Wybór materiału do armatur z tworzyw sztucznych: PVC-U, PVC-C, PP i PVDF w porównaniu

Właściwy wybór materiału do armatur z tworzyw sztucznych decyduje o bezpieczeństwie eksploatacji, żywotności i opłacalności instalacji procesowej. Wybór niewłaściwej klasy materiału dla armatur PVC-U, PVC-C, PP i PVDF naraża na uszkodzenie materiału wskutek ataku chemicznego, mięknięcia w podwyższonej temperaturze lub pęknięcia kruchego. Odwrotnie, niepotrzebnie wysoka klasa materiału prowadzi do zbędnych kosztów. Ten poradnik porównuje cztery najważniejsze tworzywa termoplastyczne dla armatur przemysłowych i procesowych, wyjaśnia ich właściwości chemiczne i mechaniczne, dostarcza praktyczną tabelę porównawczą i pokazuje, jak systematycznie dobrać odpowiedni materiał na podstawie medium, temperatury i ciśnienia.

Dlaczego materiał ma decydujące znaczenie w armaturach z tworzyw sztucznych

Armatury termoplastyczne wyparły materiały metalowe w wielu obszarach techniki wodnej, ściekowej i chemicznej. Powodem jest ich doskonała odporność na korozję: w przeciwieństwie do stali czy żeliwa tworzywa sztuczne nie rdzewieją i wytrzymują agresywne kwasy, zasady i roztwory soli bez ochrony katodowej czy powłok. Dochodzą do tego niska waga, gładkie powierzchnie o niskim oporze przepływu i niskiej skłonności do osadzania się zanieczyszczeń oraz proste, trwałe techniki łączenia, takie jak klejenie czy zgrzewanie.

Druga strona medalu: tworzywa sztuczne są bardziej wrażliwe na temperaturę i ciśnienie niż metale. Dopuszczalne ciśnienie robocze wyraźnie spada wraz ze wzrostem temperatury, a każdy materiał ma określoną odporność chemiczną, która zależy jednocześnie od medium, stężenia i temperatury. Dlatego nie wystarczy ogólnikowo wybrać „tworzywo sztuczne” – konkretna klasa materiału musi być dopasowana do zastosowania. Cztery najczęściej stosowane materiały do armatur procesowych to PVC-U, PVC-C, PP i PVDF.

Armatury PVC-U, PVC-C, PP i PVDF w porównaniu materiałowym

Cztery tworzywa termoplastyczne różnią się przede wszystkim odpornością na temperaturę i profilem odporności chemicznej. W przybliżeniu: od PVC-U przez PVC-C i PP aż do PVDF rośnie zakres temperatur stosowania i odporność chemiczna – a wraz z nimi zwykle również cena. Poniższe rozdziały podsumowują właściwości poszczególnych armatur PVC-U, PVC-C, PP i PVDF.

PVC-U – polichlorek winylu, bez plastyfikatorów

PVC-U (unplasticised polyvinyl chloride, twardy PVC bez plastyfikatorów) to klasyk wśród armatur z tworzyw sztucznych i najbardziej ekonomiczny materiał. Oferuje dobrą odporność na wiele kwasów, zasad, roztworów soli i mediów utleniających i jest materiałem standardowym dla techniki wody pitnej, użytkowej i ściekowej, techniki basenowej oraz prostych zastosowań chemicznych. PVC-U jest wysoko wytrzymały i sztywny, łatwo łączy się przez klejenie na zimno i dobrze poddaje się obróbce skrawaniem.

Ograniczenia: PVC-U jest ograniczone do zakresu temperatur od ok. 0 °C do ok. 60 °C i staje się coraz bardziej kruche w niskich temperaturach. Nie jest odporne na wiele rozpuszczalników organicznych, węglowodory aromatyczne i chlorowane.

PVC-C – chlorowany polichlorek winylu

PVC-C (chlorowany PVC) to dochlorowana odmiana PVC o wyraźnie wyższej odporności na temperaturę. Wytrzymuje temperatury ciągłe do ok. 80 °C, a krótkotrwale nawet powyżej, zachowując przy tym podobnie dobrą odporność chemiczną jak PVC-U, częściowo nawet rozszerzoną na gorące kwasy i zasady. PVC-C jest więc idealnym materiałem do zastosowań z gorącą wodą i ciepłymi mediami, w których PVC-U już by zmiękło, a także dla przemysłu chemicznego i galwanicznego.

PVC-C, podobnie jak PVC-U, można kleić na zimno i zachowuje swoją wytrzymałość mechaniczną w podwyższonej temperaturze lepiej niż wiele innych tworzyw termoplastycznych. W porównaniu z PVC-U jest droższe, ale wyraźnie tańsze niż tworzywa fluorowane.

PP – polipropylen

PP (polipropylen) to poliolefina o bardzo dobrej odporności na zasady, roztwory soli i wiele mediów organicznych oraz rozpuszczalników, wobec których PVC zawodzi. Zakres temperatur stosowania jest wyższy niż w przypadku PVC-U, zwykle do ok. 80–95 °C w zależności od typu i ciśnienia. PP jest odporne na uderzenia także w niższych temperaturach i fizjologicznie obojętne, dlatego jest szeroko stosowane w uzdatnianiu wody i przemyśle spożywczym.

PP nie jest klejone, lecz łączone przez zgrzewanie doczołowe lub elementem grzejnym. Dostępne jest m.in. jako PP-H (homopolimer, sztywniejszy, wyższa temperatura) oraz PP-R/PP-B (kopolimer, bardziej udarny, także w niskich temperaturach). PP ma jedynie ograniczoną odporność na silnie utleniające kwasy i halogeny i nie jest stabilne na UV, o ile nie zostało odpowiednio zmodyfikowane.

PVDF – polifluorek winylidenu

PVDF (polifluorek winylidenu) to częściowo krystaliczne tworzywo fluorowe i materiał wysokiej wydajności spośród czterech omawianych. Oferuje niemal uniwersalną odporność chemiczną – także na wysoko stężone i gorące kwasy, halogeny, chlor i wiele agresywnych rozpuszczalników – i obejmuje najwyższy zakres temperatur, zwykle do ok. 120–140 °C w zależności od ciśnienia. PVDF jest ponadto bardzo czyste, odporne na starzenie i UV oraz predysponowane do zastosowań z mediami wysokiej czystości, w półprzewodnikach i przemyśle chemicznym.

PVDF również jest zgrzewane (elementem grzejnym lub metodą IR). Jest najdroższym z czterech materiałów i powinno być stosowane celowo tam, gdzie PP lub PVC-C osiągają swoje granice chemiczne lub termiczne. Dla bardzo agresywnych mediów w technice procesowej PVDF jest często jedynym sensownym rozwiązaniem termoplastycznym.

Tabela porównawcza: PVC-U, PVC-C, PP i PVDF w przeglądzie

Poniższa tabela zestawia cztery materiały według najważniejszych kryteriów doboru. Podane temperatury są wartościami orientacyjnymi dla zakresu bezciśnieniowego do niskociśnieniowego; dopuszczalna temperatura ciągła spada wraz ze wzrostem ciśnienia roboczego. Zawsze decydujący jest specyficzny dla materiału i produktu wykres ciśnienie-temperatura producenta.