Непрерывная разработка новых полимерных материалов, продолжавшаяся в последние несколько десятилетий, продемонстрировала, что чрезвычайно широкий круг «пластиков» может использоваться в качестве материалов для трубопроводов. Все эти полимерные материалы состоят из гигантских молекул с каркасом на основе атомов углерода и водорода, но часто содержат и атомы других элементов, которые, будучи встроенными в полимерную цепочку, способны придавать веществам исключительные свойства. Полимеры часто подразделяют на два класса - термопластичные (или термопласты) и термореактивные (или термореактопласты).
Термопластичные полимеры состоят из линейных молекул с сильными внутримолекулярными связями, но слабым межмолекулярным взаимодействием. Это обусловливает относительно низкую прочность материалов на их основе, но их низкая стоимость и способность к пластическим деформациям предоставляет очень широкие возможности для легкой переработки путем экструзии в формовые изделия, например трубы.Термореактивные полимеры обладают более разветвленной в пространстве трехмерной структурой, которая обусловлена либо более разветвленной структурой индивидуальных молекул, либо введением поперечных сшивок в линейную структуру последних. Оба пути модификации полимеров дают возможность увеличить их прочность, которая еще более возрастает при умеренной термообработке. Следовательно, термореактивные полимеры являются более подходящими для изготовления опорно-несущих элементов, чем термопластичные, однако обычно их гораздо труднее обрабатывать.
Большинство полимеров, используемых для изготовления труб, являются термопластами, но некоторые соединительные детали и клапаны могут изготавливаться из термореактопластов.
Одной из отличительных черт полимерных материалов является присущая им высокая устойчивость к коррозии (или «деструкции») - этим термином обычно пользуются при обсуждении устойчивости полимеров ко многим водным растворам слабых кислот, оснований и солей. Тем не менее, следует особо подчеркнуть, что опасно слишком полагаться на эту общую характеристику. Полимеры довольно часто подвергаются деструкции, хотя механизмы этих процессов отличны от механизмов, связанных с коррозией металлических материалов.
Некоторые процессы деструкции полимеров могут протекать чрезвычайно быстро, приводя к значительным разрушениям изделия. Такие механизмы могут включать: (а) непосредственное быстрое и сильное химическое воздействие на полимер, вызывающее деструкцию длинных цепей молекул и приводящее к разрыву последних на цепочки коротких сегментов, или (Ь) процессы воздействия растворителя, в котором молекулы полимера легко растворяются. Примером таких химически агрессивных веществ, которые могут стать причиной быстрого разрушения полимеров, являются кислоты с высокой окисляющей способностью. В исследовании, предпринятом автором, полное разрушение полимера, армированного стекловолокном, происходило менее чем за один час при погружении в дымящую азотную кислоту. Другим примером является эффект быстрого растворения поливинилхлорида под действием некоторых органических реагентов, например, ацетона или трихлорэтилена. Очевидно, что устойчивость к воздействию таких агрессивных веществ и растворителей сильно зависит от типа полимера; этот вопрос будет обсуждаться в этой главе ниже.
Другие процессы деструкции полимеров по своей природе являются длительными. Одним из таких процессов является «гидролиз», который заключается в разрушении полимерной цепочки под действием ионов (ОН)" из окружающей среды. Примером, хорошо иллюстрирующим это явление, является окисление ацетата целлюлозы мембран обратного осмоса при значениях рН, превышающих 7. Другой механизм деструкции - это «пластификация» и «растрескивание под действием внешних факторов». Первый из них вызывает постепенное размягчение материала, а последний подобен растрескиванию металлов под нагрузкой, хотя может также включать и процессы усталости. Похоже, что механизм растрескивания под нагрузкой заключается в разрушении межмолекулярных связей без размягчения материала. Представленный пример иллюстрирует воздействие NaOH на поливинилиденфторид (см. далее). Хорошо известно, что характеристики усталости металлических материалов в значительной степени зависят от окружающей среды, и то же самое можно сказать о полимерах. Таким образом, явно обнаруживается недостаток исходных данных для проектирования из термопластов трубопроводов, эксплуатируемых под нагрузкой.