DE2539678A1 - Verfahren zur herstellung von insbesondere duroplastischen, gewickelten, faserverstaerkten kunststoffrohren mit fuellstoffhaltiger innenflaeche - Google Patents

Verfahren zur herstellung von insbesondere duroplastischen, gewickelten, faserverstaerkten kunststoffrohren mit fuellstoffhaltiger innenflaeche

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DE2539678A1
DE2539678A1 DE19752539678 DE2539678A DE2539678A1 DE 2539678 A1 DE2539678 A1 DE 2539678A1 DE 19752539678 DE19752539678 DE 19752539678 DE 2539678 A DE2539678 A DE 2539678A DE 2539678 A1 DE2539678 A1 DE 2539678A1
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Franz Demmel
Heinz-Joachim Dr Rer N Lindner
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/32Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
    • B29C70/323Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core on the inner surface of a rotating mould
    • B29C70/326Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core on the inner surface of a rotating mould by rotating the mould around its axis of symmetry

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die zugesetzten Füllstoffe - in gewissem Umfang abhängig von der Korngröße - bleiben an der Innenseite der aufgewickelten Faserverstärkung.
  • Geeignete durch Wärme erweichende bzw. in den B-Zustand übergehende Harze sind z.B. Phenolharze, Polyimide, ungesättigte Polyester.
  • 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.
  • Geeignete Thermoplaste sind z.B. Polyolefine und Polyacrylate.
  • Als besonders günstig haben sich Polyamide erwiesen, da sie bei der Schmelztemperatur relativ niedrig viskos sind.
  • 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.
  • bestehen.
  • 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.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoffrohre mit füllstoffhaltiger Innenfläche können beispielsweise als Löschkammern und Vakuumschalter verwendet werden.
  • Die Erfindung wird anhand von Beispielen und Figuren näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zu dieser Harz/Härtermischung werden 255 g Quarzmehl mit einer mittleren Korngröße von ca. 40 pm zugegeben und homogen eingemischt.
  • Diese gefüllte Gießmischung wird in eine Rohrform gegossen.
  • 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.
  • Dieser Rohr-Formling wird mit einem Rovingstrang aus Kohlenstofffaser (ebenso geeignet sind alle anderen faserförmigen Materialien und Formen) einlagig umwickelt und fixiert.
  • Dieser umwickelte Epoxidharz-Rohrformling wird nun mit einer passenden zweiteiligen Metallmanschette allseitig umhüllt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese gefüllte Gießmischung wird in eine Rohrform gegossen.
  • 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.
  • Dieser Rohr-Formling wird mit einem mehrlagigen Rovingband aus Glasfaser einlagig umwickelt und fixiert.
  • Dieser umwickelte Epoxidharz-Rohrformling wird nun mit einer passenden zweiteiligen Metallmanschette allseitig umhüllt.
  • 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.
  • Zeit abgeschaltet. Es wird nach ca. 8 Min. weiergesclert.
  • 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.
  • 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.
  • Nach dem Erstarren wird der zweiteilige Formmantel entfernt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nach dem Abkühlen wird die Metallmanschette entfernt und das geschleuderte Rohr entformt.
  • 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.
  • Dieses umwickelte Polyolefin-Rohr wird nunmehr mit einer zweiteiligen Metallmanschette allseitig umhüllt.
  • 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.
  • Danach wird durch Anblasen mit Preßluft (oder anderen Mitteln) und langsamer Verminderung der Drehzahl die Form abgekühlt urd danach das geschleuderte Rohr entformt.
  • 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.
  • Danach wird das umwickelte Polyamid-Rohr mit einer zweiteiligen Metallmanschette allseitig umhüllt.
  • 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.
  • Danach wird durch Anblasen mit Preßluft und langsamer Verminderung der Drehzahl die Form abgekühlt und das geschleuderte Rohr entfernt.
  • Maße des PA-Rohres: Innen #: 25 mm Außen #: 35 mm Nach Umwickeln und Schleudern: Innen ~: 29 mm Außen ~: 36 mm 5 Patentansprüche 5 Figuren

Claims (5)

  1. Patentans#rüche 1) 1~ Verfahrenzur Herstellung von insbesondere duroplastischen, gewickelten, faserverstärkten Kunststoffrohren mit füllstoffhaltiger Innenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoffrohrkern hergestellt wird aus einem mit mindestens einem Füllstoff versehenen Thermoplasten, insbesondere einem durch Einwirkung von Wärme erweichenden oder verflüssigenden Duromeren, daß der Kunststoffrohrkern mit einem anorganischen und/oder organischen faserförmigen Material umwickelt und der Wickelkörper unter gleichzeitiger Erwärmung einer hochtourigen Rotation ausgesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polyolefin verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Epoxidharz verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phenolharz verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polyamid verwendet wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4893960A (en) * 1986-10-24 1990-01-16 Lohr & Bromkamp Gmbh Wheel Bearing/constant velocity joint unit
DE19912298A1 (de) * 1999-03-19 2000-09-28 Hobas Engineering Gmbh Klagenf Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung eines körnigen Füllstoffes

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