Инженерные пластики нашли широкое применение во всех сферах жизни современного общества. Пищевое производство, медицина, обувная промышленность, автомобилестроение и, конечно, строительно-ремонтная отрасль — везде пластик присутствует в том или ином виде. 

Компания РСТ начинает серию статей, посвященных открытию и применению инженерных пластиков. Начнем с полиэтилена. Сегодня без этого материала трудно представить работу коммунальных служб, ремонтных и строительных бригад. Поговорим о назначении полиэтилена, области применения и свойствах. 

Истрия открытия полиэтилена 

Полиэтилен — это высокомолекулярное соединение, относящее к классу термопластов. Термопластичные материалы при нагревании переходят в высокоэластичное или вязкотекучее состояние, при котором способны принимать любую форму под воздействием внешних сил. 

Впервые полиэтилен, как это часто бывает, получился случайно, в ходе экспериментов немецкого инженера Ганса фон Пехманна. Случилось это в конце 19 века. Т.к. в то время информации о пластике и его возможном использовании было крайне мало, собственное изобретение физик не оценил и не дал ему никакого развития. Спустя 20 лет, в британской химической компании Imperial Chemical Industries, получили парафинообразный продукт, схожий по структуре с современным полиэтиленом. Над ним трудились ученые Эрик Фосет и Реджинальд Гибсон, которых впоследствии назовут первооткрывателями полиэтилена. Работы над производством полимера продолжались в течение 10 лет. Завершились они конструированием аппарата высокого давления для выпуска полиэтилена и патентом на полиэтилен низкой плотности (о противоречии расскажем чуть позже). С 1938 года запустилось коммерческое производство полиэтилена. Однако о промышленных масштабах речь пока не шла. Массовое производство запустили лишь в середине 50-х годов. 

Изначально полиэтилен использовали только для защиты кабелей. В том числе радио и телефонных. В 40-х годах, в период Второй мировой войны, с целью экономии и поиска долговечного, быстрого в сборке и неприхотливого материала, из полиэтилена начали делать трубы. Однако полноценные пластиковые трубопроводы постепенно запускались с 50-х годов в Германии, Великобритании и Скандинавии, что совпадает с периодом восстановления разрушенных после войны стран. Кстати, в это же время полиэтилен впервые пробуют как упаковку продуктов питания. 

В 50-е годы разрабатываются и вводятся стандарты производства полиэтиленовых труб. Их сначала используют для строительства подземных самотечных трубопроводов, а затем постепенно расширяют область применения. Новые технологии производства и усиления свойств полимера открывают и новые «сферы деятельности»: напорный трубопровод, канализационный, дренажный, газопроводный и другие. 

Настоящий фурор произвел в 60-е годы сшитый полиэтилен, полученный методом так называемой сшивки молекул, которая меняет физические и химические свойства материала и будущего готового изделия. Над получением сшитого полиэтилена трудились не меньше 10 лет, а все для того, чтобы пластиковые трубы выдерживали высокие температуры и подходили для систем горячего водоснабжения и отопления. 

Промышленное производство труб из сшитого полиэтилена запустили ближе к концу 20 века. Первыми такие трубы выпустили японцы, корейцы и немцы, работавшие по патенту шведского инженера Томаса Энгеля. 

Модификации полиэтилена и производство 

По способу производства, где регулируется плотность полиэтилена, различают свыше 10 модификаций. Три из них — основные для производства труб. А именно:

• полиэтилен высокого давления (ПЭВД)
• полиэтилен низкого давления (ПЭНД)
• сшитый полиэтилен (ПЭ-С)

Обращаем внимание, что в названии скрыт именно способ производства. Но не сфера применения. И в этом есть некий парадокс. Трубы из полиэтилена высокого давления используются для безнапорных, самотечных трубопроводов. Они идеально подходят для садовых дренажных систем, поливных трубопроводов, канализации, ливневок. В свою очередь трубы из ПЭНД служат для напорного трубопровода и выдерживают серьезные перепады давления. Сшитый полиэтилен — оптимальный вариант для трубопроводов горячего водоснабжения и отопления (рабочая температура до +95°C), а также для систем теплого пола.

Плотность полиэтилена обозначают цифрами. Маркировка от производителя может многое рассказать о продукте. Сегодня на рынке чаще всего встречается три вида труб: ПЭ63 — для безнапорных систем, канализации и разводки в частных домах, ПЭ80 — для внешнего и внутреннего водопровода, ПЭ100 — сшитый полиэтилен для газопровода, промышленных трубопроводов, горячей воды. 

Производят полиэтиленовые трубы методом экструзии, т.е. выдавливания. Для этого заводы оснащены экструдерами — специализированными машинами на автоматическом управлении, которые вместе со вспомогательным оборудованием представляют собой экструзионные линии. Эти комплексы программируются, что позволяет с помощью целого набора программ управлять всем процессом производства труб и задавать индивидуальные параметры для конкретной операции. 

Качество полиэтиленовых труб, область и условия их применения регламентируются нормативно-техническими документами и стандартами, принятыми в разных странах мира. Нам интересны международные и российские стандарты, по которым сертифицируют основной объем продукции на отечественном рынке. 

• ISO 4437. Подземные полиэтиленовые (ПЕ) трубы для транспортировки горючих газов — Метрические серии — Спецификация
• ISO 4427. Полиэтиленовые трубы для водоснабжения — Спецификация
• ГОСТ 18599-2001 Трубы напорные из полиэтилена.
• ГОСТ Р 50838-2009 Трубы из полиэтилена для газопроводов.
• ГОСТ Р-2008 Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления.
• ГОСТ 32415-2013 Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия

Области применения и характеристика 

Полимерные трубы используются для следующих систем: 

• Горячее и холодное водоснабжение
• Канализация и дренаж
• Газоснабжение
• Питьевая вода
• Поливная система
• Гидротранспорт — транспортировка сыпучих и жидких полезных ископаемых и иных материалов под воздействием воды 

Как мы уже говорили, области применения конкретной модификации полиэтилена зависит от способа его производства, физических и химических свойств. 

Общие характеристики 

• Рабочая температура — 40 °C, для сшитого полиэтилена до 95 °C
• Высокая химическая стойкость 
• Нейтральность — материал не влияет на запах, вкус и состав транспортируемой среды 
• Коррозийная стойкость, отсутствие известковых и иных отложений в процессе эксплуатации 
• Долгий срок службы — не менее 50 лет 
• Быстрая сборка, в том числе и ручная, труб диаметром до 110 мм 
• Сварной метод труб большого диаметра для повышения герметичности системы
• Малый вес, простая нарезка и укладка
• Шумоизоляция — системы из полиэтилена не слышны вне зависимости от типа среды
• Простой монтаж и демонтаж системы, что удобно для сезонного трубопровода 
• Способность растягиваться без потери качества — важно для сейсмически опасных зон
• Высокая пропускная способность
• Стойкость к деформации — трещинам и разрывам в нормальных условиях

Недостатки полиэтиленовых труб 

• Тепловое расширение гораздо больше, чем у стальных труб 
• Боязнь ультрафиолета
• Выделение вредных веществ при сжигании
• Возможность прорыва труб при замерзании воды 

Как решают эти проблемы на практике? Установкой компрессора для снижения температурной деформации, переработкой полиэтилена, укладкой труб на глубину ниже промерзания грунта или утеплением. Для защиты от солнца трубы укладывают под землю, или используют сшитый полиэтилен для внешнего трубопровода.