DE2821333A1 - Rohr aus thermoplastischem material wowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Rohr aus thermoplastischem material wowie verfahren zu seiner herstellung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres aus thermoplastischem Material, wobei das Rohr bzw. das Rohrmaterial geringes Gewicht und hohe mechanische Festigkeit aufweist. Die Erfindung betrifft ferner auch ein derartiges Produkt. Rohre aus thermoplastischen Materialien werden bisher aus massivem Plastikmaterial wie Polyvinylchlorid (PVC) und einem Acrylnitril-Butadien-Styrol - Propfpolymer (ABS) hergestellt. Derartige Rohre werden in großen Mengen als Trinkwasserrohre, Abwasserrohre und Regenrohre sowie für viele andere Zwecke verwendet. Ein sehr großer Vorteil derartiger thermoplastischer Rohre ist der, daß sie geringeres Gewicht haben als die Rohre, zu deren Ersatz sie normalerweise verwendet werden. Ein anderer Vorteil ist der, daß sich derartige Rohre leicht in Strömungsmittelkreise einfügen lassen. Die mechanische Festigkeit der Rohre reicht für viele Anwendungszwecke aus, für andere Anwendungszwecke wäre jedoch eine noch bessere mechanische Festigkeit vorteilhaft.
In den letzten 20 Jahren haben Thermoplaste, die ein Blähmittel enthalten, in vielen Industriezweigen weite Verbreitung gefunden. Bei der Herstellung von Rohren können jedoch schäumbare Thermoplaste nur begrenzt verwendet werden, da durch Rohre aus geschäumtem thermoplastischem Material verhältnismäßig leicht Strömungsmittel nach außen durchlecken kann oder da die Verfahren, mit denen die Rohre lecksicher gemacht werden können, sehr teuer und trotzdem nicht ganz zuverlässig sind.
Für viele Anwendungsfälle muß ein Rohr eine glatte Oberfläche haben, es muß undurchlässig für Strömungsmittel sein und es muß eine so große Dicke haben, daß es die erforderliche mechanische Festigkeit erbringt. Trotzdem muß das Rohr so leicht sein, daß es nach wie vor die Gewichtsvorteile eines Plastikrohres und die Herstellungsvorteile eines Plastikrohres bringt.
Durch die vorliegende Erfindung soll ein einfaches, billiges Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rohres und der Aufbau eines derartigen Rohres angegeben werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Rohr gemäß An-
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spruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 2.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohr hat geringes Gewicht und große Steifigkeit. Es hat aus massivem thermoplastischem Material bestehende Deckschichten auf der Außenseite und Innenseite des Rohres sowie eine aus geschäumtem Plastikmaterial bestehende Mittelschicht, die zwischen den beiden Deckschichten liegt. Vorzugsweise bestehen die außenliegende Deckschicht, die innenliegende Deckschicht, und die dazwischenliegende geschäumte Mittelschicht aus demselben thermoplastischen Material. Die geschäumte Mittelschicht kann jedoch auch aus einem anderen Plastikmaterial hergestellt sein, wenn dieses mit dem Plastikmaterial kompatibel ist, das für die äußere Deckschicht und die innere Deckschicht verwendet wird.
Die Herstellung des Rohres erfolgt dadurch, daß die verschiedenen Schichten aus thermoplastischem Material extrodiert werden. Die äußere und die innere der extrudierten Schichten werden aus massivem Plastikmaterial hergestellt und bilden so die äußere Deckschicht und die innere Deckschicht des Rohres. Dagegen wird die als mittlere extrud ierte Schicht aus schäumbarem Plastikmaterial hergestellt, wobei vorzugsweise dasselbe Grundmaterial verwendet wird wie für die außenliegende und die innenliegende Schicht.
Das zur Herstellung des Rohres verwendete thermoplastische Material kann z.B. sein: ABS, PVC, ein Phenylenoxidpolymer, ein Polykarbonat, ein Polyäthylen, ein Polypropylen, ein Polystyrol, ein PoIybutylen oder eine Kombination der vorstehend genannten Materialien. Die mittlere Schicht aus schäumbarem thermoplastischem Material enthält ein chemisches Schäummittel oder Blähmittel, das in das Plastikmaterial eingebaut wird, bevor das Plastikmaterial dem Extroder zugeführt wird. Geeignete Schäummittel sind z.B. Natriumbikarbonat und Zitronensäure, Azodicarbonamid und die N-Nitroso-Verbindungen. In der "Modem Plastics Encyclopedia" 1975-1976 sind auf den Seiten 127 - 129 weitere chemische Schäummittel angegeben, die zur Herstellung geschäumter thermoplastischer Materialien verwendet werden können.
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Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Extrudern auf, vorzugsweise zwei, die mit einem einzigen gemeinsamen Formkopf verbunden sind, welcher eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, welche die von den Extrudern abgegebene Plastikmassen aufnehmen und formen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1: Einen Schnitt durch einen Formkopf zum Herstellen eines Verbundrohres durch Extrudieren,
Figur 2: Einen transversalen Schnitt durch ein Verbundrohr aus thermoplastischem Material.
In Figur 1 ist ein Formkopf 10 gezeigt, der zum Extrudieren eines Verbundrohres aus thermoplastischem Material dient. Dieser Formkopf hat einen Adapter 11, eine Formplatte 12 sowie eine Form 13. Zu dem Adapter 11 gehört ein Gehäuse 11' mit öffnungen 14 und 15, die mit den Abgabeöffnungen zweier nicht dargestellter Schraubenextruder verbunden sind. In dem Gehäuse 11'ist'eine Einlaßplatte 16 angeordnet, die eine öffnung 17 aufweist. Ferner ist im Gehäuse 11'ein Verteilerdorn 18 angeordnet, der der Öffnung 17 gegenüberliegt. Mit den öffnungen 17 und 14 steht eine Mehrzahl von Kanälen 19 in Verbindung.
Die im Gehäuse 11'ausgebildete öffnung 15 steht in Strömungsmittelverbindung mit einem Kanal 21, der seinerseits mit Kanälen 22 und 23 kommuniziert. Die Kanäle 23 sind mit einem Verteilerkanal 24 verbunden, von dem Kanäle 25 ausgehen. Letztere sind in einem Drosselkörper 26 ausgebildet. Der Kanal 22 besteht aus einer im Gehäuse 11' ausgebildeten Bohrung und einer in einem Düsenkörper 22' ausgebildeten Bohrung. Eine Drosselstelle 26'ist durch die innenliegende Oberfläche des Drosselkörpers 26 und durch die Außenfläche des Düsenkörpers 22' begrenzt.
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Die Formplatte 12 umgibt einen Verteilerdorn 27 und eine Formöffnung 28. Die Form 13 selbst weist einen rohrförmigen Kanal 29 auf und ist zum Heizen und/oder Kühlen mit Thermostatisierungskanälen 31 versehen, die mit einem üblichen, in der Zeichnung nicht dargestellten Wärmetauscher verbunden sind.
Figur 2 zeigt einen transversalen Schnitt durch ein mit dem Formkopf nach Figur 1 hergestellten Verbundrohr 32. Dieses hat eine massive innere Deckschicht 33 sowie eine massive äußere Deckschicht 34. Zwischen den beiden Deckschichten liegt eine geschäumte Mittelschicht 35.
Zur Herstellung eines solchen Verbundrohres wird auf seine Schmelztemperatur erhitztes thermoplastisches Material einem in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Extruder zugeführt u. gelangt von dessen Abgabeöffnung zur öffnung 15. Von dort kommt das thermoplastische Material durch den Kanal 21 zu den Kanälen 22 und 23. Ein Teil des thermoplastischen Materiales tritt über den Kanal 23 in den Verteilerkanal 24 ein und gelangt von dort durch die Kanäle 25, durch eine Drosselstelle 25^ durch die Formöffnung 28 und dann durch den rohrförmigen Kanal 29 der Form 13. Dieser Anteil des thermoplastischen Materiales bildet die äußere Deckschicht des Verbundrohres 32. Zugleich fließt ein anderer Anteil des thermoplastischen Materiales aus dem Kanal 21 über den Kanal 22 am Verteilerdorn 27 vorbei, bewegt sich längs der Innenseite der Formöffnung 28 und dann ebenfalls durch den rohrförmigen Kanal 29 der Form 13. Dieser Anteil des thermoplastischen Materials bildet die massive innere Deckschicht des Verbundrohres.
Gleichzeitig wird von dem zweiten Extruder schäumbares thermoplastisches Material in die Öffnung 14 eingespeist. Dieses Material strömt durch die öffnung 17 an dem Verteilerdorn 18 vorbei und dann durch die Kanäle 19, durch die Drosselstelle 26' und von dort durch die Mitte der Formöffnung 28 und den rohrförmigen Kanal 29 der Form 13. Dieses schäumbare thermoplastische Material bildet die Mittelschicht 35 des Verbundrohres 32, d.h. den Kern des Verbundrohres.
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Nachstehend wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines Verbundrohres 32 aus einem Acrylnitryl-Butadien-Styrol-Propfpolymer (ABS) genauer beschrieben:
Zur Herstellung der geschäumten Mittelschicht 35 wird ABS als Grundmaterial verwendet und auch zur Herstellung der inneren Deckschicht 33 und zur Herstellung der äußeren Deckschicht 34 wird ABS verwendet. Geschmolzenes ABS, das kein Schäummittel enthält und eine Temperatur von 2050C (4000F) hat, tritt unter Druck vom Extruder her in die öffnung 15 ein. Es strömt durch die Kanäle 22 und 23 sowie die mit diesen wiederum kommunizierenden Kanälen, strömt durch die Formöffnung 28 und durch den rohrförmigen Kanal 29, so daß die innenliegende Deckschicht 33 und die außenliegende Deckschicht 34 des Verbundrohres 3 2 erhalten werden. Das verwendete ABS liegt in Pelletform vor und läßt sich dadurch herstellen, daß man 25 Gewichtsteile Acrylnitryl und 45 Gewichtsteile Styrol in Gegenwart von 30 Gewichtsteilen Polybutadien polymerisiert. Ausgehend von demselben ABS stellt man eine schäumbare Masse dadurch her, daß man in der Charge auf 100 Teile 0,3 Teile Azodicarbonamid bei einer Temperatur zumischt, die unterhalb der Zersetzungstemperatur (etwa 195°Cbis etwa 205° C, entsprechend etwa 385°F bis etwa 4000F) dieser Substanz liegt. Das schäumbare ABS-Mischpolymerisat wird dann in Pelletform gebracht und einem Extruder zugeführt, in welchem es langsam auf eine Temperatur von 2050C (4000F) aufgeheizt wurde. Bei dieser Temperatur schmilzt die Masse und das Azodicarbonamid hat sich zersetzt. Die Masse ist jedoch nicht vollständig aufgeschäumt, da im Extruder ein Druck herrscht. Das geschmolzene schäumbare ABS tritt in die öffnung 14 des Adapters 11 ein und gelangt immer noch unter Druck stehend durch die öffnung 17, die Kanäle 19, die Drosselstelle 26' und die Mitte der Formöffnung 28. Dieses Material bildet so die Mittelschicht 35 des Verbundrohres 32. Verlassen die zusammen extrudierten Schichten aus massivem bzw. schäumbaren ABS die Formöffnung 28, so tritt diese Schichtstruktur in den rohrförmigen Kanal 29 der Form 13 ein, in welchem die aus schäumbarem ABS bestehende mittlere Schicht infolge verminderten Druckes expandiert wird. Auf diese Weise erhält man das Verbundrohr 32 mit seiner massiven inneren Deckschicht und
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seiner massiven äußeren Deckschicht sowie seiner geschäumtem Mittelschicht 35.
Obenstehend ist die Herstellung eines Verbundrohres aus ABS beschrieben worden, das eine geschäumte Mittelschicht aufweist. Die Erfindung läßt sich gleichermaßen auch bei anderen thermoplastischen Materialien verwenden, z.B. bei PVC, bei Phenylenoxxdpolymeren, bei Polycarbonaten, bei Polyäthylenen, bei Polypropylenen, bei Polystyrolen und bei Polybutylenen. Die geschäumte Mittelschicht des Verbundrohres kann auch aus einem ersten thermoplastischen Material hergestellt werden, während die innenliegende Deckschicht und die außenliegende Deckschicht aus anderen thermoplastischen Materialien hergestellt sind.
Bei der oben beschriebenen Herstellung eines Verbundrohres wurde zum Aufschäumen der mittleren Schicht aus ABS Azodicarbonamid verwendet. Es können jedoch auch andere chemische Schäummittel verwendet werden. In "Modem Plastics Encyclopedia", 1975-1976, Seiten 127 - 129, sind neben Azodicarbonamid viele weitere chemische Schäummittel aufgeführt, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen.
Obenstehend ist ein spezieller Formkopf 10 beschrieben worden, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Es ist klar, daß auch andere Werkzeuge und andere Speiseeinrichtungen, die mit den öffnungen 14 und 15 verbunden sind, Verwendung finden können.
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Claims (3)

Patc.itarr-viÜs Dipl. ;,'g. H. Hauck Dipl. Phys. VV. Schmitz Dipl. Ir3. E. Craalrs Dipl. Inc. VV. VVehnert Dipl. Pr.vs. W. Carstens Dr.-I,ig. VV. Döring Mozsriatraßa 23 Borg-Warner Corporation eooo München 2 200 South Michigan Avenue Chicago, Illinois 6o6o4 (USA) Anwaltsakte M-4609 16. Mai 1978 Rohr aus thermoplastischem Material sowie Verfahren zu seiner Herstellung Patentansprüche
1. Rohr aus thermoplastischem Material, gekennzeichnet durch eine geschäumte Mittelschicht (35) und z/ve"zu beiden Seiten derselben angeordnete massive Deckschichten (33,34) welche Schichten alle aus thermoplastischem Material hergestellt sind.
2. Verfahren zum Herstellen eines Rohres nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material für die Deckschichten und das mit einem Blähmittel versehene thermoplastische Material für die Mittelschicht gleichzeitig durch eine Mehrzahl getrennter Abgabeöffnungen eines Formkopfes extrudiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Material und als Blähmittel enthaltendes thermoplastisches Material ein Pfropfpolymer aus Acrylnitrilstyrol und Butadien verwendet wird.
§09848/0782
DE2821333A 1977-05-16 1978-05-16 Formkopf zur Herstellung eines Verbundrohres aus thermoplastischem Kunststoff Expired DE2821333C2 (de)

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