Пластиковые емкости – собирательный термин, включающий емкости и резервуары от тубов и пр. тарной продукции из полиэтилена низкого/высокого давления, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, стеклопластика, в целом регламентируемой ГОСТ Р 51760-2001 «Тара потребительская полимерная» (отчасти ГОСТ 28116-95 «Емкости функциональные для предприятий общественного питания»), до сооружений вместительностью 100 м³, используемых для хранения (аккумулирования, перераспределения) жидких (или сыпучих) веществ разного химического состава и свойств. Как емкости для воды пластиковые, так и пластиковые емкости для хранения (аккумулирования, перераспределения) агрессивных сред изготавливаются однослойными, многослойными, в том числе с гофрированной оболочкой и композитными с применением полимеров, а также других синтетических и неорганических материалов (как правило, стеклопластиков) для формирования защитных оболочек и общего улучшения эксплуатационных свойств. Емкости из пластика могут быть горизонтальными и вертикальными, наземными и подземными, простой конструкции и модульными, а заявленные на емкости пластиковые цены в целом определяются конструктивными особенностями, комплексом эксплуатационных свойств, целевым назначением и материалом/материалами, используемым для изготовления полимерных или композитных емкостей.
Все пластиковые емкости, в том числе ёмкости для воды из пластика, резервуары и емкости для топлива пластиковые, а также пластиковые емкости под канализацию изготавливаются из синтетических пластмасс на базе углеродно-водородных составов (по ГОСТ 24888-81 «Пластмассы, полимеры и синтетические смолы» (с изм. 19.04.2010)), для получения которых используется полимеризация, поликонденсация или аддиционная поликонденсация.
Полимеризация (Polymerisation) – синтез полимеров присоединением молекул низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру, поликонденсация (Polycondensation) синтез полимеров взаимодействием би/или полифункциональных мономеров и/или олигомеров с выделением низкомолекулярных веществ продукта, аддиционная поликонденсация (Polyaddition) – полиприсоединение, миграционная полимеризация без выделения низкомолекулярных веществ). В актуализированной версии ГОСТ 24888-81 пластические массы – композиция полимера (или олигомера) с различными ингредиентами, находящаяся во время эксплуатации (в изделии) в стеклообразном или кристаллическом состоянии, причем использование термина «пластик» для обозначения пластических масс недопустимо, что делает терминологию «пластиковые» емкости условной, некорректной в правовом аспекте.
Синтетические пластмассы на базе углеродно-водородных составов делят на три больших группы - термопласты (Thermoplastics, или термопластические смолы), реактопласты (Thermosets, или термореактивные смолы) и эластомеры (Elastomers, или синтетические каучуки). Сегодня можно купить емкости пластиковые, изготовленные из термопластичных, термореактивных смол и эластомеров, однако наиболее часто для емкостей, резервуаров и сооружений в качестве основного материала используются термопласты, выделяющиеся из пластических масс оптимальным комплексом эксплуатационных свойств, универсальностью применения и сравнительной доступностью заявленной на ёмкости пластиковые цены.
СПРАВКА
Термопласты делят на две подгруппы - аморфные термопласты с беспорядочным расположением ветвей макромолекул и кристаллические термопласты с ориентированным по направлениям расположением ветвей макромолекул. Вместе с тем, по факту у всех термопластов смешанная структура – кристаллические термопласты в действительности полукристаллические (степень кристалличности более 40-50%), но в них преобладают структурно ориентированные цепочки макромолекул, а аморфные термопласты - аморфно-кристаллические (степень кристалличности менее 25%), в которых цепочки макромолекул преимущественно беспорядочны по расположению. К полукристаллическим термопластам относятся полиэфины (в том числе полиэтилен, полипропилен, полибутилен), фторопласты, полиформальдегид, алифатические полиамиды, к аморфно-кристаллическим – поливинилхлорид разного типа, поликарбонаты, полиэтилентерефталат, двухфазные термопласты на базе смесей полимеров и привитых сополимеров (ударопрочный полистирол и АБС-пластики (ABS – акрилонитрилбутадиенстирол)).
(слева направо) Полиэтилен, полипропилен и поливинилхлорид.
В сравнении с аморфно-кристаллическими термопластами полукристаллические термопласты имеют меньшие прочностные характеристики, твердость, температуру плавления, модуль Юнга, но, вместе с тем, более высокие ударную вязкость, теплостойкость (у полукристаллических термопластов 110-360, аморфно-кристаллических термопластов 90-220 градусов Цельсия) и относительное удлинение при температурном расширении, что определяет лучшую технологичность при изготовлении и пластичность при эксплуатации.
Основные эксплуатационные свойства некоторых полукристаллических и аморфно-кристаллических термопластов.
| Показатель | Полиэтилен (РЕ) | ПВХ (PVC) | ХПВХ (CPVC) | Полипропилен (РР) | Поливинилиденфторид (PVDF) |
|---|---|---|---|---|---|
| Плотность, г/см³ | 0,93-0,95 | 1,4 | 1,5-1,6 | 0,93 | 1,78 |
| ТКЛР, мм/(м·К) | 0,12-0,14 | 0,06 | 0,062 | 0,12 | 0,12 |
| Удлинение при разрыве, % | 200-500 | 5-10 | 3-8 | 800 | 110 |
| Модуль упругости, МПа | 550-800 | до 4000 | до 3000 | 900 | 2100 |
| Теплопроводность, Вт/(м·К) | 0,40-0,41 | 0,13-0,15 | 0,16 | 0,15-0,2 | 0,19 |
| Рабочая температура, С/рабочее давление, МПа | 95/0,85 | 75/0,85 | 93/0,47 | 75/0,6 | 145/0,8 |
Тип кристаллической решетки термопластов определяет способ соединения материалов между собой - полукристаллические термопласты хорошо сплавляются (свариваются - физико-химическое сплавление), а аморфные термопластические смолы почти идеально склеиваются химически, но их сплавление проблематично. Учитывая значительные расходы дорогих растворителей и специальных клеевых составов для склейки материалов из аморфно-кристаллических смол, а также техническую сложность обеспечения качественного клеевого соединения, пластиковые емкости большой вместимости (резервуары, сооружения, в том числе ёмкости для воды из пластика, масштабные емкости для топлива пластиковые, канализационные колодцы - пластиковые емкости под канализацию и пластиковые емкости насосных станций) в основном предпочитают изготавливать из полукристаллических термопластичных смол группы полиэфинов - полиэтилена, полипропилена, полибутилена, гарантирующих прочные, надежные и долговечные соединения при сваривании (физико-химическом сплавлении
Вместе с тем, двухслойные ламинаты - композитные емкости, пластик (пластическая масса) в которых является основным материалом, а защитный слой формируется стеклопластиком GRP (Glass Reinforced Plastic) на базе стекловолокна и винилэфирных, изофталевых полиэфирных смол, лучше изготавливать из аморфных термопластов, ориентированных на химическое склеивание.
Физические и теплофизические свойства стеклопластиков GRP (Glass Reinforced Plastic) на базе стекловолокна и винилэфирных и изофталевых полиэфирных смол.
| Наименование показателя | Значение | Методы испытания |
|---|---|---|
| Предел прочности при растяжении (вдоль направления армирования), МПа, не менее | 320 | ASTM D638 - 10 |
| Предел прочности при растяжении (поперек направления армирования), МПа, не менее | 50 | ASTM D638 - 10 |
| Модуль упругости при растяжении (вдоль направления армирования), ГПа, не менее | 23 | ASTM D638 - 10 |
| Модуль упругости при растяжении (поперек направления армирования), ГПа, не менее | 8,5 | ASTM D638 - 10 |
| Предел прочности при сжатии (вдоль направления армирования), МПа, не менее | 270 | ASTM D695 - 10 |
| Предел прочности при сжатии (поперек направления армирования), МПа, не менее | 150 | ASTM D695 - 10 |
| Коэффициент Пуассона (вдоль направления армирования) | 0,23 | ASTM D638 - 10 |
| Предел прочности при изгибе (вдоль направления армирования), МПа, не менее | 300 | ASTM D790 - 10 |
| Предел прочности при изгибе (поперек направления армирования), МПа, не менее | 75 | |
| Модуль упругости при изгибе (вдоль направления армирования), ГПа, не менее | 12 | |
| Модуль упругости при изгибе (поперек направления армирования), ГПа, не менее | 5,5 | |
| Плотность (г/см³) | 1,8-2,0 | -- |
| Коэффициент линейного расширения ·10°С | 5-14 | ГОСТ 15173-70 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/м² | 0,25-0,4 | ГОСТ 23630.2-79 |
| Диэлектрическая проницаемость при частоте 106 Гц, не более | 4,5 | ГОСТ 22372-77 |
| Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см, не менее | 1013 | IEC 60093 |
| Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее | 1011 | IEC 60093 |
| Дугостойкость, сек., не менее | 120 | ASTM D495-61 |
| Теплостойкость HDT-A, К(С°), не менее | 473 (200) | ISO 75 |
| Водопоглощение при температуре 23±2 °С за 24±1 часа, % не более | 0,6 | ГОСТ 4650-80 |
При армировании стекловолокном (GRP) в качестве связующего используются, как полиэфирные смолы, так и эпоксидные смолы, которые могут формировать прочные монолитные соединения с полукристаллическими термопластами. Если же двухслойные ламинаты создаются из полукристаллических термопластичных смол, стекловолокна и полиэфирных смол, то покрываемая армирующим слоем поверхность базовой емкости из полукристаллического термопласта превентивно формируется с впрессованной тканью или подложкой из стекловолокна.
Пластиковые емкости, в том числе двухслойные ламинаты - композитные емкости, пластик (пластическая масса) в которых является основным материалом, а защитный слой формируется стеклопластиком GRP, испытывают физические и химические воздействия с внутренней стороны от размещаемой в емкости/резервуаре среды, а также внешней стороны – при контакте с окружающей средой. И в однородных по материалу ёмкостях из пластика и в двухслойных ламинатах с размещаемой в емкости средой контактирует основной материал – полукристаллический или аморфно-кристаллический термопласт, химическая стойкость которого в целом определяет целевое назначение пластиковой емкости.
Химическая стойкость пластиковых емкостей и клеевых соединений из непластифицированного и хлорированного поливинилхлорида (аморфно-кристаллических термопластичных смол).
| Химическое вещество | Химическая инертность при 20 градусах Цельсия | |
|---|---|---|
| Пластиковые емкости и клеевые соединения PVC-U (НПВХ) | Пластиковые емкости и клеевые соединения PVC-C (ХПВХ) | |
| HNO3<25 % | + | + |
| 25 %<HNO3<65 % | 0 | + |
| Водный раствор H2CrO4 | 0 | 0 |
| H2SO4<70% | + | + |
| 70 %<H2SO4<96 % | + | + |
| HCl<38 % | + | + |
| HF<40 % | + | - |
| 40 %<HF<75 % | - | - |
| HCOOH<25 % | + | + |
| 25 %<HCOOH<технол. чистый | + | - |
| CH3COOH<50 % | + | + |
| 50 %<CH3COOH<технол. чистый | 0 | - |
| C3H4OH(COOH) 3 | + | + |
| Неорганические: NaOH, KOH и т.д. | + | 0 |
| Органические: амин, имидазол | 0 | - |
| NaCl, FeCl2, FeCl3, CaCl2 | + | + |
| Галогены (хлор, бром, йод) | 0 | 0 |
| Алифатические углеводороды | + | 0 |
| Ароматические углеводороды | - | - |
| Хлорируемые углеводороды | - | - |
| Кетоны | - | - |
| Alcohols | 0 | - |
| Сложные эфиры | - | - |
| Альдегиды | - | - |
| Фенол, Крезол и др. | - | - |
| NaOCl, озон и др. | 0 | 0 |
«+» - стойкий, «0» – условно стойкий, «-» - нестойкий.
Предельные концентрации химических веществ в средах, размещаемых в пластиковых емкостях из
полукристаллических термопластов группы полиэфинов (полиэтилен, полипропилен, полибутилен).
| Химическое вещество | Формула | Предельная концентрация |
|---|---|---|
| Вода (для пищевого применения) | H2O | -- |
| Аммиак, газ | NH3 | 100% |
| Аммиак, водн. | NH3/H2O | -- |
| Мышьяковая к-та, водн.раств. | H3AsO4 | 80% |
| Ацетон | CH3COCH3 | 100% |
| Бензин | C(n)H(n+2) | 100% |
| Бензол | C6H6 | -- |
| Кислота борная | H3BO4 | -- |
| Бром | Br2 | 100% |
| Бромистый водород | HBr | 50% |
| Бутанол | C4H9OH | 100% |
| Диэтилэтер | C2H2 (CH2O) 2 | 100% |
| Этанол | C2H5OH | 96% |
| Уксусная кислота | CH3COOH | 10% |
| Уксусная кислота | CH3COOH | 40% |
| Уксусная кислота | CH3COOH | 60% |
| Уксусная кислота | CH3COOH | 100% |
| Ацетилхлорид/хлорангидрид уксусной кислоты | CH3COCl | 10% |
| Ацетилхлорид/хлорангидрид уксусной кислоты | CH3COCl | 100% |
| Дихлоруксусная к-та | CHCl2COOH | 100% |
| Хлористый этилен | CH2Cl·CH2Cl | 100% |
| Этилхлорид/хлористый этил | C2H5Cl | 100% |
| Фтор | F2 | 100% |
| Фтористый водород | HF | 10% |
| Фтористый водород, водн. | HF | 60% |
| Фосфорная кислота | H3PO4 | 85% |
| Четыреххлористый углерод | CCl4 | 100% |
| Гипохлорит кальция | Ca(ClO) 2 | -- |
| Хлор | Cl2 | 100% |
| Хлор, газ. | Cl2 | 5% |
| Хлорноватая кислота | HClO3 | 20% |
| Хромовый ангидрид, водн. | CrO3/H2O | 20 % |
| Хромовый ангидрид, водн. | CrO3/H2O | 50 % |
| Стандартный электролит хромирования | CrO3/H2SO4 | 50/15/35 % |
| Царская водка | HNO3/HCl | -- |
| Метанол | CH3OH | 100% |
| Метиленхлорид | CH2Cl2 | технический |
| Хлористый метил | CH3Cl | технический |
| Метилэтилкетон | CH3COC2H5 | технический |
| Минеральные масла | 100% | |
| Муравьиная кислота | HCOOH | 50 % |
| Муравьиная кислота | HCOOH | 100% |
| Гипохлорит натрия | NaOCl + Cl2 | -- |
| Гидроксид натрия | NaOH | 5% |
| Гидроксид натрия | NaOH | 60% |
| Гидроксид натрия | NaOH | 100% |
| Хлорат натрия | NaClO3 | чистый |
| Хлорит натрия | NaClO2 | 50 % |
| Озон | O3 | 100% |
| Перхлорат | HClO4 | 20% |
| Перхлорат | HClO4 | 70% |
| Пропан | C3H8 | 100% |
| Пропан, газ | C3H8 | 100% |
| Диоксид серы | SO2 | 100% |
| Диоксид серы, газ | SO2 | -- |
| Ангидрид серы | SO3 | -- |
| Серная кислота, водн. | H2SO4 | 75% |
| Серная кислота, водн. | H2SO4 | 90% |
| Серная кислота, водн. | H2SO4 | 93% |
| Серная кислота, водн. | H2SO4 | 96% |
| Серная кислота, водн. | H2SO4 | 98% |
| Триоксид серы | SO3 | -- |
| Сероуглерод | CS2 | 100% |
| Сероводород | H2S | 100% |
| Соляная кислота, водн. | HCl | 30% |
| Соляная кислота, водн. | HCl | 36% |
| Соляная кислота, водн. | HCl | 38% |
| Толуол | C6H5·CH3 | 100% |
| Трихлорэтан | Cl3C·CH3 | технический |
| Оксиды азота | NOх | -- |
| Азотная кислота | HNO3 | 30 % |
| Азотная кислота | HNO3 | 50% |
| Азотная кислота | HNO3 | 85% |
| Пергидроль | H2O2 | 30% |
| Перекись водорода | H2O2 | 90% |
На химическую стойкость внешней оболочки пластиковых емкостей, в том числе емкостей для воды пластиковых, определяющее влияние оказывает среда эксплуатации, более агрессивная в прибрежных морских районах и в почве.
По степени агрессивности почвы делят на не агрессивные (от 0 и выше), слабоагрессивные (от -4 до 0), едкие (от -10 до -5) и оказывающие сильное агрессивное воздействие (менее -10).
Агрессивность почв разного состава.
| Состав почвы | Известковые, опоки, песчаный мергель, не расслаиваются песок. | +2 |
| Суглинки, супеси, песчаный суглинок, мергелистые глинистые грунты (содержание ила 75% или менее) | 0 | |
| Мергелистые глины, гумус | -2 | |
| Торф, толстые суглинки, болотные почвы | -4 | |
| Грунтовая вода | нет | 0 |
| присутствует | -1 | |
| меняется | -2 | |
| Удельное сопротивление | 10000 ohm.cm или более | 0 |
| 10000 - 5000 | -1 | |
| 5000 - 2300 | -2 | |
| 2300 - 1000 | -3 | |
| 1000 или менее | -4 | |
| Содержание влаги | 20% или меньше | 0 |
| 20% или более | -1 | |
| рН | 6 или более | 0 |
| 6 или меньше | -2 | |
| Сульфиды и сероводород | нет | 0 |
| следы | -2 | |
| присутствует | -4 | |
| Карбонаты | 5% или более | +2 |
| 5-1% | +1 | |
| 1% или меньше | 0 | |
| Хлориды | 100 мг / кг или менее | 0 |
| 100 мг / кг или более | +1 | |
| Сульфаты | 200 мг / кг или менее | 0 |
| 200 - 500 мг / кг | -1 | |
| 500 - 1000 мг / кг | -2 | |
| 1000 мг / кг или более | -3 | |
| Шлак и кокс | нет | 0 |
| присутствует | -4 | |
|
От 0 до - 4 - Слабоагрессивные От -5 до -10 - Едкие -10 или меньше - сильное агрессивное воздействие |
||
Пластиковые емкости из полимеров полностью инертны к слабоагрессивным средам, для едких и сильных агрессивных сред следует использовать емкости из пластика, армированные стекловолокном - двухслойные ламинаты.
Базовые зарубежные стандарты, регулирующие проектирование, производство, методы испытаний и эксплуатацию сооружений, резервуаров и емкостей из пластика, в том числе армированного стекловолокном.
| Стандарт | Оригинальное название | Название на русском языке |
|---|---|---|
| EN 12573-1:2000 | Welded static non-pressurized thermoplastic tanks | Резервуары сварные стационарные термопластичные не под давлением |
| DVS 2205-1:2013-09 | Berechnung von Behaltern und Apparaten aus Thermoplasten | Расчет резервуаров и аппаратов из термопластов |
| ASTM D3299-10 | Standard Specification for Filament-Wound Glass-Fiber-Reinforced Thermoset Resin Corrosion-Resistant Tanks | Спецификация на баки, изготовленные из термореактивных смол, армированных стекловолокном, методом филаментной намотки, коррозионностойкие |
| ASTM D4097 - 01 (2010) | Standard Specification for Contact-Molded Glass-Fiber-Reinforced Thermoset Resin Corrosion-Resistant Tanks | Спецификация на баки, изготовленные из термореактивных смол, армированных стекловолокном, методом контактного формования, коррозионностойкие |
| EN 13121-2008 + A1: 2010 | GRP tanks and vessels for use above ground | Баки и емкости из GRP для надземного использования |
| ISO 12917-2002 | Petroleum and liquid petroleum products -- Calibration of horizontal cylindrical tanks | Нефть и жидкие нефтепродукты - калибровка горизонтальных цилиндрических резервуаров |
| EN 12917 | Unterirdische Tanks aus textilglasverstarkten Kunststoffen (GFK) - Liegende, zylindrische Tanks fur die drucklose Lagerung von flussigen Kraftstoffen auf Erdolbasis - Konformitatsbewertung nach EN 976-1 und 976-3 | Подземные резервуары из пластика, армированного стекловолокном (GRP) - Горизонтальные цилиндрические баки для хранения жидкого базового топлива без давления – Оценка соответствия EN 976-1 и EN 976-3 |
| EN 13280:2001 | Specification for glass fibre reinforced cisterns of one-piece and sectional construction, for the storage, above ground, of cold water | Спецификация на армированные стекловолокном цистерны цельной или секционной конструкции для надземного хранения холодной воды |
| EN 976-1997 | Underground tanks of glass-reinforced plastics (GRP). Horizontal cylindrical tanks for the non -pressure storage of liquid petroleum based fuels. | Подземные резервуары из пластика, армированного стекловолокном (GRP) – Горизонтальные цилиндрические баки для хранения под давлением жидкого базового топлива |
| EN 977-1998 | Underground tanks of glass-reinforced plastics (GRP). Method for one side exposure to fluids | Подземные резервуары из пластика, армированного стекловолокном (GRP) – метод для одностороннего воздействия жидкостей |
| EN 978 | Underground tanks of glass-reinforced plastics (GRP). Determination of factor α and factor β | Подземные резервуары из пластика, армированного стекловолокном (GRP). Определение фактора α и коэффициента β |
Правовой вакуум в производстве пластиковых емкостей и резервуаров – сооружений обусловлен тем, что:
Т.е. по факту емкости для воды пластиковые, пластиковые емкости для других жидких сред и пластиковые емкости под канализацию могут производиться в соответствии отечественными и зарубежными стандартами, но не сертифицироваться на соответствие им в российских органах сертификации, поскольку эти стандарты и своды правил на текущий момент являются ссылочными и не формализованными в «перечне стандартов и сводов правил», утвержденным для обеспечения требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
Поэтому для защиты от внутренних/внешних нагрузок, а также воздействия агрессивных сред пластиковые емкости из синтетических пластмасс делают многослойными гофрированными, с ребрами жесткости или армируют, используя в качестве связующего полиэфирные или эпоксидные смолы в зависимости от структуры и свойств основного материала (полукристаллические, аморфно-кристаллические термопласты, термореактивные смолы, эластомеры). В превалирующем большинстве случаев используется армирование стекловолокном (GRP), при котором формируются двухслойные ламинаты с высокоустойчивым к нагрузкам и агрессивным средам защитным слоем стеклопластика (см. видео армирования пластиковых емкостей на объекте заказчика здесь), иногда – армирование арамидными, углеродными или полиэфирными волокнами (FRP).
Преимущества пластиковых емкостей, армированных стекловолокном:
К недостаткам армированных емкостей из пластика следует отнести меньшую стойкость стеклопластика к абразивному износу, чем у полимеров, а также большую цену из-за высокой стоимости стекловолокна и связующих смол.