Strona głównaAktualnościForumSłownikKontakt

Polibutylen tworzywo XXI wieku

Polibutylen (PB) jest termoplastem z grupy poliolefinów. Wykazuje on niezwykłą kombinację udarności, elastyczności i wysokiej odporności na pełzanie, pęknięcia naprężeniowe i ścieranie. Stosowany tam, gdzie wymagana jest duża stabilność przy dużych naprężeniach w podwyższonych temperaturach. (instalacje grzewcze). Polibutylen został wyprodukowany w 1965 roku przez niemiecką firmę Chemishe Werke, lecz dopiero dalsze prace firmy Shell Chemicals z USA nad tym materiałem doprowadziły do jego zastosowania w instalacjach wodociągowych i grzewczych.
W Europie polibutylen zadomowił się na początku lat 80-ych, w momencie kiedy Shell Chemicals wprowadził ulepszony rodzaj materiału, poszerzając jednocześnie zakres jego zastosowania do maksymalnych parametrów 70oC/10atm dla instalacji wodnych, oraz 95oC/6atm dla instalacji grzewczy

Właściwości fizyko - mechaniczne polibutylenu

Żywotność

Przy określaniu żywotności danego materiału standardem jest tzw. próba oznaczenia wytrzymałości na ciśnienie wewnętrzne. Przy tej metodzie testowana jest również odporność na pełzanie, która jest ważnym czynnikiem zachowania się materiału w długoletnim zastosowaniu w podwyższonych temperaturach. W czasie badania odporności na pełzanie, stałe ciśnienie wewnętrzne przy różnych temperaturach wytwarza w ściance rury równomierne naprężenie. Materiał jest więc wprowadzany w stan pełzania, a reakcje zapisywane są jako funkcje czasowe. Wykres 1 obrazuje wyniki badań przy temperaturze 20OC, naprężeniu 8 N/mm2, dla różnych materiałów. Polibutylen wykazuje najmniejszą prędkość pełzania, zachowuje się w funkcji czasu najbardziej stabilnie, a przez to zapewnia największe bezpieczeństwo.

W wyniku próby oznaczenia wytrzymałości na ciśnienie wewnętrzne otrzymujemy krzywe czasowe, minimalne granice wytrzymałości, przy poszczególnych temperaturach jako specyficzne dane materiału (Wykres 2). Krzywe dla PB i PEX kształtują się podobnie, przewyższając znacznie PP.

Krzywa regresji wytrzymałości

Wytrzymałość materiału można pokazać na przykładzie wykresu niszczących naprężeń obwodowych w funkcji czasu, dla różnych temperatur. Wykres 3 obrazuje krzywe regresji wytrzymałości dla polibutylenu. Linie na wykresie odpowiadają minimalnej wytrzymałości materiału. Naprężenia obwodowe można przeliczyć na ciśnienie wewnętrzne w rurach, wg wzoru:

p = b × (2 × s) / (d - s)

gdzie:

p- ciśnienie wewnętrzne
b- naprężenia obwodowe
d- średnica zewnętrzna rury
s- grubość ścianek rur

Na wykresie 4 porównano wytrzymałość niektórych materiałów przy temperaturze 60oC. Im linia na wykresie jest bardziej pozioma i wyżej usytuowana tym wytrzymałość materiału jest wyższa.

Naprężenia dopuszczalne

Wykresy 3 i 4 dotyczyły niszczących naprężeń obwodowych (i przeliczonych ciśnień niszczących). Poniższa tabela prezentuje natomiast dopuszczalne naprężenia obwodowe dla polibutylenu Shell Chemicals dla różnych temperatur w zależności od czasu pracy (trwałości). Podobnie jak poprzednio, wartości te można przeliczyć na ciśnienie dopuszczalne.

Elastyczność

Istotną zaletą polibutylenu PB i rur z niego wykonanych jest jego elastyczność, oraz duża odporność na korozję naprężeniową. Cechy te są następstwem niskiego modułu sprężystości (Younga). Wykres poniżej prezentuje wartości modułu sprężystości polibutylenu na tle różnych materiałów.

Im mniejsza wartość modułu Younga tym materiał wykazuje większą elastyczność.
Duża elastyczność polibutylenu daje następujące korzyści:

• możliwość układania rur systemem kablowym
• ograniczenie ilości kształtek (kolan)
• dużą odporność na skutki zamarzania i odmarzania wody poprzez skompensowanie przyrostu objętości lodu w trakcie zamarzania wody
• wysoka udarność (odporność na uderzenia)

Wytrzymałość na ścieranie

Polibutylen charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością na ścieranie, dzięki czemu jest stosowany w ekstremalnych warunkach, np. do transportu popiołów w elektrowniach węglowych. W tym względzie przewyższa rury metalowe. Tabela poniżej prezentuje odporność na ścieralność niektórych materiałów.

Rozszerzalność termiczna

Wydłużenie liniowe rur, spowodowane przyrostem temperatury, jest naturalną cechą każdego materiału. Wśród tworzyw sztucznych, polibutylen wykazuje się średnimi wartościami współczynnika rozszerzalności liniowej  tj. 1,3x10-4 [K-1]. Oznacza to przyrost długości 0,13mm/moC. W tabeli poniżej zestawiono wartości współczynnika rozszerzalności liniowej dla różnych tworzyw.

Rozszerzalność liniową rur, niezależnie od ich średnicy, można określić wg:

ΔL = Δt × l × λ

gdzie:

ΔL – wydłużenie prostego odcinka rury [mm]
Δt – różnica temperatury rury w czasie pracy a temperaturą w czasie montażu [°C ]
l – długość prostego odcinka rury [m]
λ - współczynnik rozszerzalności liniowej [1/K]

Właściwości bio - chemiczne polibutylenu

Odporność na chlor

Stosując rury w instalacjach wody pitnej, dla inwestora ważne jest aby rury były odporne na chlor i nie wydzielały w połączeniu z nim trujących związków. Dopuszczalne stężenie chloru w wodzie dla polibutylenu wynosi 2 mg/l. Dane pochodzą od producenta surowca - Shell Chemicals. Zgodnie z rozporządzeniem ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 04 II 1990 (Dz. U. 35 poz.205) zawartość wolnego chloru w wodzie do picia i potrzeb gospodarczych powinna się mieścić w przedziale 0,2-0,5 mg/l.

Przyjmując stężenie 1mg/l (zamiast 0.5, to jest 100% więcej niż dawka maksymalna) i temperaturę 60oC (instalacja ciepłej wody), uzyskujemy 50-cio letnią żywotność instalacji wykonanej z polibutylenu.

W instalacjach technologicznych wody basenowej, z uwagi na przekraczane wartości 2mg/l stężenia chloru, polibutylenu nie powinno się stosować.

Odporność chemiczna

Polibutylen jest odporny na większość substancji chemicznych. Nieodporny jest na benzen i toulen stosowane jako rozcieńczalniki farb olejnych. Rury polibutylenowe można jedynie malować farbami na bazie wody.

Szkodliwe może być również działanie produktów ropopochodnych, smół. Należy zwracać uwagę na to, aby rury polibutylenowe nie stykały się z lepiszczami bitumicznymi stosowanymi w budownictwie.

Odporność mikrobiologiczna

W instalacjach wodociągowych obserwuje się zjawisko powstawania biofilmu - cienkiej warstwy mikroorganizmów pokrywających wewnętrzne ścianki rur. Większość tych organizmów nie ma szkodliwego wpływu na zdrowie. Należy jednak pamiętać, że instalacje źle zaprojektowane, zainstalowane i konserwowane mogą przyczynić się do powstania całych kolonii mikroorganizmów, a te z kolei do rozwoju bakterii niebezpiecznych dla zdrowia, takich jak np. Legionella Pneumonia.

Komórki bakterii Legionella potrafią przeżyć w środowisku instalacji nawet do 3 lat. Na chorobę zwaną legionelozą wywołaną tą bakterią choruje rocznie około 100 tyś. ludzi. W Polsce odnotowuje się pojedyncze przypadki zachorowań, bez znamion epidemii.

Wpływ na rodzaj bakterii w instalacji ma rodzaj użytego materiału. Wykres 6 pokazuje procentowy stopień rozwoju flory bakteryjnej w różnych materiałach instalacyjnych, natomiast wykres 7 -Legionelli Pneumonia.

Na uwagę zasługuje fakt, że polibutylen najmniej wśród tworzyw sprzyja rozwojowi mikroorganizmów i bakterii w instalacji wody pitnej.

Promieniowanie UV

Tworzywa sztuczne charakteryzują się stosunkowo małą odpornością na działanie bezpośredniego działania promieniowania ultrafioletowego. Przy prowadzeniu rur na zewnątrz należy je odpowiednio zabezpieczyć, np. malując farbą emulsyjną na bazie wody. Tabela poniżej obrazuje maksymalne dawki promieniowania UV.

Tylko PVC, stosowane m.in. do produkcji systemów rynnowych, wykazuje większą odporność na UV.