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Verfahren zur Herstellung von insbesondere duroplastischen, gewickelten,
faserverstärkten Kunststoffrohren mit füllstoffhaltiger Innenfläche Für die verschiedensten
Anwendungsfälle werden heute Kunststoffrohre benötigt. Sie können nach bekannten
Verfahren durch Blasen, Extrudieren, Schleudern oder Wickeln hergestellt werden.
Häufig, insbesondere für Spezialzwecke, haben Innen- und Außenflächen der Rohre
verschiedene Funktionen zu erfüllen oder verschiedenen Einflüssen zu widerstehen.
Die Innenflächen der Rohre kommen oft mit aggressiven Medien in Berührung. Sie werden
rasch an- und aufgelöst. Die Herstellung von Rohren mit einer speziellen Innenfläche
ist mit den bekannten Verfahren häufig äußerst aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von mechanisch festen, gewickelten,
faserverstärkten Kunststoffrohren mit Innenflächen, insbesondere einer von der Außenfläche
hinsichtlich Eigenschaften und Zusammensetzung abweichenden Innenfläche.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Kunststoffrohrkern hergestellt
aus einem mit mindestens einem Füllstoff versehenen Thermoplasten, insbesondere
einem durch Einwirkung von Wärme erweichenden oder verflüssigenden Duromeren mit
einem anorganischen und/oder organischen faserförmigen Material umwickelt und der
Wickelkörper unter gleichzeitiger Erwärmung einer hochtourigen Rotation ausgesetzt
wird. Es können ausgehärtete Kunststoffrohre mit definierter Füllstoffinnenfläche
und gemäß weiterer Erfindung durch Verwendung von verschiedenen Füllstoffen unterschiedlich
aufgebaute Harzrohrkörper erhalten werden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auf einen
Harzrohrkern bestehend aus gefülltem Harz im B-Zustand Fasermaterialien, z.B. Roving,
Band, Gewebe gewickelt. Diese üben beim
nachfolgenden Erwärmen und
Schleudern eine Art Filterwirkung aus.
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Die zugesetzten Füllstoffe - in gewissem Umfang abhängig von der Korngröße
- bleiben an der Innenseite der aufgewickelten Faserverstärkung.
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Geeignete durch Wärme erweichende bzw. in den B-Zustand übergehende
Harze sind z.B. Phenolharze, Polyimide, ungesättigte Polyester.
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Mit besonderem Vorteil werden Epoxidharze verwendet, insbesondere
solche auf der Basis von Bisphenol-A, die sich durch Zusatz von Härtern auf Basis
aromatischer Amine und/oder Cyanamide durch 24-36stündiges Lagern bei Raumtemperatur
in den B-Zustand überführen lassen.
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Geeignete Thermoplaste sind z.B. Polyolefine und Polyacrylate.
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Als besonders günstig haben sich Polyamide erwiesen, da sie bei der
Schmelztemperatur relativ niedrig viskos sind.
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Das faserförmige Material, das als Garn, Band, Roving, Gewebe, Matte
oder Vlies eingesetzt werden kann, kann aus Fasern auf Basis von Glas, Asbest, Polyamid,
Polyacrylnitril, Kohlenstoffasern usw.
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bestehen.
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Die Füllstoffe, die verschiedene Korngrößen, vorzugsweise solche von
<200 Wm haben, können anorganischer oder organischer Natur sein. Es sind z.B.
Oxide, Carbonate, Silicate usw. sowie Holzmehl und Cellulosemehl geeignet. Ein ganz
besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß durch Zugabe
von verschiedenen Füllstoffarten und/oder verschiedener Korngröße unterschiedlich
aufgebaute Kunststoffrohre erhalten werden können.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoffrohre
mit füllstoffhaltiger Innenfläche können beispielsweise als Löschkammern und Vakuumschalter
verwendet werden.
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Die Erfindung wird anhand von Beispielen und Figuren näher erläutert.
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Es zeigen schematisch die Figuren 1 und 2 die Herstellung eines Harzrohrkerns,
Fig. 3 das Umwickeln des Harzrohrkerns mit einem faserförmigen Material und die
Figuren 4 und 5 das Ueberführen in das faserverstärkte Rohr mit füllstoffhaltiger
Innenfläche.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in ein Rohrform-Werkzeug
1 bestehend aus einem Formkern 2 und einem zweiteiligen Mantel 3 eine flüssige Harzmischung
4 gefüllt, die mit einer berechneten Menge eines anorganischen oder organischen
Füllstoffes 5 versehen ist und bei Raumtemperatur in den festen B-Zustand übergeht
(Fig.1). Nach Entfernen des zweiteiligen Mantels 3 - der Formkern 2 wird nicht entfernt
- wird um den füllstoffhaltigen Harzrohrkörper 6 ein Faserstrang, beispielsweise
ein Rovingband, in gewünschter Lagenzahl (Schichtdicke) und Breite gewickelt (Fig.3).
Der so umwickelte Zylinder bestehend aus dem Faserstrang 8 und dem füllstoffhaltigen
Harzrohrkörper 9, der sich auf dem Formkern 10 befindet, wird nun mit einer zweiteiligen
maßlich passenden Manschette 13 versehen. Anschließend wird der Wickelkörper in
eine maschinelle Vorrichtung, die hohe Drehzahlen erlaubt, (beispielsweise in eine
schnellaufende Drehbank) eingespannt Durch gleichzeitige äußere, wenn technisch
realisierbar, auch innere Wärmeeinwirkung, wird das im B-Zustand befindliche Harzrohr
verflüssigt. Die kleinen Harzmoleküle durchdringen die aufliegende Faserverstärkung.
Die Füllstoffpartikelchen bilden die innere Oberfläche. Gleichzeitig wird die Harzmischung
ausgehärtet und nach dem Entformen liegt das ausgehärtete faserverstärkte Kunststoffrohr
11 mit einem Innenwandüberzug 12 vor (Fig.5). Die Entformung durch Lösen der zweiteiligen
Manschette 13 ist leicht möglich, da das Harzrohr durch die Wärmeeinwirkung verflüssigt
und das flüssige Harz mit den Füllstoffen durch die Zentrifugalkraft vom Formkern
10 abgeschleudert wird.
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Bei der Herstellung gefüllter thermoplastischer Rohre wird ein im
Handel erhältliches Halbzeug auf einen passenden Metallkern gespannt, mit einem
faserförmigen Material umwickelt, mit einer zweiteiligen passenden Manschette umhüllt
und in eine maschinelle Vorrichtung eingespannt, die hohe Drehzahlen erlaubt und
gleichzeitig
erwärmt. Im. Gegensatz zur Herstellung der duroplastischen
Rohre muß beim thermoplastischen Rohr die Form unter Beibehaltung der Drehzahl unter
den Schmelzpunkt des verwendeten Materials abgekühlt werden, bevor entformt werden
kann.
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Beispiel 1 200 g eines Epoxidharzes auf Basis Bisphenol-A mit einer
EP-Zahl von ca. 0,57 werden mit 55 g 4,4'-Diaminodiphenylmethan als Härtunrsmittel
versetzt.
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Zu dieser Harz/Härtermischung werden 255 g Quarzmehl mit einer mittleren
Korngröße von ca. 40 pm zugegeben und homogen eingemischt.
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Diese gefüllte Gießmischung wird in eine Rohrform gegossen.
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Nach 24-36 Std. bei Raumtemperatur ist der sog. "B-Zustand" erreicht
und der zweiteilige Formmantel kann entfernt werden, wobei der innere Formkern nicht
entformt wird.
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Dieser Rohr-Formling wird mit einem Rovingstrang aus Kohlenstofffaser
(ebenso geeignet sind alle anderen faserförmigen Materialien und Formen) einlagig
umwickelt und fixiert.
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Dieser umwickelte Epoxidharz-Rohrformling wird nun mit einer passenden
zweiteiligen Metallmanschette allseitig umhüllt.
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Mittels einer geeigneten Vorrichtung wird bei einer Drehzahl von 1200
Upm die Metallform in horizontaler Lage durch (regelbare) induktive Heizung innerhalb
18 sec auf 150-1700C aufgeheizt. Da sowohl die Wärmekapazität der Metallform als
auch die Exothermie des Harz systems ausreichen, wird die induktive Aufheizung nach
der o.a. Zeit abgeschaltet. Es wird noch ca. 8 Min. bei gleicher Drehzahl weiter
geschleudert. Nach dem Abkühlen wird die Metallmanschette entfernt und das geschleuderte
Rohr entformt.
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Maße des gegossenen Rohr-Formlings: Innen ~: 40 mm Außen ~: 50 mm
Nach Schleudern und Aushärtung: Innen ~: 47 mm Außen #: 52,0 mm Beispiel 2 200 g
eines Epoxidharzes auf Basis Bisphenol-A mit einer EP-Zahl von ca. 0,52 werden mit
16 g Cyanamid als Härtungsmittel und
0,5 g Dimethylbenzylamin als
Beschleuniger versetzt.
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Zu dieser Mischung werden 43 g Quarzmehl mit einer mittleren Korngröße
von ca. 40 Rm und 43 g Aluminiumoxid mit einer mittleren Korngröße von ca. 200 #m
zugegeben und homogen eingemischt.
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Diese gefüllte Gießmischung wird in eine Rohrform gegossen.
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Nach 24-36 Std. bei Raumtemperatur ist der sog. ~B-Zustand" erreicht,
und der zweiteilige Formmantel kann entfernt werden, wobei der innere Formkern am
Harzrohr bleibt.
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Dieser Rohr-Formling wird mit einem mehrlagigen Rovingband aus Glasfaser
einlagig umwickelt und fixiert.
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Dieser umwickelte Epoxidharz-Rohrformling wird nun mit einer passenden
zweiteiligen Metallmanschette allseitig umhüllt.
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Mittels einer geeigneten Vorrichtung wird bei einer Drehzahl von 1200
Upm die Metallform in horizontaler Lage durch induktive Heizung innerhalb 18 sec
auf 150-1700C aufgeheizt. Da sowohl die Wärmekapazität der Metallform als auch die
Exothermie des Harzsystems ausreicht, wird die induktive Aufheizung nach der o.a.
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Zeit abgeschaltet. Es wird nach ca. 8 Min. weiergesclert.
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Nach dem Abkühlen wird die Metallmanschette entfernt und wfS geschleuderte
Rohr entformt. Infolge des größeren Kornes ist das Aluminiumoxid hauptsächlich an
der Innenfläche des Rohres verblieben.
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Maße des gegossenen Rohres: Innen ~: 40 mm Außen ~: 50 mm Nach Schleudern
und Aushärtung: Innen ~: 46,5 Außen ~: 52,0 mm Beispiel 3 200 g Novolackharz auf
Basis Phenol-Formaldehyd mit einem Schmelzpunkt von ca. 800C werden bei 95 0C mit
220 g grobkörnigen Cellulosemehl homogen vermischt. Kurz vor dem Eingießen in die
kalte Form werden der Mischung 20 g Hexamethylentetramin als Härtungsmittel zugegeben.
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Nach dem Erstarren wird der zweiteilige Formmantel entfernt.
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Das auf einem Hartpapierkern befindliche gefüllte Phenolharz wird
mit einem Polyester-Vlies einlagig umwickelt und in der Lage
fixiert.
Dieses umwickelte Phenolharz-Rohr wird nun mit einer zweiteiligen Metallmanschette
allseitig umhüllt.
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Mittels einer geeigneten Vorrichtung wird bei einer Drehzahl von 1200
Upm die Metallform in horizontaler Lage durch (regelbare) 0 induktive Heizung innerhalb
23 sec auf 170-190 C aufgeheizt.
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Da die Wärmekapazität des Werkzeuges und auch der Harzmischung ausreichen,
wird nach der o.a. Zeit die induktive Aufheizung abgeschaltet und noch 10 Min. bei
gleicher Drehzahl weitergeschleudert.
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Nach dem Abkühlen wird die Metallmanschette entfernt und das geschleuderte
Rohr entformt.
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Maß des gegossenen Rohr-Formlings: Innen ~: 40 mm Außen #: 50 mm Nach
Schleudern und Aushärtung: Innen ~: 47,5 mm Außen ~: 52,0 mm Beispiel 4 Ein Rohr
mit einer Wanddicke von 6 mm aus einem mineralisch gefüllten Polyolefin (Polypropylen
mit Talkum, z.B. VESTOLEN P 5232 T der Chem. Werke Hüls AG) wird auf einen passenden
Metallkern geschoben und einlagig mit Glasseidengewebe umwickelt und dieses fixiert.
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Dieses umwickelte Polyolefin-Rohr wird nunmehr mit einer zweiteiligen
Metallmanschette allseitig umhüllt.
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Mittels einer geeigneten Vorrichtung wird bei einer Drehzahl von 1500
Upm die in horizontaler Lage befindliche Metallform durch (regelbare) induktive
Heizung innerhalb 30 sec auf 230-2500C erwärmt. Danach wird die induktive Heizung
abgeschaltet und die Form noch 10 Min bei gleicher Drezhal weitergeschleudert.
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Danach wird durch Anblasen mit Preßluft (oder anderen Mitteln) und
langsamer Verminderung der Drehzahl die Form abgekühlt urd danach das geschleuderte
Rohr entformt.
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Maße des Polypropylen-Rohres: Innen ~: 25 mm Außen ~: 37 mm Nach Umwickeln
und Schleudern: Innen ~: 30 mm Außen ~: 38 mm
Beispiel 5 Ein handelsübliches
Polyamidrohr aus einem kreideverstärkten 6-PA (z.B. ULTRAMID KR 1346/203 der BASF)
mit einer Wanddicke von 5 mm wird auf einen passenden Metallkern geschoben und mit
Glasseidengewebe einlagig umwickelt und dieses fixiert.
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Danach wird das umwickelte Polyamid-Rohr mit einer zweiteiligen Metallmanschette
allseitig umhüllt.
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Mittels einer geeigneten Vorrichtung wird bei einer Drehzahl von 1000
Upm die in horizontaler Lage befindliche Rohrform durch (regelbare) induktive Heizung
innerhalb 30 sec auf 260-2800C aufgeheizt. Danach wird die induktive Heizung abgeschaltet
und die Rohrform noch 10 Min bei gleicher Drehzahl weitergeschleudert.
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Danach wird durch Anblasen mit Preßluft und langsamer Verminderung
der Drehzahl die Form abgekühlt und das geschleuderte Rohr entfernt.
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Maße des PA-Rohres: Innen #: 25 mm Außen #: 35 mm Nach Umwickeln und
Schleudern: Innen ~: 29 mm Außen ~: 36 mm 5 Patentansprüche 5 Figuren