Сшитый полиэтилен: свойства и применение¶

Сшитый полиэтилен (PEX, от англ. cross-linked polyethylene) — это разновидность полиэтилена, молекулярные цепи которой соединены между собой поперечными химическими или физическими связями, образующими трёхмерную сетчатую структуру. Благодаря этому материал приобретает свойства, отсутствующие у обычного (нисшитого) полиэтилена: повышенную термостойкость, устойчивость к деформациям под нагрузкой, химическую инертность и способность восстанавливать форму после деформации. Основная область применения — производство труб для холодного и горячего водоснабжения, отопления, а также электрического кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена.

¶Принцип сшивки

В обычном полиэтилене молекулярные цепи уложены свободно и удерживаются лишь слабыми межмолекулярными силами. При нагреве выше температуры плавления (около 110–130 °C для ПВД) материал размягчается и деформируется необратимо. При сшивке между цепями создаются прочные ковалентные связи — «мостики», превращающие набор отдельных молекул в единое трёхмерное пространственное сетчатое образование. Такая структура не плавится в привычном смысле: при нагреве материал не течёт, а лишь постепенно размягчается, сохраняя форму.

Степень сшивки у типичных PEX-труб составляет 65–89 % — это доля молекул, вступивших в поперечные связи.

¶Способы сшивки

Существует несколько технологий получения сшитого полиэтилена, различающихся типом химических реагентов и условиями процесса.

¶Пероксидный метод (PEX-a)

Полиэтилен смешивают с органическими пероксидами, при нагреве (около 200 °C) пероксиды распадаются с образованием свободных радикалов, которые инициируют образование связей между цепями. Метод позволяет получить наиболее равномерную и высокую степень сшивки (до 85 %). Материал отличается высокой гибкостью и способностью к «эффекту памяти формы»: растянутая труба при нагреве восстанавливает исходные размеры, что позволяет выполнять соединения без фитингов (развальцовка).

¶Силановый метод (PEX-b)

Полиэтилен модифицируют силановыми грунтами, после формования изделия выдерживают в водяной бане, где идёт гидролиз и конденсация с образованием поперечных связей. Способ дешевле пероксидного, широко применяется в России и Европе для производства труб.

¶Радиационный метод (PEX-c)

Сшивка инициируется облучением готового изделия потоками электронов или гамма-излучением. Не требует добавления химических инициаторов, но оборудование для облучения дорого, а глубина проникновения излучения ограничена, поэтому метод применим для тонкостенных изделий.

¶Азотный метод (PEX-d)

Используется азотсодержащий агент (азотистый газ) при высоком давлении. Применяется реже остальных.

¶Свойства

По сравнению с обычным полиэтиленом сшитый обладает рядом преимуществ:

• Термостойкость. Рабочая температура PEX-труб — до 95 °C, кратковременно — до 110 °C. Обычный ПВД при 70 °C уже заметно теряет прочность.
• Механическая прочность. Трёхмерная сетка препятствует «ползучести» — медленной деформации под постоянной нагрузкой, поэтому трубы не деформируются под давлением системы отопления.
• Химическая стойкость. Материал инертен к большинству кислот, щелочей, солей, спиртов, хлорсодержащих соединений.
• Морозостойкость. Замерзшая в трубе вода не разрывает стенку: материал растягивается, а после оттаивания возвращает форму.
• Биологическая инертность. На внутренней поверхности не развиваются микроорганизмы, не накапливаются минеральные отложения так интенсивно, как в металлических трубах.
• Электрические свойства. PEX используется как изоляция высоковольтных кабелей: материал выдерживает длительное воздействие температуры до 90 °C и обладает низкой электропроводностью.

К недостаткам относят относительно высокую стоимость по сравнению с обычным ПНД, чувствительность к ультрафиолету (трубы не рекомендуется прокладывать открыто) и необходимость применения специальных фитингов или развальцовки.

¶Применение

Основной рынок PEX — трубопроводы. В России трубы из сшитого полиэтилена маркируются обозначением PEX-a, PEX-b, PEX-c, PEX-d и выпускаются в диаметрах 12–63 мм для внутреннего водоснабжения и отопления. Материал применяется в системах «тёплый пол», в разводке горячей и холодной воды, в радиаторном отоплении.

В кабельной промышленности PEX служит изоляцией силовых кабелей напряжением до 500 кВ, в том числе подводных и проложенных в земле. Изоляция из сшитого полиэтилена не стекает при повреждении и не поддерживает горение.

В медицинском оборудовании PEX применяется для изготовления катетеров и имплантируемых элементов — материал биологически инертен и выдерживает стерилизацию.

¶Маркировка и стандарты

Производство труб регламентируется стандартами ISO 15875 (европейский), ASTM F876/F877 (США) и рядом национальных нормативов. В России качество PEX-труб подтверждается соответствием техническим регламентам на водоснабжение и отопление; продукция крупных заводов проходит испытания на гидравлическое давление, морозостойкость и длительную прочность.

Источники:

• ГОСТ и технические регламенты РФ на полимерные трубы для водоснабжения
• ISO 15875 — Plastic piping systems for hot and cold water installations
• ASTM F876/F877 — Standard Specification for Crosslinked Polyethylene (PEX) Tubing
• Техническая литература по полимерным материалам: «Полиэтилен и его производные»