DE29714571U1 - Multilayer pipe - Google Patents

Multilayer pipe

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Description

MehrschichtenrohrMultilayer pipe

Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtenrohr aus polymerem, thermoplastischem Werkstoff, bestehend aus einer im Querschnitt dickeren Mittelschicht, welche von jeweils einer im Querschnitt dünneren Innen- bzw. Außenschicht umschlossen ist, wobei die im Querschnitt dickere Mittelschicht aus einem anders strukturierten, thermoplastischen Polymer als die Deckschichten besteht.The invention relates to a multilayer pipe made of polymeric, thermoplastic material, consisting of a middle layer with a thicker cross-section, which is surrounded by an inner and outer layer with a thinner cross-section, whereby the middle layer with a thicker cross-section consists of a differently structured thermoplastic polymer than the cover layers.

Ein gattungsgemäßes Mehrschichtenrohr ist aus der EU 0 361 580 A2 bekannt. Das dort beschriebene Mehrschichtenrohr ist im Koextrusionsverfahren hergestellt und wird im Anschluß an das Herstellungsverfahren biaxial verstreckt. Auf diese Weise werden die mechanischen Eigenschaften eines solchen Rohres verbessert.A generic multilayer pipe is known from EU 0 361 580 A2. The multilayer pipe described there is manufactured using a coextrusion process and is biaxially stretched following the manufacturing process. In this way, the mechanical properties of such a pipe are improved.

Aus der DE 41 35 336 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtenrohren aus polymeren Materialien bekannt, wobei eine dickere Innenschicht aus anders strukturiertem Polymermaterial von zwei dünneren Innen- bzw. Außenschichten umgeben ist. Die von den Innen- bzw. Außenschichten eingeschlossene Mittelschicht kann dabei aus geschäumtem Polymermaterial bestehen. Das bekannte Verfahren beschäftigt sich mit der Zuführung der einzelnen Polymerströme während des Koextrusionsverfahrens und verhindert durch ein abgestuftes Aufeinanderlegen der einzelnen Schichten die Entstehung von durchgehenden Sollbruchstellen beim Passieren der Dornhalterungen.DE 41 35 336 C2 discloses a method for producing multi-layer pipes from polymer materials, in which a thicker inner layer made of a differently structured polymer material is surrounded by two thinner inner and outer layers. The middle layer enclosed by the inner and outer layers can consist of foamed polymer material. The known method involves feeding the individual polymer streams during the coextrusion process and prevents the formation of continuous predetermined breaking points when passing through the mandrel holders by placing the individual layers on top of one another in stages.

Nach dem bekannten Stand der Technik lassen sich Rohre mit guten mechanischen Eigenschaften herstellen. Mit zunehmender Wanddicke derartiger Mehrschichtenrohre mit innenliegender Strukturschicht nehmen jedoch die thermischen Eigenschaften, insbesondere die Abkühlmögiichkeit solcher Rohre extrem ab, da z. B. die in einer Schaumstoff-Mittelschicht vorhandenen Luftbläschen als thermischer Isolator wirken und damit eine Abführung beispielsweise der Extrusionswärme aus dem Rohrquerschnitt entgegenstehen. Wird für die anders strukturierte Mittelschicht beispielsweise ein Recyclat verwendet, können Fremdeinschlüsse, Materialverhärtungen und dergleichen in ähnlicher Weise schädlich wirken.According to the known state of the art, pipes with good mechanical properties can be manufactured. However, as the wall thickness of such multilayer pipes with an internal structural layer increases, the thermal properties, in particular the cooling ability of such pipes, decreases dramatically, since, for example, the air bubbles present in a foam middle layer act as a thermal insulator and thus prevent the dissipation of, for example, the extrusion heat from the pipe cross-section. If, for example, a recycled material is used for the differently structured middle layer, foreign inclusions, material hardening and the like can have a similarly damaging effect.

Die Folge davon ist, daß mit dem bekannten Koextrusionsverfahren solche Mehrschichtenrohre unter wirtschaftlichen Aspekten nur mit relativ geringen Wanddicken gefertigt werden können.The consequence of this is that with the known co-extrusion process, such multi-layer pipes can only be manufactured with relatively small wall thicknesses from an economic point of view.

Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, ein Mehrschichtenrohr mit einer innenliegenden Schicht aus anders strukturierten Thermoplasten als die Deckschichten anzugeben, welches auch in größeren Abmessungen mit entsprechenden Wanddicken wirtschaftlich gefertigt werden kann. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, daß die Mittelschicht mit wärmeleitenden Partikeln hochgefüllt ist.This is where the invention comes in, which has the task of specifying a multi-layer pipe with an inner layer made of thermoplastics with a different structure than the outer layers, which can also be manufactured economically in larger dimensions with corresponding wall thicknesses. According to the invention, it is proposed that the middle layer is highly filled with heat-conducting particles.

Die Erfindung geht von einem Wandaufbau in Mehrschichttechnologie nach dem Stand der Technik aus, erweitert diesen Stand der Technik jedoch mit einer zum Zwecke der verbesserten Wärmeleitung mit anorganischen bzw. metallischen Partikeln gefüllten Mittelschicht. Die Vorteile gegenüber dem Stand der Technik werden darin gesehen, daß das erfindungsgemäße Mehrschichtenrohr eine hohe Wärmeleitfähigkeit des für den Wandaufbau verwendeten Materials der Mittelschicht, in dem z. B. bei geschäumten Polymeren die Isolationswirkung der herstellungsbedingten Hohlräume in der geschäumten Mittelschicht bei Rohren nach dem Stand der Technik durch eine extreme Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit der Polymer-Matrix kompensiert wird.The invention is based on a wall structure using multi-layer technology according to the state of the art, but expands this state of the art with a middle layer filled with inorganic or metallic particles for the purpose of improved heat conduction. The advantages over the state of the art are seen in the fact that the multi-layer pipe according to the invention has a high thermal conductivity of the middle layer material used for the wall structure, in which, for example, in the case of foamed polymers, the insulating effect of the cavities in the foamed middle layer caused by the production process is compensated for in pipes according to the state of the art by an extreme improvement in the thermal conductivity of the polymer matrix.

Aufgrund der erfindungsgemäß wesentlich verbesserten Wärmeleitfähigkeit der Mittelschicht können auf Produktionsanlagen nach dem Stand der Technik deutlich höhere Wanddicken produziert werden, da mit der verbesserten Leitfähigkeit des Polymers auch eine deutlich höhere Wärmeableitung an die Kühleinrichtungen der Produktionsanlagen erfolgt. Der Fertigungsprozeß wird dadurch auch bei hohen Wanddicken leichter beherrschbar.Due to the significantly improved thermal conductivity of the middle layer according to the invention, significantly higher wall thicknesses can be produced on state-of-the-art production systems, since the improved conductivity of the polymer also results in significantly higher heat dissipation to the cooling devices of the production systems. This makes the manufacturing process easier to control even with high wall thicknesses.

Durch die erhöhte Wärmeleitfähigkeit der Mittelschicht kühlt das hergestellte Rohr auch erfindungsgemäß deutlich gleichmäßiger ab.Due to the increased thermal conductivity of the middle layer, the pipe produced also cools down significantly more evenly according to the invention.

AIs Folge davon werden im fertigen Mehrschichtenrohr keine Wärmespannungen eingefroren, die bei Rohren nach dem Stand der Technik bei kurzzeitiger Erwärmung frei werden und häufig zu einem unerwünschten Rückschrumpf und dadurch zu veränderten Maßen führen. Eine kurzzeitige Erwärmung mit der Folge des unerwünschten Rückschrumpfes tritt beispielsweise bei einseitiger Erwärmung durch Sonneneinstrahlung auf, der auch zum Längsverzug des fertigen Rohres führen kann.As a result, no thermal stresses are frozen in the finished multilayer pipe, which are released in state-of-the-art pipes when heated for a short time and often lead to undesirable shrinkage and thus to changed dimensions. A short-term heating resulting in undesirable shrinkage occurs, for example, when one side is heated by sunlight, which can also lead to longitudinal distortion of the finished pipe.

Der durch die auftreffende Wärmestrahlung in der Rohroberfläche lokal erzeugte Temperaturanstieg wird erfindungsgemäß infolge der guten Wärmeleitung des Rohrsystems gleichmäßig über den ganzen Umfang verteilt. Dadurch wird das Rohrsystem nicht einseitig, sondern gleichmäßig erwärmt. Die mit der Erwärmung des Rohres zwangsläufig verbundene Längenausdehnung erfolgt nun nicht mehr - wie beim Stand der Technik - einseitig und führt zum ungewünschten Längsverzug, sondern gleichmäßig über den vollen Rohrumfang und demzufolge ohne den schädlichen Längsverzug.According to the invention, the increase in temperature caused locally by the heat radiation hitting the pipe surface is evenly distributed over the entire circumference due to the good heat conduction of the pipe system. As a result, the pipe system is not heated on one side, but evenly. The longitudinal expansion inevitably associated with heating the pipe no longer occurs on one side - as in the prior art - and leads to undesirable longitudinal distortion, but evenly over the entire circumference of the pipe and therefore without the harmful longitudinal distortion.

Die nach der Erfindung in die Mittelschicht eingebrachten anorganischen Materialien sind vorteilhaft Bariumsulfat, Kreide, Talkum, Wollastonit, Glimmer, Quarz oder Glas. Die Glaspartikel können auch in expandierter Form als Glashohlkugeln eingebracht werden, des weiteren kann als anorganisches Material Gips verwendet werden.The inorganic materials introduced into the middle layer according to the invention are advantageously barium sulfate, chalk, talc, wollastonite, mica, quartz or glass. The glass particles can also be introduced in expanded form as hollow glass spheres, and gypsum can also be used as an inorganic material.

Die wärmeleitenden Partikel können auch aus metallischen Materialien bestehen, wobei hier metallische feinvermahlene Partikel oder Metallpulver aus Aluminium, Kupfer, Zink, Zinn oder Eisen eingesetzt werden können. Es liegt durchaus auch im Rahmen der Erfindung, daß eine Mischung aus anorganischen und metallischen Materialien als wärmeleitende Partikel in die Mittelschicht eingebracht wird.The heat-conducting particles can also consist of metallic materials, whereby finely ground metallic particles or metal powder made of aluminum, copper, zinc, tin or iron can be used. It is also within the scope of the invention that a mixture of inorganic and metallic materials is introduced into the middle layer as heat-conducting particles.

Wenn die koextrudierte Mittelschicht aus einem geschäumten Thermoplast besteht, kann die Dichte der Mittelschicht 0,8 g/cm3 betragen. Diese Dichte wird durch Zugabe von physikalischen/chemischen Treibmitteln zur Ausgangsmatrix der Mittelschicht erzielt. Die Mittelschicht kann auch eine anders strukturierte Polymerschicht, z. B. eine Schicht aus Recyclingmaterial sein. In diesem Fall können Dichten der Mittelschicht bis 2,2 g/cm3 erzielt werden.If the coextruded middle layer consists of a foamed thermoplastic, the density of the middle layer can be 0.8 g/cm 3 . This density is achieved by adding physical/chemical blowing agents to the starting matrix of the middle layer. The middle layer can also be a differently structured polymer layer, e.g. a layer made of recycled material. In this case, middle layer densities of up to 2.2 g/cm 3 can be achieved.

-A--A-

Die wärmeleitenden Partikel sind in Partikelgrößen von 1 &mgr;&igr;&tgr;&igr; bis 200 pm einsetzbar. Sie werden mit einem Füllgrad von 1 bis 50 Gewichtsprozent eingesetzt.The heat-conducting particles can be used in particle sizes from 1 μm to 200 pm. They are used with a filling level of 1 to 50 percent by weight.

Mit der Erfindung wird es erstmals möglich, auch starkwandige Rohre aus polymerem, thermoplastischem Werkstoff z. B. mit einer geschäumten Mittelschicht zu versehen, da die Wärmeisolierung durch die im thermoplastischen, geschäumten Werkstoff als feine Blasen eingeschlossene Luft durch die eingemischten wärmeleitenden Partikel wenigstens kompensiert wird. Durch diese Partikel wird die Abfuhr der Wärme durch die Rohraußenoder Innenwand nicht mehr verhindert. Mit der Erfindung können derartige Rohre, hergestellt nach der Verfahrenstechnik des Standes der Technik nunmehr wirksam nach der Extrusion abgekühlt werden, da die Extrusionswärme durch die gekühlten Kalibrierungen, Kühldorne oder Wasserbäder wirksam und schnell abgeführt werden kann. Damit erreichen diese Rohre die erforderliche Formstabilität und Maßhaltigkeit, denn der beispielsweise während der Verarbeitung erzeugte Schaum der Mittelschicht kann mit dem erfindungsgemäßen Füllgrad an wärmeleitenden Partikeln wirksam stabilisiert werden.The invention makes it possible for the first time to provide thick-walled pipes made of polymeric, thermoplastic material with a foamed middle layer, for example, since the heat insulation caused by the air trapped in the thermoplastic, foamed material as fine bubbles is at least compensated for by the heat-conducting particles mixed in. These particles no longer prevent the heat from being dissipated through the pipe's outer or inner wall. With the invention, such pipes, manufactured using state-of-the-art process technology, can now be effectively cooled after extrusion, since the extrusion heat can be effectively and quickly dissipated by the cooled calibrations, cooling mandrels or water baths. These pipes thus achieve the required shape stability and dimensional accuracy, since the foam of the middle layer, which is produced during processing, for example, can be effectively stabilized with the filling level of heat-conducting particles according to the invention.

Durch die Kombination der auf das Metergewicht bezogen gegenläufigen Faktoren ,,Füllen und Schäumen" wurde ein Werkstoff geringer Dichte, aber hoher Wärmeleitfähigkeit erhalten, der auch zu Rohren höherer Wanddicke verarbeitbar ist und somit ideal als Rohrwerkstoff für dickwandige Mehrschichtenrohre geeignet ist.By combining the opposing factors of "filling and foaming" in relation to the weight per meter, a material with low density but high thermal conductivity was obtained, which can also be processed into pipes with a higher wall thickness and is therefore ideally suited as a pipe material for thick-walled multi-layer pipes.

- Schutzansprüche -- Protection claims -

Claims (7)

SchutzansprücheProtection claims 1. Mehrschichtenrohr aus polymerem, thermoplastischem Werkstoff, bestehend aus einer im Querschnitt dickeren Mittelschicht, welche von jeweils einer im Querschnitt dünneren Innen- bzw. Außenschicht umschlossen ist, wobei die im Querschnitt dickere Mittelschicht aus einem anders strukturierten, thermoplastischen Polymer als die Deckschichten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die geschäumte Mittelschicht mit wärmeleitenden Partikeln hochgefüllt ist.1. Multi-layer pipe made of polymeric, thermoplastic material, consisting of a middle layer with a thicker cross-section, which is surrounded by an inner and outer layer with a thinner cross-section, whereby the middle layer with a thicker cross-section consists of a thermoplastic polymer with a different structure than the cover layers, characterized in that the foamed middle layer is highly filled with heat-conducting particles. 2. Mehrschichtenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitenden Partikel aus anorganischen Materialien bestehen.2. Multilayer pipe according to claim 1, characterized in that the heat-conducting particles consist of inorganic materials. 3. Mehrschichtenrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Materialien Bariumsulfat, Kreide, Talkum, Wollastonit, Glimmer, Quarz, Glas, Gips sind.3. Multilayer pipe according to claim 2, characterized in that the inorganic materials are barium sulfate, chalk, talc, wollastonite, mica, quartz, glass, gypsum. 4. Mehrschichtenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitenden Partikel aus metallischen Materialien bestehen.4. Multilayer pipe according to claim 1, characterized in that the heat-conducting particles consist of metallic materials. 5. Mehrschichtenrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver aus Aluminium, Kupfer, Zink, Zinn, Eisen eingesetzt sind.5. Multilayer pipe according to claim 4, characterized in that metal powders made of aluminium, copper, zinc, tin, iron are used. 6. Mehrschichtenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitenden Partikel in Partikelgrößen von 1 &mgr;&igr;&eegr; bis 200 pm eingesetzt sind.6. Multilayer pipe according to claim 1, characterized in that the heat-conducting particles are used in particle sizes of 1 μm to 200 pm. 7. Mehrschichtenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitenden Partikel mit einem Füllgrad von 1 bis 50 Gewichtsprozent eingesetzt sind.7. Multilayer pipe according to claim 1, characterized in that the heat-conducting particles are used with a filling level of 1 to 50 percent by weight. Rehau, den 06.08.1997
dr.k-zkmiRehau, 06.08.1997
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