DE102015116190A1

DE102015116190A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffrohrs mit Schutzmantel

Info

Publication number: DE102015116190A1
Application number: DE102015116190.7A
Authority: DE
Inventors: Sven Lindner
Original assignee: Gerodur Mpm Kunststoffverarbeitung & Co KG GmbH
Current assignee: Gerodur Mpm Kunststoffverarbeitung & Co KG GmbH
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2017-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ein- oder mehrschichtigen Kunststoffrohrs aus einem den jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Form-, Druck- und Chemikalienbeständigkeit entsprechenden extrudierbaren Kunststoff, wie einem Polyolefin, das mit einem Schutzmantel zum Schutz gegen mechanische Beschädigung während der Handhabung und während des Einbaus in das Erdreich versehen ist, wobei der Schutzmantel durch Coextrudieren oder Aufextrudieren hergestellt wird. Durch die Erfindung soll ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffrohrs mit Schutzmantel geschaffen werden, bei dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und bei dem der Schutzmantel die Eigenschaften des Kunststoffrohrs nicht negativ beeinflusst. Erreicht wird das dadurch, dass der auf das Kunststoffrohr aufgebrachte Schutzmantel über dessen gesamter Oberfläche einem zumindest partiellen Verdichtungsvorgang unterzogen wird, derart, dass zumindest die Oberfläche und ein anschließender in die Tiefe des Schutzmantels gehender Bereich verdichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ein- oder mehrschichtigen Kunststoffrohrs aus einem den jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Form-, Druck- und Chemikalienbeständigkeit entsprechenden extrudierbaren Kunststoff, wie einem Polyolefin, das mit einem Schutzmantel zum Schutz des Kunststoffrohres gegen mechanische Beschädigung während der Handhabung und während des Einbaus in das Erdreich versehen ist, wobei der Schutzmantel durch Coextrudieren oder Aufextrudieren hergestellt wird.
Bei Kunststoffrohren aus Polyolefinen, wie Polyethylen, können Maßnahmen gegen langsames Spannungsrisswachstum infolge von Punktlasten getroffen werden, so dass eine Nutzungsdauer von mindestens 100 Jahren unter üblichen Einsatzbedingungen erreicht wird. Voraussetzung für eine lange Nutzungsdauer ist jedoch, dass das Kunststoffrohr bei der Handhabung und während des Einbaus in das Erdreich keinerlei Vorschäden durch Risse, Kratzer o.dgl. erfährt.
Aus diesem Grund werden Kunststoffrohre üblicherweise mit einem Schutzmantel aus einem geeigneten Material versehen, der sozusagen eine Verschleißschicht darstellt und während der Handhabung des Kunststoffrohres durchaus beschädigt, also zerkratzt werden kann, ohne dass eine Rückwirkung auf das Kunststoffrohr selbst eintritt. Der Schutzmantel wird üblicherweise durch Coextrudieren, oder durch nachträgliches Aufextrudieren auf das Kunststoffrohr aufgebracht. Dabei wird der Schutzmantel entweder aufgeschrumpft, oder mittels eines Klebers oder eines Haftvermittlers, oder durch Verschmelzen, mit dem Kunststoffrohr verbunden.
Um eine möglichst hohe mechanische Belastbarkeit des Schutzmantels zu gewährleisten, werden für den Schutzmantel gewöhnlich Kunststoffe mit anderen Eigenschaften verwendet, als für das Kunststoffrohr selbst. Als Kunststoff für den Schutzmantel hat sich in Bezug auf die mechanische Belastbarkeit Polypropylen als besonders geeignet erwiesen.
Alternativ kann als Material für den Schutzmantel auch Polyethylen verwendet werden, wobei der Schutzmantel nach dem Aufbringen auf das Kunststoffrohr vernetzt wird, um die gewünschten Festigkeitswerte zu erreichen.
So wird in der EP 0869304 ein Kunststoffrohr aus Polyethylen beschrieben, das mit einer Außenschicht aus einem vernetzten Polyethylen versehen ist. Auf diese Weise wird die Kerbempfindlichkeit des Rohres herabgesetzt, wobei die dünne Außenschicht für ein verbessertes Abriebverhalten und für eine höhere Punktlastbeständigkeit sorgt.
Ein ähnliches Rohr aus thermoplastischem Kunststoff geht auch aus der DE 296 22 788 U1 hervor. Hier besteht das Innenrohr aus einem Polyethylen hoher Dichte (HDPE), auf dem sich eine Deckschicht aus einem vernetzten Polyethylen (VPE) befindet. Der Aufbau Innenrohr-Deckschicht ist bezüglich der Wanddicke des Gesamtquerschnitts identisch mit der Wanddicke eines einschichtigen Standardrohres aus Polyethylen hoher Dichte. Die Innendruckbelastbarkeit des Aufbaus Innenrohr-Deckschicht entspricht der eines einschichtigen Standardrohres aus PEHD.
In der DE 20 2005 014 630 U1 wird ein Schutzmantel-Kunststoffrohr beschrieben, das aus einem Kernrohr aus Polyethylen PE 80 HD oder PE 100 HD besteht, auf das ein Schutzmantel aus Polypropylen aufgebracht ist.
Bei einem solchen Schutzmantel-Kunststoffrohr werden die mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der Innendruckbelastbarkeit ausschließlich durch das Kernrohr bestimmt. Das bedeutet, dass der Gesamtdurchmesser bei einem Standardrohr SDR 80 oder SDR 100 durch den Schutzmantel nur unbedeutend beeinflusst werden darf, d. h., der Schutzmantel muss möglichst dünn sein.
Bei solchen Schutzmantelrohren sind neben dem Vorteil der guten Kerbunempfindlichkeit und des verbesserten Abriebverhaltens auch Nachteile zu verzeichnen. Einerseits führen die Schutzmäntel aus vernetztem Polyethylen und insbesondere aus Polypropylen infolge der recht hohen Materialsteifigkeit zu einer Versteifung des Schutzmantelrohrs insgesamt und somit zu einer Verschlechterung der Handhabbarkeit.
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, ein Kunststoffrohr aus Polyethylen mit einem Schutzmantel aus einem Material mit höherer Spannungsrissbeständigkeit, wie PE-100 RC zu versehen. Allerdings handelt es sich bei RC-Materialien (RC: Resist to Crack) um recht aufwändig herzustellende, also vergleichsweise teure Materialien. Auch führt das Extrudieren härterer Materialien zu Schwierigkeiten bei diesem Vorgang.
Schließlich geht aus der DE 10 2009 011 514 A1 ein Kunststoffrohr mit einer strukturierten äußeren Oberfläche hervor, das beim grabenlosen Verlegen im Erdboden eine geringere Reibkraft aufweist. Dazu ist die äußere Oberfläche mit den Reibungskoeffizienten verringernden Strukturelementen als abgerundete, insbesondere flache Erhebungen, die auch zusätzlich zu muldenartigen Vertiefungen vorgesehen sein können, versehen. Auch können Längsrillen in Kombination mit schuppenartigen Oberflächenstrukturen vorgesehen sein. Es kann sich dabei um Metall-/Kunststoff-Verbundrohre oder um einschichtige oder zwei- oder mehrschichtige Rohre handeln. Dabei ist die äußerste Schicht in der genannten Art strukturiert.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffrohrs mit Schutzmantel zu schaffen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und bei dem der Schutzmantel die Eigenschaften des Kunststoffrohrs nicht negativ beeinflusst.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem ein oder mehrschichtigen Kunststoffrohr der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der auf das Kunststoffrohr aufgebrachte Schutzmantel über dessen gesamten Oberfläche einem zumindest partiellen Verdichtungsvorgang unterzogen wird, derart, dass zumindest die Oberfläche und ein anschließender in die Tiefe des Schutzmantels gehender Bereich verdichtet wird.
Bevorzugt wird die gesamte Oberfläche des Schutzmantels verdichtet.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Erkenntnis, dass es sich überraschend herausgestellt hat, dass durch das oberflächennahe Verdichten des Schutzmantels eine erhebliche Materialverfestigung erreicht wird, so dass die Oberflächenschicht eine deutliche erhöhte Abriebfestigkeit aufweist, ohne dass gleichzeitig eine Erhöhung der Biegesteifigkeit zu verzeichnen ist. Die verdichtete Oberflächenschicht umfasst nur einen äußerst geringen Anteil der Gesamtdicke des Schutzmantels.
Das mit dem erfindungsgemäßen Schutzmantel versehene Kunststoffrohr hat folglich nahezu die gleichen mechanischen Eigenschaften hinsichtlich Biegesteifigkeit und Innendruckbelastbarkeit, wie ein Kunststoffrohr ohne Schutzmantel, ist aber bei der Handhabung und beim Einbau in das Erdreich ausreichend gegen Beschädigung geschützt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schutzmantels verfügt dieser nach wie vor über einen weichen Kern, besitzt aber eine abriebfeste mechanisch belastbare Oberfläche. Da die oberflächlichen mechanischen Eigenschaften des Schutzmantels erst nach dem Extrusionsvorgang erzeugt werden, kann der Schutzmantel infolge des weichen Ausgangsmaterials bei tieferen Temperaturen extrudiert werden.
Der Verdichtungsvorgang wird bevorzugt im Anschluss an den Extrusionsvorgang des Schutzmantels durchgeführt, wobei das Verdichten mit mindestens einer Rolle erfolgt, die mit einem vorgebbaren Anpressdruck über den Schutzmantel längs des Kunststoffrohres oder spiralig um das Kunststoffrohr geführt wird.
Der Verdichtungsvorgang erfolgt vor dem völligen Erkalten des Schutzmantels, bevorzugt oberhalb von Raumtemperatur jedoch unterhalb der Kristallitschmelztemperatur, wobei unter Raumtemperatur eine Temperatur um 20 °C verstanden werden soll.
Der Verdichtungsvorgang kann auch mit einem Werkzeug vorgenommen werden, mit dem eine Vielzahl von Rollen gleichzeitig einmalig oder wiederholt längs oder spiralig über das Kunststoffrohr geführt wird.
Die Rollen können auch mit aus ihrer Oberfläche hervorstehenden Noppen oder anderweitigen Vorsprüngen versehen sein, so dass beim Eindrücken in die Oberfläche des Schutzmantels eine örtlich nochmals erhöhte Verdichtung erreicht wird.
In einer weiteren Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Kunststoffrohr aus einem Polyolefin, wie Polyethylen PE 100 oder PE 100 HD, ein Schutzmantel aus Polypropylen aufgebracht.
Alternativ kann der Schutzmantel auch unter Verwendung eines Haftvermittlers aufextrudiert werden.
Schließlich ist es möglich, den Schutzmantel unter Verwendung eines Trennmittels aufzuextrudieren, um zu verhindern, dass der Schutzmantel auf dem Kunststoffrohr anhaftet.
Der Schutzmantel kann auch aus einem beim Erkalten schrumpfenden Material bestehen und auf das Kunststoffrohr aufgeschrumpft werden.
Weiterhin kann zwischen dem Kunststoffrohr und dem Schutzmantel problemlos eine Diffusionsschutzschicht eingebracht werden, um die Diffusion von unerwünschten Stoffen in das Innere des Kunststoffrohres oder aus diesem heraus zu unterbinden. Beispielsweise kann als Diffusionsschutzschicht gegen das Eindiffundieren von Sauerstoff eine Aluminiumfolie, oder eine Kunststoff-Folie aus einem Ethylen Vinylalkohol Co-Polymer zwischen Kunststoffrohr und dem Schutzmantel eingebracht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Ausgangspunkt ist ein ein- oder mehrschichtiges Kunststoffrohr aus PE 100, das mit einem Schutzmantel aus Polypropylen (PP) durch Coextrudieren versehen wird. Dieser an sich recht weiche Schutzmantel wird anschließend einem oberflächlichen Verdichtungsprozess unterzogen, der bevorzugt dessen gesamte Oberfläche, sowie den in die Tiefe des Schutzmantels gehenden oberflächennahen Bereich umfasst.
Der Schutzmantel kann auch nachträglich durch Aufextrudieren auf das Kunststoffrohr aufgebracht werden, wobei je nach den gewünschten Haftungseigenschaften des Schutzmantels auf dem Kunststoffrohr auch Trennmittel oder Haftvermittler zum Einsatz kommen können.
Dieser Verdichtungsprozess kann mit einer oder einer Vielzahl von Rollen vorgenommen werden, die einmalig oder wiederholt längs des Kunststoffrohres, oder spiralig um dieses herum mit einem vorgegebenen Anpressdruck geführt werden. Um eine hinreichende Verdichtung zu erreichen, sollte der Verdichtungsprozess oberhalb von Raumtemperatur, jedoch unterhalb der Kristallit-Schmelztemperatur vorgenommen werden.
Zusätzlich oder alternativ können die Rollen auch mit aus ihrer Oberfläche hervorstehenden Noppen oder anderweitigen Vorsprüngen versehen sein, so dass beim Eindrücken in die Oberfläche des Schutzmantels eine örtlich nochmals erhöhte Verdichtung erreicht wird.
Das Ergebnis ist ein Kunststoffrohr mit einem Schutzmantel, der einen weichen Kern aufweist, jedoch äußerlich eine hohe Verschleißfestigkeit gegen mechanischen Belastungen bei der Handhabung oder dem Einbau in das Erdreich hat, aber dennoch die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffrohres hinsichtlich der Biegesteifigkeit nicht negativ beeinflusst.
Darüber hinaus erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines verschleißfesten Schutzmantels aus einem vergleichsweise kostengünstigen Material.
Selbstverständlich ist das beschriebene Verfahren, das beispielsweise anhand von PE 100 für das Kunststoffrohr und PP für den Schutzmantel beschrieben worden ist, auch bei anderen mechanisch verdichtbaren Kunststoffen entsprechend anwendbar.
Der Schutzmantel kann auch aus einem beim Erkalten schrumpfenden Material bestehen, der dann wie vorstehend beschrieben einem Verdichtungsprozess unterworfen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0869304 [0006]
DE 29622788 U1 [0007]
DE 202005014630 U1 [0008]
DE 102009011514 A1 [0012]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines ein- oder mehrschichtigen Kunststoffrohrs aus einem den jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Form-, Druck- und Chemikalienbeständigkeit entsprechenden extrudierbaren Kunststoff, wie einem Polyolefin, das mit einem Schutzmantel zum Schutz gegen mechanische Beschädigung während der Handhabung und während des Einbaus in das Erdreich versehen ist, wobei der Schutzmantel durch Coextrudieren oder Aufextrudieren hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das Kunststoffrohr aufgebrachte Schutzmantel über dessen gesamter Oberfläche einem zumindest partiellen Verdichtungsvorgang unterzogen wird, derart, dass zumindest die Oberfläche und ein anschließender in die Tiefe des Schutzmantels gehender Bereich verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Oberfläche des Schutzmantels verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsvorgang im Anschluss an den Extrusionsvorgang des Schutzmantels durchgeführt wird, wobei das Verdichten mit mindestens einer Rolle erfolgt, die mit einem vorgebbaren Anpressdruck über den Schutzmantel längs des Kunststoffrohres oder spiralig um das Kunststoffrohr geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsvorgang des Schutzmantels oberhalb von Raumtemperatur jedoch unterhalb der Kristallit-Schmelztemperatur vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsvorgang mit einem Werkzeug vorgenommen wird, mit dem eine Vielzahl von Rollen gleichzeitig einmalig oder wiederholt längs oder spiralig über das Kunststoffrohr geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen mit aus ihrer Oberfläche hervorstehenden Noppen oder anderweitigen Vorsprüngen versehen sind, so dass beim Eindrücken in die Oberfläche des Schutzmantels eine örtlich nochmals erhöhte Verdichtung erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kunststoffrohr aus Polyethylen, wie PE 100 oder PE 100 HD, ein Schutzmantel aus Polypropylen auf das Kunststoffrohr aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel auch unter Verwendung eines Haftvermittlers auf das Kunststoffrohr aufextrudiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel unter Verwendung eines Trennmittels aufextrudiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel aus einem beim Erkalten schrumpfenden Material besteht und auf das Kunststoffrohr aufgeschrumpft wird.