DE1291108B

DE1291108B - Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Rohren oder Schlaeuchen

Info

Publication number: DE1291108B
Application number: DEM49319A
Authority: DE
Inventors: Bosoni Achille; Giulio Ezio Di; Corbelli Luigi
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1961-03-17
Filing date: 1961-06-12
Publication date: 1969-03-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Rohren oder Schläuchen aus hochmolekularen Stoffen, wie Polymeren von Äthylen, Propylen, Buten, Styrol, Vinylchlorid oder Copolymeren dieser Monomeren oder Mischungen dieser Polymeren und Copolymeren.
Die Verwendung von Rohren oder Schläuchen und Leitungen aus Plastikmaterial ist sehr weit verbreitet, da sie verschiedene Vorteile bieten, hauptsächlich wegen der geringen Kosten, des geringen Gewichtes, der Abwesenheit von Korrosionserscheinungen und der Leichtigkeit des Verlegens. Eines der ernstesten Probleme, das mit der Verwendung dieser Rohre oder Schläuche zusammenhängt, ist jedoch die Bildung von Verbindungen oder Rohrfittings.
Die bisher verwendeten Verfahren zum Verbinden von Rohren, die durch Strangpressen von thermoplastischen Polymeren erhalten wurden, sind zahlreich und können in folgende drei Klassen unterteilt werden: 1. Thermische Schweißverfahren, beispielsweise für Polyäthylenrohre, 2. Verkleben, beispielsweise Stecker und Muffenverbindungen für Rohre aus nicht plastifiziertem Polyvinylchlorid, 3. Einfügen von Rohrpaßstücken bzw. Fittings.
Holländer werden kaum verwendet, weil die Rohre im Gebiet der Gewinde geschwächt werden und außerdem die Gewinde bei nicht starren Polymeren, wie Polyäthylen niedriger Dichte, keine genügende Verankerung gewährleisten, so daß die Rohre durch den Innendruck getrennt werden können.
Für biegsame Rohre bzw. Schläuche werden andererseits sehr weit verbreitet gerillte Schlauchzwischenstücke der in Fig. 1 gezeigten Art verwendet: Der Schlauch T wird über das SchlauchzwischenstückR gezogen und dann durch eine Drahtligatur oder durch Schlauchschellen aus rostfreiem Stahl F gemäß F i g. 2 und 3 gedichtet.
Dieses Verbindungssystem weist zwei Nachteile auf: a) Zieht man die äußere Schelle zu stark an, wird der Schlauch nach einiger Zeit dadurch eingeschnitten. b) Zieht man die Schelle od. dgl. nur mit einem geringen Druck an, wird die Verbindung oft getrennt, auch beim Arbeiten mit Drücken von nur 4 Atmosphären. Wahrscheinlich werden die Schläuche deshalb getrennt, weil die Wandstärke von Druckrohren bzw. Schläuchen ziemlich hoch, d. h. gleich oder größer als 2 mm, und das Material nicht biegsam genug ist, als daß es in die Rillen gedrückt werden und dadurch eine sichere Verankerung bilden könnte.
Außerdem können Schlauchverbindungsstücke, die mit äußeren Rillen versehen sind, nicht für starre Rohre, beispielsweise aus nicht plastifiziertem Polyvinylchlorid, verwendet werden.
Es ist aber auch bereits ein Verfahren zum Verbinden von Teilen aus bei normaler Temperatur harten, thermoplastischen Kunststoffen aus gleichen oder verschiedenen Werkstoffen durch Schrumpfsitz unter Benutzung des Rückganges einer vorangehenden Verformung bei Erwärmung ohne Kleben oder Kitten bekannt, bei dem der zu verbindende Teil durch Erwärmen zunächst elastisch so verformt und abgekühlt wird, daß er leicht auf oder in den anderen Teil geschoben werden kann, und anschließend durch nochmaliges Erwärmen in seine ursprüngliche Form gebracht wird. Auch bei diesem Verfahren ist das Verbinden von Rohren oder Schläuchen nicht mit ausreichender Sicherheit möglich.
Gegenüber diesem bekannten Stand der Technik weist das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von Verbindungen von Rohren oder Schläuchen aus hochmolekularen Stoffen die vorerwähnten Nachteile nicht auf, benötigt weiterhin keine Ligatur zur Festlegung der zu verbindenden Rohr-oder Schlauchendstücke und unterliegt nicht der Gefahr einer Trennung der Verbindung. Es wurde nämlich gefunden, daß man Verbindungen erhalten kann, die auch hohem Arbeitsdruck standhalten, und zwar für alle starren Rohr- und/oder biegsamen Schlaucharten, wenn man die »elastische Erholung« der thermoplastischen Polymeren berücksichtigt.
Das neue Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Rohren oder Schläuchen aus hochmolekularen Stoffen durch Schrumpfsitz ist dadurch gekennzeichnet, daß das zu verformende Ende der Rohre oder Schläuche vor oder nach der Verformung einer an sich bekannten Vernetzungsbehandlung unterzogen und in einen gummiartigen Zustand übergeführt wird.
Vorteilhaft können in den Enden der Rohrverbindungen Rillen vorgesehen sein, die sich in das expandierte Ende des Rohres eindrücken, so daß sich das Rohr, wenn es schrumpft, mit dem Verbindungsstück unter Ausbildung einer gegenseitig ineinanderhängenden Verzahnung in den Rillen verankert.
Die Vernetzungsbehandlung kann entweder in der Kälte oder in der Wärme durchgeführt werden, und zwar durch Bestrahlung mit Röntgen- oder Kernreaktionsstrahlung od. dgl. oder durch Einwirkung von organischen Peroxyden entweder allein oder in Kombination mit anderen Vemetzungsmitteln oder Beschleunigern.
Die hochmolekularen Stoffe, insbesondere die Polyolefine, wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polybuten, die bei einer Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunktes vernetzt werden, haben praktisch die gleichen, wenn nicht besseren Eigenschaften als das nicht vernetzte Material, sie verhalten sich jedoch oberhalb des normalen Schmelzpunktes des nicht vernetzten Produkts wie vernetzte Elastomere und lassen sich unter mechanischen Schockwirkungen elastisch deformieren, nehmen aber, sobald der Schock nachläßt, ihre ursprüngliche Form wieder ein. Die gleichen Stoffe verlieren, wenn sie nicht vernetzt werden, oberhalb ihres Schmelzpunktes jegliche feste Form und verhalten sich wie hochviskose Flüssigkeiten.
Die Eigenschaft der gummiartigen Elastizität von vernetzten hochmolekularen Stoffen oberhalb des Schmelzpunktes des nicht vernetzten Produkts bringt beträchtliche Vorteile, wenn diese Stoffe erfindungsgemäß zur Herstellung von Verbindungen von Rohren oder Schläuchen verwendet werden.
1. Die vernetzten Polymeren zeigen bessere mechanische Eigenschaften oberhalb des Schmelzpunktes des nicht vernetzten Produkts und eine Erhöhung des Erweichungspunktes wiederum in bezug auf die nicht vernetzten Polymeren.
2. Zur Dehnung und Verbindung der einzelnen Kupplungsstücke der Rohr- oder Schlauchenden wird das Material im gummiartigen Zustand bei Temperaturen über seinem Schmelzpunkt verwendet; auf diese Weise ist es nicht notwendig, besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Dehnung bzw. Verbindung vorzusehen, um dem Schmelzpunkt nicht zu nahe zu kommen.
Man muß beim Erhitzen des vernetzten Materials, d. h. des Materials im gummiartigen Zustand, keine besonders beschränkten Temperaturgrenzen einhalten, da sich jede Temperatur, die etwas über dem normalen Schmelzpunkt liegt, zur Durchführung der Verfahrensschritte des Ausdehnens und Aufschrumpfens der Enden des Rohres oder des Verbindungsstückes eignet. Zweckmäßig werden die Verfahrensschritte des Ausdehnens und Aufschrumpfens bei Temperaturen durchgeführt, die um einige Grade, insbesondere 5 bis 100 C, über dem Schmelzpunkt des Ausgangspolymeren liegen. Unter diesen Temperaturbedingungen werden nur die vernetzten Moleküle ausgedehnt bzw. geschrumpft.
Im Fall von Bestrahlung kann die Vernetzung entweder in der Wärme oder in der Kälte und im Fall der Vulkanisation im Autoklav durch Einwirkung von organischen Peroxyden bei etwa 120 bis 2200 C, vorzugsweise bei 140 bis 1800 C, durchgeführt werden. Während der Vulkanisation erfolgt kein Schmelzen oder Abtropfen auch nur eines Teils des Verbindungsstückes, das zur sicheren Erhaltung seiner Form auch auf einen Metallzylinder aufgezogen werden kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen in Fig. 4, 5 und 6 (Längsschnitte längs der Achse der Rohres bzw. des Verbindungsstiickes) erläutert. In diesen Figuren bedeutet T ein Rohr aus thermoplastischem Material, B das in Form einer Muffe gedehnte Rohrende mit permanenter Deformation, R das Rohrverbindungsstück aus Plastik-oder anderem Material und S die sägezahnartigen Rillen, die auf dem Stück R vorgesehen sind. In F i g. 6 wird die Anordnung der Verbindung gezeigt, wenn das Stück R in das Stück T eingeschoben und das muffenartige Ende des Teiles B vom Stück T erhitzt wurde, um so die Äviederannahme der ursprünglichen Form des gleichen Endes B und T vor der Deformierung der Muffe zu erreichen (B hatte ursprünglich den gleichen Innendurchmesser wie T).
Wenn das Verbindungsstück Außenrillen S (F i g. 4) besitzt, nimmt das Rohr während des Schrumpfens die Außenform des Verbindungsstückes an und bildet entsprechend den Rillen S Rippen C (Fig. 6), die eine Trennung des Rohres vom Verbindungsstück verhindern; diese Rippen C sind ein Ersatz für die gewöhnlich verwendeten metallenen Verbindungshilfsmittel, die, wie oben bereits erwähnt, nach einiger Zeit ein Einschneiden des Rohres bzw. Schlauches bewirken.
Sobald das Rohr während des Schrumpfens die Rippen C gebildet hat, ist es günstig, das Erhitzen zu unterbrechen, da die Rohre, insbesondere solche aus Polyäthylen, unter der radialen Zugbeanspruchung sonst durch thermischen Abbau Verletzungen bzw. Risse erleiden können.
An sich müssen beim Verfahren gemäß der Erfindung im Verbindungsstück keine Rillen vorgesehen werden, die zur Bildung von eingreifenden Vorsprüngen in der fertigen Verbindung führen. Wenn jedoch derartige Rillen vorhanden sind, wird die Verbindung so stark, daß sie sehr hohen Innendrücken standhalten kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf alle Rohre aus steifen oder biegsamen thermoplastischen Polymeren angewandt werden und ermöglicht es, Rohrverbindungen zu schaffen, die den gleichen Innendurchmesser besitzen wie die Rohre, wodurch Druckabfälle vermieden werden, die gewöhnlich bei den üblichen Verbindungsstücken, die in die Rohre eingeführt werden, auftreten.
Um eine widerstandsfähige Rohrverbindung zu erhalten, ist es notwendig, daß das Verbindungsstück den gleichen Innendurchmesser wie das Rohr und einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser des Rohres, so daß das Rohr beim Schrumpfen nicht seinen ursprünglichen Durchmesser annehmen kann, sondern an der Verbindungsstelle dicht aufgezogen wird.
Es ist selbstverständlich, daß das beschriebene Verbindungssystem nicht nur für Schlauchverbindungen, sondern auch für Muffenverbindungen für starre Rohre aus beispielsweise nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid angewandt werden kann. Bei Verbindungen nach Art von Stecker und Muffe kann der Klebstoff, wenn gewünscht, weggelassen oder durch einen Gummiring ersetzt werden, wodurch bei nicht zu hohem Arbeitsdruck ein dichter Sitz erzielt werden kann.
Die Ausdehnung des Endes B von T ist ein einfacher mechanischer Vorgang, der auf verschiedene Arten durchgeführt werden kann: Bei Rohren mit geringer Wandstärke von 1 mm oder mehr aus nicht starren Materialien, wie z. B. Polyäthylen, kann sie auch bei Raumtemperatur durchgeführt werden, während sie bei dicken Rohren unter Erwärmen und Einführen eines Schraubenexpanders in das Rohr oder durch Auftreiben des erhitzten Rohres direkt auf das Verbindungsstück erreicht werden kann.
Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel erläutert.
Beispiel Ein Polyäthylenrohr mit einem Innendurchmesser von 25 mm und einem Außendurchmesser von 33 mm, erhalten durch Strangpressen nach üblichen Verfahren, wird in zwei Stücke mit einer Länge von je etwa 20 cm zerteilt, die bei 200 C in eine 10°/oige Lösung von Cumylperoxyd in Athylacetat eingetaucht werden. Nach 48 Stunden werden die Rohrstücke aus der Lösung entfernt und ungefähr 4 Stunden bei 40 bis 500 C zum Abdampfen des Lösungsmittels in einen Trockenschrank gebracht; durch diese Verfahrensschritte wurden die Rohrstücke mit dem Peroxyd (Vernetzungsmittel) in einer Menge von etwa 1 Gewichtsprozent imprägniert. Nach dem Trocknen werden die Stücke 30 Minuten in einem Dampfautoklav bei 1600 C vernetzt und anschließend in ein geschmolzenes Salzbad bei ungefähr 130 bis 1400 C gebracht und darin belassen, bis sie die Badtemperatur angenommen haben. Die so in den gummiartigen Zustand übergeführten Stücke werden schnell aus dem Bad entnommen und auf einen konisch-zylindrischen Expander aufgezogen, wodurch ihr Innendurchmesser von 25 auf 34 mm erweitert wird. Die so deformierten Kupplungsstücke werden auf Raumtemperatur abgekühlt und hierdurch in ihrer neuen Dimension eingefroren; schließlich werden sie vom Expander abgezogen. Damit ist das Verfahren zur Herstellung der Kupplungsstücke beendet. Die Kopplungsstäcke sind vorbereitet zum schnellen Verbinden von Plastikrohren mit einem Außendurchmesser von 33 bis 34mm.
Zum Verbinden wir das Kupplungsstück zunächst auf das Ende des ersten Rohres aufgeschoben, darauf das Ende des zweiten Rohres an das Ende des ersten Rohres gebracht und die Kupplung in einer Länge von etwa 10 cm darübergeschoben und gleichmäßig mit Heißluft auf etwa 130 bis 1400 C erhitzt.
Bei dieser Temperatur nimmt die Kupplung, die wieder in gummiartigem Zustand vorliegt, nach Möglichkeit ihre ursprüngliche Größe an und schrumpft fest auf die Rohre auf, und zwar mit einer Kraft, die proportional ist ihrem gummielastischen Modul und dem Ausmaß der Deformierung, der sie vorher unterworfen wurde. Beim Abkühlen haftet die Kupplung fest auf den Rohrenden, wodurch eine starke Verbindung erhalten wird. Die so erhaltenen Verbindungen wurden Festigkeitsprüfungen mit Luft und Wasser bis zu einem Druck von 5 kg/cm2 mit zufriedenstellenden Ergebnissen unterworfen.
Gleich gute Ergebnisse werden z. B. auch mit anderen Polymeren, wie Polypropylen und Polybuten, erhalten; zur Vernetzung können auch energiereiche Strahlungen, beispielsweise Röntgen strahlungen oder schnelle Elektronen, verwendet werden. Die Kupplung ist auch durch Gießen und direkte Vernetzung durch Formgießen zu erhalten, wobei von einer Mischung ausgegangen wird, die bereits das Vernetzungsmittel enthält; es können auch andere orga- nische Peroxyde, wie Di-tert.-Butyl-peroxyd und tert.-Butyl-cumylperoxyd, verwendet werden.
Die scheinbare Kompliziertheit der Verfahrensschritte während der Herstellung der Kupplung darf nicht mit der Einfachheit und Schnelligkeit der Arbeiten zur Verbindung der Rohrstücke selbst verwechselt werden. Diesbezüglich liegt ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens darin, daß man dabei mit der gleichen Kupplung Winkelstücke von 300 oder auch mehr erhalten kann.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung von Verbindungen von Rohren oder Schläuchen aus hochmolekularen Stoffen, wie Polymeren von Äthylen, Propylen, Buten, Styrol, Vinylchlorid oder Copolymeren dieser Monomeren oder Mischungen dieser Polymeren und Copolymeren, durch Schrumpfsitz unter Benutzung des Rückganges einer vorangehenden Verformung durch radiale Verstreckung eines der Rohrenden in Form einer Muffe, die gegebenenfalls unter Erwärmung mit anschließendem Abkühlen vorgenommen werden kann, danach ohne Kleben oder Kitten erfolgende Einpassung der zu verbindenden Teile und erneute Erwärmung des Verbindungsstückes, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verformende Ende der Rohre oder Schläuche vor oder nach der Verformung einer an sich bekannten Vernetzungsbehandlung unterzogen und in einen gummiartigen Zustand übergeführt wird.