Vynález se týká vícevrstvé trubky z plastu a způsobu její výroby.
Dosavadní stav techniky
Dosud mají trubky v odvodňovacím hospodářství z polyolefínů, jako polypropylenu (PP) nebo polyethylenu (PE), tu výhodu, že mají vysokou potřebu materiálu (tloušťka stěny) pro požadovanou tuhost, a deformace v čase, vyvolané zatížením. To má za následek, že kanálové trubky z polyolefínů se jmenovitou tuhostí požadovanou pro použití, vrcholová tuhost při 4 kN/m2 a vrcholová tuhost při 8 kN/m2, nejsou oproti trubkám z PVC nebo trubkám s dutinami hospodárné a obsahují příliš vysoký polymerový podíl.
Další nevýhodou je výroba naformovaného hrdla u polyolefínových trubek (PP a PE). Dosud bylo možné přesné tváření pouze s vysokými technickými náklady spojenými se způsobem (jak při vytlačování, tak při foukání). Při tom byly nutné velké tolerance pro dodržení hodnot smrštění za dlouhý čas. To mělo za následek, že příliš velké tolerance hrdlových rozměrů a rozdílné hodnoty smrštění vedly k nepřesné slícovatelnosti u spojovaných konců trubek nebo tvarovek. K tomu jsou u trubek z polyolefínů (PP a PE) relativně vysoké ohřívací a ochlazovací časy, takže rychlost výroby a tím i hospodárnost byla ovlivňována v závislosti na síle stěny.
Z AT 0 000 643 U1 je známá třívrstvá trubka, jejíž střední vrstva sestává z polypropylenu, který je plněn 25 až 50 % hmotn. mastku. Díky vysoké měrné hmotnosti střední vrstvy známé trubky (přibližně 1,2 g/cm3) je dána nevýhoda vysoké hmotnosti při velkých tloušťkách stěny, zejména velké tloušťky střední vrstvy.
Podstata vynálezu
Úkolem vynálezu je kompenzovat v úvodu popsané nevýhody polyolefínových (PP nebo PE) trubek.
Zejména je cílem vynálezu zmenšit ekologicky a ekonomicky nevýhodně vysoký podíl polymerů trubky na méně než polovinu dosud známých trubek aniž by se zhoršily uživatelsko technické vlastnosti trubky.
Tato úloha je řešena trubkou z plastu, která je podle vynálezu tvořena vnější vrstvou a nejméně jednou další vrstvou, která obsahuje polyolefín ztužený minerální látkou nebo směsí minerálních látek, přičemž podíl polyolefínů v této vrstvě činí 25 až 70 % hmotn., přičemž tato vrstva je vypěněna na měrnou hmotnost, která je nejméně o 10 % nižší, než měrná hmotnost identické nevypěněné vrstvy.
Výhodné provedení podle vynálezu spočívá vtom, že obsahuje nejméně tři vrstvy, přičemž vypěněná vrstva je uspořádána jako střední.
Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá vtom, že konec trubky je v jednom kusu opatřen hrdlem.
Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá vtom, že vypěněná vrstva obsahuje vratný materiál z trubek stejného plastu.
- 1 CZ 293937 B6
Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že plast tvořící vypěněnou vrstvu obsahuje až 50 % hmotn. recyklátu polyolefinu.
Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že tloušťka stěny vypěněné vrstvy činí nejméně 50 % celkové tloušťky stěny trubky.
Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vypěněná vrstva sestává z částečně zesítěného polypropylenu.
Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá vtom, že vypěněná vrstva a vzhledem kní radiálně uvnitř upravená vnitřní vrstva sestává z částečně zesítěného polypropylenu.
Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vzhledem k vypěněné vrstvě radiálně uvnitř upravená vnitřní vrstva sestává z částečně zesítěného polypropylenu.
Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vypěněná vrstva sestává ze směsi z polypropylenu a částečně zesítěného polypropylenu.
Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vypěněná vrstva a vzhledem k ní radiálně uvnitř upravená vnitřní vrstva sestává ze směsi z polypropylenu a částečně zesítěného polypropylenu.
Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vzhledem k vypěněné vrstvě radiálně uvnitř upravená vnitřní vrstva sestává ze směsi z polypropylenu a částečně zesítěného polypropylenu.
Jiné výhodné provedení podle vynálezu spočívá vtom, že směs sestává z 10 až 50 % hmotn., výhodně 15 až 25 % hmotn. částečně zesítěného PP, vztaženo na 100 dílů PP báze, zejména kopolymer polypropylenu.
Další přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vypěněná vrstva je jako minerálním materiálem plněna mastkem a/nebo křídou.
Další přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vypěněná vrstva je vypěněná na měrnou hmotnost až 0,9 g/cm3, výhodně 0,8 g/cm3.
Další přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vypěněná vrstva sestává z polypropylenu.
Další přednostní provedení podle vynálezu spočívá vtom, že vnější vrstva a vnitřní vrstva sestávají z polypropylenu.
Další přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že vnitřní vrstva a vnější vrstva sestávají ze stejného polyolefínu jako vypěněná střední vrstva.
Jiné přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že polymer vnitřní vrstvy má vyšší, jemně dělený, střední podíl krystalinity než vnější vrstva.
Jiné přednostní provedení podle vynálezu spočívá v tom, že polymer vypěněné vrstvy má vyšší, jemně dělený, střední podíl krystalinity než vnější vrstva.
Způsob výroby trubky podle vynálezu spočívá v tom, že se trubka vyrábí koextruzním způsobem s vnějším chlazením a s vnitřním temperováním. Výhodně se v průběhu výroby řídí tvoření sférolitu, popř. vyšší krystalinita vnitřní vrstvy.
-2CZ 293937 B6
Jinými slovy je v jednom přednostním provedení trubka podle vynálezu vícevrstvá trubka, která je přednostně vyrobena koextruzním způsobem. Vícevrstvá trubka sestává například z nejméně jedné nosné vrstvy, výhodně střední vrstvy, z polyolefinu, zejména z polypropylenu, plněného minerální látkou a vypěněného. Například má trubka jednu, zejména tenkostěnnou, vnější a vnitřní vrstvu.
Vynálezem je vytvořena trubka ve velikosti rozmezí DN 100 až DN 1000, např. z polyolefinu, zejména z PP, na kterou je možno přímo naformovat hrdla v in-line procesu. U trubky podle vynálezu není radiální trubka tuhosti při minimálních tloušťkách stěn udaných v tabulce menší než 4 kN/m2 (zkoušeno podle ISO/DIS 9969). Ve střední vrstvě může být zpracován vratný materiál, regenerát nebo recyklát. Pod pojmy „regenerát“ a „recyklát“ je třeba v tomto případě rozumět: Regenerát je vratný materiál, který vzniká výrobním odpadem a - bez dalšího použití je opět zaváděn do výrobního procesu. Recyklát je z výroku nacházejícího se již jednou v použití zpět získaný materiál, který se zpracovává na jiný nebo na stejný výrobek.
V předloženém případě je pojem „radiální trubková tuhost“ třeba postavit na roven s „vrcholovou tuhostí“. Vrcholová tuhost je každá tuhost, která působí proti zatížení na vrcholu trubky definovanou „vrcholovou deformací“ podle ISO/DIS 9969. Vrcholová tuhost je v protikladu k axiální tuhosti trubky. Rozdílnosti označování mají svůj původ v posuzování zátěžových a úložných vlivů a způsobu reakce (ohyb, vyboulení, lom atd.) trubky na toto zatížení. Radiálně = deformace v řezu trubky, např. vyboulení, axiálně = deformace v podélné ose trubky, např. ohyb.
Zvýšení trubkové tuhosti, resp. modulu elasticity se u vynálezu zajišťuje zejména prostřednictvím vrstvy plněné minerální látkou a vypěněné.
Vypěněná vrstva, která může být střední vrstvou třívrstvé trubky, může být plněna minerální látkou, např. mastkem, křídou nebo pod., nebo směsí více minerálních látek.
U vynálezu je upřednostňováno, když vypěněná (střední) vrstva sestává z polypropylenu nebo polyethylenu. Přitom může být navrženo, že vrstvy trubky podle vynálezu sestávají ze stejného plastu.
Vnější vrstva upravená vně vypěněné střední vrstvy může mít u trubky podle vynálezu tloušťku 0,2 až 2,0 mm. Vnitřní vrstva upravená radiálně uvnitř vypěněné střední vrstvy může mít tloušťku 0,2 až 3,0 mm. Vnitřní vrstva může například sestávat z polypropylenkopolymeru.
Trubka podle vynálezu může mít radiální trubkovou tuhost více než 4 kN/m2.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude blíže vysvětleno za pomocí výkresů konkrétních příkladů provedení, na kterých představuje obr. 1 trubka podle vynálezu v řezu a obr. 2 oblast uspořádání vypěněné vrstvy.
Příklady provedení vynálezu
Příklad provedení trubky podle vynálezu je znázorněn v řezu na obr. 1. Ačkoli v příkladu provedení, který je znázorněn na výkrese, je ukázána třívrstvá trubka, není vynález omezen na takovouto trubku. Je možné navrhnout i více nebo méně než tři vrstvy, např. více než dvě nevypěněné vrstvy a/nebo více vypěněných vrstev.
-3CZ 293937 B6
Aby se zajistil optimální poměr mezi dostatečnou rázovou houževnatostí a vysokou pevností, může byt použita směs, která sestává z polyolefinu plněného 25 až 70 % hmotn. díly mastku nebo z polyolefinu plněného 25 až 70 % hmotn. díly křídy nebo směsi křídy a mastku přibližně 5 v poměru 1:1, např. PP (PP = polypropylen), popř. PP homopolymer, resp. kopolymer, nebo jejich směsi.
Prostřednictvím ztužení minerálními látkami a rovnoměrným rozdělením minerálních látek je dosažena pevnost vE-modulovém rozmezí přibližně 2000 až 3500 N/mm2 v minerálu střední 10 vrstvy. Obsah minerální látky má tu nevýhodu, že se podstatně zvyšuje hmotnost trubky. Měrná hmotnost PP (střední) vrstvy plněné například 35 díly mastku činí 1,18 až 1,2 g/cm3. Za pomocí nadouvacího prostředku se (střední) vrstva plněná minerálními látkami vypěňuje v protlačovacím procesu a měrná hmotnost se redukuje přednostně nejméně o 10%, příkladně z původních 1,2 g/cm3 na nejvýše 1,08 g/cm3, přednostně na 0,8 až 0,9 g/cm3. Měrná hmotnost však může 15 obnášet i například až 0,2 g/cm3 nebo ještě méně.
Tento materiál je nosným materiálem ve (střední) vrstvě trubky podle vynálezu. Prostřednictvím vysokého plnění (střední) vrstvy polyolefmového materiálu, například polypropylenu (PP), minerálními látkami existuje rovněž menší entalpie, resp. vyšší tepelná vodivost, která je výhodná pro 20 rychlejší a rovnoměrnější ohřátí a ochlazení při následujícím tváření hrdla. Rovnoměrné rozdělení tlouštěk stěn všech trubkových vrstev a minerálních látek v materiálu např. zajišťují střední vrstvě také kontrolovatelnou míru smrštění pro trubku i pro hrdlo.
Vnější a vnitřní vrstvy trubky podporují požadovanou pevnost ve vnitřním tlaku a rázové houžev25 natosti při nízkých teplotách. Vnitřní a vnější vrstvy mohou u tohoto technického řešení sestávat z polyolefinu, např. PP kopolymeru.
Dosud byly trubky sestávající z polyolefinu většinou vyráběny jednovrstvé, což vedlo u okrajových vláken k problémům s rozdílnou kiystalinitou, protože rozdílné oblasti krystalinity nemohly 30 být přesně definovány, resp. vyrobeny a navíc během výroby kolísaly v nepravidelných oblastech.
Protože však krystalinita představuje velice podstatný faktor pro krátkodobou u dlouhodobou pevnost ve vnitřním tlaku a rázové houževnatosti trubky, je pro optimalizaci těchto mechanic35 kých hodnot žádoucí, krystalizační podíl vyrovnat a nastavit zvláště ve vnitřní vrstvě co nejvyšší.
Čím více je trubková vrstva tenkostěnná, tím lépe může být řízena krystalinita při ochlazovacím procesu a tím snadněji je možno udržet krystalizační podíl po celé délce a na obvodu trubky konstantní (na předem dané hodnotě).
To je umožněno trubkou podle tohoto technického řešení, protože zde přebírá nejméně jedna vrstva, která je ztužená minerálními látkami a vypěněná, podstatnou část nosnosti trubky. Tím je umožněno udržet vnitřní a vnější vrstvu tenkou a uvést do souladu s aktuálními požadavky, jak bude ještě popsáno. Přídavně může být zvýšení pevnostních hodnot trubky použit částečně zesítěný polypropylen, případně ve směsi s nezesítěným polypropylenem.
Tloušťky stěn jsou přizpůsobeny mechanicko chemickým požadavkům a znázorněny ve vztahu k rozměrům s celkovou tloušťkou v tabulce 1.
-4CZ 293937 B6
Tabulka 1
Rozměry trubky a tloušťky stěn pro třívrstvé trubky s vrcholovou tuhostí 4 kN/m2 (SN 4)
ΤΎΚ.Τ |
dl |
si min |
sm min |
sa min |
s ges |
s reál |
U1N |
(mm) |
(mm) |
(mm) |
(mm) |
min (mm) |
(mm) |
110 |
110,00 |
0,60 |
2,30 |
0,50 |
3,40 |
3,70 |
125 |
125,00 |
0,60 |
2,70 |
0,50 |
3,80 |
4,20 |
160 |
160,00 |
0,60 |
3,60 |
0,50 |
4,70 |
5,30 |
200 |
200,00 |
0,60 |
4,70 |
0,50 |
5,80 |
6,60 |
250 |
250,00 |
0,70 |
5,90 |
0,60 |
7,20 |
8,30 |
315 |
315,00 |
0,80 |
7,50 |
0,70 |
9,00 |
10,40 |
400 |
400,00 |
1,00 |
9,50 |
0,80 |
11,30 |
13,20 |
500 |
500,00 |
1,10 |
12,00 |
0,90 |
14,00 |
16,50 |
600 |
600,00 |
1,20 |
15,30 |
1,00 |
17,50 |
20,80 |
Tabulka 2
Rozměry trubek a tloušťky stěn pro třívrstvou trubku s vrcholovou tuhostí 8 kN/m2 (SN 8)
TÝNI |
dl |
si min |
sm min |
sa min |
s ges |
s reál |
JJIN |
(mm) |
(mm) |
(mm) |
(mm) |
min (mm) |
(mm) |
110 |
110,00 |
0,60 |
3,00 |
0,50 |
4,10 |
4,60 |
125 |
125,00 |
0,60 |
3,50 |
0,50 |
4,60 |
5,20 |
160 |
160,00 |
0,60 |
4,70 |
0,50 |
5,80 |
6,70 |
200 |
200,00 |
0,60 |
6,00 |
0,50 |
7,10 |
8,30 |
250 |
250,00 |
0,70 |
7,50 |
0,60 |
8,80 |
10,30 |
315 |
315,00 |
0,80 |
9,50 |
0,70 |
11,00 |
13,00 |
400 |
400,00 |
1,00 |
12,10 |
0,80 |
13,90 |
16,50 |
500 |
500,00 |
1,10 |
15,30 |
0,90 |
17,30 |
20,70 |
600 |
600,00 |
1,20 |
19,40 |
1,00 |
21,60 |
26,00 |
kde dl = vnější průměr sa = tloušťka stěny vnější vrstvy sm = tloušťka stěny střední vrstvy si = tloušťka stěny vnitřní vrstvy s ges = tloušťka stěny celkově s reál = doporučená tloušťka stěny, příkladná min = aktuální nejmenší hodnoty
Vnitřní vrstva 2 a/nebo vnější vrstva 1 může také sestávat z jiného materiálu, než je materiál střední vrstvy 3, kterým je například PP, jsou-li tyto spojovány se střední vrstvou 3 prostřednictvím adhezního zprostředkovatele - tedy právě dvěmi dalšími vrstvami. Tyto plastické hmoty pro vnější a/nebo vnitřní vrstvu 1, 2 mohou být například:
polyethylen (PE) akrylonitril-styrel-butadien-kopolymer (ABS) kopolymery ze styrenu a akrylonitrilu (SAN) polyamid (PA)
-5CZ 293937 B6
Technické řešení dovoluje nízké nasazení polymerů (zlepšení ekologické bilance) při splnění požadavků na beztlakové odvodňovací potrubí, se zlepšenou hospodárností oproti plnostěnným trubkám, a trubkám s pouze plněnou střední vrstvou. Dále jsou dosahovány vylepšené vlastnosti oproti trubkám s pouze vypěněnou střední vrstvou (neztužená nebo neplněná):
tenčí stěna při stejné tuhosti, vysoká tuhost po dlouhé období, vyšší E-modul, zlepšený faktor tečení, vyšší výroba a lepší chlazení při výrobě.
Oproti trubkám se střední vrstvou (nevypěněnou), které jsou pouze ztuženy minerální látkou, jsou poskytnuty následující přednosti:
zlepšená tepelná izolace, lepší účinnost vnitřního vytápění, úspora nákladů a nízká hmotnost.
Na diagramu připojeném jako obr. 2 je přednostní oblast uspořádání vypěněné vrstvy 3, která je přednostně střední vrstvou 3 třívrstvé trubky, která je zvýrazněna překříženým šrafováním, jejíž podíl PP je výhodně mezi 25 až 70 % hmotn. Oproti vrstvě, která je pouze ztužena minerální látkou, ale není vypěněna, je měrná hmotnost o nejméně 10 % hmotn. nižší. Například je dáno složení střední vrstvy 3, která obsahuje 30 % hmotn. mastku, 55 % hmotn. polypropylenu a 15 % 25 hmotn. pěnového podílu PP.
Například může být přednostní příklad provedení podle předloženého technického řešení popsán následujícím způsobem:
Trubka s výhodně vyformovaným hrdlem, která je použitelná jako odvodňovací trubka a jejíž radiální tuhost při tloušťkách stěn uvedených v tabulce 1 je větší než 4 kN/m2, sestává ze tří vrstev 1, 2, 3. Střední vrstva 3 sestává z polyolefmu, zejména polypropylenu, který je ztužen 25 až 70 % hmotn. minerální látky a je vypěněn na měrnou hmotnost a 10 % menší než je měrná hmotnost srovnatelné střední vrstvy, ztužené ve stejném poměru. Vnější vrstva 1 a vnitřní vrstva
2 sestávají přednostně ze stejného plastu jako střední vrstva 3. Střední vrstva 3 je výhodně ztužená mastkem nebo křídou nebo jejich směsí.
Množství polymeru obnáší méně než polovinu než u srovnatelných trubek, které nebyly ztuženy minerály a vypěněny.