ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ ТРУБА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
THERMAL INSULATED MULTI-LAYER POLYMER PIPE AND METHOD OF ITS MANUFACTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к полимерным трубам, а именно, к теплоизолированной многослойной полимерной трубе для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, и способу ее изготовления.
Уровень техники
Теплоизолированные трубы широко используются в трубопроводах теплоснабжения и горячего водоснабжения и состоят из центральной трубы (или тела трубы), поверх которой размещен слой теплоизоляции, например, из пенополиуретана, который в свою очередь покрыт слоем гидроизоляции, обычно, из полиэтилена, для защиты материала теплоизоляции от внешней среды. В качестве тела трубы в современных теплоизолированных трубопроводах применяют трубы из полимерных материалов, которые не подвержены коррозии и обладают химической стойкостью, что позволяет значительно снизить издержки по сравнению с традиционными трубами из металла. Кроме этого полимерные трубы отличаются гибкостью, поэтому их легче обрабатывать и монтировать. Полимерные трубы для горячей воды обычно изготавливают из полиолефинов, например из поперечно сшитого полиэтилена (РЕХ), полиэтилена повышенной термостойкости (PERT), полипропилена или полибутилена. Однако теплоизолированные полимерные трубы имеют и свои недостатки.
Одной из известных проблем, решаемых производителями полимерных труб, является проницаемость полимерного тела трубы для кислорода, который, попадая в теплоноситель из окружающей среды, способен вызывать коррозию металлических компонентов в составе трубопровода, а также ускорять процессы старения тела трубы, снижая прочностные характеристики полимерного материала, особенно при повышенных температурах. Для предотвращения диффузии кислорода из окружающей среды в теплоноситель на наружную поверхность полимерного тела трубы наносят кислородозащитный слой из материала, обладающего барьерными свойствами по отношению к кислороду, например из сополимера этилена с виниловым спиртом (EVOH), полиамида или алюминия, как описано, например, в патенте РФ на полезную модель №132857 (опубликован 27.09.2013). Кроме того, при высоких температурах (выше 60°С) может проявляться проницаемость полимерного тела трубы для воды и паров воды, приводящей к разрушению слоя теплоизоляции. Известное решение этой проблемы состоит в нанесении на полимерное тело трубы (и/или размещении внутри тела трубы) барьерного слоя из жидкокристаллического полимера (LCP), обладающего барьерными свойствами против диффузии воды и кислорода, как описано в патенте РФ на изобретение №2224160 (опубликован 20.02.2004). Таким образом, известны различные технологии для создания барьерных слоев вокруг полимерного тела трубы.
С другой стороны, не менее важной проблемой, стоящей перед производителями теплоизолированных многослойных полимерных труб, является защита слоя теплоизоляции от внешней среды. Как упоминалось выше, традиционно, материалом теплоизоляции является жесткий или полужесткий вспененный полиуретан, для защиты которого слой теплоизоляции покрывают наружным слоем гидроизоляции из полиэтилена средней или высокой плотности. Также, традиционно, между слоями тепло- и гидроизоляции размещают технологическую полиэтиленовую пленку, обычно, из полиэтилена низкой плотности, например, как описано в патенте ЕР 0897788 А1 (опубликован 24.02.1999). Однако полиэтилен, будучи неполярным, является хорошим барьером против воды (которая является полярной), но не обладает достаточными барьерными свойствами против неполярных газов, таких как кислород и азот. Поэтому в теплоизолированных трубах воздух (кислород и азот) из окружающей среды с течением времени проникает через защитные слои полиэтилена в ячейки пенополиуретана, а первоначальная газовая смесь из ячеек пенополиуретана (вспенивающие агенты и углекислый газ) постепенно выходит наружу. Происходя в течение длительного времени, эти процессы приводят к окислению и разрушению пенополиуретана слоя теплоизоляции, отслоения его от тела трубы, и далее, к потере прочности и разрушению структуры трубопровода. Кроме того, воздух, проникающий извне в ячейки пенополиуретана, имеет большую теплопроводность, чем первоначальная газовая смесь внутри пенополиуретана, что ухудшает теплоизоляционные свойства трубопровода. Указанные процессы, оказывая долгосрочное негативное воздействие на материал теплоизоляции, снижают срок службы теплоизолированного трубопровода, который в настоящее время должен превышать 30 лет, а предпочтительно, быть более 50 лет.
Для решения этой проблемы между слоем теплоизоляции и слоем гидроизоляции размещают барьерный слой против диффузии газов. Так, известна водопроводная труба с теплоизоляцией, содержащая внутреннюю трубу, слой теплоизоляции из пенополиуретана, окружающий внутреннюю трубу, пленку, окружающую слой теплоизоляции, и внешнюю оболочку из термопластичного полимера, которая описана в патенте РФ на изобретение №2339869 (опубликован 27.11.2008). Для повышения гибкости известная труба содержит промежуточный слой из мягкой полимерной пены, размещенный между слоем теплоизоляции и пленкой, которая склеена с промежуточным слоем с помощью адгезива и обладает барьерными свойствами по отношению к воде, водяному пару и вспенивающим агентам. Теплоизолированные трубы с барьерным слоем между слоями тепло- и гидроизоляции доступны на рынке, для примера, можно указать трубу «ИЗОПЛОФЛЕКС», производства ООО Труппа ПОЛИМЕРТЕПЛО" (см. http://www.polymerteplo.ru/products/ISOPROFLEX/), содержащую как барьерный слой поверх слоя теплоизоляции, так и кислородно-защитный слой поверх тела трубы. Различие в назначениях указанных слоев позволяет сделать вывод, что барьерный слой данной трубы обладает барьерными свойствами не в отношении кислорода, как кислородно-защитный слой, а в отношении, например, паров воды.
Наиболее близкой к настоящему изобретению является известная конструкция предизолированной (т.е. теплоизолированной) многослойной полимерной трубы, содержащей тело трубы, окружающий его слой теплоизоляции, окружающий его барьерный слой из пленки сополимера этилена с виниловым спиртом (EVOH) торговой марки EVAL, слой адгезива, связывающий пленку EVOH с наружным слоем гидроизоляции, и наружный слой гидроизоляции из полиэтилена высокой плотности, соответственно, которая описана, например, в документе «Барьерные оболочки для предизолированных труб» (доступен в сети Интернет по ссылке http://www.evalevoh.com/media/129913/pip_ru_1510.pdf). Пленка EVOH является превосходным барьером для кислорода, азота, углекислого газа и вспенивающих агентов (например, циклопентана), поэтому известная конструкция трубы позволяет сохранить структуру слоя теплоизоляции неизменной в течение длительного времени.
Обладая улучшенной защитой теплоизоляции, известная конструкция предизолированной трубы с барьерным слоем из пленки EVOH имеет и свои недостатки. Полиэтилен высокой плотности внешнего слоя гидроизоляции является твердым и прочным материалом, однако обладает сравнительно высокой хрупкостью и невысоким сопротивлением к деформации. Поэтому, при монтаже трубопроводов на основе таких труб нередко происходят нарушения однородности внешнего слоя гидроизоляции в виде разнообразных трещин и сколов, подвергающих пленку EVOH опасности прямых внешних воздействий. Обычно толщина пленки EVOH весьма мала, порядка 1 мм, поэтому ее очень легко повредить в случае разрушения внешнего слоя гидроизоляции, что сведет к нулю все преимущества конструкции данной трубы. Кроме того, необходимость населения слоя адгезива между барьерный пленкой и внешним слоем гидроизоляции для их склеивания усложняет процесс изготовления трубы и увеличивает ее стоимость.
Таким образом, имеется необходимость создания теплоизолированной многослойной полимерной трубы с барьерным слоем против диффузии газов в и из слоя теплоизоляции улучшенной конструкции, позволяющей продлить срок службы трубопровода на основе таких труб, а также простого и технологичного способа изготовления указанной трубы.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретение стало создание теплоизолированной многослойной полимерной трубы с барьерным слоем против диффузии газов в и из слоя теплоизоляции улучшенной конструкции, а также простого и технологичного способа изготовления такой трубы, которые позволили бы устранить недостатки предшествующего уровня техники.
Поставленная в изобретении задача решена посредством создания теплоизолированной многослойной полимерной трубы, содержащей тело трубы из полимерного материала, по меньшей мере один барьерный слой, слой теплоизоляции из пенополиуретана и наружный защитный слой из полиэтилена, в которой по меньшей мере один барьерный слой расположен непосредственно между наружным защитным слоем и слоем теплоизоляции с прилеганием к ним и выполнен в виде пятислойной пленки, содержащей, в порядке расположения: первый слой полиэтилена высокого давления, первый слой адгезива, кислородозащитный слой, второй слой адгезива и второй слой полиэтилена высокого давления.
Барьерная пленка расположена в трубе непосредственно между наружным защитным слоем и слоем теплоизоляции, прилегая к ним, без промежуточных слоев адгезива. Кислородозащитный слой в составе пленки выполнен из полярного полимера, предпочтительно, из сополимера этилена с виниловым спиртом (EVOH) или полиамида. Таким образом, указанная пленка препятствует диффузии газов в и из слоя теплоизоляции. Внешние слои адгезива и полиэтилена повышают прочность барьерной пленки и защищают внутренний кислородозащитный слой (EVOH) от возможных внешних воздействий при монтаже трубопровода.
Тело трубы согласно изобретению представляет собой напорную армированную трубу, предпочтительно, из поперечно сшитого полиэтилена (РЕХ), полипропилена или полибутилена, что позволяет применять трубу в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения.
Кроме того, поставленная задача решается посредством способа изготовления теплоизолированной многослойной полимерной трубы, содержащего этапы, на которых на тело трубы из полимерного материала наносят слой теплоизоляции из пенополиуретана и покрывают слой теплоизоляции наружным защитным слоем из полиэтилена, в котором: нанесение слоя теплоизоляции на тело трубы выполняют после активации внешней поверхности тела трубы для обеспечением диффузионного взаимодействия пенополиуретана теплоизоляции с полимерным материалом тела трубы; и перед покрытием слоя теплоизоляции наружным защитным слоем на слой теплоизоляции наносят барьерный слой из пятислойной пленки, содержащей, в порядке расположения: первый слой полиэтилена высокого давления, первый слой адгезива, кислородозащитный слой, второй слой адгезива и второй слой полиэтилена высокого давления, которая была предварительно активирована с обеих сторон для обеспечения диффузионного взаимодействия пенополиуретана теплоизоляции с полиэтиленом первого слоя упомянутой пленки и полиэтилена наружного защитного слоя с полиэтиленом последнего слоя упомянутой пленки, соответственно.
Предложенный способ позволяет изготавливать теплоизолированные трубы, в которых барьерная пленка против диффузии газов расположена непосредственно между наружным защитным слоем и слоем теплоизоляции и связана с пенополиуретаном термоизоляции и полиэтиленом защитного слоя посредством диффузионного взаимодействия, а не за счет склеивания промежуточными слоями адгезива. Более того, пенополиуретан теплоизоляции также наносится на активированное тело трубы, связываясь с ним посредством диффузионного взаимодействия. Предложенный способ обеспечивает монолитность структуры трубы и упрощает ее изготовление.
Достигаемый в изобретении технический результат состоит в улучшении защиты слоя теплоизоляции и повышении технологичности изготовления теплоизолированных многослойных полимерных трубы, а также в расширении диапазона имеющихся технических средств в области использования и изготовления теплоизолированных многослойных полимерных труб. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность увеличения срока службы трубопровода из теплоизолированных труб.
Краткое описание чертежей
Изобретение более подробно описывается ниже на примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 показывает схематичное изображение в поперечном сечении теплоизолированной многослойной полимерной трубы согласно изобретению;
фиг. 2 показывает схематичное изображение пятислойной пленки барьерного слоя трубы согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Структура теплоизолированной многослойной полимерной трубы согласно изобретению проиллюстрирована на чертеже трубы (1) в поперечном сечении на фиг. 1.
Как видно на фиг. 1, труба (1) содержит, от сердцевины к оболочке: тело трубы (2), слой теплоизоляции (3), барьерный слой (4) и наружный защитный слой (5). В предпочтительном варианте тело трубы (2) представляет собой напорную армированную трубу из поперечно сшитого полиэтилена (РЕХ). Однако изобретение не ограничено в этом отношении, и тело трубы (2) может с равным успехом быть выполнено из полипропилена, полибутилена или другого подходящего полимерного материала, который позволяет применять трубу в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения. Кроме того, тело трубы может содержать, внутри или вокруг тела трубы кислородозащитный слой, например слой жидкокристаллического полимера (LCP) и/или сополимера этилена с виниловым спиртом (EVOH), обладающий барьерными свойствами против диффузии воды и кислорода, как известно в данной области техники.
Слой теплоизоляции (3) выполнен из жесткого или полужесткого пенополиуретана, а наружный защитный слой (5), обеспечивающий гидроизоляцию слоя (3), выполнен из полиэтилена средней или высокой плотности (среднего или низкого давления). Как показано на фиг. 1, барьерный слой (4) в трубе (1) расположен непосредственно между наружным защитным слоем (5) и слоем (3) теплоизоляции с прилеганием к ним.
Как далее показано на фиг. 2, барьерный слой (4) выполнен в виде пятислойной пленки, содержащей, в порядке расположения: первый слой полиэтилена высокого давления (6), первый слой адгезива (7), кислородозащитный слой (8), второй слой адгезива (9) и второй слой полиэтилена высокого давления (10). При этом кислородозащитный слой (8) в составе пленки упомянутого барьерного слоя (4) выполнен из полярного полимера, предпочтительно из сополимера этилена с виниловым спиртом (EVOH) или полиамида, который обеспечивает барьер по отношению к кислороду, азоту, углекислому газу и вспенивающим агентам, препятствуя диффузии газов в и из слоя теплоизоляции. Выполнение барьерного слоя (4) в виде описанной пятислойной пленки, где кислородозащитный слой (8) с двух сторон окружен слоями адгезива и полиэтилена высокого давления, существенно повышает прочность барьерной пленки и защиту слоя полярного полимера (EVOH) от возможных внешних воздействий при монтаже трубопровода.
Способ изготовления трубы (1) согласно изобретению содержит этапы, на которых на тело трубы (2) из полимерного материала наносят слой теплоизоляции (3) из пенополиуретана и покрывают слой теплоизоляции наружным защитным слоем (5) из полиэтилена. При этом заявленный способ отличается тем, что нанесение слоя теплоизоляции (3) на тело трубы (1) выполняют после активации внешней поверхности тела трубы для обеспечения диффузионного взаимодействия пенополиуретана теплоизоляции с полимерным материалом тела трубы. Активация поверхности тела трубы (2) может выполняться любым известным способом, в частности с помощью химического или механического воздействия, или обработки коронным разрядом, однако, предпочтительным является осуществление активации тела трубы (2) пламенем.
Кроме того, согласно заявленному способу перед покрытием слоя теплоизоляции (3) наружным защитным слоем (5) на слой теплоизоляции (3) наносят барьерный слой (4) из пятислойной пленки, содержащей, как описано выше и показано на фиг. 2: первый слой полиэтилена высокого давления (6), первый слой адгезива (7), кислородозащитный слой (8), второй слой адгезива (9) и второй слой полиэтилена высокого давления (10), которая была предварительно активирована с обеих сторон для обеспечения диффузионного взаимодействия пенополиуретана теплоизоляции (3) с полиэтиленом первого слоя (6) упомянутой пленки и полиэтилена наружного защитного слоя (5) с полиэтиленом последнего слоя (10) упомянутой пленки, соответственно. Упомянутая активация пленки с двух сторон представляет собой активацию наружных поверхностей первого (6) и второго (10) слоев полиэтилена высокого давления в составе пленки. Эта активация может выполняться любым известным способом, в частности с помощью химического или механического воздействия, однако, предпочтительным является осуществление активации поверхностей пленки коронным разрядом.
Благодаря тому, что все соединяемые поверхности функциональных слоев трубы согласно изобретению выполнены из родственных полимерных материалов, в предложенном способе обеспечивается возможность их непосредственного диффузионного связывания друг с другом, после активации, без использования промежуточных слоев адгезива. Таким образом, предложенный способ, отличаясь простотой и высокой технологичностью, позволяет изготовить теплоизолированную многослойную полимерную трубу с монолитной конструкцией и барьерным слоем от диффузии газов в и из слоя теплоизоляции повышенной прочности. Описанные преимущества теплизолированных полимерных труб согласно изобретению обеспечивают возможность существенно увеличить срок службы построенных на их основе трубопроводов для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения.
Описанные выше варианты осуществления представлены для пояснения сущности заявленного изобретения на конкретных примерах и не ограничивают объем правовой охраны изобретения, который определяется нижеследующей формулой изобретения.