DE1753802C3

DE1753802C3 - Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Kunststoffrohres

Info

Publication number: DE1753802C3
Application number: DE1753802A
Authority: DE
Inventors: James Luther Los Altos Calif. Grosh (V.St.A.)
Original assignee: BP Corp North America Inc
Current assignee: BP Corp North America Inc
Priority date: 1967-05-01
Filing date: 1968-05-24
Publication date: 1978-11-02
Also published as: ES354465A1; IL29917A0; DK139705C; FR1602408A; NL6807549A; NO144080C; DE1753802A1; SU448625A3; US3470917A; NL134339C; DE1753802B2; NO144080B; CH490959A; BE715812A; DK139705B; IL29917A; GB1214205A

Description

35

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Kunststoffrohres mit einer Wandung, die abwechselnd aus Schichten aus mit Kunstharz getränkten Faserstoffen und dazwischenliegenden Schichten aus einem körnigen Material besteht, durch kontinuierliches Aufwickeln von mit Kunstharz getränkten Fäden auf einen Dorn und durch kontinuierliches Ablagern eines körnigen Materials auf die Fadenlage.

Verstärkte Kunststoffrohre werden normalerweise durch Bildung eines Zylinders aus einem Fasermaterial geschaffen, das auf einen entfernbaren Dorn kontinuierlich gewickelt, entweder vor oder nach dem Aufwickeln mit einem aushärtbaren Harz imprägniert und nach dem Härten des Harzes von dem Dorn abgezogen wird. Durch passende Wahl des Faset materials, bei dem es sich um gewöhnliche Glasfaden handeln mag, und des Harzes, bei dem es sich um ein Epoxy- oder Polyesterharz handeln mag, sind feste, korrosionsbeständige verstärkte Kunststoffrohre herstellbar.

Auf Grund ihrer hohen Belastbarkeit eignen sich Glasfäden zur Herstellung von Rohren, die erheblichen inneren Druckbelastungen ausgesetzt werden. Bei Rohren großen Durchmessers, z. B. für im Erdreich verlegte Leitungen, ist die Dicke der Wandung des jeweiligen Rohres jedoch nach dem Außendruck und den durch die durch Erdbelastungen hervorgerufenen ungleichmäßigen sogenannten »D«-Belastungen (s, American Society für Testing Materials C-76-63 T) festzulegen und nicht so sehr nach dem Innendruck, weshalb Rohre erforderlich sind, deren Wandungen Dicken aufweisen, welche die normalerweise zum Ausgleich der Innendrücke benötigen Wandungsdicken erheblich überschreiten. Da die Kosten des Materials für ein durch hohe Außendrücke belastbares verstärktes Kunststoffrohr viel höber sind als die Kosten für sonstige in Betracht kommende Materialien, z. B. für Eisen, Beton oder Stahl, werden normalerweise die letztgenannten Materialien für Rohre großen Durchmessers verwendet, obwohl die verstärkten Kunststoffrohre üblicherweise in physikalischer und chemischer Hinsicht den erstgenannten Rohren überlegen sind.

Zur Behebung der vorstehend aufgezeigten Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden, verstärkte Kunststoffrohre großen Durchmessers mit Wandungen in Form von geschichteten oder »Sandwiche-Anordnungen auszuführen. Eine Wandung dieser Art besteht aus einem durch eine dünne Schicht aus mit Glasfäden verstärktem Kunststoff, der mit hohen Innendrücken belastbar ist, und aus einer diesen Kunststoff umhüllenden dicken Schicht eines Kernmaterials, wie z. B. Beton, das den Druckbeanspruchungen und »D«-Belastungen standhält, wobei auf das Kernmaterial wiederum eine dünne Kunststoffschicht aufgewickelt ist. Es ist weiterhin bekannt, den Schichtaufbau der Rohrwandung so herzustellen, daß auf einen Dorn mehrere Lagen von harzgetränkten Faserstoffen gewickelt und gleichzeitig zwischen die einzelnen Faserstofflagen körniges Material eingebracht wird.

Werden diese Rohre äußeren Belastungen ausgesetzt, so wirkt der Deformation des Querschnitts eine in der Grenzfläche zwischen dem Kernmaterial und dem verstärkten Kunststoff auftretende Scherspannung entgegen, die zu einer Beschädigung der betreffenden Anordnung in Bereichen fivirl, in denen eine Bindung zwischen den betreffenden Materialien besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem verstärkten Kunststoffrohr mit geschichtetem Wandungsaufbau eine solche Druckfestigkeit zu erzielen, daß das Kunststoffrohr gegenüber äußeren Belastungen widerstandsfähiger ist und die Belastungen zu verteilen imstande ist, wobei die Schichten aus dem körnigen Material hinsichtlich ihrer Dicke genau reguliert werden können.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß körniges Material verschiedener mittlerer Teilchengröße abgelagert wird, derart, daß zuerst das körnige Material der größeren mittleren Teilchengröße auf die Fadenlage und dann das körnige Material mit der kleineren mittleren Teilchengröße auf die Fadenlage und über das körnige Material mit der größeren mittleren Teilchengröße abgelagert wird.

Das Verfahren nach der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß auf relativ einfache Weise ein verstärktes Kunststoffrohr geschaffen werden kann, welches die erforderliche Druckfestigkeit besitzt, um durch externe Beanspruchungen hervorgerufenen Belastungen widerstehen zu können und diese Belastungen derart zu verteilen, daß keine Beschädigung des Kunststoffrohres auftritt. Außerdem bringt das Verfahren gemäß der Erfindung den Vorteil mit sich,

daß es auf relativ einfache Weise möglich ist, die Be- eine Trichteranordnung 6, die über dem Dorn 1 m

lastung der aus dem körnigen Material bestehenden einer Stehe angeordnet ist, an der das Band 2 den

Schichten erheblich zu erhöhen, ohne daß dies einen Dorn 1 berührt. Die Trichteranordnung 6 besteht

entscheidenden Einfluß auf die Dicke der Schichten vorzugsweise aus zwei getrennten Abführbereichen 7

aus dem körnigen Material hat. 5 und 8, deren jeder gesonderte Zuführungsbereiche 9

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Er- bzw. 10 besitzt. Der Abführbereich 7 ist vor dem Abfindung wird zuerst körniges Material mit einer mitt- fübrbereich 8 angeordnet. Der Abstand zwischen beileren Teilchengröße zwischen 2,38 und 1,:19;mm und den Abführbereichen 7 und 8 ist aus Gründen der dann körniges Material mit einer mittleren Teilchen- Klarheil in F i g. 1 übertrieben dargestellt. Vorzugsgröße zwischen 0,005 und 0,149 mm abgelagert io weise befinden sich die Abführbereiche 7 und 8 verti-Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Schicht kai über der Berührungsstelle zwischen dem Band 2 aus dem körnigen Material eine besonders hohe vo- und dem Dorn 1, so daß aus dem Abführbereich 7 lumetrische Dichte besitzt, wodurch ein derart herge- herausgeführtes körniges Material zuerst auf das auf stelltes verstärktes Kunststoffrohr besonders gut au- dem Dorn 1 bereits aufgewickelte Band 2 aufgeßeren Belastungen zu widerstehen imstande ist. 15 bracht wird, während mit der Weiterdrehung des

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestal- Dorns 1 aus dem Abführbereich f? herausgeführtes

tung der Erfindung werden auf dem Dorn Glasfasern körniges Material über das aus dem Abfährbereich 7

aufgewickelt, und als körniges Material wird Sand herausgeführte körnige Material abgelagert wird. Das

abgelagert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines Band 2 führt mit seinen Fäden 3 genügend Harz mit

besonders billigen Rohmaterials für das verstärkte 20 sich, um die auf ihm abgelagerten Materialkörner

Kunststoffrohr. festhalten zu können. Das dem Zuführungsbereich 9

Anstatt der Glasfasern können jedoch auch hoch zugeführte körnige Material besitzt dabei eine grö-

belastbare Fäden, wie z.B. Metalldrähte oder -fäden ßere mittlere Teilchengröße als das dem Zufühungs-

oder Quarzfäden, verwendet werden. Die Fäden kön- bereich 10 zugeführte körnige Material, so daß auf

nen als durchgehende Fäden oder in Form eines kon- 25 das Ba.id 2 zuerst das die größere mittlere Teilchen-

tinuierlichen Gewebes, wie z. B. ein Glasfasergewebe größe besitzende körnige Material abgelagert wird

oder ein Gewebe aus geflochtenen Fäden, ausgebil- und danach das eine geringere mittlere Teilchen-

det sein. An Stelle des als körniges Material abgela- größe besitzende körnige Material, welches in den

gerten Sandes können auch andere Materialien ver- Zwischenräumen zwischen den Materialkörnern der

wendet werden, wie z. B. körniges Harz, kteine hohl- 30 größeren mittleren Teilchengröße abgelagert wird,
kugelige Materialien und Kohlenstoff sowie Graphit. Das vorstehend erläuterte Verfahren wird während

Für Kunststoffrohre geringen Gewichts eignen sich einer Anzahl von Umläufen des Domes 1 ununter-

Materialien, wie z. B. Glas oder Phenolharz. brochen ausgeführt, bis eine genügende Wandungs-

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung dicke erzielt ist. Danach wird das Harz ausgehärtet,

nachstehend näher erläutert. 35 und anschließend wird der Dorn 1 aus dem gebilde-

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anlage, mit deren ten Rohr herausgezogen. Das auf diese Weise herge-

Hilfe das Verfahren zum Herstellen eines verstärkten stellte verstärkte Kunststoffrohr besitzt dabei eine

Kunststoffrohres gemäß der Erfindung durchgeführt größere Gleichmäßigkeit in der Dicke der Schichten

wird; aus dem körnigen Materia! sowie einen höheren Füll-

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Wandung 40 grad als in dem Fall, daß Matcrialkörner beliebiger

eines gemäß der Erfindung hergestellten verstärkten unterschiedlicher Größen oder nur einer einzigen

Kunststoffrohres in größerem Maßstab. Größe verwendet werden. Bei Verwendung von

Die in F ig. 1 schematisch dargestellte Anlage, mit Matcrialkörnern beliebiger unterschiedlicher Größe

deren Hilfe das Verfahren gemäß der Erfindung wird die Dicke der jeweiligen Materialkornschicht

durchgeführt wird, ist lediglich zum Verständnis der 45 unregelmäßig sein, und bei Verwendung von Mate-

der Erfindung notwendigen Elemente dargestellt. rialkörnern einer Größe kann zwar die Dicke der aus

Ein Dorn 1, der sich in Richtung des eingetrage- diesen Körnern gebildeten Schicht reguliert werden,

nen Pfeiles dreht, nimmt ein Band 2 aus Fäden 3 auf, ohne jedoch einen guten Füllgrad zu erzielen,
die mit einem Harz get.-nnkt bzw. von diesem über- Die Größen der das körnige Material bildenden

zogen sind. Zu diesem Zweck werden die Fäden 3 50 Materialkörner sind innerhalb relativ weiter Grenzen

durch einen ein Harz, insbesondere ein Epoxy- oder wählbar; die nachstehend angegebenen Größen sinu

Polyesterharz, enthaltenden Behälter 4 hindurchge- charakteristische Größen, die keine Beschränkungen

leitet und über Abstreifrollen S kontinuierlich hin- hi.isicitlich der Wahl der Körnergrößen auferlegen,

weggeführt. Die Fäden 3 werden sodann unter einer Bei der Herstellung eines verstärkten Kunststoffroh-

relativen Hin- und Herbewegung zwischen dem 55 res hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, für das

Dorn 1 und den Fäden 3 um den Dorn 1 über dessen zuerst auf die mit Kunststoff getränkten Fäden abge-

Länge schraubenlinienförmig herumgewickelt. Die lagerte körnige Material eine mittlere Teilchengröße

Steigung oder der Wickelwinkel kann in an sich be- zwischen 2,38 und 1,19 mm zu verwenden und dann

kannter Weise durch entsprechende Wahl der Um- körniges Material mit einer mittleren Teilchengröße

fallgeschwindigkeit des Domes 1 und der Relativ- 60 zwischen 0,005 und 0,149 mm für die Ablagerung zu

geschwindigkeit zwischen dem Dorn 1 und den Fä- verwenden.

den 3 reguliert werden. Die Fäden 3 bzw. das diese In der Schnitlansicht eines verstärkten Kunststoff-Faden 3 enthaltende Band 2 wird vorzugsweise unter rohres nach Fig. 2 ist die Dicke der Schichten aus einem sehr großen Wickelwinkel zu dem E>orn 1 zu- dem körnigen Matt ;^;.al und den Faserstoffen bzw. geführt, so daß die dem Dorn 1 kontinuierlich züge- 65 Fäden nicht maßstabgerecht gezeigt. Die als Innenführten Fäden 3 im wesentlichen Ringwindungen bil- schicht des verstärkten Kunststoffrohres gezeichnete den. Schicht 20 ist ein Gel-Überzug, der ein Tüllgewebe

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage enthält ferner 26 enthält, welches zunächst um den mit Harz iihrr-

zogenen Dorn 1 herumgewickelt worden ist. Um eine Längsverstärkung des betreffenden Kunststoffrohres zu erzielen, werden Lagen aus in Längsrichtung verlaufenden Fasern 21 aufgebracht. Mit 22 sind Lagen aus ringförmig verlaufenden Fäden hoher Festigkeit bezeichnet, und mit 23 sind Schichten aus körnigem Material bezeichnet, die aus durchschnittlich größeren Materialkörnern 24 und durchschnittlich kleineren Materialkörnern 25 bestehen. Die Dicke der Schichten aus dem körnigen Material wird im wesentlichen durch die großen Materialkörner 24 bestimmt. Die gesamte, die Wandung eines verstärkten Kunststoffrohr bildende Schichtenanordnung wird durch ein ausgehärtetes Harz zusammengehalten.

Beispiel

Es wurde ein verstärktes Kunststoffrohr gemäß dei Erfindung mit einer lichten Weite von 61cm und einem Außendurchmesser von 62,9 cm hergestellt Zu diesem Zweck wurden Glasfasern und Sand mil einer größeren mittleren Korngröße von 1,19 mrr und einer kleineren mittleren Teilchengröße vor 0,149 mm verwendet. Die Glasfaserlagen waren etw£

to 0,0127 cm dick, und die Sandschichten waren etwE 0,127 cm dick. Das fertige verstärkte Kunststoffrohi enthielt etwa 35 °/o Harz, 15% Glas und 50 %> Sand hierbei betrug der Anteil des feinen körnigen Materials etwa 10 Gewichtsprozent.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Kunststoff roh res mit einer Wandung, die abwechselnd aus Schichten aus mit Kunstharz getränkten Faserstoffen und dazwischenliegenden Schichten aus einem körnigen Material besteht, durch kontinuierliches Aufwickeln von mit Kunstharz getränkten Fäden auf einen Dorn und durch kontinuierliches Ablagern eines körnigen Materials auf die Fadenlage, dadurch gekennzeichnet, daß körniges Material verschiedener mittlerer Teilchengröße abgelagert wird, derart, daß zuerst das kömige Material der »5 größeren mittleren Teilchengröße auf die Fadenlage und dann das körnige Material mit der kleineren mittleren Teilchengröße auf die Fadenlage und über das körnige Material mit der größeren mittleren Teilchengröße abgelagert wird. ao

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst körniges Material mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 2,38 und 1,19 mm und dann körniges Material mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 0,005 und 0,149 mm abgelagert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Dorn Glasfasern gewickelt werden und als körniges Material Sand abgelagert wird.