Существуют два способа производства полиэтилена: при высоком давлении получают полиэтилен низкой плотности, при низком давлении – полиэтилен высокой и средней плотности. Поскольку прочность полиэтилена низкой плотности в 2-3 раза меньше прочности полиэтилена высокой плотности, его применение для напорных труб ограничивается малыми диаметрами и областями применения, требующими высокую гибкость трубок.

Первым полиэтиленом высокой плотности, используемым для производства напорных труб, был линейный гомополимер, высокомолекулярная цепь которого состояла только из молекул этилена. При достаточно высокой кратковременной прочности гомополимер обладал низкой стойкостью к растрескиванию и, вследствие изменения характера разрушения, т. е. перехода от пластического к хрупкому, резко снижались прочностные свойства при длительной эксплуатации. Значение MRS, характеризующее длительную прочность и используемое для расчета рабочего давления трубопроводов, составляло 6,3 МПа. Этим значением характеризуют полиэтиленовые трубы из полиэтилена марки ПЭ63.

Стремление увеличить стойкость к растрескиванию и избежать перехода от пластического к хрупкому разрушению в пределах времени эксплуатации привело к созданию полиэтилена второго поколения. За счет введения в процессе синтеза сомономеров (бутен или гексен), образующих на макромолекулах полиэтилена боковые ответвления, удалось резко повысить стойкость полимера к растрескиванию и увеличить значение MRS до 8,0 МПа. Этим значением характеризуют полиэтиленовые трубы из полиэтилена марки ПЭ80.

Однако при этом снизилась кратковременная прочность, модуль упругости и стойкость к быстрому распространению трещин, что делает невозможным использование этого полиэтилена для производства газопроводных на давление свыше 6 атм.

Сочетание высокой кратковременной прочности и высокой стойкости к растрескиванию удалось получить путем создания, так называемого бимодального полиэтилена – полиэтилена третьего поколения. За счет целенаправленного ведения технологического процесса (чаще всего по двухреакторной схеме) получают две ярко выраженных группы макромолекул – длинно- и короткоцепных. При этом сомономер вводится в высокомолекулярную часть полимера, что обеспечивает высокую стойкость к растрескиванию полиэтилена. Низкомолекулярная часть полимера образует кристаллические области, за счет которых повышается плотность, кратковременная и длительная (MRS 10,0 МПа) прочность и возрастает модуль упругости. Этим значением характеризуют полиэтиленовые трубы из полиэтилена марки ПЭ100.

Полимер обладает высокой стойкостью к быстрому распространению трещин, и по этому показателю нет препятствий для производства труб на рабочее давление до 12 атм для газовых труб и до 25 атм для водопроводных.

Полиэтилен типа ПЭ 100 обладает хорошими технологическими свойствами.
Несмотря на высокую вязкость расплава (показатель текучести расплава i5= 0,2-0,6), наличие в расплаве низкомолекулярной фракции играет роль смазки и облегчает экструзию полимера. Производство труб не вызывает особых проблем и не предъявляет дополнительных требований к современному оборудованию.

Подтверждением высоких технико-экономических показателей применения труб из полиэтилена типа ПЭ100 может служить следующий пример.
Требуется рассчитать трубу из полиэтилена с внутренним диаметром (требование по пропускной способности)

Как показывают данные рассматриваемого примера, использование ПЭ100 для производства труб большого диаметра позволяет в отдельных случаях почти в два раза снизить материалоемкость труб. Уменьшая наружный диаметр без потерь проходного сечения, получить экономию на применяемых соединительных деталях меньшего диаметра.

Если нет возможности изменения наружного диаметра трубы, то материалоемкость уменьшается на 33-34% при одновременном увеличении проходного сечения на 16% и увеличении производительности производства (в метрах в час) на 20-30%. На практике, для водопроводных труб это означает, что если цена ПЭ63 на рынке 32 руб/кг, то эквивалентная цена ПЭ80 составляет 38,9 руб/кг, а ПЭ100 – 47,4 руб/кг. Воспользоваться колебаниями соотношений цен материалов при производстве труб можно только в случае наличия формующего инструмента и сертификатов на трубы всех типоразмеров.

Таким образом, вышеуказанные соотношения цен на ПЭ разных поколений служат серьезным сдерживающим фактором для роста цен на отечественный ПЭ63 и ПЭ80 и стимулом для перехода на ПЭ100, особенно для диаметров выше 630мм. Однако надо учитывать, что трубы на давление воды 0,6 МПа, изготовленные из ПЭ80 (SDR 21), практически невозможно выпускать в бухтах из-за высокой овальности и заломов, а трубы в отрезках из ПЭ100 на то же давление (SDR 26) сильно овализируются при хранении и перевозке.

В конечном счете, для производителя оптимальный выбор материала и, соответственно, типоразмера трубы в каждом конкретном случае должен быть основан на серьезном анализе технических и экономических параметров в треугольнике сырье-производство-сбыт.

Для потребителя выводы очевиднее. При равных (или близких) ценах, трубы из ПЭ80 предпочтительнее изготовленных из ПЭ63, а трубы из ПЭ100, чем трубы из ПЭ80. Правда, трубы из ПЭ100 с уменьшенной толщиной стенок требуют качественного сварного оборудования и высокой квалификации сварщиков.

Для газовых труб ситуация сложнее. При коэффициенте запаса (КЗП) 2,5, в основном принятом сегодня в России, переход с ПЭ 80 на ПЭ 100 для 6 бар при сохранении SDR 11 не дает никакого экономического эффекта, кроме увеличения КЗП свыше 2,8, необходимого в отдельных случаях при прокладке в населенных пунктах. Переход на ПЭ 100 с изменением на SDR 13,6 для 6 бар возможен, но крайне редко применяется до диаметра Картина меняется в корне, если в России будет принят КЗП 2,0 для газовых труб из ПЭ 100 не только для 10-12 бар, но и для 6 бар. С учетом повышенной стойкости ПЭ100 к распространению трещин и европейской практики, в которой КЗП 2,0 для этих труб принят почти повсеместно, решение для газовых труб 6-12 бар выглядит очень логично. В этом случае ПЭ 100 имеет шанс полностью заменить ПЭ 80 при изготовлении газовых труб на 6 бар, поскольку, при уже принятой цене ПЭ 100 — 47,4 руб/кг эквивалентная цена ПЭ 80 составит не более 32 руб/кг!

Это можно назвать, в определенной степени, революцией в производстве и применении газовых труб из полиэтилена, так как весовая доля газовых труб на 6 бар составляет более 70%. В этом случае, уделом ПЭ 80 остаются газовые трубы на 3 бара и трубы для водоснабжения на 6 бар, в основном, до диаметра

Выводом из вышеприведенного обзора можно считать назревшую необходимость изменения некоторых нормативов при строительстве газопроводов (в первую очередь – введение КЗП 2,0 для газопроводов на 6-12 бар), а также организация производства отечественного ПЭ 100. Это позволит снизить стоимость полиэтиленовых трубопроводов, как ни странно, при одновременном улучшении их качества и вывести производство и применение труб в России на новую ступень развития.