DE10120620A1 - Multilayered plastic pipe, in particular, for conveying fluid media in heating and sanitary installations comprises at least one multimaterial layer consisting of a polymer with a montmorillonite filler - Google Patents
Multilayered plastic pipe, in particular, for conveying fluid media in heating and sanitary installations comprises at least one multimaterial layer consisting of a polymer with a montmorillonite fillerInfo
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Abstract
Description
die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Kunststoffrohr, insbesondere zum Transport von fluiden Medien im Heizungs- und Sanitärbereich.The invention relates to a multilayer plastic tube, especially for the transport of fluid media in heating and sanitary area.
Derartige Kunststoffrohre sind bereits aus der DE 299 06 035 U1 bekannt. Diese Rohre weisen zwar eine ausreichende mecha nische Festigkeit auf, die zur Herstellung der Rohre verwen deten Kunststoffe lassen jedoch insbesondere bei hohen Tem peraturen der innerhalb der Rohre geführten Medien die Dif fusion von Gasen aus der das Rohr umgebenden Luft in das flüssige Medium zu.Such plastic pipes are already from DE 299 06 035 U1 known. These pipes have sufficient mecha strength that are used to manufacture the pipes Deteten plastics, however, especially at high temperatures temperatures of the media inside the pipes the dif fusion of gases from the air surrounding the pipe into the liquid medium too.
So kann beispielsweise die Diffusion von Sauerstoff in das in der Leitung angeordnete Medium zu einer Korrosion der Oberflächen von metallischen Bauteilen führen, die innerhalb eines Leitungssystems angeordnet sind. Die sich in der Folge ablösenden Rostpartikel führen zu einer Verschlammung der Leitungen, wodurch der Durchfluß des in den Leitungen ge führten Mediums behindert oder möglicherweise komplett bloc kiert wird.For example, the diffusion of oxygen into the Medium arranged in the line to corrosion of the Surfaces of metallic components lead inside a line system are arranged. The result Detaching rust particles lead to silting up of the Lines, which causes the flow of ge in the lines medium is impaired or possibly completely bloc is cated.
Neben Sauerstoff können auch aggressive Gase in das Medium hineindiffundieren, die eine Schädigung der Rohrinnenfläche hervorrufen. Hierdurch kann es zu Undichtigkeiten der Rohre kommen, durch die das in dem Rohr geführte Medium aus dem Rohr austritt und erhebliche Schäden an den das Rohr umge benden Einrichtungen hervorruft.In addition to oxygen, aggressive gases can also enter the medium diffuse into it, causing damage to the inner surface of the pipe cause. This can lead to leaks in the pipes come through which the medium guided in the pipe from the Pipe escapes and considerable damage to the pipe is reversed facilities.
Ein mehrschichtiges Polymerrohr zur Verwendung in Zentral heizungssystemen ist in der EP 0 030 091 beschrieben. Der artige Rohre weisen den Nachteil auf, daß sie eine unzureichende mechanische Stabilität insbesondere Längenstabilität aufweisen.A multi-layer polymer tube for use in central heating systems is described in EP 0 030 091. the like pipes have the disadvantage that they are inadequate mechanical stability, in particular length stability exhibit.
Die Rohre unterliegen im Betrieb wechselnden Temperaturein flüssen, infolge derer sich die Rohre ausdehnen und zusam menziehen. Aufgrund der Materialeigenschaften der Rohre kann es insbesondere zu Beginn der Inbetriebnahme dazu kommen, daß die Rohre auf eine Länge schrumpfen, die geringer ist als die Ausgangslänge der Rohre. Dieses Temperaturverhalten der Rohre kann eine Schädigung des gesamten Leitungssystems mit den daran angebrachten Einrichtungen zur Folge haben.The pipes are subject to changing temperatures during operation flows, due to which the pipes expand and collapse menziehen. Due to the material properties of the pipes especially at the start of commissioning, that the pipes shrink to a length that is less than the initial length of the pipes. This temperature behavior The pipes can damage the entire pipe system with the attached devices.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mehr schichtiges Kunststoffrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe mechanische Festigkeit und Längen stabilität sowie einen hohen Widerstand gegen Gasdiffusion aufweist.It is therefore an object of the present invention, one more layered plastic pipe of the type mentioned create that high mechanical strength and lengths stability and a high resistance to gas diffusion having.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß min destens eine der Schichten als Mehrstoffschicht aus einem polymeren Kunststoff und darin eingebettetem, als Füller aufbereitetem Nanoclay (Montmorillonites) ausgebildet ist. Der in den polymeren Kunststoff eingebettete Füller wird aus einer Lehmart gewonnen, die sehr feine, vorzugsweise plätt chenförmige Partikel aufweist. Der im Rahmen dieser Erfin dung verwendete Füller ist als Granulat bei der Firma RTP Deutschland GmbH, Siemensstraße 13, 35799 Merenberg erhält lich.According to the invention, this object is achieved in that at least one of the layers is designed as a multi-component layer made of a polymer plastic and embedded therein, prepared as a filler nanoclay (Montmorillonites). The filler embedded in the polymer plastic is obtained from a type of clay that has very fine, preferably platelet-shaped particles. The filler used in the context of this invention is available as granules from RTP Deutschland GmbH, Siemensstrasse 13 , 35799 Merenberg.
Die erfindungsgemäße Mehrstoffschicht - hier und im folgen den wird die aus dem polymeren Kunststoff und dem als Füller aufbereiteten Nanoclay (Montmorillonites) gebildete Schicht zur Vereinfachung nur mit "Mehrstoffschicht" bezeichnet - weist eine hohe Sperrwirkung gegen Gasdiffusion auf. Die Mehrstoffschicht verhindert zuverlässig das Eindringen schädlicher Gase aller Art in das Rohrinnere und somit den Kontakt der Gase mit dem im Leitungsinneren befindlichen Medium. Eine Schädigung der mit dem Medium in Kontakt ste henden Bauelemente eines Leitungssystems sowie der Leitungen wird dadurch wirksam vermieden.The multi-component layer according to the invention - here and below The one that is made from the polymer plastic and that as a filler prepared layer made of nanoclay (Montmorillonites) for simplicity only referred to as "multi-layer" - has a high barrier effect against gas diffusion. The Multi-layer reliably prevents penetration harmful gases of all kinds in the interior of the pipe and thus the Contact of the gases with the one inside Medium. Damage to the medium in contact existing components of a line system and the lines is effectively avoided.
Der in den polymeren Kunststoff der Mehrstoffschicht einge bettete Füller bewirkt ferner eine hohe mechanische Festig keit der Rohre. Dabei wird neben einer hohen Längenstabili tät des Rohres auch eine hohe Bruchfestigkeit sowie eine hohe Innendruckfestigkeit des Rohres erzielt, wobei die Wandstärke der Rohre gegenüber herkömmlichen Rohren, die eine vergleichbare Druckfestigkeit aufweisen, erheblich reduziert werden kann, so daß der Materialbedarf zur Her stellung der Rohre verringert wird. Gleichzeitig wird jedoch eine für die Installation notwendige Flexibilität der Rohre beibehalten. Die Verwendung erfindungsgemäßer Rohre ermög licht eine kompakte Bauweise entsprechender Leitungsanlagen.The one in the polymer plastic of the multi-component layer embedded filler also results in a high mechanical strength pipe. In addition to a high length stability the tube also has a high breaking strength and a achieved high internal pressure resistance of the tube, the Wall thickness of the pipes compared to conventional pipes have a comparable compressive strength, considerably can be reduced, so that the material requirements for Her position of the pipes is reduced. At the same time, however a flexibility of the pipes necessary for the installation maintained. The use of tubes according to the invention enables light a compact design of corresponding line systems.
Die Mehrstoffschicht ist ferner feuchtigkeitsresistent, so daß bei Verwendung der Mehrstoffschicht als Außenschicht auch auf eine gegebenenfalls erforderliche separate Feuch tigkeitsschutzschicht verzichtet werden kann.The multi-component layer is also moisture-resistant, so that when using the multi-layer as an outer layer also on any separate dampness that may be required protective layer can be dispensed with.
Grundsätzlich ist die Anzahl der Schichten des Kunststoff rohres sowie die Anzahl der Mehrstoffschichten und deren Anordnung frei wählbar. Nach einer Weiterbildung der Erfin dung weist das Kunststoffrohr jedoch eine Innenschicht und eine Außenschicht auf, wobei die Außenschicht als Mehrstoff schicht ausgebildet ist. Da die Mehrstoffschicht verschiede ne Eigenschaften, nämlich u. a. hohe Innendruckfestigkeit, hohe Längenstabilität, Bruchfestigkeit und Sperrwirkung gegen Gasdiffusion in sich vereint, kann auf zusätzliche Schichten verzichtet werden, die andernfalls erforderlich sind, um ein Kunststoffrohr mit den geforderten Eigenschaf ten herzustellen. Ein zweischichtiges Rohr weist zudem eine nur geringe Baugröße auf und ermöglicht somit eine platz sparende Installation.Basically, the number of layers of plastic tubes and the number of multi-component layers and their Arrangement freely selectable. After further training from the Erfin However, the plastic pipe has an inner layer and an outer layer, the outer layer being a multi-material layer is formed. Since the multi-component layer was different ne properties, namely u. a. high internal pressure resistance, high length stability, breaking strength and barrier effect against gas diffusion combined, can on additional Layers that are otherwise required are dispensed with are to a plastic pipe with the required properties to manufacture. A two-layer pipe also has one only a small size and thus allows space saving installation.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Kunststoffrohr eine Innenschicht, eine Außenschicht und eine Zwischenschicht auf, wobei die Zwischenschicht als Mehrstoffschicht ausgebildet ist. Die Anordnung der Mehr stoffschicht zwischen der Innen- und Außenschicht gewähr leistet, daß die Mehrstoffschicht dauerhaft vor Umgebungs einflüssen geschützt ist. Schädigende mechanische und che mische Einwirkungen werden durch die Innen- und Außenschicht des Kunststoffrohres wirksam von der Mehrstoffschicht abge halten, wodurch sich eine erhöhte Haltbarkeit der Mehrstoff schicht ergibt.According to an advantageous embodiment of the invention the plastic tube an inner layer, an outer layer and an intermediate layer, wherein the intermediate layer as Multicomponent layer is formed. The arrangement of the more fabric layer between the inner and outer layer ensures that the multi-component layer is permanently in front of the environment influences is protected. Damaging mechanical and che Mixing effects are caused by the inner and outer layers the plastic pipe effectively abge from the multi-layer hold, resulting in increased durability of the multi-material layer results.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Er findung sind die Zwischenschicht und eine Hüllschicht als Mehrstoffschicht ausgebildet. Die Verwendung von zwei Mehr stoffschichten steigert in besonderer Weise die Material eigenschaften des Kunststoffrohres wie Innendruckfestigkeit, Längenstabilität, Sperrwirkung gegen Gasdiffusion etc. Die Hüllschicht wirkt dabei zusätzlich als Feuchtigkeitssperre und erhöht damit die Lebensdauer der Kunststoffrohre in ergänzender Weise.According to a particularly advantageous embodiment of the Er are the intermediate layer and a cladding layer as Multi-layer layer formed. The use of two more layers of material increase the material in a special way properties of the plastic pipe such as internal pressure resistance, Length stability, barrier effect against gas diffusion etc. The The outer layer also acts as a moisture barrier and thus increases the life of the plastic pipes in complementary way.
Der Anteil des in der Mehrstoffschicht enthaltenen Füllers kann grundsätzlich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ein satzbereich frei gewählt werden. Es ist daher eine optimale Anpassung der Kunststoffrohre an den jeweiligen Anwendungs fall möglich. Durch die Verwendung eines relativen hohen Anteils des Füllers kann somit bspw. auch auf einfache Weise ein starres Kunststoffrohr mit einer sehr hohen Innendruck festigkeit erzeugt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt jedoch der Anteil des als Füller aufbereiteten Nanoclay (Montmorillonites) an der Mehrstoffschicht zwischen 1 und 10 Gew.-%, vorzugsweise zwi schen 3 und 8 Gew.-%, insbesondere ca. 5 Gew.-%.The proportion of the filler contained in the multi-component layer can basically depend on the respective one can be freely selected. It is therefore an optimal one Adaptation of the plastic pipes to the respective application if possible. By using a relatively high The filler can therefore also be used in a simple manner, for example a rigid plastic tube with a very high internal pressure strength are generated. According to an advantageous embodiment the invention, however, is the proportion of the Filled nanoclay (Montmorillonites) at the Multicomponent layer between 1 and 10 wt .-%, preferably between 3 and 8 wt .-%, in particular about 5 wt .-%.
Eine derart ausgestaltete Mehrstoffschicht kombiniert in besonders vorteilhafter Weise die unterschiedlichen Materi aleigenschaften. Neben einer hohen Zug- und Druckfestigkeit, einer hohen Innendruckfestigkeit sowie einer hohen Bruch festigkeit und einer guten Sperrwirkung gegen Gasdiffusion weist das Kunststoffrohr eine ausreichende Flexibilität auf.Such a multi-material layer combines in the different materials are particularly advantageous ca- pacity. In addition to high tensile and compressive strength, a high internal pressure resistance as well as a high fracture strength and a good barrier effect against gas diffusion the plastic tube has sufficient flexibility.
Zur Bildung der Mehrstoffschicht können grundsätzlich alle polymeren Kunststoffe verwendet werden. Nach einer vorteil haften Weiterbildung der Erfindung ist der polymere Kunst stoff der Mehrstoffschicht Polyamid. Die Verwendung eines derartigen Werkstoffs ermöglicht in besonders zuverlässiger Weise die Herstellung einer homogenen Zwischenschicht, wel che keinerlei Hohlräume aufweist, die möglicherweise zu einer Reduzierung des Widerstands gegen Gasdiffusion sowie zu einer Reduzierung der mechanischen Festigkeit führen können. Ferner kann durch die Verwendung von Polyamid, das bereits eine Sperrwirkung gegen Gasdiffusion aufweist, die Sperrwirkung der Mehrstoffschicht in ergänzender Weise ge steigert werden.In principle, all can be used to form the multi-component layer polymeric plastics are used. After an advantage adhere to the invention is the polymeric art Multi-layer polyamide fabric. The use of a such material allows in a particularly reliable Way the production of a homogeneous intermediate layer, wel che has no voids that may be closed a reduction in resistance to gas diffusion as well lead to a reduction in mechanical strength can. Furthermore, by using polyamide, the already has a barrier effect against gas diffusion, the Barrier effect of the multi-layer in a complementary manner be increased.
Grundsätzlich können für die an die Mehrstoffschicht an grenzenden Schichten beliebige thermoplastische Werkstoffe verwendet werden, so daß das Kunststoffrohr optimal an das das Rohr durchströmende Medium sowie an die auf das Rohr von außen wirkenden Einflüsse angepaßt werden kann. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die an die Mehrstoffschicht angrenzenden Schichten jedoch aus Polyethy len gebildet. Die Verwendung von Polyethylen ermöglicht aufgrund der geringen Rohmaterialkosten eine besonders kostengünstige Herstellung der Kunststoffrohre.Basically you can stick to the multi-component layer bordering layers of any thermoplastic materials be used so that the plastic tube optimally to the medium flowing through the pipe and to the on the pipe from external influences can be adjusted. After a advantageous development of the invention are those to the Multi-layer adjoining layers, however, made of polyethylene len formed. The use of polyethylene allows due to the low raw material costs a particularly inexpensive Manufacture of plastic pipes.
Die Schichten können grundsätzlich ohne Verwendung von Bin demitteln stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Schichten jedoch durch ein Bindemittel stoffschlüssig mit einander verbunden. Das Bindemittel gewährleistet dabei in besonders vorteilhafter Weise eine nahtlose Verbindung zwi schen den einzelnen Schichten, so daß wirksam struktur- und eigenschaftsschwächenden Zwischenräumen sowie einem Lösen der Verbindung zwischen den Schichten vorgebeugt wird.The layers can basically be used without using Bin to be cohesively connected. To an advantageous development of the invention are However, layers are cohesively bonded with a binder connected to each other. The binder ensures in particularly advantageously a seamless connection between the individual layers, so that effective structural and property-weakening gaps and a loosening the connection between the layers is prevented.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Bindemittel ein Adhäsionscopolymer. Ein Adhäsionscopolymer gewährleistet besonders zuverlässig eine homogene Bindung zwischen den Schichten. Die Dicke des auf die Außenseite der Innenschicht bzw. auf die Außenseite der Zwischenschicht aufgetragenen Bindemittels beträgt dabei nach einer besonders vorteilhaf ten Ausgestaltung der Erfindung 20-50 µm.According to a development of the invention, the binder an adhesion copolymer. An adhesion copolymer ensures particularly reliable a homogeneous bond between the Layers. The thickness of the outside of the inner layer or applied to the outside of the intermediate layer Binder is according to a particularly advantageous th embodiment of the invention 20-50 microns.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Mehrstoffschicht in einem Extrusionsverfahren erzeugt. Der Füller befindet sich vor der Extrusion in homogener Ver teilung innerhalb der Schmelze des die Mehrstoffschicht bildenden polymeren Kunststoffs. Beim Extrusionsvorgang verteilt sich der Füller gleichmäßig in der Mehrstoff schicht.According to a preferred embodiment of the invention Multi-layer layer produced in an extrusion process. The Filler is in homogeneous Ver before extrusion division within the melt of the multi-material layer forming polymeric plastic. During the extrusion process the filler is distributed evenly in the multi-material layer.
Zudem wird durch diese Ausgestaltung der Erfindung gewähr leistet, daß der Füller vollständig in der Mehrstoffschicht eingebettet ist. Zwischenräume sowie Bereiche mit einer nur geringen Menge des Füllers, die zu einer Schwächung der Struktur der Mehrstoffschicht führen können, werden wirksam vermieden. This embodiment of the invention also ensures ensures that the filler is completely in the multi-component layer is embedded. Spaces as well as areas with only one small amount of the filler, which leads to a weakening of the Structure of the multi-component layer can be effective avoided.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below of the drawings. The drawings show:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kunststoffrohres mit drei Schichten; Figure 1 is a sectional view of a plastic tube with three layers.
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Kunststoffrohres mit vier Schichten und Fig. 2 is a sectional view of a plastic tube with four layers and
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Kunststoffrohres mit zwei Schichten. Fig. 3 is a sectional view of a plastic tube with two layers.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kunststoff rohres 6a, das aus einer Außenschicht 3 und einer Innen schicht 1 sowie einer von der Innenschicht 3 und der Außen schicht 1 eingeschlossenen Zwischenschicht 2 besteht. Fig. 1 shows a first embodiment of a plastic tube 6 a, the inner and of an outer layer 3 layer 1 and one of the inner layer 3 and the outer layer 1 enclosed between layer 2 is made.
Die als Mehrstoffschicht ausgebildete Zwischenschicht 2 besteht aus einem polymeren Kunststoff mit darin eingebette tem, hier nicht dargestelltem als Füller aufbereitetem Nano clay (Montmorillonites) und ist durch Bindemittelschichten 4, 5 mit der Außenseite der Innenschicht 1 und der Innensei te der Außenschicht 3 verbunden.The intermediate layer 2 formed as a multi-layer consists of a polymeric plastic with embedded nano clay (Montmorillonites), not shown here as a filler, and is connected by binder layers 4 , 5 to the outside of the inside layer 1 and the inside of the outside layer 3 .
Zur Herstellung des Kunststoffrohres 6a wird zuerst die Innenschicht 1 extrudiert, auf die dann die Bindemittel schicht 5 aufgetragen wird. Anschließend wird die Zwischen schicht 2 auf die Innenschicht 1 koextrudiert. Im Anschluß daran wird erneut eine Bindemittelschicht 4 auf die Außen seite der Zwischenschicht 2 aufgetragen. Anschließend wird die Außenschicht 3 auf die Zwischenschicht 2 koextrudiert.To produce the plastic tube 6 a, the inner layer 1 is first extruded, to which the binder layer 5 is then applied. Subsequently, the intermediate layer 2 is coextruded onto the inner layer 1 . Subsequently, a binder layer 4 is again applied to the outer side of the intermediate layer 2 . The outer layer 3 is then coextruded onto the intermediate layer 2 .
Fig. 2 zeigt ein Kunststoffrohr 6b, welches aus einer Innen schicht 1, einer Zwischenschicht 2, einer Außenschicht 3 und einer Hüllschicht 7 gebildet ist. Die Zwischenschicht 2 und die Hüllschicht 7 sind dabei als Mehrstoffschicht aus einem polymeren Kunststoff mit darin eingebettetem, als Füller aufbereitetem Nanoclay (Montmorillonites) ausgebildet. Fig. 2 shows a plastic tube 6 b, which is formed from an inner layer 1 , an intermediate layer 2 , an outer layer 3 and a cladding layer 7 . The intermediate layer 2 and the cladding layer 7 are designed as a multi-component layer made of a polymer plastic with embedded nanoclay (montmorillonites) prepared as a filler.
Der Aufbau des Kunststoffrohres 6b entspricht im wesentli chen dem Aufbau des Kunststoffrohres 6a. Die zusätzliche Hüllschicht 7 ist durch eine Bindemittelschicht 8 mit der Außenseite der Außenschicht 3 verbunden.The structure of the plastic tube 6 b corresponds in wesentli Chen the structure of the plastic tube 6 a. The additional covering layer 7 is connected to the outside of the outer layer 3 by a binder layer 8 .
Fig. 3 zeigt als weitere Ausführungsform ein zweischichtiges Kunststoffrohr 6c mit einer Innenschicht 1 und einer Außen schicht 3. Die Außenschicht 3 ist dabei als Mehrstoffschicht aus einem polymeren Kunststoff mit darin eingebettetem, als Füller aufbereitetem Nanoclay (Montmorillonites) ausgebil det. Fig. 3 shows a further embodiment, a two-layer plastic tube 6 c with an inner layer 1 and an outer layer 3rd The outer layer 3 is formed as a multi-layer of a polymeric plastic with embedded therein, prepared as a filler nanoclay (Montmorillonites).
Auch der Aufbau des Kunststoffrohres 6c entspricht im we sentlichen dem Aufbau der Kunststoffrohre 6a, 6b, wobei die Außenschicht 3 durch die Bindemittelschicht 4 direkt mit der Innenschicht 1 verbunden ist.The structure of the plastic tube 6 c corresponds essentially to the structure of the plastic tubes 6 a, 6 b, the outer layer 3 being connected directly to the inner layer 1 by the binder layer 4 .
Die Herstellung der Kunststoffrohre 6b, 6c erfolgt in analo ger Weise zur Herstellung des dreischichtigen Kunststoff rohres 6a.The production of the plastic tubes 6 b, 6 c takes place in an analogous manner for the production of the three-layer plastic tube 6 a.
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