DE2818376A1

DE2818376A1 - Aus einem thermoplastischen polymerenmaterial geformtes rohr mit einem verstaerkenden textilmaterial auf seiner aussenflaeche

Info

Publication number: DE2818376A1
Application number: DE19782818376
Authority: DE
Inventors: Joseph Richard Kelly Williams
Original assignee: Courtaulds PLC
Current assignee: Akzo Nobel UK PLC
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1978-04-26
Publication date: 1978-11-02
Also published as: FR2389060A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein aus einem thermoplastischen Polymerenmaterial preßgeformtes Rohr, das mit einer äußeren Verstärkung versehen ist,, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres»

Das erfindungsgemäße Rohr,, das aus dem thermoplastischen PoIymerenmaterial preßgeformt. ist_? trägt auf seiner Außenfläche ein verstärkendes Textilmaterial, weiches verstärkende Filamente und Filamente eines thermoplastischen Polymerenmaterials auf- x-jeist, das mit dem des Rohres verträglich ist, wobei die thermoplastischen Filamente mit der Außenfläche des Rohres verschmolzen sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verstärken eines aus einem thermoplastischen Material preßgeformten Rohres wird um die Außenfläche des Rohres„ während diese Außenfläche weich ist„ ein Textilmaterial gewickelt, welches verstärkende Filamente und Filamente eines thermoplastischen Poiymerenmaterials aufweist, das mit dem des Rohres verträglich ist, wobei eine Verschmelzung zwischen den thermoplastischen Filamente und der Außenfläche des Rohres herbeigeführt vd.rd.

Es sind bereits Strukturen bekannt, bei denen ein thermoplastisches Eahnmaterial mit einem zusammengesetzten Textilmaterial aus thermoplastischen Filamenten und Verstärkungsfilamenten verbunden ist (GB-PS 1 o52 949) . Ein solches Struktursystern wurde jedoch bisher bei preßgeformten Rohren nicht angewendet. Bei der Herstellung von Rohren mit einem derartigen Verbundaufbau muß das Bahnmaterial in die Form eines Rohres gebogen werden. Dann müssen die stumpfen Ränder des thermoplastischen Bahnmaterials zur Bildung eines Rohres mit einer zur Achse parallelen Schweißnaht verschweißt itfarden. Dieses Herstellungsverfahren ist aufwendig und erfordert geschultes Personal, eignet sich nur für Rohre mit größerem Durchmesser und führt zu einer Schwächung im Schweißbereich ο

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, diese Schwierigkeiten auszuschließen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Textilmaterial vorzugsweise schraubenförmig auf die Außenfläche des Rohres gewickelt. Dies kann dadurch erreicht werden, daR <?χ_η Längenstück eines Rohres für eine axiale Rotation gelagert wird, während das Textilmaterial auf die Außenfläche des Rohres von einem Wickelkopf kommend "-.geführt wird. Die relative lineare Bewegung erfolgt zwischen dem Rohr und dem Wickelkopf in Richtung der Rohrachse, wenn das Rohr gedreht wird. Die Außenfläche des Rohres kann durch Anwendung von Hitze oder eines Lösungsmittels für das Polymerenmaterial weichgemacht werden. Es handelt sich dabei vorzugsweise um ein örtliches Erweichen der Rohroberfläche gerade vor dem Kontakt mit dem Textilmaterial, um die Kosten auf ein Minimum zu reduzieren und um eine Verformung des Rohres zu verhindern. Ein alternatives Verfahren besteht darin, den Wickelkopf um die Rohrachse rotieren zu lassen, wenn das Rohr extrudiert wird und während seine Außenfläche noch weich genug ist, um mit den thermoplastischen Filamenten des Textilmaterials zu verschmelzen.

Das Rohr kann aus irgendeinem thermoplastischen Polymerenmaterial geformt sein, welches sich für die entsprechenden Zwecke eignet. Derartige Materialien sind Homopolymerisate, Mischpolymerisate und Polymerisatmischungen. Erfindungsgemäß werden jedoch bevorzugt Rohre aus Polypropylen verwendet. Das inerte Verhalten von Polypropylen eignet die Rohre zwar für das Durchleiten von korrosiven Fluiden, macht jedoch andererseits das haftende Befestigen einer verstärkenden Umhüllung schwierig. Dieses Befestigungsproblem wird dadurch gelöst, daß ein zusammengesetztes Textilmaterial verwendet wird, welches thermoplastische Filamente aufweist, die mit dem Material des Rohres kompatibel sind, d. h. daß sie mit der Außenfläche des Rohres verschmelzen, wenn diese durch Einwirkung von Hitze oder eines Lösungsmittels v/eichgemacht wird. Die Fäden bestehen idealerweise aus dem gleichen Polymerenmaterial wie das Rohr.

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Beispielsweise werden bei einem Polypropylenrohr Poiypropylenfilamente verwendet.

Die verstärkungsfilamente werden entsprechend der geforderten Verstärkungsfestigkeit ausgewählt. Glasfilamente haben ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Kosten. Sie sind mit weiteren Verstärkungsschichten aus harzgetränkter Glasfaser verträglich. So läßt sich das zusammengesetzte verstärkende Gewebe am besten als "Zwischenschicht" zwischen dem Rohr aus dem Polymerenmaterial und einer Verstärkung aus harzgetränkter Glasfaser verwenden.

Um eine maximale Festigkeit zu erzielen, ist das Textilmaterial vorzugsweise gewebt. Es sind jedoch auch gewirkte, geflochtene und fließförmige Strukturen geeignet. Der Aufbau des Textilmaterials kann derart sein, daß die thermoplastischen Filamente auf einer Seite des Materials in größerem Umfang freiliegen als auf der anderen Seite, wie dies beispielsweise bei einer Köperbindung der Fall ist. Dadurch wird das Verschmelzen mit der Rohrfläche erleichtert. Die Texti!materialbrexte wird entsprechend dem Aufbringverfahren gewählt. Bei einem schraubenförmigen Aufwickeln ist es einfacher, ein schmales Textilmaterial, beispielsweise ein Band, zu verwenden.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht ein Rohr, das für die Drehung um seine Achse auf einer Universalfräsmaschine oder einer Drehbank gelagert ist, mit der die relative Schraubenbewegung zwischen dem Rohr und dem Bandwickelkopf ausgeführt werden kann,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Rohr längs der Linie II-II von Fig. 1, wobei der Bandwickelkopf von der Seite gezeigt ist,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 2 und

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Fig. 4 einen Querschnitt durch den Boden eines Heizschuhes des Bandwickelkopfes von Fig. 2 und 3.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufspanntisch 1 einer Universalfräsmaschine mit einem Teilkopf 2 und einem Reitstock 3. Der Äufspanntisch 1 sitzt gleitend verschiebbar auf einem nicht gezeigten Drehtisch. Zwischen dem Teilkopf und dem Reitstock sitzt auf Zapfen 5 und 6 ein extrudiertes Rohr 4, cas »«ispielsweise aus Polyäthylen besteht» Das Rohr kann durch den -.Teilkopf um seine Achse gedreht werden. Diese Drehung wird mit einer Längsbewegung des Aufspanntisehes 1 auf dem Drehtisch durch ein nicht gezeigtes Getriebe korreliert, welches den Teilkopf mit der nicht gezeigten Führungsspindel des Aufspanntisches verbindet.

In Fig. 1 ist gestrichelt ein Wickelkopf 7 gezeigt, dessen Teile im einzelnen in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind. Diese Bauelemente sind an einem nicht gezeigten ortsfesten Arm der Fräsmaschine gehalten und bleiben somit ortsfest, wenn die Rohroberfläche an ihnen in einer Schraubenbewegung vorbeibewegt wird, welche sich aus der Drehbewegung und der Axialbewegung des Rohres zusammensetzt»

Von einer an Haltern 1o gelagerten Spule 9 wird ein Band 8, beispielsweise ein Gex^ebe aus Glasfasergarn und Polypropylengarn, um die Nase und unter die Unterseite eines Preßeisens geführt, welches das Band auf die Außenfläche des Rohres 4 drückt. Das Preßeisen ist in Haltearmen 12 vertikal beweglich, die über der Drehachse des Rohres angeordnet sind» Das Preßeisen wird gegen die Oberfläche des Rohres durch nicht gezeigte Federn gedrückt. Die Stellung des Wickelkopfes 7 ist derart, daß die Drehachse des Drehtisches der Maschine durch den Teil der Unterseite des Preßeisens 11 geht, der das Band 8 gegen die Rohroberfläche drückt. Das Preßeisen ist so ausgerichtet, daß seine Nase in einem Winkel zur Rohrachse schräg angeordnet ist, der gleich dem Schraubenwinkel ist, mit welchem das Band 8 auf

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das Rohr gewickelt wird. In den Figuren 2 und 3 ist die Nase des Preßeisens parallel zur Rohrachse gezeigt, um die Darstellung zu vereinfachen. Aus dem gleichen Grund sind die Einlaß- und Auslaßschläuche für das Preßeisen, welches wassergekühlt ist, nicht gezeigt. In einer Platte 14, die sich zwischen den Haltearmen 12 erstreckt und daran befestigt ist, sitzt eine Keramikführungsöse 13 für das Band.

Die Außenfläche des Rohres wird lokal gerade vor dem Einführen unter das Preßeisen 11 durch den Kontakt mit einem keilförmigen Heizschuh 15 erweicht, der an einer Stange 16 sitzt und radial nach innen auf das Rohr hin durch nicht gezeigte Federn gedrückt wird. Der Schuh wird elektrisch beheizt und hat eine Temperaturfernsteuerung. Die Spitze des Heizschuhs ist parallel zur Rohrachse ausgerichtet und etwas schmaler als das Band 8, um beim Erweichen der Rohroberfläche den "Bugwellen"-Effekt zu ermöglichen.

Die Unterfläche 17 des Heizschuhs hat den in Fig. 4 gezeigten Querschnitt. Es sind drei Längsnuten 18 vorgesehen, um ein fortlaufendes Entweichen von zersetztem Polymerisat zu ermöglichen, wobei diese Zersetzung jedoch so gering ist, daß sie keine wesentliche Einwirkung auf die Verbindung des Bandes mit dem Rohr hat. Ohne diese Anordnung würde sich zersetztes Polymerisat hinter dem Schuh ansammeln und willkürlich in Klumpen freigegeben, die sich nachteilig auf die Verbindung auswirken können und das Aussehen des Produktes beeinträchtigen würden.

Das Band 8 wird durch eine stiftförmige Infrarotheizeinrichtung 19 vorerhitzt, die angrenzend an die Nase des Preßeisens 11 angeordnet ist und an einem flexiblen Arm 2o sitzt, der eine Bewegung der Heizeinrichtung 19 aus der Bahn ermöglicht, wenn das Band eingefädelt wird. Die bleistiftförmige Heizeinrichtung hat ebenfalls eine Temperaturfernsteuerung.

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In Betrieb wird der Aufspanntisch 1 so angeordnet, daß sich beispielsweise das linke Ende des Rohres direkt unter dem Preßeisen 11 befindet, so daß die Federn sowohl des Preßeisens 11 als auch des Heizschuhs 15 andrücken. Das Band wird durch die Keramikführung 13 um die Nase und zurück unter die Unterfläche des Preßeisens 11 geführt. Dann wird es am Ende des Rohres mittels eines Klebebandes befestigt. Dann werden der Heizschuh 15 und die stiftörmige Heizeinrichtung 19 auf die gewünschte Temperatur gebracht, ehe mit der gleichzeitigen Drehung des Rohres in Richtung des Pfeiles a in Fig. 2 und der linearen Bewegung des Aufspanntisches in Richtung des Pfeiles b von Fig. 1 begonnen wird.

Auf diese Weise wird das Band schraubenförmig um das Rohr gewickelt, wobei das gekühlte Preßeisen 11 das Textilmaterial in die Rohroberfläche drückt, die durch den Heizschuh 15 erweicht worden ist, wodurch ein Verschmelzen der Polypropylenfilamente und der Rohroberfläche bewirkt wird. Jede Bandwicklung liegt vorzugsweise stumpf an der vorausgehenden Wicklung an, d. h. man erhält einen Schraubengang von einer Bandbreite pro Umdrehung. Wenn eine derartige Genauigkeit nicht erreicht wird, wird ein kleiner Spalt gegenüber einer Überlappung bevorzugt.

Anhand des nachstehenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung wird dazu verwendet, ein extrudiertes Polypropylenrohr zu verstärken, welches einen Außendurchmesser von 1oo mm und eine Wandstärke von 6,4 mm hat. Als Band wird ein 38 mm breites gewebtes Band mit 75 % Glasfasergarn und 75 % Polypropylengarn verwendet, das eine vierbindige Köperbindung hat. Das Band wird so abgespult, daß die Seite, auf der der größte Teil des Polypropylengarns freiliegt, der Rohrfläche gegenüberliegt, wenn sich das Band unter der Unterfläche des Preßeisens befindet.

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Dar Aufspanntisch der Fräsmaschine wird auf einen Steigungswinkel von 6,5 eingestellt, die Linearbewegung auf 62 mm/min während sich das Rohr mit 1,625 Upm dreht. Der Heizschuh wird auf einer Temperatur von 5oo°C gehalten, während die stiftförmige Heizeinrichtung 8o°C hat.

Die Bindefestigkeit zwischen dem Rohr und der haftend befestigten Bandwicklung wird sowohl auf Scherung als auch auf

6 2 Schälen untersucht. Die erhaltenen Werte sind 7,4ο χ 1o N/m bzw. 3,85 χ 1o N/m. Die Schälfestigkeit wird so gemessen, daß das Band mit 9ο zur Tangente des Rohres an der Schällinie gezogen wird.

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Leerseite

Claims

Aus einem thermoplastischen P olymererniaterial geformtes Rohr mit einem verstärkenden Textilmaterial auf seiner Außenfläche

Patentans

r ü c h e

. 1.yAus einem thermoplastischen Polymerenmaterial preßgeformtes Rohr, welches auf seiner Außenfläche ein verstärkendes Textilmaterial trägt, dadurch gekennzeichnet , daß das verstärkende Textilmaterial (8) Verstärkungsfäden und Fäden eines thermoplastischen Polymerenmaterials aufweist, das mit dem des Rohres (4) verträglich ist, und daß die thermoplastischen Fäden mit der Außenfläche des Rohres (4) verschmolzen sind.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkende Textilmaterial (8) ein Gewebe ist.

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3„ Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η seich net _c daß das verstärkende Textilmaterial ein Band (8) ist, welches schraubenförmig um die Aassenf lache des Rohres (4) gewickelt ist»

. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das thermoplastische Polymerenmaterial des Rohres (4) und der Fäden des verstärkenden Textilmaterial Polypropylen aufweist und daß die Verstärkungsfaden in dem verstärkenden Textilmaterial Glasfilamente aufweisen.

ο Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine faserverstärkte Verstärkungsschicht, die mit Harz haftend an dem verstärkenden Textilmaterial befestigt ist,

S. Verfahren zum Verstärken eines Rohres, welches aus aineni thermoplastischen Polymerenmaterial preßbeformt ist, wobei ein verstärkendes Textilmaterial um die Außenfläche des Rohres gewickelt wird, dadurch g e kennzeichnet , daß das verstärkende Textilmaterial Verstärkungsfiiamente und Filamente eines thermoplastischen Polymerenmaterials aufweist, das mit dem des Rohres verträglich ist, und daß das Wickeln durchgeführt wird, während die Außenfläche des Rohres weich ist, so daß eine Verschmelzung zwischen der Oberfläche und den thermoplastischen Filamenten des verstärkenden Textilmaterial stattfindet»

7. Verfahren nach Anspruch S₁ dadurch gekennzeichnet , daß das Gewebe ein Band ist, welches schraubenförmig um die Außenfläche des Rohres gewickelt wird .

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8. Verfahren nach Anspruch β oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß es an einem Rohr ausgeführt wird, das aus einer Rohrextrudiermaschxne austritt.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenfläche des Rohres erhitzt wird, um sie örtlich zu erweichen, ehe das verstärkende Textilmaterial„ das um sie herumgewickelt wird, mit ihr in Kontakt gebracht wird.

1ο» Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die erweichte Oberfläche des Rohres swangsgekühlt wird, um sie nach dem Kontakt mit dem verstärkenden Textilmaterial zu härten, das um diese Oberfläche herumgewickelt worden ist.

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