DE102008038039A1

DE102008038039A1 - Mehrschicht-Verbundrohr mit einer Polyvinylidenfluorid-Innenschicht

Info

Publication number: DE102008038039A1
Application number: DE102008038039A
Authority: DE
Inventors: Willy Hendrickx
Original assignee: Henco Industries NV
Current assignee: Henco Industries NV
Priority date: 2008-08-16
Filing date: 2008-08-16
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-17
Also published as: DE102008038039B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundrohr, bestehend aus zumindest zwei Kunststoffschichten, die eine innere Schicht und eine äußere Schicht bilden, die jeweils unter Zwischenfügen einer Haftvermittlerschicht eine Metallschicht einschließen. Erfindungsgemäß werden ein Verbundrohr sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundrohres bereitgestellt beziehungsweise angegeben, das bei gutem Betriebsverhalten wirtschaftlich und produktionssicher herstellbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die innere Schicht 1 unter Einfügen von zumindest einer Haftvermittlerschicht 2, 3, 4 von einer Trägerschicht 5 umgeben ist. Die besondere Eigenschaft der inneren Schicht 1 aus Polyvinylidenfluorid ist insbesondere die hohe Festigkeit und die hohe Kriechfestigkeit unter Dauerbelastung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundrohr, bestehend aus zumindest zwei Kunststoffschichten, die eine innere Schicht und eine äußere Schicht bilden, die jeweils unter Zwischenfügung einer Haftvermittlerschicht eine Metallschicht einschließen.
Ein derartiges Verbundrohr ist aus der DE 699 12 943 T2 bekannt. Dieses Verbundrohr ist aus einer Innenschicht aus beispielsweise Polyvinylidenfluorid und einer Außenschicht aus einem Polyvinylchlorid oder Polyvinylidenfluorid, die jeweils in einer amorphen Struktur vorliegen, gefertigt. Das Verbundrohr weist mit der metallischen Mittelschicht und den diese Mittelschicht mit der Innenschicht und der Außenschicht verbindenden Klebeschichten insgesamt fünf Schichten auf, wobei die Innenschicht und die Außenschicht jeweils die gleiche Dicke aufweisen. Dieses Verbundrohr wird insbesondere in der Installations- und Heizungstechnik verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundrohr sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundrohres bereitzustellen beziehungsweise anzugeben, dass bei gutem Betriebsverhalten wirtschaftlich und produktionssicher herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die innere Schicht unter Einfügung von zumindest einer Haftvermittlerschicht von einer Trägerschicht umgeben ist. Die besondere Eigenschaften der inneren Schicht aus Polyvinylidenfluorid ist insbesondere die hohe Festigkeit, die hohe Kriechfestigkeit unter Dauerbelastung, die guten Kälteeigenschaften und die hohe Temperaturbeständigkeit. Ein mit einer solchen inneren Schicht hergestelltes Verbundrohr kann mit (Innen)-Drücken von ca. 50 bar belastet werden und verträgt Temperaturen im Bereich von bis zu 150° Celsius. Die Trägerschicht braucht diese besonderen Eigenschaften nicht in diesem Maß aufzuweisen und kann stattdessen aus einem haltbaren und formstabilen, dabei aber preiswerten Material hergestellt sein. Wichtig ist dabei die Wahl des Haftvermittlers, der entscheidend dazu beiträgt, dass die innere Schicht und die Trägerschicht einen festen Verbund eingehen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die innere Schicht unter Einfügung von zwei verschiedenartigen Haftvermittlerschichten von der Trägerschicht umgeben. In einer weiteren Ausgestaltung ist die innere Schicht sogar unter Einfügung von drei verschiedenartigen Haftvermittlerschichten von der Trägerschicht umgeben. Zwei oder drei Haftvermittlerschichten kommen insbesondere dann in Betracht, wenn das Material der Trägerschicht aus der Gruppe der vernetzbaren Polyethylene ausgewählt ist. Als Polyethylene kommen dabei insbesondere HDPE, MDPE, LDPE und/oder LLDPE in Betracht. Alle diese Polyethylene können prozesssicher verarbeitet werden, sind kostengünstiger als Polyvinylidenfluorid und bilden zusammen mit den weiteren Schichten ein hochwertiges Verbundrohr. Werden zwei Haftvermittlerschichten um die innere Schicht aus Polyvinylidenfluorid aufgetragen, ist die erste auf das Polyvinylidenfluorid aufgetragene Haftvermittlerschicht eine besonders gut an Polyvinylidenfluorid klebende Haftvermittlerschicht. Gut geeignet sind Kleber, die unter dem Markennamen Kynar ADX-Flex 2285-05, ADX 1720-03, ADX 1285-03, ADX 1280-03, ADX 2250-05 oder ADX 2275-05 bekannt sind. Die aufgetragene Haftvermittlerschicht hat eine Dicke von 0,02 mm bis 0,05 mm. Die zweite Haftvermittlerschicht ist ein Kleber, der unter dem Markennamen Lotader X 1200 oder Lotader 8845 bekannt ist. Diese zweite aufgetragene Haftvermittlerschicht hat eine Dicke von 0,02 mm bis 0,05 mm. Die erste Haftvermittlerschicht ist insbesondere nötig, weil sich bei Versuchen herausgestellt hat, dass die zweite Haft Vermittlerschicht zumindest keine zuverlässige Verbindung mit Polyvinylidenfluorid eingeht. Das Auftragen dieser beiden Haftvermittlerschichten und insbesondere das anschließende Extrudieren der Trägerschicht muss sorgfältig erfolgen.
Werden drei Haftvermittlerschichten um die innere Schicht aus Polyvinylidenfluorid aufgetragen, sind die erste und die zweite Haftvermittlerschicht identisch zu den zuvor beschriebenen Haftvermittlerschichten. Die dritte Haftvermittlerschicht entspricht dem ersten Kleber, der unter dem Markennamen Kynar ADX-Flex 2285-05, ADX 1720-03, ADX 1285-03, ADX 1280-03, ADX 2250-05 oder ADX 2275-05 bekannt ist. Auch diese Haftvermittlerschicht hat eine Dicke von 0,02 mm bis 0,05 mm Das Auftragen dieser drei Haftvermittlerschichten und das anschließende Extrudieren der Trägerschicht stellt nicht ganz so hohe Anforderungen an den Herstellungsprozess. Daher ist dieser Herstellungsprozess – je nach Vorgabe – nicht aufwendiger oder teurer als der nur zweischichtige Herstellungsprozess.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Material der Trägerschicht aus der Gruppe der unvernetzbaren und/oder der vernetzbaren Polyethylene ausgewählt. Dabei ist in wiederum weiterer Ausgestaltung das Material aus der Gruppe der Polyethylene HDPE, MDPE, LDPE um oder LLDPE ausgewählt. HDPE ist ein elektronenstrahlvernetzbares Polyethylen, mit dem schon große Betriebserfahrungen vorliegen. MDPE ist ein unvernetzbares Polyethylen, das beispielsweise unter dem Markennamen DOWLEX 2388 oder DOWLEX 2344 bekannt ist. Diese Polyethylene haben sich für die Verwendung als Trägerschicht besonders geeignet erwiesen. In weiterer Ausgestal tung weist die Trägerschicht eine Dicke von 0,5 mm bis 0,9 mm, insbesondere 0,7 mm auf.
Dagegen weist die innere Schicht in weiterer Ausgestaltung bevorzugt nur eine Dicke von 0,05 mm bis 0,3 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,2 mm auf.
Auf die Trägerschicht wird wiederum eine Haftvermittlerschicht aufgetragen. An diese Haftvermittlerschicht werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Sie muss geeignet sein, die Trägerschicht mit der Metallschicht zu verkleben. Diese Haftvermittlerschicht weist eine Dicke von 0,02 mm bis 0,05 mm auf.
Die Metallschicht ist in weiterer Ausgestaltung bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Für die Metallschicht kommen aber auch rostfreier Stahl, Stahl, Kupfer oder Messing in Frage. Wird die Metallschicht aus Aluminium gefertigt, kommt dazu insbesondere Aluminiumfolie mit einer Dicke von 0,1 mm bis 1,5 mm in Frage. Hierbei hängt die Dicke von dem zu fertigenden Verbundrohrdurchmesser ab. Die Aluminiumfolie wird von einem Flachbandwickel abgerollt und um das zu fertigende Verbundrohr herum geformt. Bevorzugt weist die geformte Aluminiumfolie eine geringe Überlappung auf (kann aber auch genau aneinander stoßend ausgebildet sein), in deren Überlappungsbereich die so geformte Aluminiumfolie zu einem Rohr verschweißt wird. Die Verschweißung kann mit Laser, TIG oder einem hochfrequenten Verfahren erfolgen. Der Schweißvorgang kann in einem oder mehreren aufeinander folgenden Schweißvorgängen erfolgen.
Auf die zu einem Rohr gefertigte Aluminiumfolie wird wiederum eine Haftvermittlerschicht aufgetragen. Auch an diese Haftvermittlerschicht werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Sie muss geeignet sein, die Aluminiumfolie mit der in einem letzten Arbeits schritt zu extrudierende äußeren Schicht zu verkleben. Auch diese Haftvermittlerschicht weist eine Dicke von 0,02 mm bis 0,05 mm auf.
In weiterer Ausgestaltung ist das Material der äußeren Schicht aus der Gruppe der unvernetzbaren und/oder der vernetzbaren Polyethylene HDPE, MDPE, LDPE oder LLDPE ausgewählt ist. Zu den Materialien gelten die gleichen Ausführungen, die zu der Trägerschicht gemacht worden sind. In weiterer Ausgestaltung weist die äußere Schicht eine Dicke von 0,5 mm bis 0,7 mm, insbesondere 0,6 mm auf.
Ein solches Verbundrohr hat einerseits die zuvor genannten guten Druck- und Temperaturbeständigkeitseigenschaften, ist aber andererseits noch genügend flexibel, um problemlos verformt, insbesondere gebogen werden zu können. Damit ist ein solches Verbundrohr auch gut handhabbar. Ein weiterer Vorteil ist, dass es zumindest ähnliche Eigenschaften wie ein Kupferrohr aufweist, aber kostengünstiger herstellbar ist.
Weiterhin ist zumindest das Verhältnis des Außendurchmessers zu dem Innendurchmesser bei verschiedenen Verbundrohrdurchmessern zumindest angenähert gleich. Damit wird beispielsweise bei Verbundrohren mit größeren Außendurchmessern die Gesamtrohrwandstärke größer. Dabei kann aber vorgesehen sein, bei allen Durchmessern die Rohrwandstärke der Metallschicht und auch die Schichtstärke der Haftvermittlerschichten unverändert beizubehalten. Bezüglich der Metallschicht hat dies den Vorteil, dass auch bei verschiedenen Verbundrohrdurchmessern immer eine gleich dicke Metallschicht verwendet wird. Dies hat beispielsweise bei der Fertigung (beispielsweise gleiche Schweißeinstellung) Vorteile.
Das bevorzugte Verfahren zum Herstellen des Verbundrohrs sieht vor, dass unter Anwendung von Extrudier-Verfahren die innere Schicht unter Einfügung von zumindest zwei verschiedenartigen Haftvermittlerschichten von einer Trägerschicht umgeben wird, die von einer weiteren Haftvermittlerschicht umgeben wird. Um diese Haftvermittlerschicht wird eine Metallschicht zu einem fortlaufenden Rohr geformt und verschweißt. Um die Metallschicht wird unter Einfügung einer weiteren Haftvermittlerschicht die äußere Schicht aufgebracht. Der gesamte Herstellungsvorgang erfolgt in einer einzigen Anlage in direkt aufeinander folgenden Arbeitsschritten. Lediglich die abschließende Vernetzung des Verbundrohrs – soweit diese nach der Wahl des Poyethylens vorgenommen wird – erfolgt in einem eigenständigen Arbeitsschritt.
Das Verbundrohr wird für alle Arten der Sanitärinstallation verwendet. Es eignet sich aber auch besonders für Kühlanlagen (Klimageräte) zur Verbindung deren Komponenten.
Eine weitere Verwendung des Verbundrohrs ist die für Solarenergieanlagen zur Verbindung deren Komponenten.
Bei beiden letztgenannten Verwendungen bestehen besondere Anforderungen an die Druck- und Temperaturbeständigkeit des Verbundrohres, die von herkömmlichen Verbundrohren nicht erfüllt werden. Zudem ist eine besonders hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlung und auch gegen die durchgeleiteten Flüssigkeiten/Gase, wie beispielsweise Frigen R22 oder anderen Kühlgasen gegeben. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verbundrohr besonders korrosionsbeständig.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der die ihnen den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 In schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein Verbundrohr in einer ersten Ausführungsform,
2 In schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein Verbundrohr in einer weiteren Ausführungsform und
3 eine Darstellung der Herstellungsschritte.
Das Verbundrohr gemäß 1 in nicht maßstabsgetreuer schematischer Schnittdarstellung weist eine innere Schicht 1 aus Polyvinylidenflurid (PVDF) auf. An diese innere Schicht 1 schließt sich eine erste Haftvermittlerschicht 2 aus einem Material, das beispielsweise unter dem Markennamen Kynar ADX-Flex 2285-05, ADX 1720-03, ADX 1285-03, ADX 1280-03, ADX 2250-05 oder ADX 2275-05 bekannt ist, an. An diese erste Haftvermittlerschicht 2 schließt sich eine zweite Haftvermittlerschicht 3 aus einem Material, das beispielsweise unter dem Markennamen Lotader X 1200 oder Lotader 8845 bekannt ist, an. Eine dritte Haftvermittlerschicht 4 besteht wiederum aus dem gleichen Material wie die erste Haftvermittlerschicht 1. Auf diese Haftvermittlerschicht 4 ist eine Trägerschicht 5 aus vernetzbaren Polyethylen, beispielsweise HDPE, MDPE, LDPE oder LLDPE, aufgebracht. An diese Trägerschicht 5 schließt sich wiederum einer Haftvermittlerschicht 6 an. Auf diese Haftvermittlerschicht 6 ist eine Metallschlicht 7 aus Aluminium oder einer Aluminiumslegierung aufgebracht. An diese Metallschicht schließt sich eine Haftvermittlerschicht 8 an, die schließlich von einer äußeren Schicht 9 aus vernetzbaren Polyethylen, beispielsweise HDPE, MDPE, LDPE oder LLDPE, hergestellt ist.
Das Ausführungsbeispiele gemäß 2 unterscheidet sich lediglich darin von dem gemäß 1, dass die dritte Haftvermittlerschicht 4 hier nicht vorhanden ist.
Die Herstellungsschritte gemäß 3 sind im wesentlichen in drei Verarbeitungsschritte aufgeteilt. In einem ersten Verarbeitungsschritt 10 wird in einem Coextrusionsvorgang die innere Schicht 1, die zwei oder drei Haftvermittlerschichten 2, 3, 4, die Trägerschicht 5 und die Haftvermittlerschicht 6 extrudiert. In einem zweiten Verarbeitungsschritt 11 wird die Metallschicht 7 um das soweit hergestellte Verbundrohr fortlaufend herum geformt und zu einem dichten Rohr verschweißt. In einem weiteren Coextrusionsvorgang 12 wird die Haftvermittlerschicht 8 und die äußere Schicht 9 um das in den vorherigen Verarbeitungsschritten hergestellte Verbundrohr extrudiert.
Das so endlos hergestellte Verbundrohr wird dann in weiteren Fertigungsschritten mit Herstellerangaben versehen oder bedruckt und auf vorgegebene Verkaufseinheiten abgelängt. In einem abschließenden Fertigungschritt wird das Verbundrohr elektronenstrahlvernetzt.

1: innere Schicht
2: erste Haftvermittlerschicht
3: zweite Haftvermittlerschicht
4: dritte Haftvermittlerschicht
5: Trägerschicht
6: Haftvermittlerschicht
7: Metallschicht
8: Haftvermittlerschicht
9: äußere Schicht
10: erster Verarbeitungsschritt
11: zweiter Verarbeitungsschritt
12: dritter Verarbeitungsschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69912943 T2 [0002]

Claims

Mehrschichtiges Verbundrohr, bestehend aus zumindest einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht aus einem Kunststoffmaterial, wobei die Schichten jeweils unter Zwischenfügung von Haftvermittlerschichten eine Metallschicht einschließen und wobei das Material der inneren Schicht Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (1) unter Einfügung von zumindest einer Haftvermittlerschicht (2, 3, 4) von einer Trägerschicht (5) umgeben ist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (1) unter Einfügung von zwei verschiedenartigen Haftvermittlerschichten (2, 3) von der Trägerschicht (5) umgeben ist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (1) unter Einfügung von zumindest zwei verschiedenartigen Haftvermittlerschichten (2, 3, 4) von der Trägerschicht (5) umgeben ist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (5) und die äußere Schicht (9) jeweils unter Einfügung von einer Haftvermittlerschicht (6, 8) die Metallschicht (7) einschließen.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Trägerschicht (5) aus der Gruppe der unvernetzbaren und/oder der vernetzbaren Polyethylene ausgewählt ist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Material der Trägerschicht (5) aus der Gruppe der Polyethylene HDPE, MDPE, LDPE um oder LLDPE ausgewählt ist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der äußeren Schicht (9) aus der Gruppe der unvernetzbaren und/oder vernetzbaren Polyethylene HDPE, MDPE, LDPE oder LLDPE ausgewählt ist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (5) eine Dicke von 0,5 mm bis 0,9 mm, insbesondere 0,7 mm aufweist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (1) eine Dicke von 0,05 mm bis 0,3 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,2 mm aufweist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (9) eine Dicke von 0,5 mm bis 0,7 mm, insbesondere 0,6 mm aufweist.
Mehrschichtiges Verbundrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Haftvermittlerschichten (2, 3, 4, 6, 8) eine Dicke von 0,02 mm bis 0,05 mm aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtiges Verbundrohr, bestehend aus zumindest einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht aus einem Kunststoffmaterial, wobei die Schichten jeweils unter Zwischenfügung von Haftvermittlerschichten eine Metallschicht einschließen und wobei das Material der inneren Schicht Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist, dadurch gekennzeichnet, dass unter Anwendung von Extrudier-Verfahren die innere Schicht (1) unter Einfügung von zumindest zwei verschiedenartigen Haftvermittlerschichten (2, 3, 4) von einer Trägerschicht (5) umgeben wird, die von einer weiteren Haftvermittlerschicht (6) umgebenen wird, um die eine Metallschicht (7) zu einem fortlaufenden Rohr geformt und verschweißt wird, um die unter Einfügung einer weiteren Haftvermittlerschicht (8) die äußere Schicht (9) aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtiges Verbundrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundrohr anschließend vernetzt wird.