CH637322A5 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung waermeisolierter leitungsrohre. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung wärmeisolierter Leitungsrohre durch Erzeugen einer vernetzten, aufgeschäumten Kunststoffschicht auf einem Metallrohr, aus einem in Pulver- oder Granulatform vorliegenden thermoplastischen Kunststoff sowie einem Treibmittel und einem Vernetzungsmittel, wobei der Kunststoff in einem Mischer oder Extruder fortlaufend erwärmt und darauf in einem Spritzkopf mit rotierendem Dorn durch die Rotation des Domes auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Vernetzungs- und des Treibmittels erwärmt wird und dadurch zunächst vernetzt und darauf aufgeschäumt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 2 525 561 bekannt.
Versuche mit diesem Verfahren haben ergeben, dass es sehr schwierig ist, eine Mischung aus Weich- und Hartpolyäthylen mit 50 bzw. mehr als 50% Hartpolyäthylen in Gegenwart von Peroxiden auf einem handelsüblichen Extruder so aufzuschmelen, dass eine homogene Schmelze in den Spritzkopf eintritt. Messungen des Massedruckes vor Ein-lauf in den Spritzkopf zeigten erhebliche Schwankungen, die auf Pulsation infolge inhomogener Schmelze (teilweise unvollständig geschmolzene Granulatkörner) zurückzuführen sind.
Ursache hierfür ist, dass Hartpolyäthylen erst bei 130 °C aufschmilzt, Temperaturen oberhalb 130°C aber bereits zu einem Anspringen der Peroxide bei längeren Extruderbetrieb, d.h. vorzeitiger Vernetzung führen. Man hat also nur einen ausserordentlich geringen Temperaturspielraum zum
Aufschmelzen der Mischung ohne vorzeitiges Anvernetzen vor Einlauf in den Spritzkopf zur Verfügung. Während durch den niedrigeren Schmelzpunkt von Weichpolyäthylen (ca. 110 °C) ein wesentlich grösseres Temperaturintervall zur Verfügung steht, ist dieses offensichtlich für die Verarbeitung von Hartpolyäthylen zu gering. Aus diesem Grunde ist bisher auch keine technische Anwendung von nach dem Ex-trusionsverfahren hergestelltem peroxidisch vernetzten! Hartpolyäthylen bekannt geworden. Ein gewisser Anteil an Hartpolyäthylen in der Kunststoffmischung ist aber bei wärmeisolierten Leitungsrohren erforderlich, um eine genügende mechanische Standfestigkeit der hoch aufgeschäumten Isoliemng zu erhalten. Dies trifft insbesondere für mit einer Schaumstoffschicht isolierte weichgeglühte Kupferrohre zu, die zur leichteren Montage biegbar ausgebildet sein sollen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren dahingehend zu verbessern, dass mit diesem auch Kunststoffmischungen mit höheren Anteilen an Hartpolyäthylen ohne Schwierigkeiten in wirtschaftlicher Weise zu aufgeschäumten Isolierungen für Metallrohre verarbeitet werden können.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass gemäss der Erfindung das Vernetzungsmittel der Kunststoffschmelze in flüssiger Form erst im Bereich des Spritzkopfes zudosiert wird. Die Temperatur der Kunststoffschmelze kann nunmehr ohne Rücksichtnahme auf der Zersetzungstemperatur des Vernetzungsmittels so gewählt werden, dass die Mischung einwandfrei aufgeschmolzen wird und ohne Pulsation homogen in den Spritzkopf eingespeist werden kann. Die gleichmässige Verteilung des Vernetzungsmittels ist infolge Verwirbelung durch den rotierenden Dorn ausreichend. Sie kann gegebenenfalls durch geringfügige konstruktive Änderungen im Kopf noch verbessert werden.
Aufgrund des wesentlich grösseren zur Verfügung stehenden Temperaturintervalles kann die Kunststoffmasse mit einer Temperatur knapp unterhalb der Zersetzungstempera-tur des Aufschäummittels (ca. 170 °C) in den Spritzkopf ein-fliessen. Die durch Scherung hinzugefügte Energie muss die Massetemperatur nur noch um ca. 30-40°C anheben, um ein Anvemetzen und nachfolgendes Schäumen abgestuft hintereinander ablaufen zu lassen.
Um das unerwünschte Überlappen dieser beiden Vorgänge einzugrenzen bzw. sie zeitlich mehr auseinanderzuzie-hen, werden in Weiterbildung der Erfindung Peroxide mit einer niedrigen Zersetzungstemperatur wie 1,1-Ditertiärbutyl-peroxi-3,3,5-trimethylcyclohexan, Tertiärbutylperbenzoat, Dibenzoylperoxid verwendet. Bei diesen Vernetzungsmitteln ist die Zerfalls- und damit Vernetzungsgeschwindigkeit bereits bei 180 °C so gross, dass ein ausreichender Vernetzungsgrad vor dem Beginn des Schäumens gewährleistet ist. Der Schäumvorgang trifft also auf eine anvernetzte, d.h. sehr zähe Schmelze, was wichtigste Voraussetzung für einen hohen Aufschäumgrad und eine gleichmässige Porenstruktur ist. Die infolge der Abwesenheit des Peroxids mögliche höhere Massetemperatur während des Extradierens begünstigt auch die Verteilung des Aufschäummittels im Material. Aus diesem Grunde hat es sich in Weiterführung der Erfindung als zweckmässig erwiesen, als Treibmittel Azodicarbonamid zu verwenden und in Form von Batches unmittelbar am Extruder zuzugeben. Auf diese Weise würde sich die Aufbereitung der Mischung erheblich vereinfachen. Die Extruderschnecke kann gegebenenfalls auch Misch- und Scherele-mente zur besseren Verteilung der Batches besitzen, da auf die Scorch-Empfindlichkeit der Peroxide keine Rücksicht mehr genommen werden muss.
Es hat sich weiterhin als zweckmässig erwiesen, dem Kunststoff adhäsionsvermindernde Stoffe, zum Beispiel s
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Gleitmittel, zuzufügen. Diese sollen ein Ansetzen auf der Dornoberfläche vermindern bzw. vollkommen verhindern. Es hat sich bei dem bekannten Verfahren gezeigt, dass auf der Oberfläche des Scherdorns Masseverklebungen unterschiedlicher Dicke auftraten. Das hatte zur Folge, dass die 5 Scherintensität je nach der Dicke des verbleibenden Ringspaltes unterschiedlich war und damit auch die Erwärmung und die Anvernetzung der Masse.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur näher erläutert. 10
In die Einfüllöffnung 1 eines Extruders 2 wird eine Mischung aus Weich- und Hartpolyäthylen sowie Treibmittel und gegebenenfalls ein Alterungsschutzmittel eingebracht und mittels einer Schnecke 3 in dem Extruder innig vermischt und auf eine Temperatur von ca. 160 °C erwärmt. Die 15 Schnecke 3 des Extruders 2 transportiert die Kunststoffmischung in den Spritzkopf 4, in dem ein Scherdorn 5 drehbar gelagert ist. Die Kunststoffmischung wird von der Schnecke 3 in den Ringraum zwischen Dorn 5 und Extruderkopfgehäuse gepresst und tritt aus dem Mundstück 6 in Form eines 20 Schlauches 7 aus. Der Dorn 5 weist eine durchgehende axiale Bohrung 8 auf, durch die das zu isolierende Metallrohr 9 hindurchführbar ist, auf welches der Kunststoffschlauch 7 aufschrumpft. Die aus dem Extruder 2 austretende auf ca. 160 °C erwärmte Kunststoffmischung wird nun bis zu ih- 25 rem Austritt aus dem Mundstück 6 zunehmend erwärmt.
Diese Erwärmung wird durch schnelle Rotation des Domes 5 aufgebracht. Die Rotation des Domes 5 bewirkt eine Sche-
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rung des Kunststoffgemisches und gestattet eine exakte Temperaturführung durch Regelung der Drehzahl des Domes 5. Durch eine Öffnung 11 wird in den Raum zwischen dem Dorn 5 und dem Spritzkopfgehäuse 5 ein Vernetzungsmittel mit niedriger Reaktionstemperatur, beispielsweise Diben-zoylperoxid eingebracht. Die Öffnung 11 liegt an der gegenüberliegenden Seite der Austrittsöffnung für das Kunststoffgemisch aus dem Extruder 2. Durch die schnelle Rotation des Domes 5 wird das Vernetzungsmittel mit der Kunststoffmischung innig vermischt und beginnt bereits bei Temperaturen oberhalb 160 °C die Kunststoffmischung zu vernetzen. Im Bereich des Mundstückes 6 ist der Kunststoffschmelze bereits so viel Energie zugeführt worde, dass die Schmelze eine Temperatur von ca. 180-190 °C hat, so dass das Treibmittel, beispielsweise Azodicarbonamid, zerfällt und das Treibgas in der Kunststoffschmelze gelöst wird. Infolge des Druckabfalls beim Austritt der Schmelze aus dem Mundstück 6 expandiert die anvernetzte Schmelze und vernetzt beim Expandieren weiter. Nach dem Aushärten weist die Kunststoffschicht 10 ein Raumgewicht von weniger als 200 g/dm3 und eine Festigkeit von etwa 5 N/mm2 auf. Die mechanische Festigkeit bleibt aufgrund der Vernetzung auch bei höheren Temperaturen bis zu ca. 130 °C erhalten. Aufgrund des niedrigen Raumgewichtes wurde eine Wärmedurchgangszahl von 0,06 W/mK erreicht. Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Rohr liess sich ohne Schwierigkeiten biegen, d.h. zu einer Faltenbildung kam es auch bei kleinen Biegeradien nicht.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung wärmeisolierter Leitungsrohre durch Erzeugen einer vernetzten, aufgeschäumten Kunststoffschicht auf einem Metallrohr, aus einem in Pulver- oder Granulatform vorliegenden thermoplastischen Kunststoff sowie einem Treibmittel und einem Vernetzungsmittel, wobei der Kunststoff in einem Mischer oder Extruder fortlaufend erwärmt und darauf in einem Spritzkopf mit rotierendem Dorn durch die Rotation des Domes auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Vernetzungs- und des Treibmittels erwärmt wird und dadurch zunächst vernetzt und darauf aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel der Kunststoffschmelze in flüssiger Form erst im Bereich des Spritzkopfes zudosiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel an der dem Einspeisepunkt des Kunststoffes gegenüberliegenden Stelle eindosiert wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Vernetzungsmittel Peroxide mit einer niedrigen Zersetzungstemperatur, wie 1,1-Ditertiärbutylperoxi-3,3,5-trimethylcyclohexan, Tertiärbutylperbenzoat oder Di-benzoylperoxid verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel Azodicarbonamid verwendet und in Form eines mit ihm angereicherten Kunststoffes unmittelbar am Extruder zugegeben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff adhäsionsvermindernde Stoffe, zum Beispiel Gleitmittel, zugefügt werden.
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