DE2331511B2 - Kunststoffrohre mit einer glasfaserverstaerkten innen- und aussenschicht und einer zwischenschicht aus harzzement und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

besteht.

2. Rohre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (2) einen trapezförmigen Querschnitt hat.

3. Verfahren zur Herstellung der Rohre nach Anspruch 1 durch Aufwickeln von Glasfasersträngen, die mit einem heißhärtenden Harz imprägniert sind, auf einen Kern, Aufbringen eines Harzzements und nochmaliges Aufwickeln von Glasfasersträngen, die mit einem heißhärtenden Harz imprägniert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die als Rippe ausgebildete Zwischenschicht durch Strangpressen und gleichzeitiges Verdicken des Harzzementgemisches bei einer Temperatur von 20 bis 6O⁰C um die Innenschicht gewickelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzgemisch für die Innen- und die Außenschicht so eingestellt wird, daß es schneller härtet als der Harzzement der Zwischenschicht.

Die Erfindung betrifft Kunststoffrohre mit einer glasfaserverstärkten Innen- und Außenschicht aus einem heißhärtenden Harz und einer Zwischenschicht aus einem Harzzement, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Kunststoffrohre.

Sollen glasfaserverstärkte Kunststoffrohre in der Erde verlegt werden, ist eine ausreichend hohe Schalensteifigkeit erforderlich, um dem äußeren Druck zu widerstehen. Es ist bekannt, daß die Schalensteifigkeit eines Rohres ein Produkt ist aus dem Elastizitätsmodul E des Rohres und dem Schalenträgheitsmoment für die Einheitsbreite in Umfangsrichtung des Rohrs. Dieses Schalenträgheitsmoment ist proportional der dritten Potenz der Dicke des Rohres. Daher ist es, um eine hohe Schalensteifigkeit eines Rohres zu ertielen, notwendig, die Wand des Rohres sehr dick zu machen. Zu diesem Zweck wurden Verbundrohre hergestellt, bei denen verschiedene Materialien zwischen eine Innenschicht aus ungesättigtem Polyester und eine Außenschicht aus ungesättigtem Polyester gebracht wurden.

Aus der FR-PS 20 52 291 sind Kunststoffverbundrohre bekannt, bestehend aus einer glasfaserverstärkten Innen- und Außenschicht aus einem heißhärtenden Harz und einer Zwischenschicht aus einem Harzzement. Diese sandwichartigen Rohre besitzen jedoch ein nohes Gewicht und sind beim Verbinden und Einbetten schwer zu verarbeiten. Diese Rohre weiden hergestellt indem man Harzzement auf eine Stoffbahn aufbringt und den entstehenden Streiten um die innere Glasfaserschicht wickelt. Bei diesem Verfahren muß eine Stoffbahn angewandt werden und außerdem muß, wenn eine hohe Dicke erforderlich ist, der Streifen in vielen Schichten übereinander aufgewickelt werden. Ein derartiges Aufwickeln ist

xo jedoch mühsam und aufwendig.

Aus der NO-PS 1 24 062 sind Rohre bekannt mit einer umlaufenden Rippe aus einem elastischen Schaumstoff. Diese Rohre besitzen keine ausreichende Schalensteifigkeit und sind wenig beständig gegen äußeren Druck.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kunststoffrohre zu entwickeln, die leichter und billiger sind als die bekannten Rohre und trotzdem eine hohe Schalensteifigkeit besitzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht aus einer wendelförmig umlaufenden Rippe aus einem gehärteten Gemisch von

as a) 100 Teilen eines ungesättigten Polyesterharzes,

b) 0,5 bis 10 Teilen Magnesiumoxid,

c) 0,1 bis 5 Teilen eines Vernetzungsmittels,

d) 100 bis 900 Teilen eines Füllstoffes, und

e) 0 ois 30 Teilen eines Verdünnungsmittels 30

besteht.

Ausgehend von einem Verfahren zum Herstellen von Rohren durch Aufwickeln von Glasfasersträngen, die mit einem heißhärtenden Harz imprägniert sind, auf einen Kern, Aufbringen eines Harzzements und nochmaliges Aufwickeln von Glasfasersträngen, die mit einem heißhärtenden Harz imprägniert sind, werden die erfindungsgemäßen Rohre dadurch hergestellt, daß die als Rippe ausgebildete Zwischenschicht durch Strangpressen und gleichzeitiges Verdicken des Harzzementgemisches bei einer Temperatur von 20 bis 6O⁰C um die Innenschicht gewickelt wird.
Die erfindungsgemäßen glasfaserverstärkten Kunst-Stoffverbundrohre, die eine Rippe aus Harzzement besitzen, haben bei gleichem Harzzementanteil eine wesentlich höhere Schalensteifigkeit als die bisher bekannten sandwichartigen Verbundrohre. Bei gleicher Festigkeit sind die erfindungsgemäßen Verbunclrohre außerordentlich viel leichter als die sandwichartigen Rohre, die eine Kernschicht mit einer Dicke besitzen entsprechend der Dicke der Rippe. Außerdem ist die erforderliche Menge an Harzzement geringer.

Das die Rippe aus Harzzement bildende Material kann in einer beliebigen Form stranggepreßt werden durch Eindicken der besonders definierten Masse der miteinander zu vermischenden Bestandteile und zeigt eine kautschukartige Elastizität, die sich von derjenigen üblicher Aufschlämmungen von Harzzementmassen unterscheidet, so daß der die Rippe bildende Streifen sehr geeignet ist, um das Rohr gewunden zu werden.
Höhe, Breite und Windungsabstand bzw. Ganghöhe der Rippe können je nach den Verwendungsbedingungen des Rohres gewählt werden.

Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwar zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des glasfaser- geeignet, deren Zersetzungstemperatur zur Erzielung

verstärkten starren Kunststoffrohrs mit einer Rippe einer Halbwertszeit von 10 Stunden 50 bis 100°C

aus Harzzement und beträgt, z. B. 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, tert.-Butyl-

F i g. 2 einen Querschnitt dieser Rippe, peroxypyvalat, 3,5,5-Trimethylhexanolperoxid, Octa-

In diesen Figuren ist 1 eine glasfaserverstärkte 5 nolperoxid, Decanolperoxid, Lauroylperoxid, Ste-Iunenschicht und 2 eine Harzzementrippe und 3 eine arcylperoxid, Propyonolperoxid, Bernsteinsäureglasfaserverstärkte Außenschicht. peroxid, Acetylperoxid, tert.-Butylperoxy-2-äthyI-

Die Innenschicht und die Außenschicht sind aus hexanoat, Benzoylperoxid, p-Chlorbenzoylperoxid,

Glasfasern bzw. Glasfasersträngen, einem heiß här- tert.-Butylperoxyisobutyrat, l.l-Bis-tert.-butylperoxy-

tenden Harz und verschiedenen Zusätzen zusammen- io 3,3,5-trimethylcyclohexan, ten.-Butylperoxymalein-

gesetzt und werden durch ein Aufwickeln der Fäden säure, tert.-Butylperoxylaurat, Cyclohexanonperoxid,

gebildet. tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Dimethyl-

Die glasfaserverstärkten Verbundrohre, die eine 2,5di(benzoylperoxy)hexan und ähnliche.
Rippe aus Harzzement besitzen, besitzen üblicherweise Die Menge, in der diese Vernetzungsmittel vereinen inneren Durchmesser von 300 bis 2000 mm. 15 wendet werden sollen, beträgt vorzugsweise 0,1 bis Natürlich ist es auch möglich, Rohre mit einem klei- 5 Teile auf 100 Teile ungesättigtes Polyesterharz,
neren oder größeren Durchmesser herzustellen. Andererseits ist die Härtungsgeschwindigkeit der

Die Rippe aus Harzzement besitzt üblicherweise heiß härtenden Harze, die die Innenschicht und die einen trapezförmigen Querschnitt, so Jaß das Auf- Außenschicht bilden, vorzugsweise größer als diewinden leicht ist. Üblicherweise angewandte Rippen *o jenige des die Rippe bildenden Harzzementes,
besitzen eine Oberseite α von 10 bis 40 mm, eine Unter- Um die Verarbeitbarkeit zu erhalten, wird eine seite b von 30 bis 60 mm und eine Höhe /1 von 5 bis kleine Menge Verzögerer zugesetzt.
25 mm bei dem trapezförmigen Querschnitt der Als Füllstoffe für den Harzzement werden organi-F i g^ 2. Der Abstand ρ der Windungen auf dem inne- sehe und anorganische Füllstoffe verwendet, wie sie ren Rohr beträgt üblicherweise 60 bis 80 mm, aber 25 allgemein für Kautschukarten und Kunststoffe verdiese Werte können je nach der beabsichtigten Ver- wendet werden, z. B. Calciumcarbonat, Ton, Talkum, wendung und der Festigkeit des Produktes variiert Asbest, Silicatmineralien, natürliche Silicate, Aluwerden, miniumoxidhydrat, Bariumsulfat, Calciumsulfat, Me-

Zum Herstellen der glasfaserverstärkten Innen- tallpulver, Aluminiumstearat, Zinkstearat, Zement und Außenschicht eignen sich ungesättigte Polyester- 30 bzw. Bindemittel, Harnstofformaldehydharz, Harnharze, Epoxyharze, phenolische Harze, Urethanharze stoffphenolhar/, Melaminformaldehydharz, Sägespäne, und Vinylesterharze. Dabei sind ungesättigte Poly- Cellulose, Ruß, Glasfasern u. ä. Dabei werden, wenn esterharze und Epoxyharze bevorzugt. Für die Her- Aluminiumstearat oder Zinkstearat in einer Menge stellung von korrosionsbeständigen Verbundrohren von 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge wird ein korrosionsbeständiges Harz für die Außen- 35 der Füllstoffe, eingemischt werden, die Festigkeit schicht verwendet. des entstehenden, die Harzzementrippe bildenden

Was die Zusammensetzung des Harzzements be- Materials erhöht und die Formung des die Harztrifft, so besieht er aus ungesättigtem Polyester, zementrippe bildenden Materials erleichtert.
Magnesiumoxid, Vernetzungsmittel (Härlungsmittel), Die Menge an Füllstoff, die erfindungsgemäß verFüllstoffe und Verdünnungsmittel. 40 wendet werden sollte, beträgt vorzugsweise 100 bis

Das ungesättigte Polyesterharz, das hier verwendet 900 Teile auf 100 Teile ungesättigten Polyester, vorwird, wird ausgewählt aus der Gruppe der Ortho- zugsweise 200 bis 500 Teile.

phthalsäure-Polyesterharze, Isophthalsäure-Polyester- Als Verdünnungsmittel, die erfindungsgemäß verharze und Bisphenol Α-Polyester. wendet werden, können solche Substanzen verwendet

Das zu verwendende Magnesiumoxid spielt eine 45 werden, die mit den obenerwähnten ungesättigten wichtige Rolle zur Bildung des die Rippe bildenden Polyesterharzen verträglich sind und die leicht durch Harzzements, d. h. Magnesiumoxid führt zu einem die folgenden Vernetzungsmittel reaktionsfähig ge-Verdickungseffekt der speziellen Masse des Harz- macht werden können und mit den ungesättigten zements bei bestimmten Bedingungen; dadurch wird Polyesterharzen zur Unterstützung der Härtung die anschließende Formung zu einem Band, das die 50 reagieren. Die Verdünnungsmittel werden ausgewählt spätere Rippe bildet, möglich. Als Magnesiumoxid aus solchen Verbindungen, die durch übliche Vinylist ein solches mit einem aktiven Jodabsorptionswert monomere oder organische Peroxide aktiviert werden, (J mg/MgO g) von 70 bis 170 bevorzugt und beson- z.B. sind solche Verdünnungsmittel Monomere, ders mit einem Wert von 100 bis 150 J mg/MgO g. wie Styrol, Chlorstyrol, Methylmethacrylat, Äthyl-Wenn Magnesiumoxid mit einer zu geringen Aktivität 55 methacrylat, Butylmethacrylat, Methylacrylat, Äthylgewählt wird, geht die Verdickung nicht voran, und acrylat, Butylacrylat u. ä., Styrolacrylnitrilcopolydie Behandlung zur Verdickung erfordert eine lange mere, Vinylchloridvinylacetatcopolymer, Cellulose-Zeit. Folglich kann die Härtung des Harzzementes acetatbutyrat, Celluloseacetatpropionat u. ä.
selbst ebenfalls durch die Wirkung des Vernetzungs- Diese Verdünnungsmittel können auch weggelassen mittels voranschreiten. Ein derartiges Magnesiumoxid 60 werden, aber im allgemeinen ist vorzuziehen, bis zu ist im Hinblick auf eine gute Verarbeitbarkeit nicht 30 Teile auf 100 Teile des ungesättigten Polyestergünstig, l.arzes zu verwenden.

Die Menge an Magnesiumoxid soll 0,5 bis 10 Teile Die angegebenen Komponenten können jeweils

pro 100 Teile ungesättigtes Polyesterharz betragen. in der oben angegebenen Menge gleichzeitig mit-

AIs Vernetzungsmittel, die für den Harzzement 65 einander vermischt werden mit Hilfe einer Strangverwendet werden, sind die organischen Peroxide preßvorrichtung mit Knetwirkung oder von den oben geeignet, die die ungesättigten heiß härtenden Harze angegebenen Komponenten können das ungesättigte bei hoher Temperatur härten. Besonders sind Peroxide Polyesterharz, Magnesiumoxid und das Vernetzungs-

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mittel zunächst miteinander vermischt werden und näher erläutert. Dabei sind unter Teilen Gew.-Teile

dann der Füllstoff zugesetzt und das entstehende Ge- zu verstehen,

misch bei einer Temperatur von 20 bis 60° C 5 bis B ' ' I 1
60 Minuten lang, vorzugsweise 10 bis 30 Minuten

lang, unter Kneten verdickt und anschließend das 5 Eine Harzzementmasse, wie sie später näher beGemisch durch die Strangpreßvorrichtung in der Form schrieben wird, wurde verknetet und gleichzeitig des die Rippe bildenden Bandes geformt werden. in einem Kneter bei 40°C verdickt.
Das so gebildete, der Form der Rippe entsprechende Gew.-Teile Band aus Harzzement härtet noch nicht vollständig, Ungesättigtes Polyesterharz (Ortho-

bevor es um das Rohr gewunden wird und zeigt eine io phthalsäure-Reihe) 100

Elastizität und ist sehr geeignet, um sogar bei Raum- Magnesiumoxid (Aktivitätswert 150) ... 2,0

temperatur um das innere Rohr gewunden zu werden. R<»n7nv1iw H ι η

In diesem Falle wird zum Strangpressen des Harz- Dcnzoyiperoxia i,u

Zementes in die Form der Rippe eine diaxiale oder Füllstoff Calciumcarbonat 42,0

zweiachsige Strangpreßvorrichtung bevorzugt. 15 Füllstoff Silicat-haltiger Sand 258,0

Zur Härtung der Innenschicht und der Außenschicht Füllstoff Aluminium-stearat 5,0

sind Vernetzungsmittel zu verwenden, die bei einer Styrol 10 0

geringen oder mittleren Temperatur härten. Da, '

nachdem das Verbundrohr, das mit der Rippe aus Ein Trennmittel wurde auf einen Kern mit einem Harzzement versehen ist, geformt ist, die Härtung 20 Durchmesser von 500 mm aufgebracht und Glasvon der Außenhaut her beginnt und die entwickelte faserstränge, die imprägniert waren mit einer Harz-Härtungswärme des Harzzements in der Rippe ein- masse, bestehend aus 100 Gew.-Teilen eines ungeleitet. sättigten Polyesterharzes (der Orthophthalsäurereihe),

In diesem Falle härtet die Rippe und entwickelt 1,5 Gew.-Teilen Methylcyclohexanonperoxid, 0,7 Wärmt und dehnt sicn aus, und folglich haftet die 25 Gew.-Teilen Kobaltnaphthenat, 0,15 Gew.-Teilen Vererwärmte und ausgedehnte Rippe fest an der äußeren zögerer und 0,225 Teilen Manganoctenat, wurde nach Schicht. Die äußere Verformung wird so behindert einem Fadenwickelverfahren um den Kern gewickelt, und das gleichmäßige Aussehen aufrechterhalten, wobei die Innenschicht 1 mit einer Dicke von 1,5 mm und die Rippe trennt sich nicht von der äußeren entstand.

Schicht und die Festigkeit wird hoch und man kann 30 Durch Formen des schon verkneteten und an-

ein homogenes Produkt erhalten. gedicktem (Dickungszeit 20 Minuten) Harzzements

Für die Außenschicht wird vorzugsweise ein Ver- zu einem Strang mit einem trapezförmigen Quer-

netzungsmittel verwendet, das bei geringer oder mitt- schnitt mit einer Höhe von 17 mm, einer oberen

lerer Temperatur härtet. Außerdem wird ein Be- Kante von 20 mm und einer unteren Kante von

schleuniger zugegeben, so daß das Harzgemisch der 35 40 mm durch eine zweiachsige Stningpreßvorrichtung

Außenschicht früher härtet als der Harzzement der wurde die Rippe 2 gebildet und spiralförmig mit einer

Zwischenschicht. Ganghöhe von 80 mm um das innere Rohr gewickelt.

Die Vernetzungsmittel, die für aie Außenschicht Dann wurden die Glasfaserstränge, die mit der

verwendet werden können, umfassen Diacylperoxide, Harzmasse, die zur Bildung des oben' beschriebenen

Diacylperoxide, Peroxyester, Hydroperoxide, Percar- 40 inneren Rohrs verwendet wurde, imprägniert waren,

bonate, Alkylidenperoxide u. ä., z. B. Methyläthyl- nach einem Fadenwickelverfahren in einer Dicke von

ketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, Lauroylperoxid, 1 mm darum gewickelt, wobei die Außenschicht 3

Methylcyclohexanonperoxid, Cumolperoxid, Isopro- entstand.

pylketonperoxid, Benzoylperoxid, tert.-Butylperoxy- Das so gebildete glasfaserverstärkte Kunststoff-

pivalat, tert.-Butylperoxyneodecanoat u. ä. 45 verbundrohr, das mit einer Rippe aus Harzzement

Die wichtige Komponente, die die Wirkung der versehen war, wurde im Vergleich mit ähnlichen oben angegebenen Vernetzungsmittel verstärkt, ist Rohren einer Festigkeitsprüfung unterworfen Verein Beschleuniger. Um die Härtung des Vernetzung^- glichen wurde es mit:
systems der Außenhaut schneller zu erreichen als die- _ , -

jenige der Rippe, wird das Vernetzungsmittel zusammen 50 ^{a} ei},ⁿ.^{em ut}™^chen sandwiichartigen Rohr mit dem

mit einem Beschleuniger angewandt. gleichen Durchmesser wie das oben beschriebene

Die Beschleuniger umfassen Kobaltnaphthenat, verbundrohr, das aus dem gleichen Harzzement,

Kobaltoctenat, Manganoctenat, Vanadinpentoxid, Be- ^Wle °^{ben bescl}»"ieben hergestellt worden war(Dicke

schleuniger der Gruppe der tertiären Amine u. ä. ^{des Har}zzements 10 mm, wobei die Menge an Harz-

Der Harzmasse für die Außenschicht kann ein 55 f^ent, die verwendet wurde, l,5mal größer war als

Verzögerer zugesetzt werden, wegen der in der Rippe H^{61 dem oben} beschriebenen Verbundrohr mit der

entwickelten Wärme. _M -^ppe „ . „

Diese Verzögerer umfassen Chinone, Hydrochinone, »j eraem Verbundrohr, bei dem eine Rippe aus

mehrwertige Phenole, Amine, Metallseifen u. ä-, wobei ^V oiyuretnanschaum anstelle der Harzzementrippe

Chinone und mehrwertige Phenole bevorzugt sind. 60 . ^f™ gleichen Durchmesser vorgesehen war,

Die Außenschicht des geformten Kunststoffrohres ^{wie 1}^¹ dem oben beschriebenen Verbundrohr and kann durch eine Oberflächenbehandlung, wie eine ^C) 3i^nen? ^mentrohr mit dem gleichen inneren Mattierung, wenn nötig vervollkommnet werden. Das uurchmesser wie das oben beschriebene Verbund-Aussehen des Produktes ist dann ausgezeichnet und ^{ro r}'

die innere Struktur so, daß die Außenschicht sich 65 Jedes Rohr mit einem inneren Durchmesser von

von der Rippe mehl trennt und das Produkt homogen 500 mm wurde in Längsstücke von 400 mm geschnitten

Ϊμ^Ϊ'/Ϊ S η η · -j ""1 ^β """"k ^auf J«¹«= **<** ^e5n* » Achsrichtung

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel wirkende äußere Streckenlast aufgebracht, mn die

Beulfestigkeit zu bestimmen. Man erhielt die folgenden Ergebnisse:

Beullast (kg/m)

Gewicht/Meter (kg/m)

Erfindungsgemäß	4250	35
Sandwichartig	4125	40
Mit einer Rippe aus
Polyurethanschaum	2700	30
Zement	3000	230

Wie aus den obigen Werten hervorgeht, ist da: erfindungsgemäße Verbundrohr, das eine Rippe au: Harzzement besitzt, dem üblichen Rohr in der Beul festigkeit überlegen, selbst wenn die Menge an Harz zement ungefähr nur zwei Drittel derjenigen bei den sandwichartigen Rohr beträgt. Außerdem ist da; Gewicht geringer und die Verarbeitbarkeit z. B. bein Einbetten viel besser.

Die Rohre mit der Rippe aus Polyurethanschaurr ίο und aus Zement sind wesentlich schlechter als da: erfindungseemäße Verbundrohr bezüglich der Beul festigkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709514/424

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kunststoffrohre mit einer glasfaserverstärkten Innen- und Außenschicht aus einem heißhärtenden Harz und einer Zwischenschicht aus einem Harzzement, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer wendelförmig umlaufenden Rippe aus einem gehärteten Gemisch von

a) 100 Teilen eines ungesättigten Polyesterharzes,

b) 0,5 bis 10 Teilen Magnesiumoxid,

c) 0,1 bis 5 Teilen eines Vernetzungsmittels,

d) 100 bis 900 Teilen eines Füllstoffes, und

e) 0 bis 30 Teilen eines Verdünnungsmittels