CZ94398A3 - Trubka z termoplastického materiálu - Google Patents

Abstract

U dvouvrstvé trubky, svařitelné obvyklými způsoby je termoplastem vnitřní vrstvy vysokohustotní polyethylen s dlouhodobou pevností větší než SNťmnr, přičemž krycí vrstva sestává ze zesítěného polyethylenu.

Description

Trubka z termoplastického materiálu

Oblast techniky

Vynález se týká trubky z termoplastického materiálu, sestávající z nejméně dvou vrstev termoplastů různých vlastností, přičemž vnitřní trubka jako nosná vrstva je na svém vnějším obvodě opláštěná ochranným pláštěm tvořícím krycí vrstvu.

Dosavadní stav techniky

Několikavrstvové trubky jsou široce známy. Například evropský patentový spis číslo EU O 337 037 B1 popisuje několikavrstvovou trubku sestávající z nosné trubky ze zesítěného polyethylenu o vysoké hustotě a z vnějšího pláště z nezesítěného polyethylenu o vysoké hustotě. Tato trubka využívá jednak příznivých vlastností zesítěného polyethylenu, které spočívají v tom, že trubky z tohoto materiálu vykazují vysokou chemickou odolnost a vysokou odolnost vůči teplu, odolávají oděru a jsou necitlivé vůči korozi pod napětím a vůči vrubovým účinkům.Nedostatek takových trubek ze zesítěného polyethylenu spočívá však v tom, že jsou obtížně svař i tel né nebo se nedají svařovat vůbec.

Tento nedostaatek se podle stavu techniky obchází tím, že je zesítěný polyethylen o vysoké hustotě alespoň na vnější straně opatřen pláštěm z nezesítěného, svařitelného * polyethylenu.

Takové několikavrstvové trubky je možno vyrábět společným vytlačováním. Pokud se k zesltění nosné polyethylenové trubky použije způsobu silanového zesltování, může protlačováni nosné polyethylenové trubky probíhat spolu se silanovým zesíťovačem,

aniž při vytlačování dojde k zesíťenf. Toto zesítění nastane až dodatečně, například při uskladnění vytlačených trubek ve vlhkém prostředí.

* Způsob silanového zesíťování má tedy tu přednost, Se » vrstva trubky, opatřená zesltíovafie», může být vytlačována způsobem společného vytlačování se svařítelnou polyethylenovou vrstvou za získání několikavrstvové trubky, přičemž se obě vrstvy navzájem těsně uvnitř svaří, což je zapříčiněno tím, Se zeslťovač v nosné vrstvě trubky ještě nezačal působit.

Několikavrstvová trubka vyrobená tímto způsobem se pak vystaví působení vlhkého prostředí, čímž dojde k zesítění nosné vrstvy trubky a trubka získá příznivé vlastnosti zesítěného polyethylenu.

Takto vyrobená několikavrstvová trubka s vnějším pláštěm z nezesfťěnébo polyethylenu se pak může podle stavu techniky spojovat v obvyklých objímkách pro elektrosvařování nebo se může například svařovat s tvarovkami a podobnými útvary.

S několikavrstvovými trubkami se dají například spojováním jednotlivých trubek zhotovovat potrubí, která se ukládají do výkopu, který se pak zahrabe. Jelikož je však tento způsob nákladný, přechází se u plynových, vodovodních, kanalizačních a odvodňovaclch potrubí stále více na při kterém protlačuj í nebo spolu při různém bezvýkopové uk1ádán í, zemi vyvrtávají nebo řešení se v vodorovné vlácovité dutiny, kterými se dodatečně s vrtáním protahují potrubí. Přitom se bere v úvahu, že vývrty, provedené v zemi, nejsou hladké, nýbrž - podle povahy půdy - jsou částečně velmi drsné a vyvolávají zatahovaná do takových zemních zatahování silnému mechanickému která vedou zčásti k nepřijatelnému poškození Očekávaná životnost takových poškozených otěr. Potrubí vystavena při vnější straně, povrchu trubek, vývrtů jsou namáhání na

- 3 ··*· * *·· · · potrubí nůže být značně snížena.

Délka potrubí, zatahovaných do takových zemních vývrtu, může být až několik set metrů. Aby zatahování takových dlouhých potrubí probíhalo bez problémů, je třeba, aby pokládané trubky byly na vnější straně hladké, tedy aby nebyly žáné přečnívající spoje trubek, které mohou zatahování značně ztížit. Z toho důvodu se pro tyto techniky ukládání potrubí nehodí trubky spojované objímkami.

K tomu ještě přistupuje okolnost, že tyto zemní vývrty nejsou dokonale rovné, probíhají například v oblouku, pokud se má potrubí křížit se silnicí nebo s řekou. Tím se zvyšuje tření mezi trubkou a zeminou a zvyšuje se tak otěr.

Pro bezvýkopové kladení potrubí jsou proto potřeba ohebné trubky, které mohou být zhotovovány a dopravovány ve velkých délkách. Těmto požadavkům vyhovuji ve velké míře polyethylenové trubky, které se mohou vyrábět v délkách několika set metrů a dodávat navinuté na cívkách nebo v podobě návinů. Polyethylenové trubky jsou však citlivé vůči vrubům a z toho důvodu se nehodí beze všeho pro bezvýkopové ukládání nebol! při podmínkách na staveništích jsou právě vystaveny velkému namáhání na vnější straně při zatahování.

Ke kompenzaci tohoto slabého místa se mohou například pro tento případ použití volit trubky s větší tloušťkou stěny, u kterých očekávaná zbylá tloušťka stěny odolá namáhání vnitřním tlakem v provozu. Toto řešení má však ten nedostatek, Že při nutném dodržení vnějšího průměru trubky pro použití obvyklých spojovacích prvků se zvětšením tloušťky stěny zmenší světlost trubek.

Pokud musí být dodržena světlost standardních trubek, jde zvětšení tloušťky stěny na úkor vnějšího průměru trubky, ·· *· · · « , · · ··

I · · · · · · I

I · · «

I B * * · takže se pak nedá použít standardních spojovacích prvku. Bylo už také navrženo, nanést na standardní trubku ve druhé pracovní operaci ochranný plášť jako vrstvu odolávající opotřeben 1.

Výhodou tohoto řešení je, že po sej tnut í ochranné vrstvy na spojovaných místech zbyde standardní vnější průměr trubky a lze použít obvyklých způsobů spojování.

Při této konstrukci je nedostatkem, že přídavným ochranným pláštěm se podstatně zvětší tuhost trubky v podélném směru a tím se ztíží ukládání. Jako další nedostatek je třeba označit, že při snímání ochranného pláště může být na vnějším obvodě poškozena základní trubka, pokud se nepracuje čistě. Odstraňování ochranného pláště je kromě toho dodatečná pracovní operace, která techniku ukládání potrubí ekonomicky zatěžuje.

Konečně může být vyráběná trubka v celém průřezu stěny z materiálu odolávacího opotřebení, například ze zesítěného polyethylenu. To by však výrobní náklady značně prodražilo, což by nedávalo hospodářský užitek takového řešení.

DE 41 32 984 Cl je níž jádrová trubka opláštěná vrstvou

Z německého patentového spisu číslo známa několikavrstvá plastová trubka, u sestává z polyolefinu, která je polyvinylfluoridu (PVDF). Mechanickou stabilitu této vrstvené konstrukce přejímá jádrová trubka, zatímco povlak PVDF slouží jako difuzní uzávěra. Povlak PVDF ochrannou vrstvou proti vnějším řešení je použití drahého PVDF.

může být přídavně vlivům. Nedostatkem chráněn tohoto

Z německého patentového spisu číslo DE se známa další několikavrstvá plastová trubka z polyolefinu a se závěrnou vrstvou

18 006 Al je základní trubkou termoplast i ckého

- 5 ··« · · polyesteru. Obě vrstvy této konstrukce jsou navzájem kohesivně spojeny vhodnou lepivou vrstvou. Takové trubky mohou být kladeny jako potrubí pro pitnou vodu i do kontaminovaných pud, jelikož závěrné vrstvy zabraňují pronikání rušivých látek do protékající tekutiny.

Nedostatkem trubky se závěrnou PDVF-vrstvou je, že tato závěrná vrstva spočívá na základní trubce pouze různou smrštivostl, zatímco závěrná vrstva z termoplastického polyesteru musí být na základní trubku nalepena.

Úkolem vynálezu tedy je, vytvořit trubku z termoplastu odolávající opotřebení pro bezvýkopové ukládání, kterou lze spojovat standardními spojovacími prvky bez nutnosti odstraňování ochranné vrstvy, u které dále není světlost v porovnání se standardní trubkou dotčena, a u které nadto může být vytvořena difuzní uzávěra.

Podstata vynálezu

Trubka z termoplastického materiálu, sestávající nejméně ze dvou vrstev termoplastů odlišných vlastnosti, přičemž vnitřní trubka jako nosná vrstva je na svém vnějším obvodě opláštěná krycí vrstvou, spočívá podle vynálezu v tom , že termoplastem vnitřní trubky je polyethylen vysoké hustoty ÍHDPE) s dlouhodobou pevností větší než 8 N/mm², krycí vrstva sestává ze zesltěného polyethylenu (VPE), konstrukce krycí vrstvy vnitřní trubky je v celkovém průřezu identická s tloušťkou stěny jednovrstvé standardní trubky z polyethylenu vysoké hustoty (PEHD) s dlouhodobou pevnosti menší než 8 N/mm² a zatížitelnost vnitřním tlakem konstrukce s vnitřní trubkou a krycí vrstvou odpovídá nejméně zatížitelnosti jednovrstvové standardní trubky z PEHDE s dlouhodobou pevností rovnou nebo menší než 8 N/mm².

*

- 6 Vynález využívá té skutečnost, i , Se při zachováni obvyklých normovaných tlouštěk stěn pro definované vnější průměry trubky a definované tlakové stupně se jako materiálu nosné trubky používá polyethylenu vysoké hustoty s vyšší pevností, při kterém je mošno volit tenčí tloušťku stěny trubky.

Zbývající tloušťka stěny pro vnější vrstvu odolávající opotřebení ze zesttěného polyethylenu ÍVPE) muže být, provedena dostatečně tlustá až do obvyklé normalizované tloušťly stěny.

Výhody těchto opatření spočívají v tom. Se při stejné tloušťce stěny odpovídající standardní trubce není ohebnost trubky přes její dvouvrstvost snížena. Společným vytlačováním nosné trubky s ochranným pláštěm odolávajícím opotřebení se oba typy materiálu ve styku svaří a jsou tak nerozhorně spojeny,

Ačkoli jsou tato opatření známa už z patentového spisu číslo EU O 337 037 R1 , je třeba tento význak v této souvislosti připomenout jako přednost. Kromě toho už není nutné odlupování krycího pláště odolávajícího opotřebení při spojování trubek. Jako další výhodu je třeba ocenit, Že díky extrémní odolnosti proti opotřebení krycího pláště ze zesttěného polyethylenu (VPE) už se nemusí počítat s poškozením povrchu, které by mohlo vést k potížím při zhotovování spojů. Jelikož drahý materiál, odolávající opotřebení krycího pláště ze zesítěného polyethylenu tvoří jen 1/3 nebo 50 % tloušťky stěny, jsou náklady na takovou trubku oproti trubce s plnou stěnou ze zesítěného polyethylenu podstatně sníženy.

V praxi nelze vyloučit, še trubky trpí při dopravě a ukládání na vnější straně poškozováním rýhami a vruby, které mohou podstatně sníšit očekávanou šivotnost normálních trubek • ♦ · * ·

4 · · « • 4 « 4444 4 44« « « 4 « · ·* z PE 80 nebo PE ÍOO podle velikosti poškozeni

Při některých způsobech ukládání, například při bezvýkopovém ukládání s vyplavovacím vyvrtávánín, protahují se ve velkých délkách úzkým zemním kanálem, přičemž docházet na vnější traně vlivem nepříznivých trubky PEHD nutně může půdních podmínek k velmi silnému opotřebení.

Je samozřejmě možno tomuto znehodnocení pevnosti trubek povrchovým poškozením čelit tím, že se použije tlustších trubek a tlm se zvýší normální součinitel bezpečnosti. To však nutně vede k tomu, že při stadardníob vnějších průměrech se vnitřní světlost z hydraulických citlivost vůči trubek vlivem tlustší stěny zmenší, což je důvodů zpravidla nežádoucí. Kromě toho je vrubům při PE 80 nebo PE 100 rozhodující. Pevnost trubek se s opotřebenou vnější vrstvou nebo s hloubkou vrubů nesnižuje lineárně, ale především hraje značnou úlohu tvar vrubů, jejich hloubka a napětí v kořeni vrubu pro očekávanou životnost trubky v této poškozené oblasti.

Podle vynálezu se vnější vrstva normálních trubek, ohrožená opotřebením a rýhováním, nabražuje vrstvou zesftěného polyethylenu, která se volí tak tlustá, že v praxi očekávané vruby nejsou v žádném případě hlubší než je ochranná vrstva. Tím je dosaženo, Že vruby zůstanou v oblasti VPE. Vlivem své materiálové struktury je VPE absolutně necitlivý vůči vrubům, což znamená, že není nebezpečí, že se vrub dále rozšíří a povede nakonec k natržení trubky PE 100. To je podstatná vlastnost trubky tohoto nového druhu.

Tenkostěnné trubky PEHD, například trubky SDR 17 (PE 100

PN 10) se při mechanickém tuhosti méně příznivě než případně než trubky podle proto podstatně mohutnější spojování chovají vlivem menší trubky SDR 11 (PE 80 PN 10), vynálezu. Spojovací technika je a méně citlivá vůči montážním

- 8 • 4 4 • * nedostatkům. Při použití mechanických spojek je proto možno u typu trubek podle vynálezu upustit od výztužných pouzder.

Svařování pomocí standardních elektrosvařovacích objímek je bez problémů možné.

Je známo, že polyethylenové trubky kladou menší odpor vůči difusi chuťových látek, například aromatických uhlovodíků. Pokud se použije normálních trubek PEHD, například na potrubí pro pitnou vodu v půdách silně využívaných k polnohospodářstvi, musí se počítat s tím, že příchuť močůvky prodifunduje stěnou PE-trubky a pitnou vodu chuťově ovlivní. Tloušťka stěny tedy přirozeně v oblasti znehodnocení pitné vody hraje svou úlohu, stejně jako měrná hmotnost použitého PE-typu. Typy materiálů s menší hustotou mají větší difusní součinitel než typy materiálů s vyšší hustotou, PE 1OO je proto méně kritický při difusních problémech než PE 80. Jelikož však tloušťka stěny ovlivňuje difundované množství chuťových látek přibližně lineárně, odstraní se menší sklon k difusi opět menší tloušťkou stěny PE 100.

Proto obsahuje trubka podle vynálezu ve vnější vrstvě VPE difusní bariéru ve formě například polyamidu. Vynikající bariérové působení polyamidu, poměrně tlustý plášť s bariérovou vrstvou a příznivé difuzní chování nosné trubky z PE 100, dávají výtečné bariérové působení proti difusi, takže se hodí k použití zejména v kontaminovaných půdách.

Vedle difusní bariery polyamidu uloženého v opotřebovávané vrstvě mohou nalézt použití také kovové mi kro1ame1y. Používá se například hliníkových lupínků, jejichž šířka a délka je podstatně větší než jejich tloušťka stěny. Tím dochází při vytlačování krycí vrstvy k orientaci kovových lupínků rovnoběžně s povrchem extrudátoru. Při tom jsou kovové lupínky navrstveny v krycí vrstvě ve vzdálenostech závislých prakticky • · • ·* na koncentraci. Tím se dráha difuse pro difundujíof složky z vnějšku do kapaliny protékané potubím nebo naopak zvětší natolik, že se už difuse chuťových a aromatických látek prakticky nevyskytuje.

Vynález objasňují, nijak však neomezují následující příklady praktického provedení.

Př í k 1 ady provedenj__vynál ezii

Příklad 1

Truhka pro i,lakovou vodu z polyethylenu o vysoké hustotě typu PE 80 s vnějším průměrem 50 mm v provedení pro provozní tlak 1 MPa má tloušťku stěny 4,6 mm. To dává světlost standardní trubky 50 - 9, 2 = 40,8 mm.

Nahradí-li se standardní trubka vynálezu, vycházejí následující výpočty:

konstrukcí podle

Při použití polyethylenu typu PE 1OO na nosnou trubku, vychází pro standardní vnější průměr 50 mm a provozní tlak 1 MPa se světlostí 40,8 mm tloušťka stěny 2,8 mm.

K dosažení vnějšího průměru 50 mm zbývá pro nenosnou vrstvu ze zesítěného polyethylenu ÍVPE)

1,8 mm. Tato tloušťka stěny je vzhledem polethylenu (VPE1 vůči tomu, aby nosnou trubku při zatahování do zemních opotřebovávanou tloušťka stěny k vysoké odolnosti zesítěného opotřebení plně postačující k z polyethylenu o vysoké kustotě vývrtů plně chránila i při metrů.

délkách větších než několik set

Příklad 2

Tlakové trubky se dimenzují především podle očekávaného φ φ φ φ « φ φ φ«

1O maximálního vnitřního i, laku, u standardních vodovodních potrubích na pitnou vodu například 1 MPa.

Pro trubku z PE 80 a s vnějším průměrem 110 mm, vychází při tom tloušťka stěny 10 mm. To dává poměr vnějšího průměru k tloušťce stěny (SDR) 11. Trubka z PE 100, konstruovaná rovněž pro vnitřní tlak 1 MPa, by potřebovala tloušťku stěny 6,6 mm (SDR 17),

Vedle vnitřního tlaku, musejí trubky ještě přenášet přídavná zatížení, například vlivem navíjení pro dodávky větších dálek trubek v návinech, namáhání ohybem při ukládáni a nakonec i při odlehčení v založeném stavu působením půdy a působením provozních zatížení.

Uvedená namáhání sice nenamáhají trubku tahovým napětím, nýbrž ohybovým napětím, například při hmotnosti zeminy deformací trubek nebo vyboulením při ohýbání trubek.

Při namáhání vnitřním tlakem vstupuje tloušťka stěny do výpočtu lineárně. Při zatížení vrcholným tlakem a pří zatížení na vyboulení vstupuje tloušťka stěny do výpočtů ve třetí mocnině, přičemž se modul pružnosti materiálu vyskytuje jako lineární veličina.

U materiálů typu PE 80 je modul pružností 800 N/mm², zatímco u materiálů typu PE 100 jsou moduly pružnosti přibližně 1200 N/mm², tedy přibližně o 50 % větší,

U shora zmíněných trubek pro PN 10 má trubka z materiálu PE 80 s tloušťkou Stěny 10 mm, bez respektování rozdílu v modulu pružnosti 4x vyšší tuhost než trubka z PE 100 s tloušťkou stěny 6,6 mm. Při respektováni rozdílného modulu pružnosti má trubka pro PN ÍO z PE 80 ještě 2,7-násobnou tuhost oproti trubce pro PN 10 z PE 100.

·«· ···»··

Tím je v praxi schopnost, ohybu a návinu tenkosběnnájšich trubek 3 PE 100 silně omezena. Ztrátu tuhosti, Ledy zatížitelnost vrcholovým tlakem je rovněž třeba dosadit s 2,6-násobnou tuhostí.

uvedených důvodů není v mnoha případech možno nový materiál hospodárně použít, jelikož nelze plně využit možné zmenšeni tloušťky stěny, vyplývající ze zvýšené zatížitelnosti tahem z důvodů stability.

U trubek podle vynálezu je nasazeni materiálu PE Í00 možné bez omezeni, jelikož chybějící tloušťka stěny u trubky z PE 80, v příkladu 3,5 mm, je vyrovnána vrstvou chránící před opotřebením z VPE nebo bariérovou vrstvou proti difusi VPE/PA. Trubky podle vynálezu jsou proto při dopravě, kladení a provozu s dosud známými trubkami z PE 80 plně porovnatelné.

Průmyslová využitelnost

Trubky, svaři tel né obvyklými způsoby, u kterých použitím materiálu PE 100 na nosnou trubku vychází její stěna LenSí než u dosud používaného materiálu PE 80, takže k dosažení vnějšího standardního průměru zhývá větší tloušťka k ochraně proti mechanickému poškození při kladení potrubí.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Trubka s íerBoplasi ického materiálu, sestávající nejméně * · 2e dvou vrstev termoplastů odlišných vlastností, přičemě vnitřní trubka jako nosná vrstva je na svém vnějším obvodě * * opláštěná krycí vrstvou, vyznačující se tím, ěe termoplastem vnitřní trubky je polyethylen vysoké hustoty s dlouhodobou pevností větší než 8 N/mm², krycí vrstva sestává se sesltěného polyethylenu, konstrukce krycí vrstvy vnitřní trubky je v celkovém průřesu identická s tloušťkou stěny jednovrstvé standardní trubky s polyethylenu vysoké hustoty s dlouhodobou pevností menší než 8 N/mm² a satíŽite1nost vnitřním tlakem konstrukce s vnitřní trubkou a s krycí vrstvou odpovídá nejméně satíěi telnosti jednovrstvové standardní trubky s polyethylenu vysoké hustoty s dlouhodobou pevností rovnou nebo menší než 8 N/mm²,

   2. Trubka podl e nároku í , v y s n a či u j í G í s e tím, ěe krycí vrstva sabírá nejvíce polovinu celkového průřesu. 3. Trubka podl e nároku 1 , V y s n a č u j í c í s β tím, ěe krycí vrstva a vnitřní trubka jsou ve vsáj emném styku svařeny. 4. Trubka podle nároku 1, v y s n a č u j í G í ξ e

   t í m, že krycí vrstvě je přimíšen přídavný materiál t sbariérovým účinkem vůči di fusi.

   » 5. Trubka podle nároku 4, vysnačující se tím, ěe přídavným materiálem je polyamid.
2. 6. Trubka podle nároku 4, vysnačujícl se tím, ěe přídavným materiálem jsou kovové mikrolamely.

   ·*
3. 7. Trubka podle nároku 6, vyznačující se t í m, Že kovová mikrolamely jsou přimíšeny v podílu hmotnostně 3 až 10 %.
4. 8. Trubka podle nároku 5, vyEnačující se tím, že podíl polyamidu v krycí vrstvě je hmotnostně 10 až 80 % .