CZ20011443A3

CZ20011443A3 - Duté rotační těleso, kompozitní trubka, a způsob výroby dutého rotačního tělesa a zařízení k jeho provádění

Info

Publication number: CZ20011443A3
Application number: CZ20011443A
Authority: CZ
Inventors: Jean-Paul Bebalme; Jaques Voiron; Alexandre Cividino
Original assignee: Saint-Gobain Vetrotex France S. A.
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2001-09-12
Also published as: PL347926A1; CN1324295A; DE69904742D1; WO2000024566A1; EP1123194A1; FR2784930A1; FR2784930B1; CN1118364C; TR200101133T2; MXPA01003269A; ES2189496T3; EP1123194B1; US6605171B1; CA2347147A1; ZA200102212B; NO20011971L; BR9914693B1; JP2002528295A; NO20011971D0; KR20010099708A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká dutého rotačního tělesa na bázi organické termoplastické hmoty, do níž jsou vsazeny při šroubovicovém ovíjení okolo jeho osy kontinuální skleněné nitě. I když vynález není omezen na takové použití, bude dále podrobněji popsán s odvoláním na výrobu trubek všech typů, zejména trubek pro dopravu tlakových tekutin. Další zajímavou oblastí použití je výroba nádrží, určených pro ukládání tlakových tekutin.

Dosavadní stav techniky

Plasty již byly v široké míře používány pro tento typ výroby, ale pro vzdorování značným tlakům, které se objevují, má stěna vyráběných trubek nutně velmi značnou tloušťku. Z této velmi značné tloušťky vyplývá značná hmotnost trubek.

Pro snížení hmotnosti takových trubek bylo již navrženo je zesilovat pomocí výztužných vláken, uložených na jejich povrchu. Takové řešení bylo zejména uvažováno v patentovém spisu GB-A-2 077 880, který popisuje kompozitní trubku, tvořenou vytlačovanou šablonou z PVC nebo polypropylenu, bezprostředně pokrývanou v axiálním směru kontinuálními skleněnými nitěmi impregnovanými termoplastickou pryskyřicí, na které se šroubovicovitě navíjejí kontinuální skleněné ni

-2tě, impregnované reaktoplastovou pryskyřicí, přičemž návin těchto nití se pokrývá povlakem vrstvy z termoplastické pryskyřice.

Kromě skutečnosti, že kontinuální výroba těchto trubek je velmi složitá a nákladná, je životnost těchto trubek velmi krátká. Různé výše uvedené materiály, které je tvoří, se vzájemně rychle delaminují, což rychle zmenšuje jejich odolnost proti roztržení.

Spis EP-A-0 697 553 proto navrhl jiný typ kompozitu, tvořený vytlačovanou šablonou z plastu, uvnitř které jsou rozptýlena krátká výztužná vlákna, rovnoběžně s její osou, a okolo které jsou šroubovicově ovíjena kontinuální výztužná vlákna.

Ukazuje se, že se krátká vlákna velmi rychle oddělují od vytlačované šablony, což vytváří začátky trhlin v uvnitř šablony, které se rychle šíří. Odolnost trubky proti roztržení se tak rychle snižuje. Pro zaručování minimální dlouhodobé odolnosti, zejména respektující platné normy, je pak opět potřebné kompenzovat rychlá šíření trhlin zvyšováním tloušťky vytlačované šablony, což opět vyvolává ne zcela zanedbatelné zvýšení hmotnosti.

I když je zaručena minimální dlouhodobá odolnost proti roztržení, objeví se krátká vlákna, jednou oddělená, na vnitřním povrchu šablony. Když je tekutina, určená pro dopravování trubkou, pitná voda, nejsou již splněna hygienická a potravinářská kritéria, kterým musí vyhovovat, nebot objevující se krátká vlákna tuto tekutinu znečišťují.

Vynález si proto klade za úkol odstranit výše uvedené nevýhody a zejména navrhnout trubku výše uvedeného typu, která by byla lehká a která by se vyznačovala dlouhodobou odolností proti roztržení.

Podstata vynálezu

Pro tento účel vynález navrhuje duté rotační těleso, určené zejména k tomu, aby obsahovalo tekutinu pod tlakem, přičemž stěna tělesa obsahuje ve své tloušice:

- první pásmo (a), jehož vnitřní obvod je určený k tomu, aby byl ve styku s tekutinou a jehož alespoň vnější obvod je tvořený jedinou organickou termoplastickou hmotou A, a

- druhé pásmo, tvořené termoplastickou hmotou, shodnou s hmotou A, a kontinuálními skleněnými nitěmi, vsazenými do uvedené organické termoplastické hmoty a šroubovicovitě ovinutými okolo podélné osy dutého rotačního tělesa, přičemž podstata řešení spočívá v tom, že druhé pásmo obsahuje ve své tlouštce první část, uloženou ve spojité návaznosti na první pásmo tělesa a tvořené termoplastickou hmotou A a skleněnými nitěmi, a druhou část, tvořící vnější obvod tělesa a tvořenou pouze termoplastickou hmotou A, přičemž stěna tělesa obsahuje objemový podíl mezer V_v nižší než 0,5%, s výhodou nižší než 0,2%.

Je vhodné poznamenat, že objemový podíl mezer (prázdných míst) může být podle vynálezu měřen známým způsobem pomocí mikrografické metody typu obrazové analýzy. Je vhodné tedy provést na tomto dutém tělese více lokálních měření a výsledky těchto měření statisticky vyhodnotit.

• · · · • ·

Je také možné vypočítat objemový podíl mezer (prázdných míst) globálním způsobem pomocí následujícího vzorce:

= (^th“^r)/^dth kde d.^ a d_r představují teoretickou a reálnou měrnou hmotnost rotačního tělesa. Teoretická měrná hmotnost se vypočítá z měrné hmotnosti skla a různých měrných hmotností organické termoplastické hmoty A, vážených jejich relativními procentními podíly. Reálná měrná hmotnost se vypočítá jako poměr změřeného reálného objemu rotačního tělesa ke skutečně zvážené hmotnosti tělesa.

Řešení plně reaguje na problém, jehož vyřešení si vynález kladl za úkol. Pro jeho dosažení museli autoři především analyzovat prvotní problémy, jimž musí odpovídat kompozitní trubka a prokázat mezery, jimiž se vyznačují kompozitní trubky podle stavu techniky, jak byly uvedeny v úvodu.

Podle této analýzy musí výztužná vlákna v principu znovu zaujímat celistvost při účinku obvodových a podélných napětí, vyplývajících z tlaku vyvíjeného tekutinou cirkulující uvnitř trubky a vnitřní pásmo u organické termoplastické hmoty musí zajišťovat těsnost a chemickou kompatibilitu se stejnou tekutinou. Pouhé tepelné smršťovací stažení kontinuálních výztužných vláken na šabloně vytvořené z organické termoplastické hmoty by tedy mělo zajišťovat tyto funkce.

Autoři však objevili, že pro zajišťování trvanlivosti kompozitní trubky v průběhu času bylo absolutně potřebné mít současně účinnou ochranu vláken a dobrou přilnavost mezi jednotlivými prvky, z nichž sestává.

-5··♦··· ·*· «· • · · · · ♦« · ♦ · ···«« · • · · « ·····»· · ······ ·· w··

Mohli tak vytvořit těleso, jak bylo nárokováno výše, s dostatečně těsným spojením mezi jednotlivými prvky, z nichž sestává, pro zaručení vyšších životností, než jak tomu bylo pro u řešení dle stavu techniky.

Vynález kromě toho dovoluje získat trubky, které se dají mnohem snadněji dopravovat a s nimiž se dá také snadněji manipulovat.

Podle dalšího znaku vynálezu může být urganická termoplastická hmota A polyolefin typu polyethylenu PE nebo polypropylenu PP nebo polyvinylchloridu. Tyto materiály mají výhodu v tom, že jsou mimo jiné chemicky inertní, a mohou odolávat velmi nízkým teplotám a vyznačují se nízkou cenou.

Měrná hmotnost d organické termoplastické hmoty A může být v tloušťce stěny proměnlivá a může zejména ležet v rozmezí od 0,915 do 0,960 g/cm³.

Podle výhodné varianty svírají kontinuální skleněné nitě, vsazené do organické termoplastické hmoty, s osou tělesa úhel od 50 do 55°. Toto uložení umožňuje ještě zvýšit axiální a obvodovou pevnost tělesa v tlaku, vyvíjeném tekutinou, uvnitř cirkulující nebo uvnitř uloženou, pro stejné použité množství kontinuálních skleněných vláken.

Podle další výhodné varianty svírají kontinuální skleněné nitě, vsazené do organické termoplastické hmoty, s podélnou osou tělesa úhel blízký 90°, přičemž další kontinuální skleněné nitě jsou vsazené do organické termoplastické hmoty, při uspořádání v podélném směru podél osy tělesa.

• · · ·

-6Volba jedné z těchto variant, jejich kombinace nebo jiné varianty, dávající přednost jinému úhlu navinutí kontinuálních skleněných vláken, jakož i odpovídajících množství skleněných nití ve směru, v němž jsou uloženy, se provede v závislosti na konkrétních napětích, spojených s každým použitím, jako je tlak, ovalizace, ohyb, tah atd.

S výhodou jsou kontinuální skleněné nitě rovnoměrně rozdělené v první části druhého pásma stěny dutého tělesa. Takové rozdělení nití v organické termoplastické hmotě velmi příznivě zvyšuje mechanické vlastnosti tělesa a zaručuje jejich dlouhodobost.

Vynález rovněž přináší kompozitní trubku, tvořenou výše popsaným rotačním tělesem, povlečenou vnější dokončovací a ochrannou vrstvou z organické termoplastické hmoty, s výhodou shodnou s hmotou A.

Dokončovací vrstva podle vynálezu dovoluje chránit trubku spolehlivým způsobem proti vnějšímu poškození, k němuž může dojít při skladování, dopravě, pracích na staveništi a jejím použití.

Těleso nebo trubka podle vynálezu se obzvláště hodí pro ukládání a/nebo dopravu tekutin pod tlakem.

Vynález dále navrhuje způsob výroby dutého rotačního tělesa, jehož stěna je na bázi organické termoplastické hmoty A, v níž jsou vsazeny, při šroubovicovém ovinutí okolo její osy, kontinuální skleněné nitě, přičemž způsob se vy• · • · · »

-7• · · · * · ·· · · · ♦ ♦ · · · • · · · « · « « « • · · · ······· · · ·«···· ··· • · · · · · · · · «· · · · značuje tím, že se, v linkové návaznosti za sebou,

a) šroubovicově ovíjí pásek v ohřátém stavu okolo trubky otáčející se okolo své osy, přičemž alespoň vnější líc stěny trubky je na bázi hmoty A, přičemž pásek je vytvořený na bázi hmoty A a kontinuálních skleněných nití,

b) část vnějšího obvodového povrchu trubky s povlakem pásku, ležící bezprostředně na výstupní straně od oblasti dotyku mezi páskem a trubkou, se zahřívá na teplotu vyšší než je teplota taveni hmoty A, a

c) na část vnějšího obvodového povrchu trubky s povlakem pásku se vyvíjí v oblasti ležící bezprostředně na výstupní straně od ohřívacího pásma pro ohřev kroku b) lokální tlak.

S výhodou se působí současně lokálním tlakem a provádí se chlazení.

Tento způsob dovoluje velmi dobré rozdělování skleněných nekonečných vláken v termoplastické hmotě použitím kompozitního pásku a ne kompozitní nitě, jaká je použita v patentové přihlášce EP 569 928.

Na rozdíl od způsobu podle vynálezu, při němž se provádí fáze ohřevu a fáze stlačování/chlazení na výstupní straně od ukládání pásku, je ze způsobu podle EP 579 928 patrná potřeba stlačování a současného zahřívání kompozitní nitě na trubce při ukládání nitě do styku s trubkou pro usnadňování slepování závitů nitě mezi sebou a pro vytlačování vzduchu z prostoru mezi jednotlivými filamenty nitě. Naproti tomu při způsobu podle vynálezu dochází k zahřívání na výstupní straně, což dovoluje tavit termoplastickou hmotu trub• · » ·

-8ky a termoplastickou hmotu pásku, jakmile je pásek uložen, a tlak vyvíjený rovněž na výstupní straně dovoluje odvádět vzduch z prostoru mezi vrstvami pásku, ale nevniká mezi skleněné filamenty, které jsou již těsně u sebe bez přítomnosti vzduchu v důsledku samotné povahy materiálu pokrývajícího trubku, kterým je pásek.

Způsob podle vynálezu se kromě toho obzvláště dobře hodí pro použití na termoplastické hmotě typu polyolefinu, neboť ačkoliv má tato hmota zvýšenou viskozitu, což ji činí obtížnou po použití hlavně ve spojení s vlákny, jak je uváděno v patentové přihlášce EP 569 928. Způsobu se dokonale daří vzájemně tavit termoplastickou hmotu trubky s kompozitní hmotou pásku, který ji pokrývá. Je třeba tím spíše zdůraznit v této souvislosti, že plasty polyolefinového typu jsou výhodné vzhledem k nízké ceně a k jejich kompatibilitě z hlediska použití v potravinářství.

S výhodou se pásek do kroku a) dostává v zahřátém stavu po té, co byl alespoň v oblasti ležící v blízkosti trubky podroben alespoň na povrchu ohřevu na teplotu povrchu vyšší, než je teplota měknutí hmoty A a nižší než je teplota degradace.

S výhodou se před krokem a), rovněž v linkové návaznosti za sebou, unášejí a sdružují kontinuální směsné nitě, vytvořené ze skleněných nekonečných vláken a nekonečných vláken z hmoty A, důkladně vzájemně promísených, do nejméně jednoho plošného seskupení rovnoběžných nití, • · · ·

-9toto plošného seskupení nití se zavádí do pásma, kde je zahříváno na teplotu v rozmezí mezi teplotou tavení a teplotou degradace hmoty A, zahřáté plošné seskupení nití se nechá procházet impregnačním zařízením tak, že se získá zhuštěný pásek, který se tvaruje do tvaru více zploštěného než je tvar pásku podle kroku

a), a zploštěný pásek se zavádí do oblasti, kde je zahříván na teplotu ležící mezi teplotou tavení a teplotou degradace hmoty A, čímž se získá zahřátý pásek podle kroku a).

Podle této výhodné varianty způsobu je možné použít náviny směsných nití, získané přímým způsobem jako ve způsobu popsaném v patentových spisech EP 0 367 661, WO 98/ 01751 nebo EP 0 599 695, které mají výhodu v tom, že se vyznačují výborným indexem smísení, zejména vzhledem ke stabilitě způsobu. V rámci vynálezu je třeba rozumět pod pojmem výborný index smísení index společného tavení, mající střední hodnotu nižší než 12. Je vhodné poznamenat, že pro vypočítání střední hodnoty indexu smíšení se postupuje následovně:

- provede se určitý počet příčných řezů na určité délce dané směsné nitě,

- na každý z těchto řezů se položí mřížka,

- pro každou mřížkovou buňku se změří povrchové rozložení skleněných vláken a vláken z organické termoplastické hmoty pomocí mikrografické metody typu analýzy obrazu,

- pro každý řez se vypočítá směrodatná odchylka povrchových rozložení každé mřížkové buňky, která je indexem smísení uvažovaného řezu, a

- vypočítá se střední hodnota indexu smísení pro všechny ře• · * · zy.

Tento výborný index smísení vede k výbornému rozdělení skleněných nití v termoplastické hmotě rovnoběžně s osou tělesa, s výhodami, které z toho plynou, jaké byly uvedeny výše.

Vynález rovněž navrhuje zařízení pro provádění výše uvedeného způsobu, které se vyznačuje tím, že obsahuje prostředky pro zahřívání alespoň povrchu pásku, vytvořeného z kontinuálních skleněných nití, vsazených do uvedené organické termoplastické hmoty A, v oblasti uložené v blízkosti trubky, jejíž stěna je na bázi stejné hmoty A, otáčející se okolo své osy, prostředky pro šroubovicové ovíjení zahřátého pásku okolo otáčející se trubky, prostředky pro zahřívání části vnějšího obvodového povrchu trubky s povlakem pásku, v oblasti bezprostředně následující na výstupní straně od oblasti dotyku mezi páskem a trubkou, na teplotu vyšší než je teplota tavení hmoty A, a prostředky pro vyvíjení lokálního tlaku na část vnějšího obvodového povrchu trubky s povlakem pásku, ležící bezprostředně na výstupní straně od ohřívacího pásma.

Podle výhodného provedení vynálezu obsahují prostředky pro povrchové ohřívání pásku nejméně jednu pec s infračerveným ohřevem, s výhodou pracující s pásy nebo lampami, výkonově regulovanými v závislosti na teplotě pásku, povrchově ohřátého.

S výhodou ovíjecí prostředky obsahují ukládací hlavu

-11která usnadňuje ukládání pásku, zahřátého podle vynálezu. Ukládací hlava je pohyblivá a je ovládána do otáčení a obsahuje s výhodou tři galety ve tvaru hyperboloidu, vzájemně spolu rovnoběžné, přičemž jejich podélná osa je v podstatě kolmá k ose otáčení hlavy. Takové uspořádání pro ukládací hlavu značně zlepšuje přesnost a reprodukovatelnost ukládání pásku na trubku.

Podle přídavného znaku vynálezu obsahují prostředky pro ohřev trubky s povlakem pásku trysku pro foukání horkého vzduchu, mající podlouhlý průřez.

Podle dalšího znaku řešení obsahují prostředky pro vyvíjení lokalizovaného tlaku nejméně jeden otočný váleček, přitlačovaný pracovním válcem.

Když se soubor kroků podle vynálezu provádí kontinuálně z návinů kontinuálních směsných nití, získaných zejména přímým postupem, může zařízení dále obsahovat prostředky pro unášení a sdružování kontinuálních směsných nití, sestávajících ze skleněných nekonečných vláken a nekonečných vláken z hmoty A, důkladně vzájemně promísených, ve formě nejméně jednoho plošného seskupení rovnoběžných nití, prostředky pro ohřev uvedeného seskupení rovnoběžných nití na teplotu ležící v rozmezí mezi teplotou tavení do teplotou degradace hmoty A, zařízení pro impregnaci plošného seskupení, pro získání zhuštěného pásku, tvarovaného do zploštěného tvaru, a prostředky pro udržování pásku na teplotě v rozmezí mezi teplotou tavení a teplotou degradace hmoty A až k ovíjecím prostředkům pásku.

• · · · « ·

-12♦ · · · · * ♦ · · · · * « • · · · » · · · • · · · ····*«« · ······ · · · *·

Podle jedné varianty provedení obsahují prostředky pro unášení a sdružování cívečnici, z jejíchž cívek se odvíjejí směsné nitě sestávající ze skleněných nekonečných vláken a nekonečných vláken z hmoty A, důkladně vzájemně promísených, a nejméně jeden váleček, zajištující vedení směsných nití.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, neomezující jeho rozsah, ve kterých znázorňuje obr.la obraz části dutého tělesa podle vynálezu, obr.lb a lc dva mikrografické řezy, ukazující tlouštku stěny dutého tělesa podle obr.la, obr.2a až 2e celkové schéma zařízení použitého pro výrobu dutého tělesa podle obr.la, jakož i jeho jednotlivé části, a obr.3a až 3c obrazy dutého tělesa, sloužící jako srovnávací příklady.

Příklady provedení vynálezu

Obr.la znázorňuje obraz vnějšího povrchu části dutého tělesa 1, vytvořeného z organické termoplastické hmoty A, například polyethylenu, vyztuženého skleněnými nekonečnými nitěmi podle vynálezu, jehož vnější průměr je rovný 200 mm. Z tohoto obrázku je patrná dokonalá stejnorodost této části trubky po celé její výšce, zejména rovnoměrný kosočtverečný motiv. Tento motiv je charakteristickým znakem jedné z fází způsobu podle vynálezu a vyplývá z úhlu, pod nímž byly navinuty kontinuální skleněné nitě. Hmotnost této části dutého tělesa je rovná přibližně 4 kg/m.

-13Obr.lb a lc jsou mikrografické řezy, ukazující tloušťku stěny této části dutého tělesa, získané mikroskopem. Na obr.lb je patrná zvláštní struktura dutého tělesa. Ta sestává v tloušťce z vnitřního prvního pásma, jehož vnitřní obvod je určený k tomu, aby se dostal do styku s tekutinou, cirkulující nebo uloženou v dutém tělese, přičemž toto pásmo obsahuje čistý polyethylen o střední měrné hmotnosti přibližně rovné 0,955 g/cm³, jehož Melt Index (M.I - index tavení) při teplotě 190°C a pod tíhou 5 kg je rovný 0,45; a z druhého pásma, obsahujícího polyethylen o střední měrné hmotnosti přibližně rovné 0,925 g/cm³, jehož Melt Index (M.I) při teplotě 190°C a pod tíhou 2,16 kg je rovný 18, a kontinuální skleněné nitě, rovnoměrně rozdělené podél osy v tloušťce tohoto pásma.

Druhé pásmo sestává ve své tloušťce jednak z části b, uložené ve spojité návaznosti na první pásmo a dutého tělesa a obsahující polyethylen a skleněné nitě, a jednak z části c, tvořící vnější obvod dutého tělesa a obsahující pouze polyethylen .

Při pohledu na obr.lc, ukazující osminásobné zvětšení detailu výše uvedeného obrázku, je jasně patrné, že mezi prvním pásmem a a částí b druhého pásma není viditelné rozhraní. Tato nepřítomnost viditelného rozhraní ukazuje dokonalou kontinuitu použité termoplastické hmoty. Během procesu výroby dutého tělesa tedy došlo k dokonalému spojení dvou druhů polyethylenu různé hustoty, jak bude vysvětleno níže.

Měřicí metoda, jako analýza výše popsaného obrazu, dovoluje kvantifikovat podíl mezer ve stěně této části duté·· ·0 · ·

-14ho tělesa 1. Činí řádově 0,2%.

Obr.2a je schematické znázornění zařízení, použitého pro výrobu dutého tělesa podle obr.la. Toto zařízení 2 obsahuje především skříň 3, uvnitř níž je upevněn motor a neznázorněný systém synchronizace různých pohybů. Z této skříně 2 vystupuje trn 4, způsobilý otáčení a jehož průřez byl roztažen nafukováním tak, že vytlačovaná trubka 5 z polyethylenu 100 o tloušťce rovné 5 mm, která byla na něj nasazena s vůlí, je sevřena. Ze skříně 2 rovněž vystupuje hřídel 6, jehož otáčení zajišťuje posun vozíkové sestavy 7 rovnoběžně s trnem 4.

Vozíková sestava 7 nese ukládací hlavu 71 materiálu, tvořícího druhé pásmo dutého tělesa, tvořené částmi b, c, přítlačný váleček 72. jehož výškové seřizování je zajištěno neznázorněným hydraulickým pracovním válcem, dále foukací trysku 73 horkého vzduchu, topnou skříň 74 a napínací zařízení 75.

Na přívodní straně vozíku 7 je uložena cívečnice 8, z níž jsou odvíjeny cívkové náviny směsných kontinuálních nití 9, sestávajících každá z 800 skleněných nekonečných vláken a 800 nekonečných vláken z polyethylenu, které jsou vzájemně důkladně promíseny. Tyto směsné nitě 9 jsou dodávány na trh pod označením TWINTEX^R společnosti Vetrotex, přičemž hmotnostní podíl je s výhodou 60% skla a 40% polyethylenu. Takový poměr umožňuje dosáhnout při vytváření dutého tělesa lepšího kompromisu mezi snadností používání a mechanickými vlastnostmi současně v podélném a příčném směru.

·· ···· • · ···* ··· * ♦ · · · · · t « · · · ······· · ···*·♦ · ♦ ···· ·· ·· · ·« »

-15Obecný princip funkce zařízení 2 je následující. Kontinuální směsné nitě, odvíjené z cívek, se nejprve sestavují ve formě plošného seskupení s nitěmi uspořádanými spolu rovnoběžně. To prochází napínacím zařízením 75, který je vystavuje tahovému napětí, a po té dovnitř topné skříně 74, která bude podrobně vysvětlena níže. Na výstupu ze skříně je plošné seskupení nití přeměněno na pásek 10, jehož vnější pláš€ z polyethylenu je ještě změkčený a má teplotu od 150 do 185°C. Pásek 10 potom prochází ukládací hlavou 71 a vystupuje z ní tak, aby mohl být vhodně ukládán na trubku 5. Ukládací hlava se translačně přesouvá rovnoběžně s podélnou osou trubky, zatímco tato trubka se otáčí za účelem jejího ovíjení páskem, a tedy skleněnými nitěmi, a to šroubovicovitě pod úhlem 50 až 55° vzhledem k podélné ose, přičemž však tento úhel může být také blízký 90°.

Úhel ovíjení závisí na rychlosti posunu vozíku a rychlosti otáčení trubky. V oblasti ležící bezprostředně na výstupu kontaktního pásma mezi páskem 10 a trubkou 5 zahřívá foukací horkovzdušná tryska 73 vnější obvodový povrch trubky 5, povlečené páskem 10, na teplotu od 200 do 240°C. Bezprostředně za výstupem z tohoto pásma ohřevu vyvíjí přítlačný váleček 72 lokální tlak na část vnějšího povrchu trubky 5 povlečené páskem 10 a zahřáté, takže dochází k připojení pásku 10 k trubce 5. Jelikož je sestava prvků uložena na pohyblivém vozíku 7, posouvajícím se rovnoběžně s podélnou osou trubky 5, jak bylo uvedeno výše, je tato trubka celá povlékána páskem 10, a to vratným pohybem vozíku 7. Tohoto posunu se dosahuje funkcí výše uvedeného synchronizačního systému.

• · · · · ·

-16Nyní budou podrobněji popsány jednotlivé části zařízení s odvoláním na obr.2b až 2e.

Neznázorněná cívečnice sestává v podstatě z rámu, obsahujícího vodorovné otáčivé hřídelíky, nesoucí cívky směsných nití podle vynálezu, dodávané na trh pod označením TWINTEX^r. Tyto otáčivé hřídelíky jsou brzděny vhodným ústrojím, jehož funkcí je regulovat napínání těchto směsných nití a zabraňovat tomu, aby se cívky neodvíjely nekontrolované. Samozřejmě může být cívečnice 8 pevná nebo pohyblivá ve směru posunu vozíku 7. To bude záviset zejména na délce trubky 5, na níž se má vytvářet povlak podle vynálezu.

Obr.2b je detailní perspektivní pohled na napínací zařízení podle vynálezu. Ve směru f, který představuje směr posunu směsných nití 9, obsahuje postupně za sebou první očkovou desku 751, perforovanou druhou desku 752 rovnoběžnou s první deskou, drážkovaný váleček 753, dvě kontaktní kola 754 a brzdicí sestavu 755. Očková deska 751 seskupuje směsné nitě 9, které vede pod malým úhlem, orientovaným směrem k perforované druhé desce 752. Tato druhá deska seskupuje nitě po dvojicích a uspořádává je válečkem 753. jehož drážky udržují pravidelný prostor mezi nitěmi 9 pro získání rovnoměrného plošného seskupení 91 nití po té, co nitě prošly mezi dvěma kontaktními koly 754. Jedno z těchto dvou kol 754 je opatřeno snímačem rychlosti, měřícím rychlost plošného seskupení 91 nití, přičemž kontakt mezi koly je takový, že je zajištěno bezpokluzové unášení plošného seskupení 91 nití. Brzdicí sestava 755 samotná snižuje nabývání směsných nití 9 na objemu, což snižuje jakékoli riziko přilepování nití z polyethylenu na stěnách topného zařízení 47, uvádě·· ····

-17ných na vysokou teplotu.

Jak je znázorněno na obr.2c, topné zařízení 74 obsahuje dvě pece 741, uspořádané v řadě za sebou, jejichž zdroje tepla jsou infračervené lampy 742 s regulovaným výkonem, mezi nimiž je uloženo impregnační zařízení 743, které dovoluje získávat pásek 10 při zplošťování plošného seskupení 91 nití a jednak vypuzování vzduchu, obsaženého mezi nitěmi pro zhušťování hmoty, a jednak úplné vnořování skleněných nekonečných vláken do termoplastové hmoty A. Tato fáze způsobu podle vynálezu přispívá podstatným způsobem k tomu, že se v části b následně získávaného dutého tělesa vytváří malý obsah mezer. Regulace pecí je taková, že teploty dosahované páskem 10 na výstupu z pece 741 co nejvíce na vstupní straně, t.j. nejblíže ke straně napínacího zařízení 75, jsou v rozmezí od 170 do 180°C, zatímco teploty dosahované na výstupu z pece nejvíce na výstupní straně, t.j. nejblíže k ukládací hlavě, jsou v rozmezí od 175 do 185°C. Impregnační zařízení 743 je tvořeno třemi vzájemně rovnoběžnými topnými válci 744, uloženými v trojúhelníkovém uspořádání. Horní válec je výškově seřizovatelný tak, aby pásek 10 byl více či méně zplošťován.

0br.2d znázorňuje v detailu konstrukci ukládací hlavy 71. Tato hlava 71 obsahuje otočný pracovní válec 711 se šeří zovatelnými dorazy, jehož otáčení vyvolává prostřednictvím otočného pracovního válce 711, převodového řetězu 712, kruhového kuličkového ložiska 713, spojeného se třemi galetami 714 ve tvaru hyperboloidu, které se mohou otáčet okolo vlastní osy. Otáčení pracovního válce 711, jehož vracení je zajišťováno dvěma neznázorněnými pružinami, dovoluje výhodně

-18otáčet hlavu okolo osy rovnoběžné se střední osou pásku v jednom z obou smyslů nebo v opačném smyslu, aby se nakláněla ve směru lineárního posunu vozíku za účelem předcházení deformaci pásku během navíjení, přičemž daný úhel sklonu hlavy je přizpůsobený požadovanému úhlu navíjení pásku. Všechny galety 714 jsou vyhřívané a jsou regulovány z hlediska teploty tak, že pásek je udržován na jeho výstupu z ukládací hlavy 71 na dostatečně vysoké teplotě.

0br.2e ukazuje přesné uložení různých prvků zařízení podle vynálezu na jeho výstupní části. Podle tohoto uspořádání je podlouhlá tryska 73 pro foukání horkého vzduchu uspořádána kolmo k trubce 5 při vzájemném souosém vyřízení 71 s ukládací hlavou v poloze diametrálně opačné vůči této hlavě. Přítlačný váleček 72., jehož šipkou P je vyvíjený neznázorněným pevně spojený s pohyblivým vozíkem dotykový tlak vyznačený hydraulickým válcem, je a oddálený od ukládací hlavy do vzdálenosti rovné přibližně šířce pásku 10. Tento váleček je chlazený tekutinou, dosahující hadice 721.

Toto uspořádání různých prvků v tomto místě výroby dovoluje získat tavením polyethylenu pásku 10 a trubky 5 dokonalou kontinuitu polyethylenu prvního pásma dutého tělesa s částí b druhého pásma, jakož i vytékání jemného filmu z polyethylenu na vnější obvodovou část a uzavírání skleněných nití v tloušťce dutého tělesa pro vytváření části c. Toto uspořádání rovněž dovoluje vytlačovat vzduch mezi úseky pásku. Zejména je důležité, aby byly topná tryska 73 a přítlačný váleček 72 uloženy na výstupní straně od místa ukládání pásku a nebyly tedy používány v okamžiku ukládání pásku na trubce.

«···

9

-19Vzhledem k tomu, že ukládací hlava vykonává vratný pohyb po délce trubky a vrací se tedy do stejného dotykového pásma, je v případě, kdy ohřívací tryska působí v okamžiku ukládání pásku na trubce, trubka nakonec ohřívána, což vede ke zvětšení jejího průměru, přičemž poslední vrstvy pásku jsou ukládány na větší obvod, zatímco při ochlazování stahujícího se termoplastu naopak nejsou skleněná nekonečná vlákna více utahována okolo trubky.

Po optimalizovaném seřizování parametrů, majících vliv na teploty dosahované v průběhu způsobu, se tedy získá část dutého tělesa, znázorněná na obr.la, a tedy i podle vynálezu míra spojení mezi jednak skleněnými nekonečnými vlákny a termoplastickým plastem a jednak různými termoplastickými plasty trubky a plastu pásku s různými měrnými hmotnostmi, přičemž parametry jsou rychlost otáčení trnu 4, posun vykonávaný pohyblivým vozíkem 7 otáčením trnu, průtok a teplota vzduchu foukaného tryskou 73, vzdálenost mezi trubkou 5 a tryskou 73 a vzdálenost mezi trubkou 5 a tryskou 73 a tlak vyvíjený hydraulickým pracovním válcem na přítlačný váleček 72.

Dále uváděná tabulka 1 uvádí jako příklad pro duté těleso podle vynálezu vnější těleso o průměru rovném 200 mm, majícím úhel vinutí pásku 55° a kombinovanou tloušťku částí b, c 1,2 mm, hmotnost v kg/m, celkovou tloušťku stěny bez dokončovací vrstvy v mm, tuhost v kN/m² a tlak při roztržení v MPa.

• ·

-20TAB.l ·· *«<·· ··

Tíha (kg/m)

Celková tloušťka (mm)

Tuhost (kN/m²)

Tlak při roztržení (MPa)

Příklad podle vynálezu

4,0

6,2 > 7,0

Pro získání hotového výrobku typu trubky, sloužící pro dopravu tekutin, je potřebné, aby bylo zaručeno, že vnější stěna této trubky bude chráněna proti jakémukoli vnějšímu agresivnímu působení. K tomuto účelu je trubka opatřena povlakem vnější vrstvy pro dokončování a pro ochranu dutého tělesa podle vynálezu, přičemž vrstva je vytlačována s výhodou z polyethylenu.

Předpokládá se, že po 50 letech zachovává čistý poly ethylen méně než 50% svých počátečních vlastností. Dále bylo prokázáno, že pokusy zrychleného stárnutí, prováděné způsobem dobře známým pro výrobce polyethylenu, platí pro materiál podle vynálezu. Bylo také prokázáno, že taková trubka podle vynálezu zachovává dlouhodobě své mechanické vlastnosti, odpovídající 60% až 80% původních hodnot.

Následující tabulka 2 poskytuje srovnání, pokud jde o napětí v přetržení po 50 letech, a to jednak pro materiál podle vynálezu a jednak pro trubku z čistého polyethylenu.

·»

-21TAB.2

Napětí v přetržení (MPa) Počáteční hodnota Po 50 letech

Trubka podle vynálezu 800 500 až 600

Trubka z čistého PE 20 10

Obr.3a až 3c znázorňují obrázky částí dutého tělesa podle srovnávacích příkladů. Obr.3a znázorňuje část dutého tělesa z obr.3a, získaného pomocí stejného výrobního zařízení 2, jaké bylo popsáno výše, ale pouze z kontinuálních skleněných nití, obr.3b část dutého tělesa z obr.3b, získaného rovněž pomocí stejného výrobního zařízení 2, ale z cívek kontinuálních skleněných nití a polyethylenových nití, navinutých do společného návinu bez jakéhokoli vzájemného smísení, a obr.3c část trubky, získané pomocí stejného výrobního zařízení 2 ze stejných cívkových návinů směsných nití podle vynálezu, a to nití dodávaných pod obchodním označením TWINTEX^R, avšak bez předehřevu pásku před jeho nanášením na trubku.

Po rozboru těchto obrázků je možné konstatovat, že žádná z těchto částí dutého tělesa nevykazuje homogenitu trubky podle vynálezu, znázorněné na obr.la, která se vyznačuje dokonalou impregnací nití TWINTEX polyethylenem trubky. Je také možné konstatovat, že použití pouze skleněných nití nedovoluje jejich impregnaci polyethylenem trubky 5, i když se trubka povrchově taví. Použití materiálu na bázi skleněných a polyethylenových nití, společně navinutých, vede ke špatné impregnaci nití polyethylenem, což se projevuje lokalizovanou bělavou barvou, jakož i k mikroskopickým poruchám

44	4444	44	4	• 4
4 4	•	•	•	•	4 4 4
•		• ·	• 4	• 4
•	•	• 4	•	····	• · ·
•	• >	• 4	•	• 4
4444	··	··	•	• 4 ·

koheze. Skutečnost, že se nepoužívá předehřev pásku, nevyvolává nedostatek impregnace, ale lokalizované poruchy koheze tohoto materiálu nebo materiálu trubky.

Následující tabulka 3 znázorňuje porovnání tlaků při roztržení pro jednotlivé trubky podle obr.3a až 3c a trubky podle vynálezu z obr.la.

TAB. 3

Tlak při roztržení (MPa)

Obr.3a: pouze sklo20

Obr.3a: sklo a PE, společně navinuté, ale nesmíšené27

Obr.3c: Twintex, nepředehřátý pásek28

Obr.la: Twintex s předehřátým páskem40

Rozumí se, že jsou možné různé obměny, aniž by se opustil rámec vynálezu.

-23• · · · · · • · · · · · φ • · · · · · · • ······· φ φ

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby dutého rotačního tělesa (1), jehož stěna je na bázi organické termoplastické hmoty A, v níž jsou vsazeny, při šroubovicovém ovinutí okolo její osy, kontinuální skleněné nitě, vyznačený tím, že se se v linkové návaznosti za sebou

a) šroubovicově ovíjí pásek v ohřátém stavu okolo trubky otáčející se okolo své osy, přičemž alespoň vnější líc stěny trubky je na bázi hmoty A, přičemž pásek je vytvořený na bázi hmoty A a kontinuálních skleněných nití,

b) část vnějšího obvodového povrchu trubky s povlakem pásku, ležící bezprostředně na výstupní straně od oblasti dotyku mezi páskem a trubkou, se zahřívá na teplotu vyšší než je teplota tavení hmoty A, a

c) na část vnějšího obvodového povrchu trubky s povlakem pásku se vyvíjí v oblasti ležící bezprostředně na výstupní straně od ohřívacího pásma pro ohřev kroku b) lokální tlak.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že pásek (10) se do kroku a) dostává v zahřátém stavu po té, co v byl alespoň v oblasti ležící v blízkosti trubky podroben ohřevu na teplotu povrchu vyšší, než je teplota měknutí hmoty A.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že se před krokem a), rovněž v linkové návaznosti za sebou, unášej í a sdružuj í kontinuální směsné nitě (9), vytvořené ze

-24skleněných nekonečných vláken a nekonečných vláken z hmoty A, důkladně vzájemně promísených, do nejméně jednoho plošného seskupení (91) rovnoběžných nití, toto plošné seskupení nití se zavádí do pásma, kde je zahříváno na teplotu v rozmezí mezi teplotou tavení a teplotou degradace hmoty A, zahřáté plošné seskupení nití se nechá procházet impregnačním zařízením (743) tak, že se získá zhuštěný pásek, který se tvaruje do tvaru více zploštěného než je tvar pásku podle kroku a), a zploštěný pásek se zavádí do oblasti, kde je zahříván na teplotu ležící mezi teplotou tavení a teplotou degradace hmoty A, čímž se získá zahřátý pásek podle kroku a).
4. Duté rotační těleso podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, určené zejména k tomu, aby obsahovalo tekutinu pod tlakem, přičemž stěna tělesa (1) obsahuje ve své tloušťce:

- první pásmo (a), jehož vnitřní obvod je určený k tomu, aby byl ve styku s tekutinou a jehož alespoň vnější obvod je tvořený jedinou organickou termoplastickou hmotou A, a

- druhé pásmo, tvořené termoplastickou hmotou, shodnou s hmotou A, a kontinuálními skleněnými nitěmi, vsazenými do uvedené organické termoplastické hmoty a šroubovicovitě ovinutými okolo podélné osy dutého rotačního tělesa, vyznačené tím, že

-25druhé pásmo obsahuje ve své tloušťce první část (b), uloženou ve spojité návaznosti na první pásmo (a) tělesa (1) a tvořené termoplastickou hmotou A a skleněnými nitěmi, a druhou část (c), tvořící vnější obvod tělesa (1) a tvořenou pouze termoplastickou hmotou A, přičemž stěna tělesa (1) obsahuje objemový podíl mezer V_vnižší než 0,5%, s výhodou nižší než 0,2%.
5. Duté rotační těleso podle nároku 4, vyznačené tím, že organická termoplastická hmota A je polyolefin nebo polyvinylchlorid.
6. Duté rotační těleso podle nároku 5, vyznačené tím, že polyolefin je polyethylen PE.
7. Duté rotační těleso podle kteréhokoli z nároků 4 až 6, vyznačené tím, že měrná hmotnost d organické termoplastické hmoty A je v tloušťce stěny proměnlivá.
8. Duté rotační těleso podle kteréhokoli z nároků 4 až 7, vyznačené tím, že měrná hmotnost d organické termoplastické hmoty A je od 0,915 do 0,960 g/cm³.
9. Duté rotační těleso podle kteréhokoli z nároků 4 až 8, vyznačené tím, že kontinuální skleněné nitě svírají s osou tělesa úhel od 50 do 55°.
10. Duté rotační těleso podle kteréhokoli z nároků 4 až 7, vyznačené tím, že kontinuální skleněné nitě, vsazené do organické termoplastické hmoty, svírají s podélnou osou ·· ··«· ·· · _ * · ···· · · ⁹ · · · ······· · ·····» · φ ······ ·· · φ φ

-26tělesa úhel blízký 90°, přičemž další kontinuální skleněné nitě jsou vsazené do organické termoplastické hmoty, při uspořádání v podélném směru podél osy tělesa.
11. Duté rotační těleso podle nároku 4, vyznačené tím, že kontinuální skleněné nitě jsou rovnoměrně rozdělené v první části (b) druhého pásma stěny dutého tělesa.
12. Kompozitní trubka, tvořená rotačním tělesem podle kteréhokoli z nároků 4 až 11, povlečená vnější dokončovací a ochrannou vrstvou z organické termoplastické hmoty, s výhodou shodnou s hmotou rotačního tělesa.
13. Zařízení (2) pro provádění způsobu podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačené tím, že obsahuje prostředky pro zahřívání (74) alespoň povrchu pásku (10), vytvořeného z kontinuálních skleněných nití, vsazených do uvedené organické termoplastické hmoty A v oblasti uložené v blízkosti trubky (5), jejíž stěna je na bázi stejné hmoty A, otáčející se okolo své osy, prostředky (71) pro šroubovicové ovíjení zahřátého pásku okolo otáčející se trubky, prostředky pro zahřívání (73) části vnějšího obvodového povrchu trubky s povlakem pásku, v oblasti bezprostředně následující na výstupní straně od oblasti dotyku mezi páskem a trubkou, na teplotu vyšší než je teplota tavení hmoty A, a prostředky (72) pro vyvíjení lokálního tlaku na část ·*··

-27vnějšího obvodového povrchu trubky s povlakem pásku, ležící bezprostředně na výstupní straně od ohřívacího pásma.
14. Zařízení podle nároku 13, vyznačené tím, že prostředky pro povrchové ohřívání pásku obsahují nejméně jednu pec (741) s infračerveným ohřevem, s výhodou pracující s pásy nebo lampami (742), výkonově regulovanými.
15. Zařízení podle nároku 13 nebo 14, vyznačené tím, že ovíjecí prostředky obsahují ukládací hlavu (71).
16. Zařízení podle nároku 15, vyznačené tím, že ukládací hlava (71) je pohyblivá a je ovládána do otáčení a obsahuje zejména tři galety (714) ve tvaru hyperboloidu, vzájemně spolu rovnoběžné, přičemž jejich podélná osa je v podstatě kolmá k ose otáčení hlavy.
17. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 13 až 16, vyznačené tím, že prostředky pro ohřev trubky s povlakem pásku obsahují trysku (73) pro foukání horkého vzduchu, mající podlouhlý průřez.
18. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 13 až 17, vyznačené tím, že prostředky pro vyvíjení lokalizovaného tlaku obsahují nejméně jeden otočný váleček (72), přetlačovaný pracovním válcem.
19. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 13 až 18, vyznačené tím, že dále obsahuje prostředky (8) pro unášení a sdružování kontinuálních směs ·· ««44

-28ných nití (9), sestávajících ze skleněných nekonečných vláken a nekonečných vláken z hmoty A, důkladně vzájemně promísených, ve formě nejméně jednoho plošného seskupení rovnoběžných nití (91), prostředky (741) pro ohřev uvedeného plošného seskupení rovnoběžných nití na teplotu ležící v rozmezí mezi teplotou tavení a teplotou degradace hmoty A, zařízení pro impregnaci (743) zahřátého plošného seskupení, pro získání zhuštěného pásku, tvarovaného do zploštěného tvaru, a prostředky (741) pro udržování pásku na teplotě v rozmezí mezi teplotou tavení a teplotou degradace hmoty A až k ovíjecím prostředkům pásku.
20. Zařízení podle nároku 19, vyznačené tím, že prostředky pro unášení a sdružování obsahuj í cívečnici (8), z jejíchž cívek se odvíjejí směsné nitě (9) sestávající ze skleněných nekonečných vláken a nekonečných vláken z hmoty A, důkladně vzájemně promísených, a nejméně jeden váleček (753), zajišťující vedení směsných nití.
21. Zařízení podle nároku 19 nebo 20, vyznačené tím, že prostředky pro ohřev plošného seskupení nití obsahují nejméně jednu pec s infračerveným ohřevem.
22. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 19 až 21, vyznačené tím, že zařízení pro impregnaci (743) je tvořeno třemi topnými válečky (744), vzájemně spolu rovnoběžnými ·· ···· a uspořádanými do trojúhelníka.
23. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 19 vyznačené tím, že prostředky pro ohřev pásku obsahují ně jednu pec (741) s infračerveným ohřevem.