DE2547547A1

DE2547547A1 - Verfahren zur herstellung von rohr- oder schlauchleitungen aus kunstharz-verbundmaterial und derartige leitungen

Info

Publication number: DE2547547A1
Application number: DE19752547547
Authority: DE
Inventors: Yasushi Endo; Mitsuru Itoh; Shinsuke Yoshikawa
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1974-11-06
Filing date: 1975-10-23
Publication date: 1976-05-20
Also published as: JPS5153571A; JPS5418708B2; GB1485688A; FR2290291B1; FR2290291A1

Description

Dr. rer. nah Horst Schüler PATENTANWALT

6 Frankfurt/Main 1, 21 .Okt .1975 Niddastraße 52 Telefon (0611) 235555 Telex: 04-16/59 mapat d Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt/M. Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

Beanspruchte Priorität: 6.November 1974, Japan,

No. 127 230/1974

Anmelder: KUREHA KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA

No. 8, Horidome-cho 1-chome, Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo, Japan

Verfahren zur Herstellung von Rohr- oder Schlauchleitungen aus Kunstharz-Verbundmaterial und derartige Leitungen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohr- oder Schlauchleitungen aus Kunstharz-Verbundmaterial mit hoher Druckbeständigkeit.

Aus Kunstharzen hergestellte Leitungen sind bisher in weitem Masse zum Transport einer Vielzahl von Substanzen verwendet worden. Wenn von den Leitungen aus derartigen synthetischen Harzen diejenigen, die aus thermoplastischen synthetischen

809821/0639

Harzen hergestellt sind, insbesondere für industrielle Zwecke verwendet werden, weisen sie nicht immer eine hinreichende Beständigkeit gegen Druck oder Stoss auf und werden daher häufig dadurch verstärkt, dass auf ihrer äusseren Seite eine Schicht aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet wird ("faserverstärkter Kunststoff" wird im folgenden auch mit "FVK" abgekürzt). Die Bildung der FVK-Schicht auf der äusseren Seite einer Leitung aus thermoplastischem Kunstharz wird durch ein Verfahren bewirkt, das folgendes einschliesst: Extrudieren des thermoplastischen synthetischen Harzes in Form einer Rohr- oder Schlauchleitung, Anbringen von Glasgewebe auf der äusseren Oberfläche der Leitung sofort nach dem Extrudieren und bevor die Leitung völlig durchhärten kann, so dass das Glasgewebe einen Zustand annimmt, bei dem es teilweise in das Harz der Oberflächenschicht der Leitung eingebettet ist, und das anschliessende Bedecken der Oberfläche des Glasgewebes mit faserverstärktem Kunststoff.

Wenn die FVK-Schicht auf der äusseren Seite der Leitung aus thermoplastischem synthetischem Harz in der oben beschriebenen Weise gebildet werden soll, besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Leitung unter Druck deformiert wird, da das Glasgewebe auf die Leitung aufgebracht wird, wenn diese sich noch im ungehärteten Zustand befindet. Wenn das thermoplastische synthetische Harz, das zur Herstellung der Leitung verwendet wird, zufällig derart beschaffen ist, dass es eine hohe Kristallinität aufweist und einen steilen Abfall der Viskosität in der Nähe seines Schmelzpunktes besitzt, neigt die Leitung, die gerade frisch extrudiert worden ist und sich noch in ihrem ungehärteten Zustand befindet, dazu, schnell in den Oberflächenteilen auszuhärten, während die inneren Teile der Leitung noch in geschmolzenem Zustand verbleiben, wodurch die Arbeit des Aufbringens von Glasgewebe äusserst schwierig wird.

609821/0639

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung von Rohr- oder Schlauchleitungen aus Kunstharz-Verbundmaterial zu schaffen, welches es gestattet, die FVK-Schicht ganz leicht auf der äusseren Oberfläche einer Leitung aus thermoplastischem synthetischem Harz durch das Mittel des Glasgewebes aufzubringen, ohne dabei irgendeine Deformation der Leitung zu bewirken.

Diese Aufgabe und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung.

Im Hinblick auf die beschriebene Situation führte die Anmelderin eine Untersuchung durch, um ein vorteilhaftes Verfahren für die Herstellung einer zusammengesetzten synthetischen Harz-Leitung mit einer auf der äusseren Oberfläche einer Leitung aus thermoplastischem Harz gebildeten FVK-Schicht mittöls Glasgewebe zu finden. Sie fand dabei, dass, wenn die äussere Oberfläche einer gehärteten Leitung aus thermoplastischem synthetischem Harz mit Glasgewebe beschichtet wird und anschliessend die Oberfläche des Glasgewebes so stark erhitzt wird, dass die Oberflächenschichten des Harzes von der Leitung schmelzen, dann das Phänomen auftritt, dass die Leitung sowohl im Durchmesser als auch im Volumen vergrössert wird, und, da der Expansionskoeffizient des Harzes grosser als der des Glasgewebes ist, ein Teil des geschmolzenen Harzes durch die Öffnungen in dem Geflecht des Glasgewebes in das Innere des Glasgewebes eindringt und das Glasgewebe folglich einen Zustand annimmt, bei dem es teilweise in der Oberflächenschicht der Leitung eingebettet ist, wobei absolut keine Änderung in der Form der inneren Wandoberfläche der Leitung eintritt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Grundlage dieser Erkenntnisse. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren zur Herstellung von Rohr- oder Schlauchleitungen aus Kunstharz-Verbundmaterial geschaffen, das einen Ver-

fahrensschritt der Beschichtung einer Leitung aus thermoplastischem synthetischem Harz mit Glasgewebe und anschliessendes Erhitzen der Oberfläche des Glasgewebes, um dadurch das Harz der Oberflächenschicht der Leitung zu schmelzen und zu expandieren und folglich einen Teil des geschmolzenen Harzes durch die Öffnungen in dem Geflecht des Glasgewebes in das Glasgewebe eindringen zu lassen, und einen Verfahrensschritt der Beschichtung der Oberfläche des Glasgewebes auf der wie oben beschrieben behandelten Leitung mit faserverstärktem Kunststoff enthält.

Die Erfindung wird nun im folgenden teilweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher besehrieben.

In den beigefügten Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine erläuternde Darstellung, die die Umstände veranschaulicht, unter denen ein Teil Polyvinylidenfluoridharz in die Öffnungen in dem Geflecht von Glasgewebe eindringt, wenn eine aus dem Harz hergestellte Leitung mit dem Glasgewebe beschichtet wird und nachfolgend die Oberfläche des Glasgewebes so erhitzt wird, dass das Harz der Oberflächenschicht der Leitung schmilzt, und

Figur 2 eine erläuternde Darstellung, die die Situation veranschaulicht, in der die Oberfläche des Glasgewebes auf der wie in Figur 1 behandelten Leitung mit FVK beschichtet ist.

Die Leitung aus thermoplastischem synthetischem Harz, die für den Zweck der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, ist eine Leitung, die durch thermisches Ausformen eines thermoplastischen synthetischen Harzes durch ein übliches Verfahren wie z.B. Formen durch Extrudieren oder Spritzguss erhalten wird. Obgleich die thermoplastischen synthetischen Harze zur Verwendung für das Ausformen der Leitung nicht begrenzt sind, ist es trotzdem zu bevorzugen, kristalline Harze zu verwenden.

Beispiele für die kristallinen Harze, die hierbei verwendbar sind, sind: Olefinharze wie z.B. hochdichtes Polyäthylen, Polypropylen und Polyisobutylen; Polyamidharze; Vlnylidenchloridharze und Fluorharze wie z.B. Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polyäthylentrifluorid, Polyäthylentrifluorchlorid und Polyäthylentetrafluorid.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Leitung aus irgendeinem der vorstehend genannten thermoplastischen Harze mit Glasgewebe beschichtet oder bedeckt, und anschliessend wird die Oberfläche des Glasgewebes erhitzt, um das Harz der Oberflächenschicht der Leitung zu schmelzen und auszudehnen, um einen Teil des geschmolzenen Harzes in und durch die Öffnungen des Geflechtes des Glasgewebes treten zu lassen. In diesem Fall wird die Durchdringung des geschmolzenen Harzes in zufriedenstellender Weise dadurch erreicht, dass die Oberfläche des Glasgeflechtes wie mittels eines Gasbrenners lokal erhitzt wird, während das Glasgewebe fest um die Leitung gewickelt wird. Andererseits kann sie dadurch erzielt werden, dass zuerst das Glasgewebe fest um die ganze Oberfläche der Leitung gewickelt wird und danach die Leitung sukzessiv in einer Atmosphäre eingeführt wird, die auf einer Temperatur gehalten wird, welche höher als der Schmelzpunkt des Harzes, aus dem die Leitung hergestellt ist, liegt. In diesem Falle erweist sich die Verwendung einer Leitung, die aus einem kristallinen Harz hergestellt ist, als vorteilhaft, da die Viskosität des kristallinen Harzes steil abfällt in der Nähe seines Schmelzpunktes und, wenn das Harz geschmolzen wird, dehnt sich dieses so bemerkenswert stark aus, dass ein Teil des geschmolzenen Harzes in der Oberflächenschicht der Leitung leicht in die Öffnungen in dem Geflecht des Glasgewebes eindringt und durch diese hindurchdringt. Es ist wichtig, dass das Erhitzen bei einer Temperatur ausgeführt wird, die über dem Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt des Harzes, aus dem die Leitung hergestellt ist, liegt und dass es über eine kurze Zeitdauer ausgeführt wird, die kaum lang genug ist, um

609821/0839

- 6 nur das Harz der Oberflächenschicht der Leitung zu schmelzen.

Nach^dem das Glasgewebe in der oben beschriebenen Weise an der Oberfläche der Leitung aus thermoplastischem synthetischem Harz befestigt worden ist, wird nach der vorliegenden Erfindung die Bildung der FVK-Schicht auf dem Glasgewebe durch Bedecken oder Beschichten der Oberfläche des Glasgewebes mit FVK durchgeführt. In diesem Fall kann das Beschichten oder Bedecken der Oberfläche des Glasgewebes mit FVK durch irgendein übliches Verfahren zufriedenstellend durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine starke FVK-Schicht einfach dadurch gebildet werden, dass auf die Oberfläche ein Glasfasermaterial wie z.B. Glasgewebe oder Glasmatten und eine ungehärtete wärmehärtende Kunstharzzusammensetzung gelegt wird, was alternativ in Form eines Laminats oder durch Umwickeln der Oberfläche mit einem Glasfasermaterial geschehen kann, welches mit einer ungehärteten wärmehartendeη synthetischen Harzzusammensetzung imprägniert worden ist, woraufhin dann das auf diese Weise auf die Oberfläche aufgebrachte FVK zum Aushärten gebracht wird.

Die Wanddicke der Leitung aus thermoplastischem Kunstharz, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, muss nur 0,5 mm überschreiten, obgleich sie bis zu einem gewissen Ausmass im Verhältnis zum Durchmesser der Leitung verändert werden kann. So lange wie die Wanddicke 0,5 mm überschreitet, wird verhindert, dass die Leitung eventuell deformiert wird, da die der Leitung beigebrachte Erhitzung so gesteuert werden kann, dass nur das Harz der Oberflächenschicht der Leitung schmilzt und der innere Oberflächenteil der Leitung in ungeschmolzenem Zustand gehalten werden kann. Es ist keine obere Grenze für die Wanddicke der Leitung speziell festgelegt. In Anbetracht der Tatsache, dass die Leitung dazu bestimmt ist, mit dem FVK verstärkt zu werden, das auf sie über das Mittel des Glasgewebes aufgebracht wird/ braucht jedoch die obere Grenze der Wanddicke nicht sehr gross zu sein, sondern eine

609821/0639

Wanddicke in der Grössenordnung von 10 mm kann ausreichend sein. Daher wird es ausreichend sein, dass die Wanddicke der Leitung im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm liegt.

Wenn die FVK-Schicht über das Mittel des Glasgewebes auf der Oberfläche der Leitung aus thermoplastischem Kunstharz gemäss der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben gebildet ist, erzeugt das Glasgewebe den sogenannten Verankerungseffekt bezüglich sowohl der Leitung aus thermoplastischem Kunstharz als auch bezüglich der FVK-Schicht. Folglich werden die Leitung und die Schicht durch das Mittel des Glasgewebes fest miteinander verbunden. Die Leitung aus Kunstharz-Verbundmaterial, die durch die vorliegende Erfindung erhalten wird, zeigt ungewöhnlich hohe Festigkeit gegen Druck, da die Leitung aus thermoplastischem Kunstharz und die FVK-Schicht so stark aneinander gebunden sind, dass sie niemals durch von aussen ausgeübten Druck oder Zug, Wärmeausdehnung oder andere ähnliche äussere Einflüsse voneinander getrennt werden. Wenn eine Schicht aus FVK mit Polyester als ihre Harzkomponente (mit etwa 2 χ 1O~ cm/cm C linearem Expansionskoeffizient) auf einer Leitung aus Polyvinylidenfluorid mit einem linearen

—5 ο

Expansionskoeffizient von 12 χ 10 cm/cm C gemäss der vorliegenden Erfindung beispielsweise gebildet wird, hat sich durch die Experimente der Anmelderin gezeigt, dass der lineare Expansionskoeffizient der entstandenen zusammengesetzten Kunstharz-Leitung (also der Leitung aus Kunstharz-Verbundmaterial) im wesentlichen gleich dem des FVK war. Wenn die zusammengesetzte Kunstharz-Leitung einen derartigen Zustand aufweist, dass die Leitung aus Polyvinylidenfluorid nur einfach in die Innenseite des FVK, der die Form einer äusseren Leitung besitzt, eingefügt ist, dann zeigt die zusammengesetzte Leitung die Neigung, zu brechen oder deformiert zu werden, da sich beim Einfluss von Wärme die innere Leitung ■ehr als die äussere Leitung ausdehnt. Dies liegt daran, dass die Differenz des linearen Expansionskoeffizienten zwischen der inneren Leitung und der äusseren Leitung etwa 1 cm pro Meter bei einer Temperatursteigerung von 100°C beträgt. Es

ρ η 9 R ? ι / η

ist jedoch Tatsache, dass die zusammengesetzte Kunstharz-Leitung gemäss der vorliegenden Erfindung frei von diesem Nachteil ist, was auf den oben beschriebenen Verankerungseffekt des Glasgewebes zurückzuführen ist.

Darüber hinaus gibt das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit, zusammengesetzte Kunstharz-Leitungen, d.h. Leitungen aus Kunstharz-Verbundmaterial, herzustellen,

en
bei den/verschiedene Krümmungen leichter als bei den nach den herkömmlichen Verfahren hergestellten Leitungen ausgebildet werden können. Ferner reichen thermoplastische Kunstharz-Leitungen mit kleinerer Wanddicke für das Verfahren der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu denen für das herkömmliche Verfahren aus. Diese Verringerung der Wanddicke von Leitungen erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn zusammengesetzte Kunstharz-Leitungen unter Verwendung von Leitungen aus teurem thermoplastischem Kunstharz wie z.B. aus Polyvinylidenfluorid hergestellt werden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung spezieller unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es wird jedoch bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.

Beispiel

Ein flaches Glasgewebe mit 5 cm Breite (entsprechend dem japanischen Industriestandard JIS R-3415/1971 EMT 2250) wurde um eine Leitung aus Polyvinylidenfluorid mit 5 cm innerem Durchmesser, 100 cm Länge und 2 mm Wanddicke in Längsrichtung von einem Ende der Leitung gewickelt, wobei die Enden des Glasgewebes jeweils an einem Ende der Leitung mit Polyvinylharz-Klebeband befestigt wurden.

Die dann mit dem Glasgewebe bedeckte Leitung wurde der offenen Flamme eines Gasbrenners ausgesetzt, so dass die Oberflächenschicht der Leitung 1 aus Polyvinylidenfluorid-Harz

609821/0639

geschmolzen wurde und der Teil des geschmolzenen Harzes 3 durch die Öffnungen in dem Geflecht des Glasgewebes 2 drang, wie es in Figur 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Nachdem das Erhitzen bis zu einer vorgegebenen Schicht der Leitung und bis zu solch einem Ausmass fortgesetzt worden war, dass die Oberfläche des Glasgewebes 2 noch geeignet unbedeckt von dem durchgedrungenen Harz geblieben war, wurde die Leitung so gedreht und bewegt, dass sich der erhitzte Teil allmählich verschob. Zum Schluss wurden die Polyvinylharz-Klebebänder entfernt, so dass die Erhitzung gleichmässig über die ganze Oberfläche der Leitung erfolgt war.

Anschliessend wurde eine wärmehärtende Harzzusammensetzung 4, die aus 96% eines ungesättigten Polyesterharzes auf Bisphenol-Basis, 2% Kobaltnaphthenat als Beschleuniger und 2% Methyläthylketonperoxid als Katalysator bestand, auf das Glasgewebe aufgebracht, welches an der Leitung 1 aus Polyvinylidenfluorid befestigt worden war, bis das Glasgewebe 2 völlig mit der Zusammensetzung 4 imprägniert war, wie es in Figur 2 gezeigt ist. Danach wurde ein neues Glasgewebe 5 um die Zusammensetzung 4, die zuletzt aufgebracht worden war, herumgewickelt. Dieses Verfahren wurde wiederholt, bis insgesamt vier Lagen aus der FVK-Schicht auf dem Glasgewebe 2 gebildet worden waren. Auf diese Weise wurde eine FVK-Schicht mit einer Dicke von etwa 2,5 mm erhalten. (Die endgültig hergestellte Leitung aus Verbundmaterial wies daher eine gesamte Wanddicke von 4,5 mm auf.)

Die entstandene Leitung mit der auf der Leitung aus Polyvinylidenfluorid ausgebildeten FVK-Schicht wurde auf physikalische Eigenschaften getestet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.

609821/0639

Art des Testes	Druckbeständigkeit Vakuumbeständig- (kg/cm^) keit (mmHg)	60°C	30⁰C	100°C	Linearer Ausdeh nungskoeffizient
	30°C	65	-760	-760	(cm/cm°C)
Probe A	85	55	-760	-380	2,5 χ Kf⁵
Probe B	80	18	-760	-380	unterteilt in zwei Lagen
Probe C	40	12 χ ΙΟ"*⁵

Probe A : Genommen von der Leitung, die wie im Beispiel angegeben, hergestellt worden war.

Probe B : Genommen von einer Leitung, die mit einem Laminat aus FVK bedeckt war, das durch einfaches Umwickeln von Glasgewebe um eine Leitung aus Polyvinylidenfluorid gebildet war.

Probe C : Genommen von einer Leitung, die nur aus Polyvinylidenfluorid hergestellt war.

Anmerkung: Test auf Druckbeständigkeit und Test auf Vakuumbeständigkeit:

Eine Testleitung mit 1 m Länge wurde von einer Probenleitung abgeschnitten. Die Test leitung wurde an jedem ihrer Enden mit einem FVK-Flansch versehen. Dann wurde ein Blindflansch an einem FVK-Flansch befestigt, und eine Platte, an deren Mitte eine Leitung geschweisst war, die etwa 20 mm inneren Durchmesser besass und so angepasst war, dass sie mit einer Pumpe für einen Wasserdrucktest oder mit einer Vakuumpumpe verbunden werden konnte, wurde an dem anderen FVK-Flansch befestigt. Die so vorbereitete Leitung wurde für die Tests verwendet.

(1) Test auf Druckbeständigkeit.

Die Testleitung, die genau wie beschrieben ausgestattet war, wurde mit Wasser gefüllt und dann mit einer Pumpe für den Wasserdrucktest verbunden und in einem Bad angeordnet, das

609821/0639

auf 30°C oder 100°C gehalten wurde, und nachdem das Wasser innerhalb der Testleitung 30°C bzw. 100°C erreicht hatte, wurde der Wasserdruck innerhalb der Test leitung erhöht, bis die Leitung brach. Der Druck, der zur Zeit des Brechens erreicht war, wurde angegeben.

(2) Test auf Vakuumbeständigkeit.

Die Testleitung, die wie oben beschrieben ausgestattet war, wurde mit einer Vakuumpumpe verbunden und dann in einem Luftbad angeordnet, das auf 30 C oder 100 C gehalten worden war, und dann, nachdem das Wasser innerhalb der Testleitung 30°C bzw. 100°C erreicht hatte, wurde die Testleitung evakuiert, bis die Leitung deformiert wurde. Der Grad des Vakuums {d.h. die Differenz des Druckes bezüglich des Umgebungsdruckes) wurde beobachtet und angegeben.

609821/0639

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Rohrleitungen aus Kunstharz-Verbundmaterial ,dadurch gekennzeichnet , dass es die folgenden Verfahrensschritte enthält: Beschichten einer Leitung aus thermoplastischem Kunstharz mit Glasgewebe, anschliessendes Erhitzen der Oberfläche aus diesem Glasgewebe, um dadurch das Harz der äusseren Oberflächenschicht von dieser Leitung zu schmelzen und zu expandieren und folglich einen Teil des geschmolzenen Harzes in und durch die Öffnungen in dem Geflecht dieses Glasgewebes treten zu lassen, und anschliessendes Beschichten oder Bedecken der Oberfläche dieses Glasgewebes mit einem faserverstärkten Kunststoff.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , dass die Leitung aus thermoplastischem Kunstharz eine Leitung ist, die durch

men
thermisches Ausfor/eines kristallinen Harzes erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das kristalline Harz ein Olefinharz, ein Polyamidharz, ein VinyIidenenloridharz oder ein Fluorharz ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass das Olefinharz hochdichtes Polyäthylen, Polypropylen oder Polyisobutylen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , dass das Fluorharz Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polyäthylentri-

609821 /0639

- 13 -

fluorid, Polyäthylentrifluorchlorid oder Polyäthylentetrafluorid ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Leitung aus thermoplastischem Kunstharz eine Wandstärke im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm aufweist.
7. Rohrleitung aus Kunstharz-Verbundmaterial, dadurch gekennzeichnet , dass sie nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis hergestellt worden ist.

60 9 821/0639