DE2806560B2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung wärmeisolierter Leitungsrohre - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung wärmeisolierter Leitungsrohre

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung wärmeisolierter Leitungsrohre durch Erzeugen einer vernetzten aufgeschäumten Kunststoffschicht auf einem Metallrohr, bei dem ein in Pulveroder Granulatform mit einem Treibmittel versetzter thermoplastischer Kunststoff in einem Mischer oder Extruder fortlaufend erwärmt und darauf der Kunststoff in einem Scherkopf durch schnelle Rotation eines Scherdornes schnell auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Vernetzungs- und Treibmittels erwärmt wird und dadurch der Kunststoff zunächst vernetzt und darauf aufgeschäumt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 25 25 561 bekannt.
Versuche mit diesem Verfahren haben ergeben, daß es sehr schwierig ist, eine Mischung aus Weich- und Hartpolyäthylen mit 50 bzw. mehr als 50% Hartpolyäthylen in Gegenwart von Peroxiden auf einem handelsüblichen Extruder so aufzuschmelzen, daß eine homogene Schmelze in den Scherkopf eintritt. Messungen des Massedruckes vor Einlauf in den Scherkopf zeigten erhelbliche Schwankungen, die auf Pulsation infolge inhomogener Schmelze (teilweise unvollständig geschmolzene Granulatkörner) zurückzuführen sind.
Ursache hierfür ist, daß Hartpolyäthylen erst bei 130° C aufschmilzt, Temperaturen oberhalb 130° C aber bereits zu einem Anspringen der Peroxide bei längeren
ίο
Extruderbetrieb, d.h. vorzeitiger Vernetzung führen. Man hat also nur einen außerordentlich geringen Temperaturspielraum zum Aufschmelzen der Mischung ohne vorzeitiges Anvernetzen vor Einlauf in den Scherkopf zur Verfügung. Während durch den niedrigerer. Schmelzpunkt von Weichpolyäthylen (ca. 110° C) ein wesentlich größeres Temperaturintervall zur Verfügung steht ist dieses offensichtlich für die Verarbeitung von Hartpolyäthylen zu gering. Aus diesem Grunde ist bisher auch keine technische Anwendung von nach dem Extrusionsverfahren hergestelltem peroxidisch vernetztem Hartpolyäthylen bekannt geworden. Ein gewisser Anteil an Hartpolyäthylen in der Kunststoffmischung ist aber bei wärmeisolierten Leitungsrohren erforderlich, um eine genügende mechanische Standfestigkeit der hoch aufgeschäumten Isolierung zu erhalten. Dies trifft insbesondere für mit einer Schaumstoffschicht isolierte weichgeglühte Kupferrohre zu, die zur leichteren Montage biegbar ?.usgebildet sein sollen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß mit diesem auch Kunststoffmischungen mit höheren Anteilen an Hartpolyäthylen ohne Schwierigkeiten in wirtschaftlicher Weise zu aufgeschäumten Isolierungen für Metallrohre verarbeitet werden können.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung das Vernetzungsmittel der Kunststoffschmelze in flüssiger Form erst im Bereich des Scherkopfes zudosiert wird. Die Temperatur der Kunststoffschmelze kann nunmehr ohne Rücksichtnahme auf die Zersetzungstemperatur des Vernetzungsmittel so gewählt werden, daß die Mischung einwandfrei aufgeschmolzen wird und ohne Pulsation homogen in den Scherkopf eingespeist werden kann. Die gleichmäßige Verteilung des Vernetzungsmittels ist infolge Verwirbelung durch den rotierenden Dorn ausreichend. Sie kann ggf. durch geringfügige konstruktive Änderungen im Kopf noch verbessert werden.
Aufgrund des wesentlich größeren zur Verfugung stehenden Temperaturintervalles kann die Kunststoffmasse mit einer Temperatur knapp unterhalb der Zersetzungstemperatur des Aufschäummittels (ca. 170°C) in den Scherkopf einfließen. Die durch Scherung hinzugefügte Energie muß die Massetemperatur nur noch um ca. 30 bis 40° anheben, um ein Anvernetzen und nachfolgendes Schäumen abgestuft hintereinander ablaufen zu lassen.
Um das unerwünschte Überlappen dieser beiden Vorgänge einzugrenzen bzw. sie zeitlich mehr auseinanderzuziehen, werden in Weiterbildung der Erfindung Peroxide mit einer niedrigen Zersetzungstemperatur wie i.l-Ditertiärbutylperoxi-S.S.S-trimethylcyclohexan, Tertiärbutylperbenzoat, Dibenzoylperoxid verwendet. Bei diesen Vernetzungsmitteln ist die Zerfalls- und damit Vernetzungsgeschwindigkeit bereits bei 1800C so groß, daß ein ausreichender Vernetzungsgrad vor dem Beginn des Schäumens gewährleistet ist. Der Schäum-Vorgang trifft also auf eine anvernetzte, d. h. sehr zähe Schmelze, was wichtigste Voraussetzung für einen hohen Aufschäumgrad und eine gleichmäßige Porenstruktur ist. Die infolge der Abwesenheit des Peroxids mögliche höhere Massetemperatur während des Extrudierens begünstigt auch die Verteilung des Aufschäummittels im Material. Aus diesem Grunde hat es sich in Weiterführung der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, als Treibmittel Azodicarbonamid zu verwenden und in
Form von Batches unmittelbar am Extruder zuzugeben. Auf diese Weise würde sich die Aufbereitung der Mischung erheblich vereinfachen. Die Extruderschnekke kann ggf. auch Misch- und Scherelemente zur besseren Verteilung der Batches besitzen, da auf die Scorch-Empfindlichkeit der Peroxide keine Rücksicht mehr genommen werden muß.
Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, dem Kunststoff adhäsionsvermindernde Stoffe, zum Beispiel Gleitmittel, zuzufügen. Diese sollen ein Ansetzen auf u> der Dorneberfläche vermindern bzw. vollkommen verhindern. Es hat sich bei dem bekannten Verfahren gezeigt, daß auf der Oberfläche des Scherdorns Masseverklebungen unterschiedlicher Dicke auftraten. Das hatte zur Folge, daß die Scherintensität je nach der ι ϊ Dicke des verbleibenden Ringspaltes unterschiedlich war und damit auch die Erwärmung und die Anvernetzung der Masse.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur näher erläutert. :u
In die Einfüllöffnung ί eines Extruders 2 wird eine Mischung aus Weich- und Hartpolyäthylen sowie mit Treibmittel versetzte Batches und ggf. ein Alterungsschutzmittel eingebracht und mittels einer Schnecke 3 in dem Extruder innig vermischt und auf eine Temperatur >■> von ca. 160° C erwärmt. Df ie Schnecke 3 des Extruders 2 transportiert die Kunststoffmischung in den Scherkopf 4, in dem ein Scherdorn 5 drehbar gelagert ist. Die Kunststoffmischung wird von der Schnecke 3 in den Ringraum zwischen Dorn 5 und Extruderkopfgehäuse in gepreßt und tritt aus dem Mundstück 6 in Form e;nes Schlauches 7 aus. Der Dorn 5 weist eine durchgehende axiale Bohrung 8 auf, durch die das zu isolierende Metallrohr 9' hindurchführbar ist, auf welches der Kunststoffschlauch 7 aufschrumpft. Die aus dem s> Extruder 2 austretende auf ca. 16O0C erwärmte Kunststoffmischung wL-d nun bis zu ihrem Austritt aus dem Mundstück 6 zunehmend erwärmt- Diese Erwärmung wird durch schnelle Rotation des Domes 5 aufgebracht Die Rotation des Domes 5 bewirkt eine Scherung des Kunststoffgemisches und gestattet eine exakte Temperaturführung durch Regelung der Drehzahl des Domes 5. Durch eine öffnung 11 wird in den Raum zwischen dem Dorn 5 und dem Scherkopfgehäuse 5 ein Vernetzungsmittel mit niedriger Rfcaktionstemperatur, beispielsweise Dibenzoylperoxid eingebracht Die öffnung 11 liegt an der gegenüberligenden Seite der Austrittsöffnung für das Kunststoffgemisch aus dem Extruder 2. Durch die schnelle Rotation des Domes 5 wird das Vernetzungsmittel mit der Kunststoffmischung innig vermischt und beginnt bereits bei Temperaturen oberhalb 160° C die Kunststoffmtschung zu vernetzen. Im Bereich des Mundstückes 6 ist der Kunststoffschmelze bereits so viel Energie zugeführt worden, daß die Schmelze eine Temperatur von ca. 180 bis 190° C hat, so daß das Treibmittel beispielsweise Azodicarbonamid zerfällt und das Treibgas in der Kunststoffschmetee gelöst wird. Infolge des Druckabfalls beim Austritt der Schmelze aus dem Mundstück 6 expandiert die anvernetzte Schmelze und vernetzt beim Epandieren weiter. Nach dem Aushärten weist die Kunststoffschicht 10 ein Raumgewicht von weniger als 200 g/cm3 und eine Festigkeit von etwa 5 N/mm auf. Die mechanische Festigkeit bleibt aufgrund der Vernetzung auch bei höheren Temperaturen bis zu ca. 130°C erhalten. Aufgrund des niedrigen Raumgewichtes wurde eine Wärmedurchgangszahl von 0,06 W/mK erreicht. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohr ließ sich ohne Schwierigkeiten biegen, d. h. zu einer Faltenbildung kam es auch bei kleinen Biegeradien nicht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung wärmeisolierter Leitungsrohre durch Erzeugen einer vernetzten aufgeschäumten Kunststoffschicht auf einem Metallrohr, bei dem ein in Pulver- oder Granulatform mit einem Treibmittel versetzter thermoplastischer Kunststoff in einem Mischer oder Extruder fortlaufend erwärmt und darauf der Kunststoff in einem Scherkopf durch schnelle Rotation eines Scherdornes schnell auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Vernetzungs- und Treibmittels erwärmt wird und dadurch der Kunststoff zunächst vernetzt und darauf aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel der Kunststoffschraelze in flüssiger Form erst im Bereich des Scherkopfes zudosiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel an der dem Einspeisepunkt des Kunststoffes gegenüberliegenden Stelle eindosiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vernetzungsmittel Peroxide mit einer niedrigen Zersetzungstemperatur, wie
1,1 -Ditertiärbutylperoxi-SAS-trimethylcyclohexan, Tertiärbutylperbenzoat, Dibenzoylperoxid verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel Azodicarbenamid verwendet und in Form von Batches unmittelbar am Extruder zugegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoff adhäsionsvermindernde Stoffe, zum Beispiel Gleitmittel, zugefügt werden.
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