DE1479899A1 - Plastikbehaelter mit faserverstaerkter Armierung - Google Patents

Description

• Plastikbehälter mit faserverstärkter Armierung.
• Um Quellungen und thermische Dehnungen von Behälterwandungen zu reduzieren und auch ins Jnnere der Hohlkörper abzulenken, können a-nstelle der traditionellen Metallreifen und Bandagen neuerdings Kunststoff-Umhüllungen mit organischen, metallischen und gläsernen J?aserverstärkungen von geringem thermischem Dehnungsvermägen auf die Plastibehälteroberflächen in fester Verbindung aufgebracht und aufgeschrumpft werden.
• Bei der speziellen Verwendung von Polyäthylenen als Behälterwerkstoff bereitet jedoch eine angestrebte, feste Verbindung zwischen der umschliessenden Armierungsschicht und der Behälteroberfläche grosse Schwierigkeiten. Der genannte,apolare Plastikwerkstoff weist keine aktiven Gruppen auf, welche eine Bindung mit Kunststoff-Klebern, -3indern oder -Lacklösungen bewirken, so dass keine feste Haftung oder Bindung und Verschweissung zustandekommt. Um dieses unangenehme Hemmnis zu mildern, sind eine Reihe von Vorbehandlungen der jithylenharzoberflächen zwecks Erreichung einer chemischen Sauerstoffanreich. erung oder -angliederung bekannt. Ob es sich hierbei um Behandlungen der « @thylenharzoberflächen mit offener Gasflamme, tIochfrequenz,Glimmentladungen usw. handelt, so sind vollends bei grösseren Behältern nicht unbedeutende Einrichtungen notwendig und die praktische Durch führung ist lohnträchtig und teuer.
• Diese beweggründe veranlassen den Anmelder, das Problem der festen Verbindung zwischen Polyäthylenoberflächen von Behältern und einer faserverstärkten Kunstostoffarmierung zu lösen, ohne von den erwShnten oder ähnlichen Vo behandlungsverfahren Gebrauch zu machen. So verwendet er vorweg für den Paserverband ebenfalls iLthylenharz als Jbettungs- und Verschweissungswerkstoff, nachdem er in zahlreichen praktischen Versuchen festgestellt hat, dass eine Reihe von ausgesuch ten Harztypen sich zu Verschweissungen von beachtlicher Festigkeit zusammenfügen lassen. Er konnte weiterhin feststellen, dass derartige Schweissverbindungen wesentlich erleichtert werden, wenn den Polyäthylenen geringe Zusätze von neuartigen Kunstharzen auf der als von Copolymeren des Butadien und des Styrols wie beispielsweise Escorez und ähnlichen hinzugemischt werden. Schliesslich bedient er sich auch der Imprägnierung des Faserverbandes mittelst neuartiger Mischpolymerisationsharze auf Butadien-Styrol-Basis wie beispiels. weise Butonharze, vernetzt mit Vinyltoluol oder anderen vinylhaltigen Monomeren, mit welchen nach Zusatz von Härtersubstanzen wie beispielsweise organischen Feroxyden unter geeigneten Druck- und Hitzebedinungen sowohl gute Umhüllungen von beispielsweise silongeschlichteten Glasfasern bei der Pressformung von stabilen glasfaserverstärkten Hüllen und Armierungen als auch sogar chemische liindungen mit der jolyäthylenoberfläche des Behälters also ein fester Gesamtverband erzielt werden kann.
• Sein besonderes Augenmerk hat der Anmelder bei diesen Entwicklungen auf den Umstand gerichtet, dass die Faservertärkungen und Armierungen auf der Behälteroberflache möglichst in einem Arbeitsgang mit der presstechnischen Rehalterherstellung aufgebracht werden. Beim eress-pritzen und Extrusions-Blasen der Behälter sollen die angewendeten Plastifizerungs-Drücke und -Temperaturen zugleich zur anschliessenden Plastifizierung des Faser-Harz-Verbendes und zu dessen Verschweissung mit dem Behälterharz einschliesslich einer weitgehenden Einbettung der Fasern im Harz augenutzt werden.
• Im oben zuerst erwähnten Verfahren kann das Fasermaterial der Armierung entweder in lockerer und kurzer Flockung im Extrusionsverfahren bereits in das Äthylenharz eingemischt werden und dieses produkt steht anschliessend als Halbzeug wie Folie oder Profil oder aber als ressteil in Form von Reifen, partiellen Umhüllungen oder Verstärkungsteile zur Verfügung.
• Dünne Faserflockungen oder gitterförmige Gewebe werden zwischen jithylenfolien gelegt oder mittelst Kontaktschweissung dazwischen fixiert und derartige Schichtverbände können wiederum nach geeignetem Zuschnitt ebenfalls wie die erwähnten Vorpressteile an die Wandungen der entgiltigen Behälterformen eingesetzt werden. Je nach Behältergrösse und wandstärke einerseits und der Gestaltung der Einsätze andrerseits muss eine spezielle Abstimmung der zur angestrebten Verbindung oder Verschweissung nötigen Temperaturen,Drücke und Standzeiten erfolgen und notfalls mit Vorwärm=Zg der einlagen oder aber der Behälterform an den Schweisstellen gearbeitet werden. Bei der Anwendung von Äthylenfolien mit Faserzwischenlagen ist besonders wichtig, dasside Aussenfolie eine gute Flissfähigkeit besitzt, weil sie die in den Äthylenharz-Behältermantel eingedrückten Fasern nach aussen versiegeln und dicht abschliessen muss. Je besser also die Fliess-und Verschweissfreudigkeit der beiden verwendeten Behälter- und Armierungs-Äthylenharze ist, umso vollkommener und rationeller lassen sich die beschriebenen Verstärkungsarbeiten press-spritz- und blastechnisch durch fuhren. Aus diesem Grunde bedeutet es eine beachtliche Hilfe und Verbesserung, wenn diese Eigenschaften der angewendeten Äthylenharze mittelst geeigneter Fliessmittel in Kunstharzform wie beispielsweise Escorez-Harz sowohl durch Beimischung im BGehälter- als auch im Armierungswerkstoff oder beiden gesteigert werden und die technischen Qualitäten der Äthy lenharze hierbei nicht merklich beeinflusst werden. Dieser Vorteil der Beimischung von Fliessharzen kommt in der praxis noch sinnfälliger zur Auswirkung, wenn die Faser-Harz-Armierungen nur in partiell umhüllenden Gerüsten, Böden uä. auf die Behälter aufgebracht und zu einem kompakten Ganzen verschweisst werden sollen. In entsprechender Weiterentwicklung dieses Verstärkungsverfahrens wird nunmehr auch ein Faserverband und insbesondere ein solcher aus Glasfaser-Matten oder -Geweben völlig mit verflüssigten Spezialharzen gefüllt oder imprägniert. Derartige iiischpolymerisationsharze auf Butadien-Styro 1-Grundlage sowie Vinylmonomeren versehen mit geeigenten organischen Peroxyden als Härtern, ergeben nich nur eine Einwirkung auf die Behälter-Polyäthylenharz-Oberfläche hinsichtlich einer verbesserteen Fliess- und Schweissbarkeit beim geschilderten Eressvorgang, sondern gehen offenbar bei ausreichenden Drücken, I1emperaturen und Standzeiten auch chemische Bindungen mit dem aithylenharz ein. Ausserdem werden die eingelegten imprägnierten Glasfaserverstärkungen beim Sressvorgang kompakt durchformt. Die Armierungen erhalten eine glatte und abschliessende Oberflächenhaut und weisen enge und feste Faser- b#zw. Glasfaser- Eibettungen insbesondere bei Verwendung von silangeschlichteten Glasfasern auf. Die Verträglichkeit der beiden verwendeten Harze ist gut und der angestrebte mechanisch feste Verbund in konstruktiver Hinsicht von grosser Bedeutung.
• Bei den geschilderten Warmpressvorgängen, wo die faserverstärkten Armierungen in die herstellungsformen der Behälter eingesetzt werden,muss beim Abkühlen des fertigen Behälters bis zur entnahme aus der Form und weiterhin bis zu seiner niedrigsten Gebrauchs temperatur die Festigkeit der hergestellten Schweissverbindung die Gewähr dafür geben, dass infolge einer überwiegenden Schrumpfung des Behälterwerkstoffes trotzdem keine Loslösung oder Lockerung stattfindet. Von vornherein können die zu erwartenden Beanspruchungen der Schweissverbindungeen erheblich herabgesetzt werden, indem die Kontraktion des Behälters während seiner Abküdung in der Form durch einen hohen Jnnendruck mechanisch korrigiert wird und zwar indem der Behälterwerkstoff über den plastischen Bereich hiijweg gegen dieweniger schwindende Armierung gedrückt und angeformt wird. Mach den thermischen herabgleiten in den flexiblen Bereich wird der Druck weiterhin zu einer gewissen Reckung und Anpassung an die Armierung benutzt, was bei der Grössenordnung der in Frage kommenden Schwindungs- und entsprechenden $eckungs- Ausmassen praktisch ohne erkenntlich physikalische Auswirkungen auf die lerkstoffeigenschaften bleibt. durst die hierzu parallel auftretenden flexiblen Verformungen bei der Anpassung der Behälteroberfläche an die Armierung unter dem Sinfluss des Innendruckes bringt schliesslich Spannungsbelstungen für. die Dindungs-und Schweiss-Flächen des abgekühlten Fertigeehälters. Je tiefer demnach die Abkühlung des armierten Behälters unter Druck bis. zu seiner Entformung vortgenommen wird, umso geringer sind folgerichtig die bleibenden Spannungen flexibler Art, weil die Anreckung entsprechend in höherem Masse erzwungen wurde Eine weitere Xeduzierung der geschilderten Schweissflächenpannungen wird auch dadurch erreicht, dass die Armierung vor ihrer Einlage in die Behälterform vorgewärmt bezw. übertemperiert oder aher die Form mit Zusatzheizungen ausgestattet wird, welche eine solche Überheizung be'im Pressbeginn ermöglicht. Praktisch läuft diese Massnahme auf die Zrzielung einer grösseren Schrumpfung der Armierung hinaus. Bei der Formentnahme oder bei Gebrauchstemperaturen sind hiermit die SchwindungsdifRerenzen reduziert und entsprechend auch die entstandenen Spannungen an den Schweissflächen geringer geworden.
• FUm die bleibenden inneren Spannnungen an den Schweiss- und Trennflächen zwischen Armierungs und Behälter-Werkstoffen entscheidend zu beseitigen, war naturgemäss stets das gesetzte Ziel, die Bindungen möglichst bei den vorgesehenen Gebrauchstemperaturen des Fertigebehälters herzustellen. Diese Aufgabenstellung realisiert der Anmelder in weitem Umfang, indem er die Bindungen beispielweise zwischen Behälter-Äthylen-Harz und Glasfaserverband mit speziellen Copolymeren des Butadien wie Butonharz als Tränkharz unter Druck bei Raum temperaturen zustandebringt.
• Dies bedeutet einen beträchtlichen Fortschritt zumindest bei umfassenden Umhüllungen und Armierungen, weil hier nach Wegfall der inneren Spannungen ohnedies keine grosse Haftungsbeanspruchungen an den 3chweissflächen im praktischen Gebrauch auftreten können, weil die eigentliche Funktion der Armierung im Reduzieren der iärmedehnungen des Behälterwerkstoffes bestehen wird.
• Auch im Falle der Kaltverbindung oder -verschweissung bleibt die Beibehaltung der Behälter-Herstellungsform zur Aufbringung der Armierung zweckdienlich. Zum abtgekühlten, nicht armierten Behälter werden in der geöffneten -- meist zwei- und mehr-teiligen -- Pressform zusätzlich noch die bereits geschilderten faserverstärkten und Harzimprägnierten Armierungseinlagen eingebracht und zwar indem dann gerade die Schrumpfungshöhlungen oder aber für diesen Zweck vorgesehene und herausgenommene Blindeinsätze'ausgefüllt werden. Beim Zufahren der Pressform erfolgt eine ressung, welche durch einen in der Behälterhöhlung érzeugten Innendruck pneumatischer oder hydraulischer Art in hohem tasse verstärkt werden kann, so dass die gewünschte Formung der Armierung und die Verbindung der Werkstoffe zustandekommt.
• @ittelst der beschriebenen Faserarmierungsverfahren von Behöltern aus Kunststoffen und insbesondere Polyäthylenharzen ist es generell möglich die mechanischen FEstikgeitsanforderungen ganz wesentlich zu erhöhen.
• Sehr wichtig erscheint, dass ganz spezielle Beanspruchungen an Behältern konstruktiv einwaadfrei aufgefangen werden können, indem die Armierungen an den richtigen Stellen, richtig dimensioniert und aus den zweckmässigsten Werksbffen aufgebracht werden wie dies beispielsweise werkgerecht ist in Form von von Sckleisten, Boden- und Deckel platten, Traggerüsten und titterartigen Verstärkungen. Das geschilderte Verfahren in seinen verschiedenen erwähnten Varianten bedeutet eine weitgehende Vereinfachung in der Behälterproduktion, eine wesentliche Qualit itsverbesserung und eine beachtliche Gewichtsersparnis gegenüber andern Eunststoffverfahren. Diese Tatsachen haben von selbst eine überragende Wirtschaftlich. keit zur Folge.
• Der anmelder stellt folgende kennzeicnetde Merkaml;e seines beschriebenen Verfahrens zur Ausstattung von Polyäthylen-Harz Behältern mit ganzen und part.iellen Armierungen aus Fasermaterial unter Schutz

Claims (5)

1. Schutzansprüche it A 1. Plastikbehälter vorzugsweise aus apolarem Polyäthylen mit fest verbundener faser- und insbesondere glasfaser-verstärkter Kunststoffarmierung, dadurch gekennzeichnet dass die Fasern in Form lockerer Flockungen,ovings,Matten oder gitterförmiger Gewebe zwischen Polyäthylenfolien gelegt werden, dass dieser Sandwichverband bei der Herstellung von Press-Spritz- oder Extrusion-Blaskörpern in die hierzu verwendeten Pressformen eingelegt und dann unter Ausnutzung der auftretenden Drücke und Demperaturen plastifiziert und mit der Behälteroberfläche verschweisst werden, wobei eine einbettung der lasern in Äthylenharz stattfindet und die äussere Sandwick-Deckfolie abschliessend, versiegelnd und glättend wirkt.
2. 2. Plastikbehälter gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die in die Behälter- Press- oder Blas-Form einzulegenden ganzen oder partiellen faserverstärkten Armierungen aus Polyäthylen vorher schon als festes Halbzeug beispielsweise als zusammengeschweiss. te Folien mit Paserzwischenlage oder als Extrusionsfolien und -profile mit eingemischter Faser oder als pressgeformte Teile mit eingemischter Faserverstärkung hergestellt und in gewünschtem Zuschnitt eingelegt werden.
3. 3. Plastikbehälter gemäss Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Athylenharze für Behälter oder für die faserverstärkten Umhüllungen oder für beide Komponenten einen Zusatz von neuartigen Fliessharzen beispielsweise auf der Basis von Copolymeren des Butadien und Styrol zwecks Erztalung besserer Schweissbarkeit und Einbettungsfähigkeit für die Fasern beigemischt erhalten.
4. 4. Plastikbehälter gemäss Anspruch 1 , 2 und 3 dadurch gekennseichnet, dass die Faserverstärkungen und insbesondere silan-geschlichtete Glasfasern in Form von Schmittfasern, Rovings, Matten und Geweben mit flüssigen Mischpolymerisationsharzen wie beispielsweise Copolymeren des Butadien und des Styrols sowie vinylhaltigen.

   Monomeren unter Zusatz eines gering dosierten Härters wie beispielsweise organischen Peroxyden imprägniert und nach Zuschnitt des Verbandes in die Behälter-Pressform eingebracht werden, wodurch beim Pressvorgang an den Kontaktstellen das r1liessvermögen der Behälterpolyäthylenoberfläche erhöht sowie eine feste Verschweissung und chemische Bindung mit der faserverstärkten Kunststoffarmierung erreicht und schliesslich eine feste Einschliessung der Fasern im Imprägnierharz erzielt wird, was einen kompakten Verbund der Armierung in sich und mit dem Behälter unter einer gutgeformten und abgeschlossuenen Aussenhaut bedeutet.
5. 5. Plastikbrehälter gemäss Anspruch 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkten Armierungseinlagen gemäss Anspruch 4 unter Ausnutzung ihrer Bindefähigkeit bei niedrigen Temperaturen auch in in einem unterbrochenen llerstellungsgang auf die Behälter aufgebracht werden können, und zwar indem sie beispielsweise das Schwindvolumen zwischen dem zuvor hergestellten und bereits erkalteten Behälter einerseits und der Pressform andrerseits oder aber besonders in der Form angebrachte und entfernbare Blindeinlagen ausfüllen, so das : beim nochmaligen Zusammenpressen der mehrteiligen Form und bei notfalls zugegebenem pneumatischem oder hydraulischem Innendruck die angestrebten Verbindungen und Formungen zum armierten Fertigbehälter bei niedrigen Temperaturen zustande kommen.