотностью от 0,915 до 0,940 г/см, полиэтилена высокой плотности (с) с плотностью от 0,940 до 0,975 г/сми изотактического полипропилена (d), a второй слой (ii) от центральной линии трубы изготовлен из смеси полиолефинов, содержащих 50% массовых элементов полиолефина, образующего внутренний слой трубы, и не более 50% полиэтилена низкой плотности (а) с плотностью от 0,910 до 0,930 г/см, и/или линейного полиэтилена низкой плотности (b) с плотностью от 0,915 до 0,940 г/см, и/или полиэтилена высокой плотности (с) с плотностью от 0,940 до 0,975 г/см, и/или изотактического полипропилена (d).

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к многослойным трубам из полиолефина.

Предпосылки создания изобретения

Пластмасса стала самым популярным материалом для изготовления трубопроводов для газа и текущих жидкостей. Пластмасса в целом соответствует эксплуатационным требованиям, предъявляемым к свойствам данной группы материалов. Основные требования к материалам для производства компонентов трубопроводов заключаются в следующем: высокая устойчивость к химическому воздействию, высокая механическая прочность и хорошая технологичность.

Вышеперечисленные требования вытекают из следующих основных потребностей: иметь как можно больший срок службы трубопроводных сетей при максимально низкой стоимости. Высокая устойчивость к химическому воздействию обеспечивает длительную устойчивость к коррозии. Высокая механическая прочность является главной предпосылкой устойчивости к длительному механическому напряжению (внутреннему воздействию и внешнему повышенному давлению). Хорошая технологичность является главным условием стабильного качества при производстве отдельных частей трубопровода, в основном включающих различные трубы и трубопроводную арматуру в весьма широком диапазоне диаметров.

Самым современным материалом для водопроводных труб, дренажных систем и газопроводов является полиэтилен высокой плотности (ПВП) и непластифицированный поливинилхлорид (ПВХ), за которыми следует, насколько это возможно полипропилен, полиэтилен низкой плотности (ПНП), линейный полиэтилен с низкой плотностью, полиэтилен со средней плотностью, сетчатый полиэтилен и полибутилен. Трубы из термопластмассы изготовляются путем экструзии (горячего прессования) расплавленного материала.

Самые высокие требования к длительной механической устойчивости и гигиеническому соответствию предъявляются к материалу для внешних и внутренних водопроводных напорных труб. Для любой пластмассы характерны определенные свойства, которые ограничивают ее применимость для производства элементов трубопровода. Чаще всего для изготовления внешних элементов трубопроводов используется полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности и полипропилен.

Особые требования предъявляются к внутренним элементам водопроводных труб (фиттингу, трубопроводной арматуре).

Материалы, используемые для производства фиттинга внутренних трубопроводов различаются в зависимости от того, предназначены они для холодной (питьевой) или горячей воды. Случай с трубопроводом для холодной воды более простой, поскольку для него используются трубы и арматура из полиэтилена высокой плотности (как и для внешней системы подачи холодной воды), но чаще используется полипропилен.

В системах водоснабжения в зданиях поддерживается постоянная температура горячей технической воды 60°С при давлении 0,9 МРа. Использовать здесь те же трубы и оснастку, что и для систем холодного водоснабжения не представляется возможным. Длительный практический опыт подтвердил, что длительное воздействие высоких температур и высокого давления приводит к ломкости и хрупкости труб в случае использования неподходящего материала для их производства.

Для изготовления водопроводных труб и трубопроводной арматуры для систем горячего водоснабжения чаще всего используется полипропилен типа 3 (в соответствии с ДИН 8078). Такой тип полипропилена является сополимером пропилена с добавлением α-олефинов, например, 1-гексен или 1-октен. Такой тип полипропилена менее подвержен разрушению вследствие хрупкости по сравнению с другими типами полпропилена благодаря модифицированной кристаллической фазе. Основным недостатком такого типа полипропилена является более высокая стоимость по сравнению с другими типами полипропилена.

Самым большим недостатком используемых в настоящее время пластмасс является их тенденция к разрушению в результате длительного использования при избыточном давлении.

Попытки устранить этот недостаток привели к появлению трехслойных труб с двумя пластмассовыми слоями, внутренним и внешним, которые покрывают поверхности металлической сердцевины (в основном используется алюминий). Металлическая сердцевина трубы изготавливается путем навивания листовой сердцевины, что значительно повышает устойчивость к избыточному давлению вне зависимости от температуры воды. Покрытие металлической сердцевины пластмассовыми поверхностями обеспечивает требуемую износоустойчивость и устойчивость к химическому воздействию.

Полибутилен или сетеобразующий полиэтилен используется для покрытия. Существенное преимущество таких труб - легкость установки трубопроводных систем, при которой не требуется практически никакой арматуры. Трубопровод монтируется прямо на месте методом, сходным с тем, который использовался при установке свинцовых труб с такой же температурой и устойчивостью к механическому воздействию.

Основным недостатком вышеуказанного вида труб является значительно более высокая стоимость и тенденция к отделению металлической сердцевины от пластмассовых слоев, когда трубопровод под

- 1 005477 вергается изменениям температуры и давления распределяемой субстанции (воды) в течение долгого времени.

Многослойная труба из полиолефина в соответствии с изобретением устраняет данные недостатки используемых в настоящее время труб из пластмасс, которые обладают относительно низкой устойчивостью к внутреннему избыточному давлению, и имеют значительно более высокую стоимость при производстве их более высокого качества, что дает более высокую устойчивость к избыточному давлению.

Описание изобретения

Предмет изобретения представляет собой многослойную трубу из полиолефина, состоящую из двух слоев различных материалов, идущих концентрически по направлению к центру трубы, в которой внутренний слой трубы (ί) изготовлен из полиолефина, выбранного из группы, содержащей материал из полиэтилена низкой плотности (а) с плотностью от 0,910 до 0,930 г/см³, линейного полиэтилена низкой плотности (Ь) с плотностью от 0,915 до 0,940 г/см³, полиэтилена высокой плотности (с) с плотностью от 0,940 до 0,975 г/см³, и изотактического полипропилена (б). Второй (внешний) слой (ίί) - по направлению от центра трубы представляет собой смесь полиолефинов, содержащую не менее 50% от массы полиолефинов, которые образуют внутренний слой трубы и не более 50% полиэтилена низкой плотности (а) с плотностью от 0,910 до 0,930 г/см³, и/или линейного полиэтилена низкой плотности (Ь) с плотностью от 0,915 до 0,940 г/см³, и/или полиэтилена высокой плотности (с) с плотностью от 0,940 до 0,975 г/см³, и/или изотактического полипропилена (б). Труба из полиолефинов в соответствии с данным изобретением может также состоять из трех слоев в случае, когда третий слой, идущий в направлении от центральной линии, содержит не менее 50% полиолефинов типа (а), и/или (Ь), и/или (с), и/или (б), которые содержится в полиолефиновой смеси во втором слое (ίί).

Второй слой (ίί) трубы в соответствии с изобретением может содержать от 2 до 25% от массы совместимых добавок, образованных сополимером этиленполипропилена со средней молярной массой тет = 20000 г (моль до т\т = 80000 г/моль, содержащего не менее 12% и не более 80% молярного пропилена).

Наружный слой трубы может содержать от 0,5 до 15% неорганического пигмента в соответствии с изобретением, который может состоять из углерода или сажи соответственно, окиси титана, окиси цинка, и/или может содержать также от 0,1 до 1,5% от массы неорганического окислителя на основе замещенного фенола и/или от 0,3 до 2,5% от массы органических фосфидов.

Многослойный принцип изготовления труб по данному изобретению включает несколько полиолефиновых материалов, обладающих хорошей межфазовой адгезией и позволяет устранить существующие наиболее значительные недостатки пластмассовых труб, заключающиеся в расширении хрупкости поперечного сечения стенки трубы. Расширение хрупкости можно устранить без существенного увеличения стоимости путем использования подходящей комбинации полиолефиновых материалов, закрепляющих другие концентрически расположенные слои внутренней стенки. Существует возможность улучшения механических свойств трубы в соответствии с изобретением путем использования совместимых полиолефиновых добавок во втором слое, в частности этилен-пропиленовых сополимеров.

Еще одно преимущество многослойных полиолифеновых труб в соответствии с данным изобретением - это легко достигаемая атмосферостойкость при использовании труб с наружным слоем из устойчивого к температурному воздействию материала, что исключает любое негативное влияние на гигиенические свойства воды, которое может являться результатом реакции между компонентами и продуктами стабилизации, проникшими в систему водопровода.

Атмосферостойкость изобретенной трубы гарантируется добавлением неорганических пигментов для устранения воздействия солнечной радиации. Для этого используются окись титана, окись цинка и углерод в виде сажи и/или антиоксиданты. Также возможно избежать разложения продуктов предшествующей стадии реакции полиолефина путем замещения фенолов или синергического соединения замещенных фенолов на органические фосфиды.

Еще одним преимуществом многослойных полиолефиновых труб в соответствии с данным изобретением является переработка остатков полиолефина и отходов, используемых для производства новых труб без потери или ухудшения свойств материала.

Повторное использование переработанного материала имеет преимущество в особенности для производства наружного слоя трубы при условии, что внутренняя стенка трубы сделана из непереработанного полиолефина, и исключается возможная диффузия или проникновение агрессивных веществ от продуктов вторичной переработки в проходящую воду. Улучшение механических свойств продукта вторичной переработки наружного слоя возможно достичь путем добавления полиолефинсовместимых материалов, в частности сополимеров этилена.

Использование продуктов вторичной переработки полиолефина в качестве материала для производства трубы по данному изобретению имеет преимущество с точки зрения экологии, а также оценки и использования энергетического содержания этого сырья.

Оптимальной технологией для производства многослойных труб в соответствии с данным изобретением является коэкструзия.

- 2 005477

Производство многослойных труб и некоторые преимущества такого изделия проиллюстрированы в следующих примерах:

Примеры

Пример 1. Двухслойная труба была изготовлена методом коэкструзии с внешним диаметром 63 мм. Стенки трубы общей толщиной 3 мм состояли из внутреннего слоя чистого полиэтилена низкой плотности толщиной 1 мм массой 0,921 г/см³ (торговое название Вга1еп ГВ 2-17) и наружного слоя из смеси переработанного полиэтилена, содержащей полиэтилен низкой и высокой плотности, в массовом соотношении 2:3. В материал наружного слоя было добавлено 2,0% окиси титана типа ш111е, 1,2% сажи, 0,2% фенольного антиоксиданта (торговое название 1тдапоз 1010) и 0,6% органического фосфида (торговое название 1тда£оз 168). Изготовленная труба была проверена на прочность в отношении постоянно повышенного внутреннего давления. В табл. 1 сравниваются результаты испытаний на прочность в отношении постоянно повышенного внутреннего давления при 20°С и начальном напряжении 6,9 МРа для двуслойной трубы, описанной выше, изготовленной в соответствии с изобретением и с трубой, изготовленной из полиэтилена низкой плотности Вга1еп ГВ 2-17. Сравнение, приведенное в таблице, демонстрирует, что время разрушения двуслойных труб по изобретению практически не отличается от трубы, изготовленной из чистого полиэтилена низкой плотности, несмотря на то, что двуслойная труба была изготовлена из менее ценного материала (переработанного, утилизованного).

Таблица 1

Труба(материал)	Время до разрушения (мин ).
Полиэтилен низкой плотности (Вга1еп ЕВ 2-17)	66 мин.
В соответствии с изобретением (пример Номер 1)	70 мин.

Пример 2. Двуслойная труба была изготовлена методом совместной экструзии с наружным диаметром 63 мм. Стенка трубы общей толщиной 3 мм состояла из внутреннего слоя чистого полиэтилена низкой плотности толщиной 1,2 мм с массой 0,919 г/см³ (торговое название Вга1еп КЛ 2-19) и наружного слоя из смеси отходов переработанного полиолефина, содержащей полиэтилен низкой и высокой плотности и изотактического полипропилена в массовом соотношении 3:2:2. В материал наружного слоя было добавлено 5% сополимера пропилен-этилена со средней молярной массой ηι\\ = 360000 г/моль, содержащего 33% молярного пропилена (торговое название 1)и1га1 Со 038) и 0,6 %, органического фосфида (торговое название ЬГадоз 168). Изготовленная труба была проверена на сопротивляемость постоянно повышенному внутреннему давлению. В табл. 2 сравниваются результаты испытаний на сопротивляемость описываемой выше двуслойной трубы постоянно повышенному внутреннему давлению при температуре 20°С и начальном напряжении 6,9 МРа, изготовленной в соответствии с изобретением и сравниваемой трубой, изготовленной из полиэтилена низкой плотности Вга1еп КА-2-19, а также трубой, изготовленной только из смеси продуктов вторичной переработки, содержащей полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности и изотактический полипропилен в массовом соотношении 3:2:2 и 5% совместителя (сополимера этилена и пропилена), который также использовался для изготовления трубы в соответствии с изобретением.

Из сравнения, приведенного в таблице, видно, что время до разрушения двухслойной трубы согласно изобретению больше, чем у трубы, изготовленной из чистого полиэтилена низкой плотности.

Таблица 2

Устойчивость к постоянно повышенному внутреннему давлению трубы с наружным диаметром 63 мм и толщиной стенки 3,0 мм при температуре 20°С и начальном давлении 6,9 МРа

Труба(материал)	Время до разрушения (мин.).
Полиэтелен низкой плотности (Вга1еп КА 2-19)	68 мин.
В соответствии с изобретением (пример №2)	75 мин.

Пример 3. Трехслойная труба была изготовлена путем совместной экструзии с наружным диаметром 75 мм. Общая толщина стенки трубы 4,3 мм складывается из внутреннего слоя 1,0 мм из чистого изотактического полипропилена (торговое название Моз!еп 55 292), второго слой толщиной 2,3 мм из смеси, состоящей на 65% из изотактического полипропилена, на 25% из полиэтилена высокой плотности и на 10% из статистического сополимера пропилен-этилена со средней молярной массой ηι\\ =390000 г/моль, содержащего 38,5% молярного пропилена, и третьего (внешнего) слоя из сырого полиэтилена высокой плотности (торговое название 1.Пеп РЬ 10) толщиной 1,0 мм. Изготовленная труба была проверена на устойчивость к постоянно повышенному давлению.

Сравнение тестов приведено в табл. 3. Установленная устойчивость к постоянному повышенному давлению получена при 20°С, начальном давлении 21,0 МРа и при 80°С и начальном давлении 8,4 МРа в описываемой выше трехслойной трубе по данному изобретению и трубе таких же размеров из изотактического полипропилена (торговое название Моз!еп 55 292). Результаты тестов, приведенные в табл. 3,

- 3 005477 показывают, что время до разрушения трехслойной трубы больше времени до разрушения трубы из чистого полиэтилена высокой плотности.

Таблица 3 Сравнение устойчивости к постоянно повышенному внутреннему давлению трубы диаметром 75 мм с толщиной стенки 4,3 мм при температуре 20°С и начальном давлении 21,0 МРа и при температуре 80°С и начальном давлении 8,4 МРа

Труба (материал)	Время до разрушения (мин.)
полипропилен 65 62 (Мов1еп 55 292)	при температуре 20°С и начальном давлении 21,0 Мра	при температуре 80°С и начальном давлении 8,4 Мра
в соответствии с изобретением	78	73

Промышленная применимость

Многослойные трубы из полиолефина по данному изобретению применяются в качестве компонентов для внутренних и внешних водопроводных и дренажных систем в гражданском строительстве, а также в качестве защитных компонентов для систем кабельного распределения, в химической и пищевой промышленности, а также в системах трубопроводов для жидкости и газа во многих отраслях промышленности.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Многослойная труба из полиолефина, отличающаяся тем, что по крайней мере два слоя из различных материалов расположены концентрически по отношению к центральной линии трубы, причем внутренний слой трубы (1) изготовлен из полиолефина, выбранного из группы, состоящей из полиэтилена низкой плотности (а) с плотностью от 0,910 до 0,930 г/см³, линейного полиэтилена низкой плотности (Ь) с плотностью от 0,915 до 0,940 г/см³, полиэтилена высокой плотности (с) с плотностью от 0,940 до 0,975 г/см³ и изотактического полипропилена (б), а второй слой (п) от центральной линии трубы изготовлен из смеси полиолефинов, содержащих 50% массовых элементов полиолефина, образующего внутренний слой трубы и не более 50% полиэтилена низкой плотности (а) с плотностью от 0,910 до 0,930 г/см³, и/или линейного полиэтилена низкой плотности (Ь) с плотностью от 0,915 до 0,940 г/см³, и/или полиэтилена высокой плотности (с) с плотностью от 0,940 до 0,975 г/см³, и/или изотактического полипропилена (б).

2. Многослойная труба из полиолефинов по п.1, отличающаяся тем, что содержит третий (ш) слой от центральной линии трубы, из материала, содержащего по крайней мере 50% полиолефина типа (а), и/или (Ь), и/или (с), и/или (б), который содержится в смеси полиолефина во втором слое (ίί).

3. Многослойная труба из полиолефинов по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что второй слой (ίί) содержит от 2 до 25% массовых элементов сополимера этилена-пропилена элементов со средней молярной массой от нт=20000 г/моль до пт=80000 г/моль, имеющего 12%, но не более 80% молярного пропилена.

4. Многослойная труба из полиолефинов по пп.1, 2 и 3, отличающаяся тем, что последний наружный слой трубы от линии центра трубы содержит от 0,5 до 12% неорганических элементов массы пигмента, и/или от 0,1 до 5% органических элементов массы антиоксиданта на основе замещенного фенола, и/или от 0,3 до 2,5% органических фосфидных элементов.