DE3737004A1 - Extrudierbare kunststoffmischung - Google Patents

Extrudierbare kunststoffmischung

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Description

Die Erfindung betrifft eine extrudierbare Kunststoffmischung aus einem Thermoplasten und zumindest einem Füllstoff.
Es ist bekannt, thermoplastischen Kunststoffen Füllstoffe beizumischen, um deren Eigenschaften zu verändern. So ist beispielsweise bekannt, Ruße beizumischen, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Fasern können die mechanische Festigkeit verbessern. Metalloxide, wie z.B. Kalziumkarbonat dienen im wesentlichen als Füllstoff, um wertvolles Kunststoffmaterial zu sparen und u.a. auch die Brennbarkeit zu verringern.
Es ist weiterhin bekannt, daß man eine Vielzahl von thermoplastischen Kunststoffen vernetzen kann, mit dem Ziel, dem Kunststoff bestimmte Eigenschaften zu vermitteln. So werden beispielsweise durch eine Vernetzung die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes insbesondere bei höheren Temperaturen verbessert. Ein wesentlicher Nachteil der vernetzten Kunststoffe ist, daß sie nicht wiederverwendbar sind, d.h. daß recycling-Verfahren, wie sie für nicht vernetzte Kunststoffe eingesetzt werden, für vernetzte Kunststoffe nicht anwendbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, wie vernetzte Kunststoffe wieder verwendbar gemacht werden können. Drüberhinaus soll die Möglichkeit gegeben werden, thermoplastischen Kunststoffen verbesserte Eigenschaften zu vermitteln.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Partikel eines vernetzten Kunststoffes einer extrudierbaren Kunststoffmischung als Füllstoffe beigeben sind. Durch den Zusatz von Partikeln aus vernetztem Kunststoff werden z. B. die Abriebfestigkeit verbessert sowie die Biegesteifigkeit erhöht.
Der Anteil des Füllstoffes liegt zwischen 10 und 50 Gew%, vorzugsweise zwischen 20 und 35 Gew%.
Mit besonderem Vorteil wird als Thermoplast Polyethylen und als Material für den Füllstoff vernetztes Polyethylen verwendet. Zweckmäßigerweise wird ein vernetztes Polyethylen verwendet, welchem Silangruppen aufgepfropft und welches bei Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzt wurde.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen die Partikel in Form von Fasern in der Mischung vor, die eine Länge von 5 bis 50 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 20 mm haben. Der Querschnitt der Fasern sollte mindestens 1 mm2 betragen. Da die Fasern zweckmäßigerweise durch spanende Bearbeitung, z.B. durch Fräsen oder Hobeln erzeugt werden, ist ihr Querschnitt annähernd rechteckig. Dabei sollte die kürzeste Seite des Rechtecks einen Wert von 0,5 mm nicht unterschreiten.
Die thermoplastische Komponente der Mischung ist mit Vorteil vernetzbar. Hierfür bietet es sich an, daß man im Falle von Polyethylen dem Polyethylen Silangruppen aufpfropft. Nach der Formgebung der Mischung durch Extrusion kann dann die thermoplastische Komponente bei Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetzt werden.
Für die Mischung nach der Lehre der Erfindung gibt es eine Vielzahl von vorteilhaften Anwendungsmöglichkeiten. So besteht die Möglichkeit, die Mischung zum Isolieren elektrischer Leiter zu verwenden. Da die Isolierwirkung der Mischung die gleiche ist wie die des "reinen" Thermoplasten, muß die Wanddicke der Isolierschicht nicht erhöht werden. Besonders zweckmäßig ist der Einsatz der Mischung als Werkstoff für Mäntel von elektrischen Kabeln, Leitungen oder Rohren. Insbesondere für erdverlegte Fernwärmeleitungsrohre, die aus einem mediumführenden Innenrohr, einer Wärmedämmschicht und einem Außenmantel aus Kunststoff bestehen, ist die Mischung bevorzugt einsetzbar, da aufgrund der rauhen Oberfläche eines aus der erfindungsgemäßen Mischung hergestellten Außenmantels eine verbesserte Haftung mit dem Erdreich entsteht. Vorteilhaft für diesen Anwendungsfall wirkt sich noch die höhere Biegesteifigkeit aus, da solche Rohre höhere Außendrücke aufnehmen können.
Ein weiterer vorteilhafter Anwendungsfall ist die Herstellung von Kunststoffrohren. Da ein aus der erfindungsgemäßen Mischung hergestelltes Rohr eine relativ große Rauhigkeit aufweist, ist deren Einsatz jedoch begrenzt.
Ein besonders günstiges Einsatzgebiet für die Mischung ist die Herstellung von wärmeschrumpfbaren Gegenständen. Völlig überraschend hat sich gezeigt, daß ein aus der Mischung hergestellter Gegenstand nach einem Reckvorgang bei einer Temperatur oberhalb des Kristallitschmelzpunktes der vernetzten Komponente und anschließender Abkühlung im gereckten Zustand nach Erwärmung nahezu wieder auf das Maß bei der Formgebung zurückschrumpfte. Aus der Mischung können in besonders wirtschaftlicher Weise Bänder, Rohre, Kappen etc. in wärmeschrumpfbarer Ausführung hergestellt werden. Um die Reißfestigkeit solcher Schrumpfartikel zu erhöhen, sind nach einem weiteren Gedanken der Erfindung innerhalb der Wandung quer zur Schrumpfrichtung verlaufende, sich über die gesamte Länge des Gegenstandes erstreckende Fäden aus hochfestem Werkstoff angeordnet. Solche Fäden bestehen zweckmäßigerweise aus Glasfasern, Polyester, Polyamid oder aus einem hochvernetzten Polymeren, z.B. hochvernetztem Polyethylen. Die Fäden verlaufen in nahezu gleichem Abstand zueinander und weisen einen Abstand zwischen 2 und 10 mm zueinander auf. Wesentlich ist ferner der Querschnitt der Fäden, der zwischen 0,5 und 5 mm2 betragen sollte.
Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es wurde eine Mischung vorbereitet, welche aus
100 kg Polyethylengranulat
 50 kg Fasermaterial aus vernetztem Polyethylen
besteht.
Diese Mischung wurde in einen Extruder eingegeben und bei einer Temperatur von 200 Grad C extrudiert.
In der Fig. 1 ist ein aus Einzeldrähten aufgebauter elektrischer Leiter 1 mit einer Isolierschicht 2, welche aus der obengenannten Mischung bestand, dargestellt.
Die Fig. 2 zeigt eine Leitung aus drei mit einem herkömmlichen Isolierwerkstoff, z.B. Polyvinylchlorid isolierten elektrischen Leitern 3,4 und 5, welche von einem gemeinsamen Mantel 6 umgeben sind. Die Mantelmischung entsprach der obengenannten Zusammensetzung.
Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein sogenanntes Kunststoffmantelrohr, welches aus einem Innenrohr 7 aus Stahl, einer Wärmedämmschicht 8 aus Polyurethanschaum, sowie einem Kunststoffaußenmantel 9 besteht. Zur Herstellung dieses Fernwärmerohres wurde zunächst das Kunststoffrohr 9 aus der o.g. Mischung extrudiert. Von der extrudierten Rohrlänge wurde eine Länge von 10 m abgetrennt und in die abgetrennte Länge ein Stahlrohr 7 von 10,5 m eingebracht, so daß das Stahlrohr 7 das Kunststoffrohr 9 an beiden Enden um 25 cm überragte. Die Rohre 7 und 9 befanden sich in konzentrischer Anordnung zueinander. Der Ringraum zwischen den Rohren 7 und 9 wurde mit einem Polyurethanschaum ausgeschäumt.
In der Fig. 4 ist ein Schrumpfschlauch 10 dargestellt, wobei zunächst aus der o.g. Mischung ein Schlauch mit einem Querschnitt extrudiert wurde, der annähernd dem Querschnitt entsprach, der in der rechten Hälfte der Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Schlauch wurde auf 170 Grad C erwärmt und in einem Glykolbad aufgeweitet zu einem Querschnitt, wie er in der linken Hälfte der Fig. 4 dargestellt ist. Der Schlauch wurde im aufgeweiteten Zustand auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach einer Erwärmung auf 150 Grad C schrumpfte der Schlauch 10 wieder auf das ursprüngliche Maß zurück (s. rechte Hälfte der Fig. 4).
Bei allen Ausführungsbeispielen war zu beobachten, daß die Oberfläche eine bestimmte Rauhigkeit aufwies. Die Rauhigkeit der Oberfläche dürfte sich bei den meisten Anwendungsfällen nicht negativ auswirken. Für den in der Fig. 3 dargestellten Anwendungsfall entstehen aus der Oberflächenrauhigkeit Vorteile, wenn solche Rohre im Erdreich verlegt werden, da eine Rauhigkeit des Kunststoffaußenmantels 9 an seiner äußeren Oberfläche eine bessere Haftung zum Erdreich ergibt. Die Rauhigkeit der inneren Oberfläche des Kunststoffrohres 9 führt zu einem verbesserten Formschluß zwischen Schaumstoffschicht 8 und dem Kunststoffaußenmantel 9.
Bei allen Proben war eine gewisse Zunahme der Steifigkeit verglichen mit reinem Polyethylen gleicher Dichte zu bemerken, und zwar dergestalt, daß mit steigendem Anteil der Fasern in der Mischung die Steifigkeit zunahm. Für erdverlegte Rohre dürfte dieses wegen der auftretenden hohen Verkehrslasten von Vorteil sein. Obwohl die Fasern während der Extrusion durch die im Extruder auftretenden hohen Scherkräfte zerkleinert werden, verbleiben offensichtlich noch Partikel ausreichender Größe innerhalb des Extrudates, welche die Eigenschaft der Mischung verändern können. So ist zu erwarten, daß Partikel aus vernetztem Material innerhalb des thermoplastischen wie Inseln gelegen sind. Diese Partikel werden beim Anwendungsfall Schrumpfartikel in sich beim Recken gedehnt und erzeugen beim Wiedererwärmen ausreichend hohe Schrumpfkräfte.

Claims (17)

1. Extrudierbare Kunststoffmischung aus einem Thermoplasten und zumindest einem Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus Partikeln eines vernetzten Kunststoffes besteht.
2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus 50 bis 90 Gewichtsprozenten Thermoplast und 10 bis 50 Gewichtsprozenten aus Partikeln des vernetzten Kunststoffes besteht.
3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast Polyethylen ist.
4. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der vernetzte Kunststoff vernetztes Polyethylen ist.
5. Mischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vernetzte Polyethylen ein mit Silangruppen gepfropftes und bei Anwesenheit von Feuchtigkeit vernetztes Polyethylen ist.
6. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel als Fasern mit einer Länge zwischen 5 und 50 mm, vorzugsweise 2 und 20 mm ausgebildet sind.
7. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Fasern mindestens 1 mm beträgt.
8. Mischung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Fasern eine im wesentlichen rechteckige Form aufweist und daß der kürzeste Abstand zweier einander gegenüberliegender Flächen 0,5 mm nicht unterschreitet.
9. Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast vernetzbar ist.
10. Verwendung einer Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden als Werkstoff zum Isolieren elektrischer Leiter.
11. Verwendung einer Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden als Werkstoff für Mäntel von elektrischen Leitungen, Kabeln oder Rohren.
12. Verwendung einer Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden als Werkstoff zur Herstellung von Rohren.
13. Verwendung einer Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden als Werkstoff zur Herstellung von wärmeschrumpfbaren Gegenständen.
14. Wärmeschrumpfbarer Gegenstand aus einer Mischung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Wandung quer zur Schrumpfrichtung verlaufende sich über die gesamte Länge des Gegenstandes erstreckende Fäden aus hochfestem Werkstoff angeordnet sind.
15. Wärmeschrumpfbarer Gegenstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus Glasfasern, Polyester, Polyamid oder einem hoch vernetzten Polymeren, z.B. vernetzten Polyethylen bestehen.
16. Wärmeschrumpfbarer Gegenstand nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden in nahezu gleichem Abstand parallel zueinander verlaufen und einen Abstand zueinander von 2 bis 10 mm aufweisen.
17. Wärmeschrumpfbarer Gegenstand nach Anspruch 14 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Fäden zwischen 0,5 und 5 mm2 beträgt.
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