DE3131152C2 - Rohre aus verstärktem Polypropylen - Google Patents

Rohre aus verstärktem Polypropylen

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DE3131152C2
DE3131152C2 DE3131152A DE3131152A DE3131152C2 DE 3131152 C2 DE3131152 C2 DE 3131152C2 DE 3131152 A DE3131152 A DE 3131152A DE 3131152 A DE3131152 A DE 3131152A DE 3131152 C2 DE3131152 C2 DE 3131152C2
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Abstract

Beschrieben werden Rohre aus Polypropylen, verstärkt mit Kohlenstoff-Fasern, hergestellt durch Formen eines Verbundmaterials, enthaltend 100 Gew.-Teile Polypropylen, 10 bis 40 Gew.-Teile von teilweise durch eine organische ungesättigte Carbonsäure modifiziertem Polypropylen oder eines Copolymeren aus Propylen und der organischen ungesättigten Carbonsäure und 5 bis 70 Gew.-Teile Kohlenstoff-Fasern von 5 bis 30 μm (Mikrometer) Durchmesser und einem Verhältnis von Durchmesser zu Länge von 10 oder mehr als 10. Das Rohr hält in siedendem Wasser von 100 ° C während sechs Monaten mehr als 95% seiner ursprünglichen Zugfestigkeit bei.

Description

Siungesätiigten Carbonsäure von 3 bis 10 Kohlenstoffato- Zieht man alle vorstehenden Angaben in Betracht,
linien, oder ein Copoiymeres der organischen ungesättig- wobei auch die Bedeutung der F i g. 3 bis 5 berücksich-
l^ten Carbonsäure mit Propylen. Der Modifizierungsgrad tigt wird, so liegt die geeignete Menge an Kohlenstoff-
BJdes Polypropylens liegt in einem Bereich von 1 bis 8%, Fasern in dem Rohr, das mit Kohlenstoff-Fasern ver-Ifvorzugsweise 1 bis 6%. Die organische ungesättigte 5 stärktes Polypropylen enthält, bei 5 bis 70 Gew.-Teilen
. ^Carbonsäure zur Anwendung gemäß der Erfindung um- pro 100 Gew.-Teile Polypropylen.
Mfaßt z. B. Maleinsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Fu- Das erfindungsgemäße Rohrprodukt, hergestellt
ilimarsäure und Endobicyclop^lJ^-dicarbonsaure und durch Formen eines Verbundmaterials, das verstärktes
■ "ihre Anhydride, und im allgemeinen sind Maleinsäure Polypropylen enthält, das 5 bis 70 Gew.-Teile Kohlen-
,und Acrylsäure bevorzugt to stoff-Fasem pro 100 Gew.-Teile Polypropylen enthält,
, ί Wie die F i g. 1 zeigt, wenn die Menge des modifizier- zeigt im Unterschied zu dem Rohr, hergestellt aus PoIy-
;; ten Polypropylens geringer ist als anspruchsgemäß defi- propylen, verstärkt mit Glasfasern, einen kleinen linea-
^niert, die Festigkeit geringer. Wird andererseits die ren thermischen Expansionskoeffizienten und nur eine
^ Menge größer, so stellt man einer Neigung zur Verringe- geringe Verschlechterung, wobei es mehr als 95% sei-
■ rung der thermischen Beständigkeit fest; auch ist die is ner ursprünglichen Festigkeit beibehält, selbst nach län- : Verwendung größerer Mengen des modifizierten Poly- gerer Anwendung in siedendem Wasser bei 100° C.
ν propylens aus Kostengründen ungünstig. Dementsprechend ist das erfindungsgemäße Rohr für
Erfindungsgemäß weisen die zur Verstärkung ver- industrielle Anwendungszwecke sowie Anwendungs-
wendeten Kohlenstoff-Fasern 5 bis 30 μΐη Durchmesser zwecke in Häusern als Rohrleitungen für Heißwasser
7 und ein Abmessungsverhältnis von größer als 10 (Ver- 20 vorteilhaft
''h hältnis von Länge zu Durchmesser) auf. Uvn außerdem
'Ά die Adhäsionsfähigkeit der Kohlenstoff-Fasern an Poly- Beispiel 1
M propylen zu erhöhen, können die Kohlenstoff-Fasern
?'durch Oberflächenbeschichtung behandelt werden, bei- Ausgehend von einem Verbundmaterial, das 100 '/·? spielsweise wird Aminopropyltrioxysilan oder Vinylät- 25 Gew.-Teile Polypropylen (Schmelzindex 9,0), 30 4 hoxysilan zur Beschichtung der Oberfläche der Kohlen- Gew.-Teile modifiziertes Polypropylen mit einem U stoff-Fasern verwendet Schmelzindex von 20,0 und einem Schmelzpunkt von I Im allgemeinen wird die Zugfestigkeit des Polypropy- 162° C, hergestellt durch chemische Addition von 2 % len enthaltenden Materials, das mit Kohlenstoff-Fasern Gew.-Teilen Maleinsäure an 100 Gew.-Teite Polypropy-I verstärkt ist, mit zunehmender Menge an Kohlenstoff- 30 len, und 45 Gew.-Teile Kohlenstoff-Fasern von 14,5 μηι I Fasern in dem Material verbessert, wobei die Tendenz Durchmesser und einem Abmessungsverhältnis von 50 I von einer Temperatur von der Umgebungs- bzw. Raum- enthält wurden Rohre aus mit Kohlenstoff-Fasern verfi temperatur bis nahezu 1000C, wie aus der Fig.3 er- stärktem Polypropylen von 3mm Wandstärke und t; sichtlich ist gleich bleibt So zeigt die Zugfestigkeit im 2,54 cmm Nenndurchmesser durch Extrusionsformen Q allgemeinen bei einer höheren Temperatur einen gerin- 35 bzw. Strangpreßformen oder Rohrziehformen herge- Ü geren Wert, jedoch kann die Verringerung der Festig- stellt Das so hergestellte Rohr wurde kontinuierlich in JJ keit durch den Temperaturanstieg weitgehend verhin- siedendes Wasser bei 100° C eingetaucht und es wurden :'; dert werden durch Zusatz von Kohlenstoff-Fasern in Teststücke monatlich während sechs Monaten entnom- : ΐ das Verbundinaterial zur Formung des Rohrs. In dieser men, die auf ihre Änderung der Zugfestigkeit untersuche h Hinsicht ist es be.orzugt, Kohlenstoff-Fasern in großer 40 wurden; die Ergebnisse sind in der Fig.2 dargestellt - Menge in das Polypropylen zu fügen, zur allgemeinen Wie aus ier Kurve 1 der F i g. 2 ersichtlich ist, zeigte das '.'■} Verbesserung der Zugfestigkeit des geformten Materi- Ausmaß der Beibehaltung der ursprünglichen Zugfe- ; als, jedoch werden die Schmelzfließfähigkeit des Ver- stigkeit keine Änderung während sechs Monaten und bundmaterials, das eine zu große Menge an Kohlen- zeigte beträchtliches und ausgezeichnete Unterschiede stoff-Fasern enthält, und die Verarbeitbarkeit des Ver- 45 im Vergleich mit denen eines Rohrs aus mit Glasfasern bundmaterials bdm Formen bzw. Preßformen, schlech- verstärktem Polypropylen, dargestellt in der Kurve 3. ter. Dies ist verständlich aus der F i g. 4, worin sich der So ist das erfindungsgemäße Rohr besonders gut für die Schmelzindex der Zusammensetzung auf ASTM D-1238 praktische Anwendung geeignet
bezieht. So kann im Falle der Herstellung des erfindungsgemäßen Rohrs durch Strangpreßformen bzw. 50 Beispiel 2
Extrusionsformen das Verbundmaterial, das gegen 70
Gew.-Teile Kohlenstoff-Fasern pro 100 Gew.-Teile Po- Es wurden. Rohre hergestellt unter den gleichen Belypropylen enthält, verarbeitbar sein, jedoch liegt die dingungen wie in Beispiel 1 Deschrieben, jedoch unter bevorzugte Menge bei etwa 50 Gew.-Teilen pro 100 Verwendung eines Copolymeren mit einem Schmelzin-Gew.-Teile Polypropylen, vom Gesichtspunkt der Ver- 55 dex von 50 und einem Schmelzpunkt von 168° C erhalarbeitbarkeit her gesehen. Außerdem zeigt der lineare ten durch Copolymerisation eines Gemischs von 94 thennische Expansionskoeffizient des Rohrs, hergestellt Gew.-Teilen Propylen und 6 Gew.-Teilen Acrylsäure anaus dem Verbundmaterial, das Polypropylen und Koh- stelle des im Beispiel 1 verwendeten mit Maleinsäure lenstoff-Fasern enthält, eine Veringerung mit dem Ge- modifizierten Polypropylens. Wie aus der Kurve 2 der halt an Kohlenstoff-Fasern von über etwa 5 Gew.-Tei- 60 F i g. 1 ersichtlich ist, zeigten auch die so hergestellten len pro 100 Gew.-Teile Polypropylen, wie aus der F i g. 5 Rohre ausgezeichnete Ergebnisse,
ersichtlich. So sind die linearen thermischen Expansionskoeffizienten von Rohren, die Kohlenstoff-Fasern Vergleichsversuch
in Mengen von 0,5 bzw. 10 Gew.-Teilen pro 100
Gew.-Teile Polypropylen enthalten, bei 18-, 13- bzw. 65 Versuch A (irfindungsgemäß)
10,5χ 10-5/°C. Der große Unterschied zwischen den
Koeffizienten zeigt die große Wirkung der Kohlenstoff- Aus einem Verbundmaterial aus 100 Gew.-Teilen
Fasern auf die Dimensionsstabilität des Rohrs. (64,5 Gew.-%) Polypropylen (Schmelzindex 9,0), 10
Gew.-Teilen (6,5 Gew.-%) modifizierten Polypropylen, hergestellt durch chemische Addition von 2 Gew.-Teilen Acrylsäure an 100 Gew.-Teile Polypropylen, und 45 Gew.-Teilen Kohlenstoff-Fasern (29,0 Gew.-%) von 14.5 μπι Durchmesser und einem Abmessungsverhältnis von 50 wurden Rohre mit einer Dicke von 3 mm (Wandung) und 234 cm Nenndurchmesser durch Extrusionsverformung hergestellt Unter kontinuierlichem Eintauchen der hergestellten Rohre in siedendes Wasser von 1000C wurden monatlich im Verlauf von 2 Monaten Rohre auf die Änderung ihrer Zugfestigkeit untersucht Nach 2 Monaten waren 96% der ursprünglichen Zugfestigkeit beibehalten.
Versuch B (Vergleich)
Ein Rohr wurde in gleicher Weise wie im Versuch A hergestellt aus dem folgenden, nach Beispiel 17 der DE-
Ί;1
Polypropylen 67 Gew.-Teile mit Acrylsäure modifiziertes
Polypropylen 3 Gew.-Teile Glasfasern 30 Gew.-Teile
Das Rohr wurde wie im Versuch 1 kontinuierlich in siedendes Wasser getaucht und auf die Beibehaltung seiner Zugfestigkeit untersucht
Nach 2 Monaten waren nur noch 80% der ursprünglichen Zugfestigkeit beibehalten.
Versuch C (Vergleich)
Ein Rohr wurde in gleicher Weise wie im Versuch A hergestellt: Dabei wurde folgendes Material verwendet:
Polypropylen 67 Gew.-Teile mit Acrylsäure modifiziertes Polypropylen 3 Gew.-Teile
Kohlenstoffasem 30 Gew.-Teile
Das erhaltene Rohr wurde wie in den Versuchen 1 und 2 getestet Nach 2 Monaten waren nur noch 87% der ursprünglichen Zugfestigkeit vorhanden.
45
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
50 55 60

Claims (1)

  1. ι 2
    Betracht gezogen und verwirklicht, jedoch konnte die
    Patentanspruch: Verringerung der Festigkeit während langzeitigen Eintauchens in siedendes Wasser bei 100°C nicht verhin-
    Rohre aus verstärktem Polypropylen mit einem dert werden. So werden in der DE-OS 23 24 382 Polyo-
    Gehalt an Polypropylen, modifiziertem Propylen 5 lefinharzzusammensetzungen beschrieben, die ein
    und anorganischem Fasermaterial, dadurch ge- durch reaktive Gruppen modifiziertes Polyolefin, ein
    kennzeichnet, daß das verstärkte Polypropy- nicht modifiziertes Polyolefin und ein anorganisches fa-
    len 100 Gew.-Teile Polypropylen, 10 bis 40 serartiges Material enthalten. In der Praxis lassen sich
    Gew.-Teile teilweise modifiziertes Polypropylen, bei aus diesen Zusammensetzungen jedoch keine Fohre mit
    dem es sich um ein chemisch behandeltes Polypropy- io langzeitiger Beständigkeit gegen Heißwasser herstellen,
    len, das 1 bis 8 Gew.-Teile einer organischen unge- Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung
    sättigten Carbonsäure mit 3 bis 10 Kohlenstorfato- von Rohren, die ihre mechanische Festigkeit während
    men pro 100 Teile des chemisch behandelten Poly- langzeitigen Eintauchens in siedendes Wasser beibehal-
    propylens enthält, erhalten durch Zusatz der organi- ten.
    sehen ungesättigten Carbonsäure zu Polypropylen, 15 Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch be-
    oder um ein Copolymeres von Propylen und der schriebenen Rohre gelöst
    organischen ungesättigten Carbonsäure, enthaltend Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen Roh-1 bis 8 Gew.-Teile der organischen ungesättigten re einen kleinen thermischen Expansionskoeffizienten Carbonsäure pro 100 Gew.-Teile des Copolymeren, in siedendem Wasser bei 100°C sowie ein großes Aushandelt, uzs-J 5 bis 70 Gew.-Teile Kohlenstoff-Fasern, 20 maß der Beibehaltung ihrer ursprünglichen Länge wähmit einem Durchmesser von 5 bis 30 um und einem rend eines langen Zeitraums in siedendem Wasser bei Verhältnis von Durchmesser zu Länge von 10 oder 100° C aufweisen.
    mehr als 10 enthält Im folgenden werden die beigefügten Figuren kurz
    erläutert: Die F i g. 1 zeigt in Beziehung zwischen der
    25 Zugfestigkeit und der Menge an modifiziertem Polypropylen in einem Rohr, hergestellt aus einer Zusammensetzung, enthaltene Polypropylen, modifiziertes PoIy-
    Formkörper und Rohre, die beständig gegen heißes propylen und Kohlenstoff-Fasern (45 Gew.-Teile pro
    Wasser bei 100°C sind, wurden nicht nur für industrielle 100 Teile Polypropylen); die Kurve 1 zeigt ein Rohr, das
    Zwecke verwendet, sondern insbesondere in den letzten 30 mit Maleinsäure modifiziertes Polypropylen enthält,
    Jahren in großem Ausmaß als Rohrleitungen für Zen- und die Kurve 2 zeigt die eines Rohres, das ein Copoly-
    tralheizungen in Häusern. Als ein synthetisches Harz meres von Propylen und Acrylsäure enthält Die Fi g. 2
    zur Herstellung derartiger Rofee, die Heißwasser-be- zeigt die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Erhal-
    ständig (siedendes V/asser bei 100° C) sind, wurden FIu- tung der ursprünglichen Zugfestigkeit eines Rohres, das
    orpolymere, wärmehärtende Haix-τ, verstärkt durch Fa- 35 45 Gew.-Teile Kohlenstoff-Fasern, 30 Gew.-Teile modi-
    sern, oder chloriertes Polyvinylchlorid verwendet Je- fiziertes Polypropylen und 100 Teile Polypropylen ge-
    doch können Fluorpolymere nicht allgemein verwendet maß der Erfindung enthält, und dem Zeitraum, während
    werden, aufgrund ihrer schlechten Verarbeitbarkeit und dem das Rohr in siedendem Wasser bei 100° C gehalten
    ihrer hohen Kosten. Wärmehärtende Harze, die mit Fa- wurde. Dabei zeigt die Kurve 1 d:i Beziehung für ein
    sern verstärkt sind, sind nicht geeignet zur Massepro- 40 Rohr, in dem das modifizierte Polypropylen erhalten
    duktion, aufgrund ihrer Wärniehärtungseigenschaften wurde durch chemisches Behändem von Polypropylen
    und chloriertes Polyvinylchlorid ist ebenfalls nicht für mit Maleinsäure, so daß 2 Gew.-Teile Maleinsäureein-
    diese Zwecke geeignet, da seine Wärmebeständigkeit heiten pro 100 Gew.-Teile Propyleneinheiten enthalten
    bei einer Temperatur von höchstens 100°C liegt und es sind; die Kurve 2 zeigt die Beziehung für ein Rohr, in
    schwer verarbeitbar ist 45 dem das modifizierte Polypropylen erhalten wurde
    Zwar ist Polypropylen, ein thermoplastisches Harz, durch Copolymerisation von Propylen und Acrylsäure,
    günstig verarbeitbar und für die Anwendung in einem so daß 6 Gew.-Teile Acrylsäureeinheiten pro 100
    derartigen Temperaturbereich thermisch beständig, je- Gew.-Teile Propyleneinheiten enthalten sind; und die
    doch liegt sein thermischer Expansionskoeffizient in ei- Kurve 3 zeigt die Beziehung für ein übliches verstärktes
    nem Temperaturbereich von 50 bis 100° C sehr hoch, bei 50 Polypropylenrohr, das 45 Gew.-Teile Glasfasern pro 100
    18χ 10-V0C, und dementsprechend sind die Deforma- Gew.-Teile Polypropylen enthält Die Fig.3 zeigt die
    tion und die Verschiebung eines langen Rohres, das aus Beziehung zwischen der Zugfestigkeit eines Rohres und
    Polypropylen hergestellt wurde, sehr groß und im Falle dem darin enthaltenen Gehalt an Kohlenstoff-Fasern
    einer mechanischen Begrenzung der Deformation und gemäß der Erfindung bei den jeweils angegebenen
    Verschiebung wird eine starke innere Spannung er- 55 Temperaturen. Die F i g. 4 zeigt die Beziehung zwischen
    zeugt, wodurch das Rohr bricht. dem Schmelzindex und dem Gehalt an Kohlenstoff-Fa-
    Um einen derartigen Nachteil zu vermeiden, wurde sern eines für erfindungsgemäße Rohre verwendeten
    der Zusatz eines Füllstoffs in das Basismaterial vorgese- Verbundmaterials. Die F i g. 5 zeigt die Beziehung zwi-
    hen, und angesichts der Festigkeitsverbesserung wur- sehen dem linearen thermischen Expansionskoeffizien-
    den Glasfasern als Füllstoff vorwendet. Jedoch wurde 60 ten und dem Gehalt an Kohlenstoff-Fasern eines erfin-
    gefunden, daß durch Glasfasern verstärktes Polypropy- dungsgemäßen Rohres. Im übrigen war die Zusammen-
    len eine starke Verringerung der Festigkeit in sieden- Setzung der Rohre und des Verbundmaterials der F i g. 3
    dem Wasser aufweist Beispielsweise zeigte Polypropy- bis 5, abgesehen von den Kohlenstoff-Fasern, 100
    len, verstärkt mit 45 Gew.-% Glasfasern, bezogen auf Gew.-Teile Polypropylen und 30 Gew.-Teile modifizier-
    das verstärkte Polypropylen, eine starke Festigkeitsver- 65 tes Polypropylen.
    schlechterung mit der Zeit, was aus der Kurve 3 der Unter dem modifizierten Propylen ist eines zu verste-
    beigefügten F i g. 2 ersichtlich ist. Die Verwendung von hen, das erhalten wurde durch Modifizieren eines Teils
    Kohlenstoff-Fasern anstelle von Glasfasern wurde in der Moleküle von Polypropylen mit einer organischen
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