DE2422673A1 - Zylindrischer behaelter aus faserverstaerktem kunststoff und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Zylindrischer behaelter aus faserverstaerktem kunststoff und verfahren zu dessen herstellung

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DE2422673A1
DE2422673A1 DE2422673A DE2422673A DE2422673A1 DE 2422673 A1 DE2422673 A1 DE 2422673A1 DE 2422673 A DE2422673 A DE 2422673A DE 2422673 A DE2422673 A DE 2422673A DE 2422673 A1 DE2422673 A1 DE 2422673A1
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Description

Patentanwalt
Dr. Ing- C. Handzik
Neukefertah b. Mchn.
Schwabenerweg 4
Basler Stückfärberei AG1 Basel
Zylindrischer Behälter aus faserverstärktem Kunststoff und Verfahren zu dessen Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen zylindrischen Behälter, z.B. Tank oder dergleichen, aus faserverstärktem Kunststoff, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bei der Herstellung von Kunststoffrohren, z.B. für Abwasserleitungen, wurde schon vorgeschlagen, in gewisse Radialzonen der Rohrwand Armierungsfasern, z.B. Glasfasern, und in andere Radialzonen ein mineralisches Granulat, z.B. Sand, einzulagern. Für ein- oder beidseitig geschlossene, zylindrische Behälter, Tanks und dgl., wie sie zum Lagern oder Transportieren von Flüssigkeiten (z.B. flüssige Brennstoffe, chemische Flüssigkeiten etc.) verwendet werden, wurde diese Bauart nicht verwendet, da diese im Normalfall entweder eine
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18.4.74/li - 1 - 2333
zu teure Herstellung bedingt oder zu wenig Sicherheit bietet. Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen zylindrischen Behälter der fraglichen Art zu schaffen, der in Bezug auf Herstellung und Sicherheit allen an solche Behälter gestellten Anforderungen geneigt.
Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemässe Behälter dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des zylindrischen Behälterteils in wenigstens zwei Radialabstand aufweisenden Zonen eine Armierung aus Glasfaserstücken enthält, wobei die Glasfaserstucke wenigstens der einen Zone wenigstens annähernd in Umfangsrichtung des zylindrischen öehälterteils orientiert sind.
Zweckmässig sind die in Umfangsrichtung orientierten Faserstücke langer als 5 cm, um dank genügend grosser Haftlänge gute Druckfestigkeitswerte zu erzielen. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Aufbau erwiesen, bei welchem zwischen zwei glasfaserarmierten Zonen eine Füllgranulatzone liegt, wobei das Wandstärke : Druckmesser-Verhältnis zwischen O.OÜ8 und O.O2 (bei Druckmessern zwischen z.B. 9O und 35Ο cm) beträgt, während der Gewichtsanteil der Glasfasern etwa zwischen 5 und 25 % und der R-Modul in der Hundrichtung etwa
2 2
zwischen 75OÜO kp/cm und 15Ο OOO kp/cm liegen, während der Ε-Modul in Axialrichtung etwa beim halben Wert liegt.
Das ebenfalls Erfindungsgegenstand bildende Verfahren zur Herstellung eines solchen Behälters ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Wandstärke des zylindrischen
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Behälterteils in einer rotierenden Form durch Zentrifugieren von aus erhärtbarem Kunststoff, Glasfaserstücken und Füllgranulat bestehendem, dem gewünschten Wandaufbau entsprechend zugeführtem Material erzeugt wird; die Glasfaserstücke werden zweckmässig erst unmittelbar vor ihrer Abgabe an die Formwand auf die gewünschte Länge geschnitten.
Je nach der Länge des Behälters, die z.B. zwischen 5 und 15 m liegen kann, wird er aus zwei oder mehreren separat hergestellten Teilen zusammengefügt. Die Abschlusswände können gleichzeitig mit der Herstellung des zylindrischen Teils an diesem angeformt oder als vorfabrizierte Formteile mit ihm verbunden werden, oder sie können nach der Fertigstellung des zylindrischen Teils am letzteren durch einen separaten Arbeitsgang an diesem befestigt werden. Obwohl zur Herstellung des Behälters auch das Auftragen der verschiedenen Materialien (Kunststoff-Glas-Granulat) auf einen rotierenden Kern denkbar ist, hat sich das Schleuderverfahren unter Verwendung einer rotierenden Hohlform als besonders zweckmässiges Herstellungsverfahren erwiesen, und zwar nicht nur bei nachträglichem Anbringen der Abschlusswände, sondern auch unter gleichzeitigem Erzeugen bzw. Anbringen einer Abschlusswand, insbesondere bei zwei- oder mehrteiligem Herstellen des zylindrischen Behälterteils.
Es versteht sich, dass die Behälterwand auch mehr als zwei glasfaserarmierte, durch eine Granulatzone getrennte Zonen aufweisen kann, und dass sowohl innen wie aussen geeignete Deckschichten vorgesehen sein können. Die Glasfaserstücke können in radial eindeutig begrenzten Schichten angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, die Glasfaserzugabe beim
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Aufbau der Wand so zu steuern, dass ein kontinuierlicher Uebergang zwischen einer Glasfasern enthaltenden und einer glasfaserfreien Zone erzielt wird.
Ferner ist es möglich, den zylindrischen Behälterteil zusätzlich innen oder aussen mit einer gewickelten kunststoff getränkten Glasfaserschicht zu versehen. Eine solche Aussenschicht kann auch zur Verbindung zweier oder mehrerer zylindrischer Behälterteilen bzw. eines zylindrischen Behälterteils mit der oder den Abschlusswänden vorgesehen sein·
In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt: darin zeigen:
Fig. l in teilweisem Axialschnitt einen Kunststofftank mit beiderends aufgesetzten Deckeln,
Fig. 2 schematisch die Arbeitsphasen beim Herstellen eines Deckels nach Fig. I1
Fig. 3 ein zweites Beispiel eines Tanks mit beiderends aufgesetzten Deckeln,
Fig. 4 in grösserem Massstab und im Schnitt die Stoss- und Verbindungsstelle zwischen zwei separat hergestellten Tankteilen,
Fig. 5 ein drittes Beispiel eines Tanks, der aus zwei je mit einem Deckel versehenen Tankhälften zusammengesetzt ist, und
Fig. 6 eine Arbeitsphase beim Herstellen einer Tankhälfte mit Deckel.
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Der in Fig. 1 gezeigte iank besteht aus einem zylindrischen Teil 1 und beiderends auf diesen aufgestzten, separat hergestellten Deckeln 2. Die Verbindung der beiden Tankteile 1, 2 kann z.B. durch Kleben erfolgen. Die Deckel 2 können z.B. durch Pressen oder, wie Fig. 2 zeigt, im Spritzverfahren hergestellt werden, wobei in eine vertikalachsige, konkave Form 3 Kunststoff und Glasfaserstücke bis zur gewünschten Wandstärke eingespritzt und mittels einer Rolle 4 glattgeröllt werden. Es versteht sich, dass solche Deckel 2 auch durch Zentrifugieren hergestellt werden können, wobei die Form 3 um die in Fig. 2 bei α angedeutete Vertikalabhse rotiert wird. Dabei könnte in die Form zuerst "woodsches" Metall in warmem, flüssigem Zustand eingefüllt werden; dieses Metallbad bildet bei rotierender Form 3 eine parabolische Oberfläche, auf welche anschliessend Glasfasern und Kunststoff gespritzt und durch die Rotation zu einer der Metalloberfläche entsprechenden Schicht gepresst wird. Da das Metall spezifisch erheblich schwerer ist als die Glasfasern, dringen diese, nicht in die Metalloberfläche ein; nach Aushärten des Kunststoffs wird die Form angehalten und der fertige Deckel kann leicht ausgeformt werden. Die zylindrische Sitzfläche 2a kann z.B. durch anschliessendes Ausdrehen erzeugt werden. Der zylindrische Tankteil 1 dagegen wird zweckmässig nach dem Schleuderverfahren in einer rotierenden Hohlform erzeugt, wobei das einzubringende Material (Kunststoff-Glasfaser-Sand) mittels eines achsparallel in der Form hin- und her bewegbaren Verteilkopfes in die Form gebracht wird. Diese Herstellung erfolgt dabei so, dass die Glasfaserstücke in wenigstens zwei Radialabstand auf-
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weisenden Wandzonen konzentriert sind, während die Zwischenzone durch das kunststoffgebundene Granulat gebildet wird. Es können aber auch drei oder mehr solche glasfaserarmierte Radialzonen vorhanden sein, wobei je zwei benachbarte durch eine das Granulat enthaltende Zwischenzone getrennt sind. Das Einbringen bzw. die Länge der verwendeten Glasfaserstücke wird dabei so gewählt, dass wenigstens in einer armierten Zone die Glasfaserstücke in Umfangrichtung orientiert sind. Dies kann besonders dann relativ leicht erzielt werden, wenn die Glasfaserstücke relativ lang, d.h. langer als 4 cm und zweckmässig langer als IO cm sind; mit derart langen Faserstücken und damit entsprechend grosser Haftlänge der Faserstücke im Kunststoff lassen sich innendruckfeste Behälter erzielen. Der Glasgehalt liegt zweckmässig zwischen IO und 15 Gewichtsprozent. Dabei kann eine Biegefestigkeit in Rundrichtung von ca. 2OOO kp/cm oder mehr, gemessen von
2 aussen nach innen, und eine solche von ca. 15OO kg/cm , gemessen von innen nach aussen, erreicht werden (bei einem Wandstärke + Durchmesser-Verhältnis zwischen O,OO8 und O,O2). ^ie Axialfestigkeit (gemessen in cm Breite) soll etwa bei 2OO kp/cm betragen, während der Ε-Modul in Rundrichtung (bei etwa 15 % Glasgehalt) vorzugsweise etwa 1OO OOO kp/cm2 beträgt.
Auch der in Fig. 3 gezeigte Tank besitzt einen aus einem Stück hergestellten Zylinderteil 11, der beiderends durch einen Deckel 12 abgeschlossen ist. Der Wandaufbau der Einzelteile entspricht dem vorangehend beschriebenen. Anstatt aufgesteckt sind aber hier die Deckel 12 mit einem zylin-
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drischen gleichen Durchmesser wie der Zylinderteil 11 aufweisenden Rand 12a über eine Stossfuge mittels eines aussen aufgewickelten Ringes 13 aus kunststoff-imprägnierten Glasfaserbändern untereinander verbunden. Eine solche Verbindungsart, wie sie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, kann auch zur Verbindung zweier (oder mehrerer) zylindrischer Tankhälften 21a, die je einen angeformten oder anders befestigten Deckel 22 aufweisen, verwendet werden. Die zylindrische, z.B. im Schleuderverfahren hergestellte Wand der Tankhälften 21a besitzt eine innere und eine äussere Deckschicht 28a bzw. 28b (z.B. als Korrosionsschutz) und zwei im Radialabstand angeordnete, durch GlasfaserstUcke armierte Zonen 29a und 29b, die durch eine kunststoffgebundenes Granulat, z.B. Sand, enthaltende Zwischenzone 3O voneinander getrennt sind (es könnte aber, wie schon oben erwähnt, auch eine andere Zonenordnung bzw. Zahl vorgesehen sein). Die Stoss-Stelle der beiden Hälften 21a ist durch einen kunststoffimprägnierten Glasfaserwickel 23 umschlossen, der die Verbindung der beiden Hälften 21a herstellt. Anstelle einer solchen Wickelverbindung könnten auch geeignete Rohrmuffen zum Verbinden der zylindrischen Einzelteile vorgesehen sein.
Wird der Behälter, wie beschrieben, in zwei Hälften hergestellt, ist es zweckmässig, den vorgefertigten Deckel 22a so in die Form 33 (Fig. 6) einzusetzen, dass seine Verbindung gleichzeitig während der Herstellung des zylindrischen Teils mit diesem verbunden wird. Hs ist aber auch möglich, den Deckel (22) in einen vorgefertigten Rohrteil
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(33) einzusetzen und durch Verwendung des letzteren als rotierende Schleuderform die Verbindung durch Erzeugen einer weiteren Innenschicht (21a) herzustellen.
Wie rechts in Fig. 6 gezeigt, kann ausser einem Boden auch ein Deckel 22a in die Form 33 eingesetzt werden; der mit einem sogenannten Mannloch 22b versehen ist, durch welches der hin- und herbewegbare, das Material zur Bildung des zylindrischen Tankmantels 21a in die Form einbringende Arm 24 eingeführt werden kann.
Bei aus mehreren Teilen zusammengesetzten, beiderends geschlossenen Behältern kann auch so vorgegangen werden, dass nach dem Anbringen der einen Abschlusswand (z.B. wie in Fig. 1 oder 3 gezeigt) das so erhaltene, einseitig geschlossene Gebilde mit einer Glasfasermatte ausgekleidet und anschliessend mit der genannten Abschlusswand nach unten in Stehlage gebracht wird; dann wird eine vorbestimmte Menge flüssigen Kunststoffs eingebracht und die (obere) andere Abschlusswand aufgesetzt; anschliessend wird der Behälter wieder in Horizontallage gebracht und auf einer geeigneten Schleudermaschine in Rotation versetzt; durch die Schleuderwirkung durchtränkt der vorangehend eingebrachte Kunststoff die Glasfasermatte und bil det nach dem Aushärten eine den ganzen Behälter nahtlos deckende Auskleidung.
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Claims (1)

  1. -Tl·
    PATENTANSPRUECHE
    ( 1.yZylindrischer Behälter aus faserverstärktem Kunst-
    ^~-~^ stoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des
    zylindrischen Behälterteils in wenigstens zwei Radialabstand aufweisenden Zonen eine Armierung aus Glasfaserstücken enthält, wobei die Glasfaserstücke wenigstens der einen Zone wenigstens annähernd in Umfangsrichtung des zylindrischen Behälterteils orientiert sind,
    2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei eine Glasfaserarmierung aufweisende
    Wandzonen durch eine ein Kunststoffgebundenes, mineralisches Granulat enthaltende Zone voneinander getrennt sind.
    3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung orientierten Faserstücke länger als 5 cm sind.
    4. Behälter^nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Behälterteil ein Wandstärke : Durchmesser-Verhältnis zwischen O.OO8 und O.O2 aufweist, wobei der Gewichtsanteil der Glasfasern etwa zwischen 5
    und 25 % liegt.
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    5. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schicht seiner Wandung einstückig ausgebildet ist.
    6. Verfahren zur Herstellung eines Behälters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Wandstärke des zylindrischen Behälterteils in einer rotierenden Form durch Zentrifugieren von aus erhärtbarem Kunststoff, GlasfaserstUcken und Füllgranulat bestehendem, dem gewünschten Wandaufbau entsprechend zugeführtem Material erzeugt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere zylindrische Behälterteile durch Zentrifugieren hergestellt und nachträglich untereinander und mit separat hergestellten Abschlusswänden verbunden werden.
    8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein vorfabrizierter Abschlusswandrohling aus glasfaserarmiertem Kunststoff in die Schleuderform zur Herstellung des zylindrischen Behälterteils eingesetzt und beim anschliessenden Zentrifugieren durch Kunststoffverbund mit dem zylindrischen ßehälterteil verbunden wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen des Wandmaterials zur rotierenden Form durch ein in einen Abschlusswandrohling vorgesehenes Mannloch hindurch erfolgt.
    -loft
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    ΙΟ. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusswände durch Pressen oder Spritzen in einer Form hergestellt werden.
    11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusswände in einer um eine Vertikalachse rotierenden konkaven Form durch Zentrifugieren hergestellt werden.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der rotierenden Form durch flüssiges, woodsches Metall eine parabolische Auflagefläche für das zu zentrifugierende Wandmaterial geschaffen wird.
    13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die separat hergestellten Behälterteile durch Rohrmuffen miteinander verbunden werden.
    14. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Zentrifugieren in Horizontallage hergestellter Behälterteil einerends mit einer Abschlusswand versehen und mit einer Glasf.aserschxcht ausgekleidet wird, dass anschliessend das Ganze mit der Abschlusswand nach unten in Stehlage gebracht wird, worauf sich über der unteren Abschlusswand sammelnder, flüssiger Kunststoff zugeführt und dann die obere Abschlusswand am zylindrischen Behälterteil befestigt wird, worauf das Ganze wieder in Horizontallage gebracht und zentrifugiert wird, so dass der eingebrachte, noch flüssige Kunststoff die Glasfaserauskleidung durchtränkt und nach dem Aushärten eine die ganze Innenfläche des Behälters überziehende Deckschicht bildet.
    Für Basler Stückfärberei AG:
    - 11 -
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