DE2016121A1 - Verstärkte Kunststoffrohre und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Youngstown Sheet and {Prio 10. April 1969 Tube Company U.S. 815,196 - 6902)

Dallas, Texas / V.3t.A« Hamburg, 3. April 1970

Verstärkte Kunststoffrohre und Verfaßren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft verstärkte Kunststoffrohre und zwar insbesondere Kunststoffröhre mit hoher Bruchfestigkeit und großer Widerstandsfähigkeit gegen Mißbildung.

Es ist üblich, Kunstfitoffrohre aus wärmehärtenden Harzen im Rotationsverfahrert herzustellen, wobei die Rohre mit faserförmigem Material, z.B. Glasfasern verstärkt sind,. Bei derartigen Verfahren werden eine Glasfasermatte und das Kunstharz in einer Form rn.it hoher Geschwindigkeit gedreht. Die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte drücken die Glasfasermatte in den Außenmantel des Rohres, während der Innenmantel praktisch ausschließlich aus Kunststoff besteht.

Während des Aushärtens schrumpft der kunststoffreiche Innenmantel, so daß in dem inneren Mantel Spannungen auftreten. Wenn ein derartiges Rohr einem mechanischen oder thermischen Schock ausgesetzt wird, können in dem inneren

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Mantel wegen der eingefrorenen Spannungen Risse auftreten« Der äusaere Mantel zeigt dagegen normalerweise keine Rißbildung, weil das Verstärkungsmaterial einen erheblichen Volumenanteil des äusr.eren Mantels ausmacht.

In der USA-Patentschrift 2 887 728 ist vorgeschlagen worden, Rohre im Rotaiionsgußverfahren unter Verwendung von wärmehärtenden unc thermoplastischen Kunstharzen verschiedenen spezifischen Gewichtes herzustellen, so daß sich beim Guß das thermoplastische Harz überwiegend an der Innenwand des Rohres ansammelt. Da sich die Glasfasern Überwiegend im äusseren Teil der Rohrwand befinden, ergibt sich eine Schicht aus wäriuehiirtendem Harz zwischen den Glasfasern mit einer thermoplastischen Innenauskleidung, Die Zwischenschicht ist während des Aushl'.rtens beträchtlichen Spannungen ausgesetzt, so daß auch derartige Rohre zum Reißen neigen, wenn sie mechanischen oder thermischen Schocks unterworfen werden. Da die Festigkeit des thermoplastischen Kunstharzes verhältnismUsslg niedrig ist, fUhren Risse in der Zwischenschicht auch zu Sprüngen in der thermoplastischen Auskleidungα

Mit der Erfindung.wird nunmehr ein Kunststoffrohr vorgeschlagen, bei dem das thermoplastische Material in dem gesamten Inneren Mantel des Rohres zwischen den Verstärkungen

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fasern und der Innenfläche des Rohres dispergiert ist. Bei diesem Rohr gibt es somit keinen ausschließlich aus wärmehärtendem Harz bestehenden Bereich, so daß das Auftreten von eingefrorenen Spannungen auf Grund einer Schrumpfung während des Aushärtens vollständig vermieden wird.

Der Erfindung liegt somit in erster Linie die Aufgabe zu Grunde, bei verstärkten Kunststoffrohren aus wärmehärtenden Harzen das Auftreten von Spannungen im Innen- , mantel des Rohres zu vermelden. Auf diese Weise'soll ein verstärktes Kunststoffrohr aus wärmehärtendem Harz erhalten werden, das im Vergleich zu den bislang bekannten Kunststoff rohren dieses iPyps eine wesentlich geringere Neigung zur Rißbildung besitzt.

Gegenstand der Erfindung sind demgemäß verstärkte Kunststoff rohre, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus einem äusseren Mantel aus wärmehärtendem, durch ein faserförmlges Material verstärktem Kunstharz und einem inneren Mantel aus einem wärmehärtenden Harz mit einem darin dispergierten thermoplastischen Kunstharz bestehen.

Zur Herstellung derartiger Kunststoffrohre geht man erfindungsgemäss so vor, daß man einen Zylinder aus faserförmigem Verstärkungsmaterial in eine zylindrische Form

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einsetzt, in die Form ein wärmehärtendes Harz eingibt und die Form rotieren IUBt, um den äusseren Mantel des Rohres herzustellen, wobei die Menge des wärraehfirtenden Harzes gerade zum Bedecken des faserförmigen Materials ausreicht, und daß man anschließend in den Uusseren Mantel eine Dispersion wärmehärtender und thermoplastischer Harze eingibt und das Rohr zur gleichmüssigen Verteilung der Harze in dem vorher geformten Mantel rotieren läßt. wobei das thermoplastische Harz bei der Bildung des Innenmantels des Rohres in dem wärmehärtenden Harz vollständig dispergiert bleibt·

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann Jede beliebige Form für den Rotationsguß von Rohren Verwendung finden. Ein Zylinder aus Verstärkungsmaterial, z.B. aus einer Glasfasermatte wird in die Form eingesetzt. Anschließend wird die Form gerade mit so viel wKrmehärtendera Harz gefüllt, daß das Verstärkungsmaterial bedeckt ist. Vorzugsweise sind die am weitesten innen liegenden Fasern zwar gerade noch mit Harz überzogen, ragen jedoch aus der Harzmatrix heraus, um sicherzustellen, daß sich keine Schicht aus wärmehärtendem Harz allein bildet.

Unter "bedeckt" wird im vorliegenden Zusammenhang auch eine Matrix verstanden, bei der das Verstärkungsmaterial unmittel-

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bar unterhalb der Innenfläche der Matrix liegt oder bei der die innersten Pasern des VerstUrkungsmat©rials freiliegen oder sich an der Oberfläche der Matrix befinden. Selbstverständlich könnte auch eine Überschüssige Menge an Verstärkungsmaterial freiliegen, doch würde dies zu einer erhöhten Wandstärke bei einem vergleichbaren Rohr führen, was unerwünscht, ist.

Die Form wird rotiert, wobei vorzugsweise gleichzeitig erhitzt wird, um den Außenmantel des Rohres herzustellen.

Bei der Herstellung des Materials für den Innenmantel des Rohres wird ein thermoplastisches Pulver gründlich in das flüssige wärmehärtende Material eingemischt. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse wird ein Pulver mit einer Korngröße von weniger als ungefähr 500 ax verwendet. Ein Material größerer Teilchengröße könnte ebenfalls Ver-

wandung finden, doch wird mit zunehmender Teilchengröße * die Innenfläche des Kunststoffrohre3 zunehmend rauher. Da eine glatte Oberfläche im allgemeinen angestrebt wird, sind feinere Pulver normalerweise bevorzugt.

Dtr Anteil des thermoplastischen Kunstharzes sollte mindesten» 15 VoI,$ des demiachos betragen, um die Neigung zur Spannungsbildung soweit zurückzudrängen, daß eine

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merkliche Verminderung der Gefahr von Rißbildungen erzielt wird. Die Obergrenze beträgt theoretisch etwa 50 bis 60 #, Vorzugsweise finden etwa 25 VoI .# thermoplastisches Harz Verwendung, da hierbei ein Kunststoffrohr erhalten wird, bei dem der innere Mantel von solchen eingefrorenen Spannungen praktisch frei 1st, die noch so erheblich sind, daß sie bei den normalerweise zu erwartenden mechanischen oder thermischen Beanspruchungen noch zu Rißbildungen führen könnten· Größere Gehalte an thermoplastischem Harz sind zwar verwendbar, doch wird die Kunstharzdi3persicn dadurch pastenförmig und lu&t sich in dem Rohr nur noch schwer verteilen, wenn der Gehalt an thermoplastischem Harz etwa j55 # überschreitet.

Die Dispersion aus thermoplastischem und wärmehärtendem Harz wird in den vorher geformten äusseren Mantel des Rohres eingegeben» Das Rohr wird dabei langsam rotiert, um die Dispersion in dem üusaoren Rohrmantel glelohmiisslg zu verteilen, ohne dabei eine Trennung der Dispersion herbeizuführen. Das Rohr kann in der Form rotiert werden oder die Drehung kann auf andere Weise erfolgen, nachdem das Rohr aus der Form entnommen wurde. Falle die beidon Harze das gleiche spezifische Gewloht aufweisen, ist die Rotationsgeschwindigkeit des Rohres ohne wesentliche Bedeutung, da dann keine Auftrennung der Dispersion durch

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die Zentrifugalkräfte eintreten kann« Durch langsames Drehen des Rohres wird es Jedoch möglich, Thermoplasten jeder gewünschten. Dichte einzusetzen.

Das Rohr wird solange rotiert, bis der Innenniantel fertiggestellt ist. Das auf diese Weise erhaltene Rohr kann einer weiteren Bearbeitung unterworfen werden, z.B.. um geeignete Fittings an den Rohrenden zu erhalten*

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Das erfindungsgemUsse Herstellungsverfahren unterscheidet eich von den herkömmlichen somit in erster Linie dadurch, daß zwei verschiedene Kunstharzraischungen Verwendung finden und daß in der zweiten Stufe zur Vermeidung einer Auftrennung der Dispersion nur eine langsame Rotation erfolgt.

'& Verwendbare wärraehärtende Harze sind dem Kunststoffchemiker allgemein bekannt. Bevorzugt werden Vinylester, z.B. das von der Firma Dow Chemical Company vertriebene Produkt "Derakane"· Andere verwendbare Stoffe sind z.B. "Epocryl" der Shell Chemical Company oder Polyester wie "Atlac 582" der Atlas Chemical Company oder auch Isophthalsäurepolyester, welcher von der Cook Paint & Varnish Company hergestellt wird.

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Die Kunststoffrohre können mit „edem beliebigen geeigneten faserförmlgen Material, vorzugsweise jedoch mit Glasfasern verstärkt werden·

Das verwendete pulverförmig© thermoplastisch© Kunstharz kann ebenfalls von beliebiger chemischer Art sein. Pulverförmiges Polyäthylen, z.B· das von der USI Chemical Co. vertriebene Produkt "Microthene USI 708ⁿ ist bevorzugt. Ebenfalls geeignet sind Polypropylen, Teflon, Polyvinylchlorid oder Nylon.

Das wärmehärtende Harz kann mit jedem beliebigen geeigneten Katalysator ausgehärtet werden, z.B. mit dem Katalysator *U3P 245* der ü»S· Per oxygen Corporation.

In der beiliegenden Figur ist eine Ausführungsform eines erfindungegemässen Kunststoffrohres im Schnitt dargestellt. In dem äusseren Mantel 1 aus wärmehärtendem Harz ist ein faserförmiges Verstärkungsmaterial 2 eingebettet. Der Innenmantel "*> besteht dagegen aus einer Dispersion von thermoplastischem Harz in würmehärtendem Harz. Wesentlich ist, daß ein ausschließlich aus wärmehärtendem Harz bestehender Bereich nicht vorhanden 1st, well der äussere Mantel das Verstärkungsmaterial und der innere Mantel das thermoplastische Kunstharz enthält.

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Zur näheren Erläuterung der Erfindung soll weiterhin das folgende Beispiel dienen;

Beispiel

Der äussere Mantel eines Kunststoffrohres wurde aus einer Glasfasermatte als Verstärkungsmaterial hergestellt, das In eine Matrix aus Vinylester (Derakane) eingebettet war. Der innere Rohrmantel bestand aus einer Dispersion von 25 Vol.Jß eines pulvarförmigen Polyäthylens (Mierothene USI 708) ' in dem auch für den Außenmantel verwendeten Vinylester· Zur Härtung des wärmehärtenden Harzes fand als Katalysator das oben erwähnte Produkt USP 245 Verwendung. Das aus diesen Materialien In der zuvor beschriebenen Weise hergestellte Rohr zeigte keinerlei Rißbildimg bei Testverfahren, bei welchen die mechanischen und thermischen Beanspruchungen nachgeahmt wurden, die normalerweise beim praktischen Einsatz derartiger Rohre zu erwarten sind·

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   ( 1.!Verstärktes Kunststoffrohr, gekennzeichnet durch einen äusseren Mantel (1) aus wärmehUrtendttin Kunstharz, in das ein faserförmlges Verstärkungstaafcerial (2) eingebettetist und einen inneren Mantel (3) aus einem wärmehärtenden Harz, in dem ein thermoplastisches Harz vollständig dispergiert ist.
2. 2. Kunststoffrohr gemelß Anspruch 1> dadurch gekennzeichnet, daß das faserförnaige Verstärkungsraatorial aus Glasfasern besteht, daß das wärmehürtende Harz ein Vinylester 1st, das thermoplastische Harz Polyiitiiylen mit einer Teilchengröße von weniger als ötwa 500 ,u iet und daß der Anteil des thermoplastischen Kunstharzes in dem inneren Mantel mindestens IfS Gew.# betragt.

   3, Verfahren zur Herstellung von verstärkten Kunststoffrohren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Zylinder aus faserförmlgem Verstürkungsmaterial in eine zylindrische Form einsetzt, in dje Form ein wärmeh'irtendes Harz eingibt und die Form rotl«r«n läßt,um den Hueseren Mantel des Rohre« herzu-■telltn, wobei die Meng· det> würmehärtenden Harzes

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   gerade zum Bedecken des faserförmigen Materials ausreicht, und daß man anschließend in den äusseren Mantel eine Dispersion warmehärtender und thermoplastischer Harze eingibt und das Rohr zur gleiehraässigen Verteilung der Harze in dem vorher geformten Mantel rotieren läßt* wobei das thermoplastische Harz bei der Bildung des Innenmantels des Rohres in dem wärmeh;:-rtenden Harz vollständlg dispergiert bleibt.

   Verfahren gemäss Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß man als faserförmiges Material Glasfasern, als wärmehärtendes Harz einen Vinylester und als thermoplastisches Harz ein pulverförmiges Polyäthylen mit einer Teilchengröße von weniger als etita 500/u verwendet, wobei der Gehalt der Dispersion an thermoplastischem Harz mindestens 15 Gew·^ betrügt»

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