Прочность полипропиленовых труб и фитингов: зависимость от материала и эксплуатационных параметров

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.

Прочность труб и результаты испытаний

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.

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:

Прежде всего, необходимо отметить, что полученные данные не противоречат данным производителей и поставщиков продукции. Например, специалисты компании «Веста трейдинг» в одном из своих обучающих роликов явно указывают на максимальное давление, которое выдержали испытываемые ими образцы труб, в чем можно убедиться из следующего рисунка:

Заметим также, что мы не выбирали трубу со стенкой особой толщины — см. значения, указанные во втором столбце.

Обратите внимание на значения давления разрушения трубы, армированной стекловолокном. Разница в давлениях разрыва для PPR100 и PPR80 должна составлять приблизительно 20%. Из таблицы видно, что труба из PPR80 выдерживает то же давление на разрыв, что и труба, изготовленная из PPR100, для равных SDR, причем значения давлений почти совпадают. Там, где SDR трубы равен 6, давление на разрыв равно 120 атм.; там, где SDR = 7,4, давление = 90–95 атм. У трубы SANPOLIMER более толстая стенка (фактический SDR = 6,35), поэтому она имеет несколько большее давление на разрыв: 100 атм. Отметим, у неармированной трубы VALTEC c нормальной толщиной стенки и из PPR100 (20 × 3,44) давление разрыва также равно 120 атм. Вывод очевиден: эти трубы изготовлены из одного и того же сырья — это PPR80. Зато у трубы HEISSKRAFT при SDR = 6,7 давление на разрыв равно 110 атм., поэтому, возможно, она изготовлена из сырья PPR100.

Итак, все трубы, кроме труб HEISSKRAFT, изготовлены из PPR80 и соответствуют номиналу PN16 при SDR = 7.4, PN20 при SDR = 6.

Проведя такой же анализ труб с центральной армировкой, приходим к аналогичному выводу. Все они изготовлены из PPR80 и классифицируются как PN20 — даже те, которые промаркированы или разрекламированы как PN32. Для труб с центральной армировкой, как и для прочих, существуют иные виды испытаний. Критическими для труб с армировкой алюминием будут испытания на 1000 часов при температуре 95 °С, а не описанные в данной статье кратковременные испытания. Поэтому на основании длительных испытаний все трубы с SDR = 6 с центральной армировкой — это трубы PN20. Срок службы PN16 и PN20 различается весьма существенно: например, при давлении теплоносителя 8 атм. он равен 11 годам и 38 годам, соответственно.