DE60121779T2

DE60121779T2 - Hochdruck verbundrohr und verfahren zur herstellung des rohres

Info

Publication number: DE60121779T2
Application number: DE60121779T
Authority: DE
Inventors: c/o SEKISUI CHEMICAL CO. Koji Kyoto-shi YAMAGUCHI; c/o SEKISUI CHEMICAL CO. Katsuo Kyoto-shi MATSUZAKA; c/o SEKISUI CHEMICAL CO. Takehiro Kyoto-shi YAMADA; c/o SEKISUI CHEMICAL CO. Koichi Kyoto-shi ADACHI; c/o SEKISUI CHEMICAL CO. Mitsuhide Hachioji-shi NOGAMI
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: DE60121779D1; EP1314923A4; WO2002018832A1; US6688339B2; JP4076440B2; US20030178082A1; EP1314923A1; EP1314923B1; ATE334335T1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft Hochdruckverbundrohre für die Verwendung als Hochdruckrohre oder -schläuche, die eine hohe Festigkeit gegen Innendruck benötigen, und betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung derselben.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Hochdruckrohre zum Befördern von Wasser, Gas und ähnlichen Medien bestehen herkömmlicherweise aus Stahl oder Harz und sind z.B. starre Polyvinylchloridrohre und Polyethylenrohre.
Stahlrohre haben zwar eine hohe Festigkeit gegen Innendruck und eine ausgezeichnete Kriechbeständigkeit, aber sie sind mit den Mängeln behaftet, dass sie nur wenig erdbebenfest sind und Rost und Korrosion entwickeln. Daher besteht seit kurzem der Trend, Kunstharzrohre wie starre Polyvinylchloridrohre und Polyethylenrohre oder verstärkte Verbundrohre zu verwenden. Besonders der Einsatz von verstärkten Verbundrohren ist wegen ihrer überlegenen Beständigkeit gegen Rost, Korrosion und Druck usw. gestiegen.
Zu Verstärkungen gehören Metallfasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kunstharzfasern, streckgeformte Kunstharzfasern, Faserbündel oder Geflechte aus diesen Fasern, und Bänder oder streckgeformte Bänder aus diesen Fasern. Damit ihre Verstärkungseffekte zum Tragen kommen, werden diese Verstärkungen als Zwischenlage in der Rohrwandschicht eines Kunstharzrohres angeordnet, oder sie werden auf die Außenlage oder die Innenlage laminiert.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. H10-19170 schlägt ein Beispiel für das verstärkte Hochdruckrohr vor. Eine Verstärkungslage wird durch Wickeln mehrerer Metallblechlagen (Stahlbänder) auf die externe Umfangsfläche eines Kunstharzrohrs (eine Innenlage) gebildet. Ferner werden die korrosionsbeständige Lage und eine Schaumstofflage (Außenlagen) auf die externe Umfangsfläche der Verstärkungslage laminiert. Dieses Hochdruckverbundrohr wird im Hinblick auf seine Druckbeständigkeit gegen internen Hydraulikdruck und auch im Hinblick auf seine druckbeständige Kriecheigenschaft verbessert.
Dieses Hochdruckverbundrohr ist jedoch im Hinblick auf seine Hafteigenschaft (Grenzflächenhaftung) zwischen der Verstärkungslage (dem Metallblech) und dem Kunstharz für die Innenlage unterlegen. Aufgrund eines solchen Mangels kann das Rohr, wenn es geschnitten wird, dem Wasserdruck am Rohrende nachgeben. Dann dringt Wasser von der Schnittfläche zwischen der Verstärkungslage und der Kunstharzschicht (d.h. Innenlage) durch und verursacht ein Aussickern oder so genannte Blasenbildung (Wasserblasen entstehen auf der Oberfläche der Verstärkungslage). Schließlich kann der Inhalt aus dem Rohr auslecken oder das Rohr verstopfen.
Daher muss in Bezug auf das Schneiden und Verbinden herkömmlicher Hochdruckverbundrohre ein Klebstoff auf das Breitenende jedes Rohrs aufgebracht oder die Verstärkungslage am Verbindungsteil entfernt werden, bevor die Rohre verbunden werden. Diese Vorbereitung erfordert hohe Arbeitsfertigkeiten und höhere Arbeitskosten.
Die vorliegende Erfindung soll diese Probleme lösen.
Die EP 1130303 A und die WO 00/22334 A beschreiben jeweils ein System, in dem ein Schlauch aus einem Innenlagenrohr und einer Reihe von Wicklungen um das Innenlagenrohr gebildet wird. Das Innenlagenrohr wird aus einem einzelnen Kunstharz gebildet.
Die US 4102724 A , die als der nächstliegende Stand der Technik angesehen wird, beschreibt ein System, bei dem ein Schlauch aus einem Innenlagenrohr und einer Reihe von Wicklungen um das Innenlagenrohr gebildet wird. Die Außenfläche des Innenlagenrohrs wird mit einer Reihe von Aussparungen ausgebildet, so dass beim Erhitzen des Innenlagenrohrs zum Zusammenschweißen von Innenlagenrohr und Wicklungen verhindert wird, dass Material Ausstülpungen auf der Oberfläche des Schlauchs bildet.
Die SU 1006852 beschreibt ein System zum Schützen einer Rohroberfläche. Ein thermoplastisches Polymerband wird um die Rohroberfläche gewickelt und der Spalt zwischen benachbarten Bändern wird mit einem Lösungsmittel derselben Zusammensetzung wie das thermoplastische Polymerband gefüllt und verschweißt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Hochdruckverbundrohre bereitzustellen, bei denen es weder zu Sickern aufgrund des Eindringens von Wasser von einer Schnittfläche des Rohrs noch zu einem Bruch durch Blasenbildung kommt und die eine überlegene Druckbeständigkeit haben. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung dieser Hochdruckverbundrohre bereitzustellen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung umfasst ein Innenlagenrohr aus einer Mehrzahl von Kunstharzschichten und eine Verstärkungslage, die durch spiralförmiges Wickeln einer gestreckten Polyolefinharzfolie auf einer externen Umfangsfläche des Innenlagenrohrs gebildet wird, wobei das Kunstharz für wenigstens eine äußerste Schicht des Innenlagenrohrs in einen Spalt gefüllt wird, der durch die gestreckte Polyolefinharzfolie definiert wird, die auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzfluss-Index der äußersten Schicht der Kunstharzschichten für alle Kunstharzschichten des Innenlagenrohrs am höchsten ist.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung bedeutet der von der gestreckten Polyolefinharzfolie definierte Spalt (der Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie) im Prinzip einen spiralförmigen Spalt, der zwischen Breitenenden von benachbarten Drehungen der Polyolefinharzfolie gebildet wird, wenn die gestreckte Polyolefinharzfolie als Verstärkungslage auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs gewickelt wird.
Ferner kann in dem Fall, in dem die gestreckte Polyolefinharzfolie in mehreren Lagen gewickelt wird, der Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie einen Spalt beinhalten, der zwischen einer Folienlage, die das Innenlagenrohr kontaktiert, und einer anderen Folienlage entsteht, die über der ersten Folienlage liegt (beim Beschichten einer Außenlage kann sich der Begriff auch auf einen Spalt beziehen, der zwischen einer Folienlage, die die Außenlage kontaktiert, und einer anderen Folienlage entsteht, die unter der ersteren Folienlage liegt). Daneben kann sich der Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie, wenn die gestreckte Polyolefinharzfolie spiralförmig gewickelt wird, so dass ihre Breitenenden einander überlappen, ferner auf einen Spalt beziehen, der in der Nähe des Überlappungsabschnitts entsteht.
Gemäß dem Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung wird die Verstärkungslage aus einer gestreckten Polyolefinharzfolie auf eine externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs aus einem Thermoplastharz gewickelt und laminiert. Bei diesem Vorgang werden das Innenlagenrohr und die gestreckte Polyolefinharzfolie durch Erhitzen miteinander verschmolzen.
In dieser Phase wird die Erhitzungstemperatur in die Nähe des Schmelzpunkts des Kunstharzes für das Innenlagenrohr erhöht, so dass die Oberfläche des Innenlagenrohrs schmelzen kann. Ferner bewirkt die Hitze ein Schrumpfen der gestreckten Polyolefinharzfolie und die Erzeugung eines Oberflächendrucks. Infolgedessen läuft das Harz für das Innenlagenrohr (das geschmolzene Harz auf der Oberfläche) in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie (den spiralförmigen Spalt zwischen den Folienenden).
So wird mit dem Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung das Eindringen von Wasser von einer Schnittfläche des Rohrs vermieden, so dass ein Sickern oder ein Bruch durch Blasenbildung verhindert wird.
Um ein spezielles Beispiel für das Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung zu geben, das Innenlagenrohr kann aus mehreren Kunstharzschichten bestehen. Ein Kunstharz für wenigstens die äußerste Schicht dieses Innenlagenrohrs wird in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie gefüllt.
Gemäß dieser Struktur quillt, wenn die Verstärkungslage aus der gestreckten Polyolefinharzfolie unter Erhitzung mit dem Innenlagenrohr integriert wird, die äußerste Schicht des Innenlagenrohrs auf und fließt besser in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie. Daher kann das Kunstharz für das Innenlagenrohr in einem besseren Zustand eingefüllt werden.
Wenn das Innenlagenrohr mehrere Kunstharzschichten hat, dann können diese Schichten aus demselben Harz oder aus unterschiedlichen Harzen bestehen. So kann z.B. ein Polyethylen-Innenlagenrohr mit einer innersten Schicht aus HDPE (Polyethylen mit hoher Dichte), einer mittleren Schicht aus LLDPE (lineares Polyethylen mit geringer Dichte) und einer äußersten Schicht aus LDPE (Polyethylen mit geringer Dichte) bestehen. Als weiteres Beispiel, bei einem Innenlagenrohr, das aus einer innersten Schicht aus Polypropylen und einer äußersten Schicht aus Polyamid besteht, kann eine säuremodifizierte mittlere Schicht zwischen diesen Schichten vorgesehen werden, um Haftfähigkeit zu verleihen.
In einem bevorzugten Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung hat, wenn das Innenlagenrohr mehrere Kunstharzschichten hat, ein Kunstharz für wenigstens die äußerste Schicht einen Schmelzindex (gemäß JIS K 6760) von 2 g/10 min oder größer (einschließlich 2 g/10 min).
Bei einem Kunstharz mit einem höheren Schmelzindex, bei dem es sich um ein Kunstharz mit hoher Fluidität handelt, kann das Kunstharz für das Innenlagenrohr leicht in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie fließen. Somit kann das Kunstharz in einem besseren Zustand in den Spalt gefüllt werden. In der folgenden Beschreibung wird der Begriff „Schmelzindex" mit MI bezeichnet.
Was das obige Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung betrifft, wenn die Verstärkungslage aus der gestreckten Polyolefinharzfolie unter Erhitzung mit dem Innenlagenrohr integriert wird, dann schrumpft die gestreckte Polyolefinharzfolie und bewirkt ein Ausscheiden des Kunstharzes für das Innenlagenrohr. Demgemäß sind, wenn das Innenlagenrohr mehrere Schichten aus zwei oder mehr Kunstharztypen hat, die Schichten in dem Innenlagenrohr so angeordnet, dass sie unterschiedliche MIs haben, wobei die äußerste Schicht den höchsten MI hat. Mit dieser Anordnung kann das Harz für die äußerste Schicht leichter ausscheiden. In einem günstigen Fall ist das Kunstharz für jede Schicht ein Polyolefinharz und das Kunstharz für die äußerste Schicht hat einen MI von 0,1 g/10 min oder höher, vorzugsweise von etwa 1,0 bis 30,0 g/10 min, im Hinblick auf die eigentliche Rohrbildung.
In einem bevorzugten Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung ist, wenn das Innenlagenrohr mehrere Kunstharzschichten hat, ein Schmelzpunkt eines Kunstharzes für wenigstens die äußerste Schicht niedriger als der von wenigstens einem der Kunstharze für die andere(n) Schicht(en). Die Schmelztemperaturdifferenz beträgt 5°C oder höher (einschließlich 5°C).
Wo die äußerste Schicht des Innenlagenrohrs eine niedrigere Schmelztemperatur hat, da ist es möglich, die Erhitzungstemperatur zum Integrieren des Innenlagenrohrs mit der Verstärkungslage aus der gestreckten Polyolefinharzfolie zu reduzieren, während eine ausreichende Hafteigenschaft zwischen dem Innenlagenrohr und der gestreckten Polyolefinharzfolie gewährleistet wird. Somit kann die Integration durch eine Niedertemperaturerhitzung erzielt werden, bei der es zu keiner Entspannung in der gestreckten Polyolefinharzfolie kommt. Daneben kann das Rohr gegen Verformung oder diametrales Zusammenziehen aufgrund der Schrumpfspannung der Folie geschützt werden. Ferner ergibt die Niedertemperaturerhitzung Energieeinsparungen.
In Bezug auf eine bevorzugte Innenlage mit mehreren Schichten, die Hauptschicht besteht aus einem Harz mit ausgezeichneter Kriecheigenschaft, und die äußerste Schicht besteht aus einem Harz, das geeigneterweise in dem Folienspalt eingebettet ist (ein Harz mit einem niedrigen Schmelzpunkt und/oder einem hohen MI).
In einem bevorzugten Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung weist die gestreckte Polyolefinharzfolie, die die Verstärkungslage bildet, eine Schrumpfspannung von 4,9 MPa oder höher (einschließlich 4,9 MPa) im erhitzten Zustand auf.
Wenn die gestreckte Polyolefinharzfolie einen höheren Prozentanteil an Wärmeschrumpfung zeigt, dann erzeugt die gestreckte Polyolefinharzfolie eine höhere Schrumpfspannung infolge der Wärmebehandlung zum Integrieren des Innenlagenrohrs mit der Verstärkungslage aus der gestreckten Polyolefinharzfolie. Diese Schrumpfspannung bewirkt wiederum die Erzeugung eines bemerkenswert hohen Oberflächendrucks zwischen dem Innenlagenrohr und der gestreckten Polyolefinharzfolie. Schließlich kann das Kunstharz für das Innenlagenrohr leichter in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie ausscheiden.
In dieser Hinsicht liegt ein guter Bereich für die Schrumpfspannung zwischen 4,9 und 15 MPa, weil eine zu hohe Schrumpfspannung der gestreckten Polyolefinharzfolie Variationen des Außendurchmessers beim Formungsprozess des Hochdruckverbundrohrs stark beeinflusst. Die Schrumpfspannung soll bei der Temperatur zum Füllen des Harzes für das Innenlagenrohr in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie gemessen werden.
In dem Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung kann ein wärmesiegelbares Harz in den Spalt gefüllt werden, der von der gestreckten Polyolefinharzfolie definiert wird, die auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs gewickelt wird.
Aufgrund des heißsiegelbaren Harzes, das den Spalt füllt, der durch die gestreckte Polyolefinharzfolie definiert wird, kann das Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung das Eindringen von Wasser von einer Schnittfläche des Rohrs vermeiden und dadurch Sickern oder einen Bruch durch Blasenbildung verhindern. Ferner kann das heißsiegelbare Harz das Innenlagenrohr (und die äußere Schicht) und die gestreckte Polyolefinharzschicht verschmelzen, ohne dass ein Spalt an der Grenzfläche bleibt.
In dem Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung kann eine äußere Schicht aus einem Kunstharz auf die externe Umfangsfläche der Verstärkungslage laminiert werden. Wo die äußere Schicht auf der externen Umfangsfläche der Verstärkungslage vorgesehen ist, da wird das Kunstharz für die äußere Schicht in den Spalt gefüllt, der durch die gestreckte Polyolefinharzfolie definiert wird, die unter der äußeren Schicht liegt. Diese Anordnung vermeidet ein Eindringen von Wasser von einer Schnittfläche des Rohrs.
In einem bevorzugten Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung ist die gestreckte Polyolefinharzfolie vernetzt.
Nachfolgend wird jeder Teil des Hochdruckverbundrohrs ausführlich beschrieben.
<Gestreckte Polyolefinharzfolie>
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die gestreckte Polyolefinharzfolie, die die Verstärkungslage des Hochdruckverbundrohres bildet.
Der Begriff „gestreckte Polyolefinharzfolie" bezieht sich auf eine Harzfolie, die wenigstens in Längsrichtung gestreckt ist und deren Material hauptsächlich aus einem Polyolefinharz besteht.
Das Polyolefinharz ist nicht besonders in Bezug darauf begrenzt, wie weit das Elastizitätsmodul (Youngsches Modul) nach dem Strecken zunimmt. So können beispielsweise Polyethylene geringer Dichte, lineare Polyethylene niedriger Dichte, Polyethylene hoher Dichte, Homopolypropylene, statistische Polypropylen-Copolymere, Polypropylen-Blockcopolymere, Poly(4-methyl-1-penten) usw. genannt werden. Von diesen Polyolefinharzen werden Polyethylene hoher Dichte aufgrund ihrer Vernetzungsfähigkeit und ihres hohen Elastizitätsmoduls nach dem Strecken bevorzugt. Auch ein Ethylen/α-Olefin-Copolymer wird bevorzugt. Die Seitenkette kann Propylen, 1-Hexen oder 1-Buten sein, von denen 1-Buten besonders bevorzugt wird.
Im Hinblick auf die Recycelbarkeit sowie die Produktivität beim Extrusionsformen oder dergleichen wird bevorzugt, ein Polyolefin mit einer Molekülmasse von 100.000 bis 500.000 zu verwenden.
Wo notwendig, können Polyolefinharze mit Kristallkeimbildnern, Vernetzungsmitteln, Vernetzungshilfen, Gleitmitteln, Füllstoffen, Pigmenten, anderen Typen von Polyolefinharzen, Polyolefinwachsen mit geringer Molekülmasse usw. gemischt werden.
Der Kristallkeimbildner wird zum Verbessern des Kristallisierungsgrades zugegeben. Beispiele sind unter anderem Calciumcarbonat, Titanoxid usw.
Das Vernetzungsmittel und die Vernetzungshilfe werden zum Teilvernetzen von Molekülketten in den oben erwähnten Polyolefinharzen mit der Absicht eingebaut, die Wärmebeständigkeit, die Kriecheigenschaft usw. der gestreckten Polyolefinharzfolie zu verbessern. Beispiele für das Vernetzungsmittel sind unter anderem Fotopolymerisationsinitiatoren wie Benzophenon, Thioxanthon und Acetophenon. Beispiele für die Vernetzungshilfe sind polyfunktionelle Monomere wie Triallylcyanurat, Trimethylolpropantriacrylat und Diallylphthalat.
Der Fotopolymerisationsinitiator kann in jeder beliebigen Menge ohne besondere Begrenzung zugegeben werden. Die Zugabe kann so erfolgen, dass die Vernetzungsdichte der gestreckten Polyolefinharzfolie sowie die Molekülmasse und die Gelfraktion des vernetzten Harzes vorbestimmte Werte haben können, und auch im Hinblick auf den Einfluss der Polymerisationshemmung durch Sauerstoff bei der Fotopolymerisation. Die bevorzugte Gelfraktion liegt im Bereich von 20 bis 70%. Wenn die Gelfraktion geringer als 20% ist, dann wird der Vernetzungseffekt reduziert. Andererseits, wenn die Gelfraktion höher als 70% ist, dann weist die resultierende Folie eine geringere Haftfestigkeit nach dem Verschmelzen auf und sie lässt sich nur schwer recyceln.
Zusätzlich zu der Verwendung dieser Vernetzungsmittel ist eine Bestrahlung mit Elektronen- oder UV-Strahlen als Vernetzungsverfahren möglich.
Das Vernetzungsverfahren durch Elektronen- oder UV-Bestrahlung beinhaltet einen Vorgang einer Elektronenbestrahlung (vorzugsweise 1 bis 20 Mrad, bevorzugter 3 bis 10 Mrad) oder einer UV-Bestrahlung (vorzugsweise 50 bis 800 mW/cm², bevorzugter 100 bis 500 mW/cm²). Beide Bestrahlungen erfolgen nach dem Mischen des Polyolefinharzes mit dem Vernetzungsmittel, den Vernetzungshilfen und den anderen wie oben erwähnt.
Die gestreckte Polyolefinharzfolie wird durch Strecken einer in Folienform verarbeiteten Polyolefinharzfolie erhalten. Die Art und Weise der Herstellung dieser Polyolefinharzfolie ist nicht besonders begrenzt. Dabei können Extrusionsformen mit einem Verfahren mit mittig gespeister Breitschlitzdüse und Walzformen mit einem Kalandrierverfahren erwähnt werden.
Darüber hinaus gibt es keine besondere Begrenzung der Art und Weise des kontinuierlichen Streckens der Polyolefinharzfolie. Zur Illustration sei gesagt, dass eine erhitzte Polyolefinharzfolie über eine Reihe von Walzen geführt wird, deren Drehzahlen nacheinander zunehmend eingestellt werden, so dass die Folie allmählich zwischen den jeweiligen Walzen gestreckt wird. Alternativ wird eine erhitzte Polyolefinharzfolie durch gegenläufig rotierende Walzen gezogen, so dass die Folie in Längsrichtung eines Rohres mit abnehmender Dicke gestreckt wird (so genanntes Walzverfahren).
Was diese Streckverfahren betrifft, so kann eines davon nur einmal für sich alleine ausgeführt werden oder es kann mehr als einmal und Schritt für Schritt wiederholt werden. Wenn der Streckschritt mehr als einmal erfolgt, dann können mehrere Streckverfahren kombiniert werden. Besonders dann, wenn die zu streckende Polyolefinharzfolie relativ dick ist, wird bevorzugt, die Folie in der obigen Weise zu walzen und danach zu strecken.
Die Dicke einer zu streckenden Polyolefinharzfolie (ein Rohfolienmaterial) ist von der Verwendung des resultierenden Hochdruckverbundrohres, dem Streckverhältnis usw. abhängig. Die Dicke ist zwar nicht besonders begrenzt, aber eine bevorzugte Dicke liegt bei etwa 0,5 bis 15 mm. Bei einer Folienstärke von weniger als 0,5 mm ist die gestreckte Polyolefinharzfolie so dünn, dass sie ihre Handhabbarkeit verliert und nachfolgende Operationen (z.B. die Laminierungsoperation) komplizierter werden. Andererseits wird bei einer Folie mit einer Dicke über 15 mm die Streckbelastung zu hoch. Eine solche dicke Folie erfordert nicht nur eine unnötig große Streckmaschine, sondern sie verkompliziert auch den Streckvorgang. Das oben definierte Rohfolienmaterial ergibt eine gestreckte Polyolefinharzfolie mit einer Dicke von ca. 50 bis 1000 μm.
Die Breite der Verstärkungslage aus der gestreckten Polyolefinharzfolie wird geeigneterweise, ohne besondere Begrenzung, im Einklang mit dem Durchmesser des Hochdruckverbundrohrs, dem Wicklungswinkel der Folie und dem nachfolgend erwähnten Wickelvorgang gewählt. Wo die Verstärkungslage mit einer relativ schmalen Folie gebildet wird, da kann eine breite Folie auf die nötige Breite zugeschnitten werden.
Das Streckverhältnis der gestreckten Polyolefinharzfolie wird nach Bedarf auf der Basis der Eigenschaften und des Zustands des hierfür eingesetzten kristallinen Polyolefinharzes entschieden. Dieses Verhältnis ist zwar nicht streng vorgegeben, aber ein bevorzugtes Streckverhältnis beträgt mindestens 1000 und bevorzugter mindestens 1500 in der Längsrichtung der Folie. Bei einem Längsstreckverhältnis von weniger als 1000% werden mit der gestreckten Polyolefinharzfolie möglicherweise nicht die benötigte Festigkeit und das benötigte Elastizitätsmodul erzielt. Übrigens kann die Folie eine biaxial orientierte Folie sein, die sowohl in Breiten- als auch in Längenrichtung gestreckt wird. Eine Breitenrichtung behindert jedoch ein Längsstrecken, so dass es möglicherweise schwierig ist, die Folie in Längsrichtung um 1000% oder mehr zu strecken.
Wo es zum Verbessern der Hafteigenschaft nötig ist, da kann die Oberfläche der gestreckten Polyolefinharzfolie mit einem physikalischen oder chemischen Verfahren behandelt werden.
Ein Beispiel für die Oberflächenbehandlung ist die Erzeugung einer mikroskopisch unebenen Oberfläche auf der gestreckten Polyolefinharzfolie mit einem Prägemittel wie Sandstrahlen oder mit einem lokalen Oberflächenerhitzungsmittel. Diese physikalische Oberflächenbehandlung wird im Hinblick auf eine einfache Handhabbarkeit bevorzugt.
Das Erhitzen der gestreckten Polyolefinharzfolie erfolgt vorzugsweise auf der Oberfläche mit einem lokalen Erhitzungsmittel. Eine solche Erhitzungsbehandlung kann die Oberflächenschicht der gestreckten Polyolefinharzfolie verschmelzen, ohne ihren Innenteil zu verschmelzen. Daher wird die Molekülausrichtung nur an der Oberfläche gelockert, während Moleküle im Innenteil ausgerichtet bleiben. In dieser Folie ist die Schweißtemperatur in der Oberflächenschicht geringer als im inneren Teil, was zu einer Erhöhung der Hafteigenschaft führt.
Ein weiterer Ansatz zum Erhöhen der Hafteigenschaft zwischen dem Innenlagenrohr (und der äußeren Schicht) und der Verstärkungslage ist, eine haftende Polyolefinharzfolie (eine wärmesiegelbare Harzfolie) im Voraus auf eine Oberfläche der gestreckten Polyolefinharzfolie zu laminieren. Harze für die haftende Polyolefinharzfolie sind z.B. lineare Polyethylene geringer Dichte, modifizierte Polyethylene, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere und dergleichen.
Durch Vernetzen der gestreckten Polyolefinharzfolie in der oben beschriebenen Weise wird der gestreckten Polyolefinharzfolie eine verbesserte Kriecheigenschaft verliehen, so dass die Kriecheigenschaft gegen Innendruck beim Gebrauch des Hochdruckverbundrohrs erhöht wird. Daher ist es besonders dann, wenn das Polyolefinharz für das Innenlagenrohr eine schlechte Kriecheigenschaft hat, wünschenswert, die gestreckte Polyolefinharzfolie zu vernetzen.
Infolge des Streckens und Vernetzens der Polyolefinharzfolie wird deren Schmelztemperatur höher als die des Harzes für das Innenlagenrohr (und die äußere Schicht), das ein unvernetztes Polyolefinharz ist. Sofern das Streckverhältnis und die Gelfraktion in die obigen Bereiche fallen, ist die Schmelztemperatur der vernetzten, gestreckten Polyolefinharzfolie gewöhnlich etwa 3 bis 25°C höher als die Schmelztemperatur des Harzes für das Innenlagenrohr (und die äußere Schicht), das aus einem unvernetzten Polyolefinharz ist. Demzufolge kann der Bereich der Erhitzungstemperatur bei der Herstellung des Hochdruckverbundrohres leicht geregelt werden. Darüber hinaus schmilzt die Polyolefinharzfolie selbst in diesem Zustand nicht.
Was die Schmelztemperaturen der vernetzten, gestreckten Polyolefinharzfolie und des Harzes für das Innenlagenrohr (und die äußere Schicht) betrifft, werden nachteilige Effekte in den folgenden Fällen vorhergesehen. Erstens, wenn die Differenz ihrer Schmelztemperaturen geringer als 3°C ist, dann kann die gestreckte Polyolefinharzfolie schmelzen, wenn die Schweißtemperatur im Verschmelzungsschritt die Schmelztemperatur des Harzes für das Innenlagenrohr (und die äußere Schicht), das aus einem Polyolefinharz ist, geringfügig übersteigt. Daher muss die Temperatur sehr genau geregelt werden, was die Kosten erhöht. Im Gegensatz dazu, wenn die Differenz ihrer Schmelztemperaturen größer als 25°C ist, dann wird die Temperaturregelung tatsächlich vereinfacht. Die Schmelztemperatur des Harzes für das Innenlagenrohr (und die äußere Schicht), das aus einem Polyolefinharz ist, unterscheidet sich jedoch zu stark von der Temperatur, bei der die gestreckte Polyolefinharzfolie eine benötigte Schrumpfspannung erzeugen kann. Demzufolge zeigt die gestreckte Polyolefinharzfolie keine ausreichende Schrumpfspannung, so dass das geschmolzene Harz für das Innenlagenrohr (und die äußere Schicht) nicht in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie gefüllt werden kann.
Übrigens, was die Reihenfolge des Streckvorgangs und des Vernetzungsvorgangs für die Polyolefinharzfolie betrifft, so ist es im Allgemeinen schwierig, eine vernetzte Polyolefinharzfolie zu strecken. Daher wird im Hinblick auf die Einfachheit des Streckens und die Lagerstabilität der gestreckten Polyolefinharzfolie nach dem Streckprozess bevorzugt, den Streckvorgang und den Vernetzungsvorgang gleichzeitig oder den Vernetzungsvorgang nach dem Streckvorgang durchzuführen.
Die Polyolefinharzfolie wird spiralförmig auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs in einem vorbestimmten Winkel relativ zur Achse des Rohres gewickelt. Wo nötig, werden mehrere Polyolefinharzfolien gewickelt, so dass die Spiralrichtung jeder Folie in derselben oder in der entgegengesetzten Richtung relativ zu der/den anderen ausgerichtet ist.
Der Wickelwinkel (Neigungswinkel) der gestreckten Polyolefinharzfolie liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 90 Grad, bevorzugter im Bereich von 45 bis 70 Grad, relativ zur Achse des Hochdruckverbundrohres.
Der Wickelwinkel der gestreckten Polyolefinharzfolie kann auf geeignete Weise gewählt werden. Es ist jedoch Vorsicht geboten, wenn die gestreckte Polyolefinharzfolie ohne einen Spalt laminiert wird. In einem solchen Fall hängt der Winkel von der Folienbreite relativ zur Querschnittskonfiguration des Hochdruckverbundrohres ab.
Ansätze zum umfangsmäßigen Laminieren der gestreckten Polyolefinharzfolie sind u.a., aber nicht darauf begrenzt, ein so genannter Spiralwickelvorgang der gestreckten Polyolefinharzfolie in einem gewünschten Winkel und ein so genannter Flechtwickelvorgang in einer geflochtenen Weise, der hergestellten gestreckten Polyolefinharzfolien mit einer relativ geringen Breite. Eine geeignete Weise kann gemäß den Bedingungen wie z.B. Herstellungsmenge, Herstellungsgeschwindigkeit und Durchmesser des Hochdruckverbundrohres gewählt werden.
Beim Spiralwickelvorgang wird eine gestreckte Polyolefinharzfolie kontinuierlich um das Innenlagenrohr (das als Kern dient) in einem festen Winkel relativ zur Achse gewickelt. Im Laufe des Wickelns können Umdrehungen der gestreckten Polyolefinharzfolie überlappt oder geringfügig voneinander beabstandet werden, solange die Leistung des Hochdruckverbundrohres nicht beeinträchtigt wird. Zum Wickeln der gestreckten Polyolefinharzfolie ohne einen Spalt oder eine Überlappung wird der Wickelwinkel gemäß Bedingungen wie Breite der gestreckten Polyolefinharzfolie und Außendurchmesser des Innenlagenrohres entschieden. Was den Spiralwickelvorgang betrifft, so bildet die gestreckte Polyolefinharzfolie vorzugsweise eine gerade Zahl von Schichten anstatt einer ungeraden Zahl von Schichten, so dass die Schichten abwechselnd im selben positiven/negativen Winkel relativ zur Achse des Hochdruckverbundrohres gebildet werden.
Was den Flechtprozess betrifft, so werden mehrere gestreckte Polyolefinharzfolien mit relativ geringer Breite flechtend gewickelt. Im Hinblick auf sein Design zeigt das resultierende Hochdruckverbundrohr eine im Wesentlichen äquivalente Festigkeit gegen Innendruck im Vergleich zu dem mit dem Spiralwickelvorgang erhaltenen Rohr.
<Innenlagenrohr>
Im Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung bildet das Innenlagenrohr einen Kanal für ein befördertes Medium. Daher wird der Kunstharztyp für das Innenlagenrohr nach dem Typ des beförderten Mediums gewählt.
Spezielle Beispiele sind (aber dies ist nicht begrenzend) u.a. Polyolefinharze ähnlich denen, die für die gestreckte Polyolefinharzfolie verwendet werden, Polyvinylchlorid, Polyamide, verschiedene Gummis, Polyolefinelastomere usw.
Die Wanddicke des Innenlagenrohrs wird im Einklang mit dem Typ des beförderten Mediums, dem Innendruck beim Gebrauch oder der beabsichtigten Anwendung gewählt. Für die Zwecke des Recycelns von bei der Herstellung entstehenden Fragmenten des Hochdruckverbundrohrs oder des Recycelns des Hochdruckverbundrohrs nach dem Gebrauch sind bevorzugte Kunstharze für das Innenlagenrohr Polyolefinharze.
Das Innenlagenrohr kann aus mehreren Kunstharzschichten bestehen. Ein mehrschichtiges Innenlagenrohr kann mit einem Mehrschicht-Extrusionsprozess mittels einer mehrschichtigen Form und mehrerer Extruder erzielt werden. Alternativ kann ein mehrschichtiges Innenlagenrohr durch Extrusionsformen eines Rohrs mit Hilfe eines Extruders und einer Beschichtungsform und anschließendes Extrusionsbeschichten des Rohrs hergestellt werden. Wenn die Formungstemperaturen von Kunstharzen für mehrere Schichten eine unerhebliche Differenz untereinander zeigen, dann wird ein mehrschichtiger Extrusionsprozess bevorzugt.
Als weitere Möglichkeit zur Herstellung mehrerer Schichten als Innenlage kann eine wärmeschrumpfbare Kunstharztube auf eine Innenschicht gelegt und durch Erhitzen eng oder haftend aufgebracht werden.
<Äußere Schicht>
Um das Innenlagenrohr und die Verstärkungslage vor externen Kräften zu schützen, kann das Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung mit einer äußeren Schicht laminiert werden. Die äußere Schicht kann aus mehreren Kunstharzen bestehen.
Das Harz für die äußere Schicht wird nach Belieben gemäß der beabsichtigten Anwendung, dem Gebrauchszustand und dergleichen gewählt. Zusätzlich zu den Kunstharzen für das Innenlagenrohr können Polyamide, Acrylharze, Polyesterharze usw. zum Einsatz kommen. Ähnlich wie beim Innenlagenrohr, wird die Wanddicke der äußeren Schicht ordnungsgemäß im Einklang mit der beabsichtigten Anwendung, dem Gebrauchszustand usw. bestimmt.
Zusätzlich sind zum Zweck des Recycelns von bei der Herstellung entstehenden Fragmenten des Hochdruckverbundrohrs oder des Recycelns des Hochdruckverbundrohrs nach dem Gebrauch bevorzugte Kunstharze für die äußere Schicht Polyolefinharze. Das Kunstharz für die äußere Schicht kann dasselbe wie für das Innenlagenrohr verwendete oder ein anderes sein.
Die äußere Schicht kann durch Extrusionsformen laminiert werden. Zum Extrusionsformen der äußeren Schicht, während ein Innenlagenrohr, auf das die gestreckte Polyolefinharzfolie gewickelt wird, durch die Kammer einer Querspritzkopf-Beschichtungsform geführt wird, wird das Harz für die äußere Schicht in die Form gespritzt, so dass eine Beschichtung erzielt wird. Um eine feste Haftung zwischen der äußeren Schicht und der gestreckten Polyolefinharzfolie zu erzielen, kann eine Klebeschicht mit der äußeren Schicht koextrudiert werden.
Die oben erwähnten Ansätze zum Beschichten der äußeren Schicht sind auch auf die Bildung einer Kunstharzschicht, einer wärmesiegelbaren Harzschicht oder dergleichen (nachfolgend beschrieben) anwendbar, die zwischen dem Innenlagenrohr und der gestreckten Polyolefinharzfolie, zwischen den gestreckten Polyolefinharzfolien oder zwischen der äußeren Schicht und der gestreckten Polyolefinharzfolie vorgesehen werden können.
<Heißsiegelbares Harz>
Die folgende Beschreibung betrifft ein heißsiegelbares Harz.
Harze für das heißsiegelbare Harz sind nicht besonders begrenzt, solange sie wärmeverschmelzbar sind und einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als die gestreckte Polyolefinharzfolie, die die Verstärkungslage bildet. Es können beispielsweise Polyethylene geringer Dichte, lineare Polyethylene geringer Dichte, Polyethylene mittlerer Dichte, modifizierte Polyethylene und dergleichen genannt werden. Es ist auch möglich, Copolymere dieser Harzkomponenten mit Vinylacetat, Vinylalkohol, Vinylchlorid, Acrylsäure usw. zu verwenden.
Im Hochdruckverbundrohr der vorliegenden Erfindung kann eine heißsiegelbare Harzfolie auf jede Oberfläche der gestreckten Polyolefinharzfolie laminiert werden, so dass die gestreckte Polyolefinharzfolie am Innenlagenrohr (und der äußeren Schicht) oder an der anderen gestreckten Polyolefinharzfolie haften kann.
Der Laminieransatz der heißsiegelbaren Harzfolie beinhaltet eine Art Ziehen der gestreckten Polyolefinharzfolie und der heißsiegelbaren Harzfolien durch temperaturgeregelte Quetschwalzen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit.
So werden beide Oberflächen der gestreckten Polyolefinharzfolie mit den heißsiegelbaren Harzfolien laminiert, die die gewünschte Härtungsdicke haben. Während also Erhitzung zwecks Integration der Verstärkungslage mit dem Innenlagenrohr angewendet wird, läuft das heißsiegelbare Harz in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie (der Spalt zwischen den Folienenden). Folglich können das Innenlagenrohr und die Verstärkungslage ohne einen Spalt integriert werden. Um eine gute Filmlaminierungshaftung zu erzielen, wird bevorzugt, die gestreckte Polyolefinharzfolie nur an den Oberflächen zu verschmelzen, wie zuvor erwähnt wurde.
Wenn das heißsiegelbare Harz den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie ausfüllen soll, dann hat die heißsiegelbare Harzfolie, die auf die gestreckte Polyolefinharzfolie laminiert werden soll, eine Dicke von vorzugsweise 0,1 bis 1 mm.
Andererseits kann die heißsiegelbare Harzfolie möglicherweise nur die Haftung zwischen dem Innenlagenrohr (und der äußeren Schicht) und der gestreckten Polyolefinharzfolie oder die Haftung zwischen den gestreckten Polyolefinharzfolien betreffen. In diesem Fall beträgt die Dicke der heißsiegelbaren Harzfolie vorzugsweise 0,01 bis 0,3 mm.
Das heißsiegelbare Harz wird nun ausführlicher beschrieben.
Die gestreckte Polyolefinharzfolie wird mit der/den heißsiegelbaren Harzfolie(n) wie in 12(a)–(d) gezeigt laminiert. In 12 sind die gestreckten Polyolefinharzfolien bei 501 und die heißsiegelbaren Harzfolien bei 502 dargestellt. Von den Strukturen von 12(a)–(d) wird die Struktur von (d) zur leichteren Herstellung bevorzugt.
In einem Vorgang zum Laminieren der heißsiegelbaren Harzfolien auf die gestreckte Polyolefinharzfolie werden die gestreckten Polyolefinharzfolie und die heißsiegelbaren Harzfolien vorübergehend verschmolzen. Dann lässt man die Enden der heißsiegelbaren Harzfolien verschmelzen und schrumpfen und schließlich verschmelzen sie mit den Oberflächen der gestreckten Polyolefinharzfolie. Um die Verschweißfestigkeit zwischen der gestreckten Polyolefinharzfolie und dem heißsiegelbaren Harz zu erhöhen, kann dieses Laminat weiter zwischen Walzen komprimiert werden, die über den Schmelzpunkt des heißsiegelbaren Harzes hinaus erhitzt werden.
Um ein vorübergehendes Verschmelzen wie oben erwähnt zu bewirken, wird die Temperatur der gestreckten Polyolefinharzfolie auf einem Wert geregelt, der nicht höher ist als ihr Schmelzpunkt. Danach wird, wenn die heißsiegelbaren Harzfolien auf beiden Oberflächen der Folie liegen, die gestreckte Polyolefinharzfolie zwischen den Walzen komprimiert. Nach dem vorübergehenden Verschmelzen wird die gestreckte Polyolefinharzfolie auf oder über den Schmelzpunkt des heißsiegelbaren Harzes erhitzt. Infolgedessen werden die heißsiegelbaren Harzfolien auf der Vorder- und Rückseite verschmolzen und schrumpfen mit Bezug aufeinander, und auch die heißsiegelbaren Harzfolien werden mit den Oberflächen der gestreckten Polyolefinharzfolie verschmolzen.
Die heißsiegelbaren Harzfolien können mit Hilfe von Walzen erhitzt werden, werden aber vorzugsweise in einem Infrarotofen, einem Heißluftgenerator oder dergleichen erhitzt. Eine Infraroterhitzung ist von Vorteil, weil das Innenlagenrohr gleichzeitig verschmolzen werden kann.
<Andere Strukturen>
In der vorliegenden Erfindung ist die Querschnittsgestalt des Hochdruckverbundrohrs nicht besonders begrenzt. Im Hinblick auf die Festigkeit gegen Innendruck und Außendruck relativ zum Gewicht sind jedoch ein kreisförmiger Querschnitt und ein nahe-quadratischer Querschnitt mit abgerundeten Ecken effizient und werden somit bevorzugt. Eine komplexe Querschnittskonfiguration behindert die Laminierung der Verstärkungslage.
Der Durchmesser des Hochdruckverbundrohrs ist in der vorliegenden Erfindung nicht streng begrenzt. So kann der Durchmesser beispielsweise in einem großen Bereich von einem relativ kleinen Durchmesser (10 mm bis 30 mm Innendurchmesser) bis zu einem großen Durchmesser (300 mm bis 500 mm) variieren. Was das Innenlagenrohr betrifft, so werden die Längsschnittkonfiguration und die Umfangsschnittkonfiguration nicht besonders vorgegeben.
Die Beschreibung wendet sich nun zu einem Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines Innenlagenrohrs aus einem Kunstharz (der Innenlagenrohr-Herstellungsschritt); spiralförmiges Wickeln einer gestreckten Polyolefinharzfolie auf eine externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs (der Wickelschritt); Füllen des Kunstharzes für das Innenlagenrohr in einem geschmolzenen Zustand in einen Spalt, der durch die gestreckte Polyolefinharzfolie definiert wird, die auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs gewickelt wird, wobei die gestreckte Polyolefinharzfolie im gewickelten Zustand erhitzt wird, um eine Schrumpfspannung in der gestreckten Polyolefinharzfolie zu erzeugen (der Kunstharzfüllschritt); und Verschmelzen der gestreckten Polyolefinharzfolie und des Innenlagenrohrs miteinander (der Folie-Innenlagenrohr-Verschmelzungsschritt).
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohres erzeugt eine Schrumpfspannung, die im gewickelten Zustand in der gestreckten Polyolefinharzfolie erzeugt wird, einen Druck, mit dem das geschmolzene Harz auf die Oberfläche des Innenlagenrohrs zur Mitte des Innenlagenrohrs hin gepresst wird. In der Zwischenzeit kann das Kunstharz für das Innenlagenrohr in einem geschmolzenen Zustand in den Spalt gefüllt werden, der durch die gestreckte Polyolefinharzfolie definiert wird. So kann mit diesem Verfahren ein Hochdruckverbundrohr hergestellt werden, bei dem das Eindringen von Wasser von einer Schnittfläche des Rohrs und das eventuelles Sickern oder Brechen durch Blasenbildung vermieden werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs kann kontinuierlich oder nicht kontinuierlich (chargenweise) ausgeführt werden. Eine kontinuierliche Herstellung ergibt jedoch eine höhere Produktionseffizienz.
[Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs]
Ein beispielhaftes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung des Hochdruckverbundrohrs kann die folgenden Schritte umfassen: Bilden eines Innenlagenrohrs mit einem Extruder, einem Kühltank mit einem Formteil und einer Abzugsmaschine; spiralförmiges Wickeln der gestreckten Polyolefinharzfolie auf eine externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs, die von der Abzugsmaschine getragen wird, wobei die Folie mit einem Folienwickler gewickelt wird, der mit einer. Bobine ausgestattet ist, auf die im Voraus eine vorbestimmte Länge der gestreckten Polyolefinharzfolie gewickelt wird; Füllen des Harzes für das Innenlagenrohr in einen Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie im gewickelten Zustand, wobei eine Heizung verwendet wird, um die Wärmeausdehnung des Innenlagenrohrs sowie die Wärmekontraktion der gestreckten Polyolefinharzfolie zu nutzen.
Das kontinuierliche Herstellungsverfahren des Hochdruckverbundrohrs wird nachfolgend ausführlicher schrittweise beschrieben.
<Innenlagenrohr-Herstellungsschritt>
Zum Erhalten eines Innenlagenrohrs wird ein Kunstharz mit einem allgemeinen Extrusionsformungsverfahren verarbeitet, wie es bei der Herstellung von Rohren und Schläuchen zum Einsatz kommt. Für ein mehrschichtiges Innenlagenrohr werden mehrere Extruder und eine mehrschichtige Extrusionsform verwendet.
<Wickelschritt>
Beim Wickeln der gestreckten Polyolefinharzfolie kann das Innenlagenrohr gedreht oder nicht gedreht werden.
In einem Verfahren, bei dem das Innenlagenrohr gedreht wird, wird entweder die gestreckte Polyolefinharzfolie oder das Innenlagenrohr in Längsrichtung transportiert, während das Innenlagenrohr in einem gewünschten Wickelwinkel relativ zum Rohr gedreht wird. Mit Hilfe einer Maschine, die das Innenlagenrohr auszieht, während es rotiert, kann die gestreckte Polyolefinharzfolie ausgegeben und kontinuierlich spiralförmig gewickelt werden. Wenn jedoch das Innenlagenrohr während des Prozesses gedreht wird, dann ist es nicht möglich, die Folien kontinuierlich und gleichzeitig mit umgekehrten Winkeln um die Achse des Rohres zu wickeln. Außerdem ist dieses Verfahren ineffizient, weil eine solche Rotation auch in den Schritten/Vorrichtungen davor und dahinter ausgeführt werden muss.
Andererseits befindet sich in einem Verfahren, bei dem das Innenlagenrohr nicht rotiert, eine Trommel (Bobine) der gestreckten Polyolefinharzfolie auf einer Umlaufbahn um das Innenlagenrohr. Die gestreckte Polyolefinharzfolie wird von dieser Trommel ausgegeben und durch Umdrehungen der Trommel gewickelt. Ein kontinuierliches Wickeln kann mit einer Vorrichtung erzielt werden, die die Trommel drehen kann. Die Wickelrichtung der gestreckten Polyolefinharzfolie kann durch Verwenden einer Wickelmaschine geändert werden, die sich in einer anderen Richtung dreht.
Die gestreckte Polyolefinharzfolie wird spiralförmig relativ zur Achse des Rohrs gewickelt. Die gestreckte Polyolefinharzfolie wird vorzugsweise in einer geraden Zahl von Schichten laminiert, wobei die Wickelwinkel symmetrisch um die Rohrachse verlaufen. Die Zahl der laminierten Schichten kann zwar ungerade sein, aber eine ungerade Zahl von laminierten Schichten kann möglicherweise auf Kosten des Gleichgewichts der mechanischen Festigkeit gehen.
Vorzugsweise wird die gestreckte Polyolefinharzfolie unter einer ausreichenden Spannung gewickelt, die wenigstens ein Durchhängen der Folie verhütet.
Die Breitenenden der Folie überlappen einander beim Wickeln der gestreckten Polyolefinharzfolie vorzugsweise nicht.
Wenn die Enden der gestreckten Polyolefinharzfolie einander überlappen, dann können das Harz für das Innenlagenrohr und das Harz für die äußere Schicht, die im Erhitzungsschritt eingebettet werden, nur den Spalt zwischen dem Innenlagenrohr und der gestreckten Polyolefinharzfolie, die mit dem Innenlagenrohr in Kontakt ist, und den Spalt zwischen der äußeren Schicht und der gestreckten Polyolefinharzfolie füllen, die mit der äußeren Schicht in Kontakt ist. Unter solchen Umständen wird der Herstellungsprozess dadurch verkompliziert, dass eine Kunstharzschicht benötigt wird, um den Spalt zu füllen, der zwischen den Folienschichten definiert wird. Es ist z.B. selbst dann, wenn die Folie nur in zwei Schichten gewickelt wird, eine Kunstharzschicht notwendig, um einen Spalt zu füllen, der zwischen der ersten und der zweiten Schicht entsteht.
Im Gegensatz dazu lässt die Folie, wenn die gestreckte Polyolefinharzfolie so gewickelt wird, dass ihre Enden einander nicht überlappen, einen kleinen Spalt zwischen ihren Enden. Vorausgesetzt, die Folie wird in zwei Schichten gewickelt, wird ein Spalt in der Folienschicht definiert, die auf der Innenlagenrohrseite liegt, und dieser Spalt wird mit dem Harz für das Innenlagenrohr gefüllt, das durch den Spalt zwischen den Folienenden läuft. Ebenso wird ein weiterer Spalt in der Folienlage definiert, die auf der Außenschichtseite liegt, und dieser Spalt wird mit dem Außenschichtharz gefüllt, das durch den Spalt zwischen den Folienenden läuft. Daher ist es unnötig, die oben erwähnte Kunstharzschicht zum Füllen eines Spaltes zwischen den Folienlagen bereitzustellen.
Ferner kann die Folie in drei oder mehr Lagen (z.B. vier Lagen, sechs Lagen) gewickelt werden, wobei jede Lage abwechselnd mit anderen Winkeln gebildet wird. Trotzdem ist es bei dieser Struktur erforderlich, eine Kunstharzschicht (eine mittlere Schicht) jeweils nach zwei Schichten aufzulegen. Als Kunstharzschicht kann eine heißsiegelbare Harzfolie zum Füllen der Spalte zwischen den jeweiligen Folienlagen verwendet werden.
Ferner können, wenn die Folie in drei oder mehr Lagen (z.B. vier Lagen, sechs Lagen) gewickelt wird, Spalte durch Wickeln von beispielsweise zwei oder drei Lagen im selben Winkel ausgerichtet werden. Diese Struktur lässt es zu, dass das Kunstharz für das Innenlagenrohr (und die äußere Schicht) die Spalte zwischen den jeweiligen Folienlagen füllt.
Der Spalt zwischen benachbarten Drehungen der gestreckten Polyolefinharzfolie (der Spalt zwischen den Folienenden) liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 10,0 mm, bevorzugter von 1,0 bis 5,0 mm. Andererseits ist es aufgrund der Oberflächenspannung des Harzes, das die gestreckte Polyolefinharzfolie bildet, möglicherweise schwierig, einen Spalt von weniger als 0,5 mm mit dem Harz für das Innenlagenrohr (ein Polyolefinharz) in einem geschmolzenen Zustand sicher zu füllen. Andererseits kann ein Spalt von über 10 mm den internen Reißdruck in einem folienlosen Bereich (dem Spaltbereich) möglicherweise lokal reduzieren. Im letzteren Fall kann die Kriecheigenschaft unter internem Wasserdruck bei Langzeitgebrauch gemindert werden.
<Kunstharzfüllschritt und Folie-Innenlagenrohr-Verschmelzungsschritt>
Die Moleküle der gestreckten Polyolefinharzfolie sind nach dem Strecken mit einem hohen Verhältnis ausgerichtet. Daher erzeugt diese Folie unter Erhitzung eine Schrumpfspannung in Streckrichtung. Wenn diese Spannung in der Folie erzeugt wird, die auf das Innenlagenrohr gewickelt wird, dann wird das Innenlagenrohr von der Folie zusammengedrückt. In dieser Stufe wird, wenn das Kunstharz für das Innenlagenrohr (oder die Kunstharzschicht zwischen den Folienlagen) in einem geschmolzenen Zustand ist, das Kunstharz in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie gedrückt und füllt so den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie (den Spalt zwischen den Folienenden).
Wenn die gestreckte Polyolefinharzfolie unter Erhitzung eine hohe Schrumpfspannung erzeugt, dann wird das Harz mit absoluter Sicherheit in den Folienspalt gefüllt. Gleichzeitig kann sich jedoch das Innenlagenrohr, das sich unter Erhitzung erweicht, in einem kritischen Ausmaß verformen oder diametral zusammenziehen. Im Hinblick auf diese Möglichkeit wird in einem bevorzugten Erhitzungsprozess kein anderer Bereich als der geschmolzen, an dem das Innenlagenrohr mit der gestreckten Polyolefinharzfolie in Kontakt kommt (die Nähe der Oberfläche des Innenlagenrohrs), wobei die Erweichung des gesamten Innenlagenrohrs auf ein Minimum reduziert wird.
Es können für diesen Erhitzungsvorgang einige Beispiele angeführt werden. Erstens, Infraroterhitzung kann mit einer Wärmequelle appliziert werden, die einen Bereich mit hohen Temperaturen erzeugt, so dass die gestreckte Polyolefinharzfolie nicht zum Schmelzen gebracht wird. Diese Wärmequelle wird so eingestellt, dass die Erhitzung des Harzes zum Füllen des Folienspalts abgeschlossen ist, bevor die Temperatur auf der Innenseite des Innenlagenrohrs ihren Erweichungspunkt erreicht. Zweitens, das Erweichen des Innenlagenrohrs kann durch Kühlen der Innenseite des Innenlagenrohrs verhindert werden, während die Außenseite erhitzt wird (die Seite, auf die die gestreckte Polyolefinharzfolie gewickelt wird). Zusätzlich kann, da die stark gestreckte Polyolefinharzfolie transparent ist, eine Wärmequelle benutzt werden, die Wellenlängen erzeugt, die relativ weniger in der gestreckten Polyolefinharzfolie absorbiert werden, die aber in großen Volumen im Kunstharz zum Füllen des Folienspalts absorbiert werden.
Der Kunstharzfüllschritt und der Folie-Innenlagenrohr-Verschmelzungsschritt können separat oder gleichzeitig erfolgen. Beide Operationen können jedoch geeigneterweise je nach dem Ausgleich zwischen der Temperatur, die zum Füllen des Kunstharzes in den Folienspalt benötigt wird, und der Temperatur zum Verschmelzen der gestreckten Polyolefinharzfolie mit dem Innenlagenrohr gewählt werden. Allerdings ist eine gleichzeitige Operation effizienter.
Für die Zwecke des Verschmelzens der gestreckten Polyolefinharzfolie und des Einfüllens in den Spalt kann die Erhitzung nach dem Wickeln jeder Lage oder nur einmal insgesamt angewendet werden. Wo die Folie dick ist oder in mehreren Lagen gewickelt wird, da erfolgt die Erhitzung vorzugsweise nach dem Wickeln jeder Schicht, damit durch die Erhitzung keine Entspannung in der gestreckten Polyolefinharzfolie entsteht.
Bei solchen Erhitzungsprozessen kann das Produkt durch einen Infrarotofen oder einen Heißluftofen geleitet werden. Bei einer Nahe-Infraroterhitzung im Infrarotofen kann der Gegenstand, aufgrund der Wärmeübertragungserhitzung durch die Strahlungswärme einer Lichtquelle sowie der aufgrund der Fotoerhitzung von der Lichtquelle, schnell und effizient erhitzt werden.
Im Falle der Infraroterhitzung ist es wünschenswert, ein(en) Infrarotlicht absorbierendes/n Pigment oder Farbstoff auf die äußerste Schicht des Innenlagenrohrs zu geben, so dass eine Fotoerhitzung von der Lichtquelle auf effiziente Weise auf das Innenlagenrohr übertragen werden kann. Das bevorzugte Pigment beinhaltet schwarze Pigmente (Ruß) und der bevorzugte Farbstoff beinhaltet Phthalocyanin-Farbstoffe.
Das/der Pigment oder Farbstoff kann in geeigneten Anteilen, unter Berücksichtigung von Formbarkeit und Kosten, zugegeben werden. Was das Formen anbetrifft, wenn das Formen in einem niedrigen Temperaturbereich erfolgt, in dem die Temperatur während des Erhitzens stabil bleibt, dann können Variationen des Außendurchmessers des Hochdruckverbundrohrs unterdrückt und Energieersparnisse erzielt werden.
Übrigens kann vor dem Wickeln der gestreckten Polyolefinharzfolie das Innenlagenrohr auf eine Verschmelzungstemperatur vorerhitzt werden, oder die gestreckte Polyolefinharzfolie kann vorerhitzt werden. Falls die gestreckte Polyolefinharzfolie vorerhitzt wird, dient die Wickelspannung direkt als Druckmittel. Ferner kann zusätzlicher Druck auf eine Stützrolle oder dergleichen aufgebracht werden, wenn die gestreckte Polyolefinharzfolie mit der inneren Schicht in Kontakt gebracht wird.
Ferner kann die während des Beschichtens der äußeren Schicht applizierte Wärme nicht nur zum Beschichten der äußeren Schicht, sondern auch zur gleichen Zeit zum Integrieren (Verschmelzen) des Innenlagenrohrs mit der gestreckten Polyolefinharzfolie verwendet werden.
[Verfahren zur nichtkontinuierlichen Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs]
Es wird nachfolgend ein Verfahren zur nichtkontinuierlichen Herstellung des Hochdruckverbundrohrs beschrieben.
Es wird im Voraus ein Innenlagenrohr auf eine Standardlänge durch Extrusionsformen oder dergleichen hergestellt. Eine gestreckte Polyolefinharzfolie wird auf die externe Umfangsfläche dieses Innenlagenrohrs gewickelt und für eine vorbestimmte Zeit in einem Ofen erhitzt, der eine gleichmäßige Erhitzung in Umfangsrichtung des Rohrs bewirken kann. Dadurch wird die gestreckte Polyolefinharzfolie mit dem Innenlagenrohr verschmolzen.
Ähnlich wie im vorherigen Verfahren, kann die gestreckte Polyolefinharzfolie durch Ausgeben der gestreckten Polyolefinharzfolie bei rotierendem Innenlagenrohr gewickelt werden. Die Folie kann durch Umkehren der Rotationsrichtung leicht mit umgekehrten Winkeln um die Rohrachse gewickelt werden.
Die applizierbare Hitze ist dieselbe wie die, die für die kontinuierliche Herstellung benutzt wird. Wie oben erwähnt, sollte das Innenlagenrohr bei der kontinuierlichen Herstellung des Hochdruckverbundrohrs gleichmäßig in Umfangsrichtung des Rohrs erhitzt werden. Andererseits ist es bei der nichtkontinuierlichen Herstellung nicht wesentlich, die beste Wärmequelle gleichmäßig in Umfangsrichtung des Rohrs bereitzustellen, weil das Innenlagenrohr gleichmäßig in Umfangsrichtung des Rohrs erhitzt werden kann, indem das Innenlagenrohr beim Erhitzen gedreht wird.
Beim nichtkontinuierlichen Herstellungsverfahren kann die äußere Schicht auf dieselbe Weise wie bei der kontinuierlichen Herstellung laminiert werden.
Die folgende Beschreibung gibt weitere Einzelheiten über das Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohres kann eine Oberfläche der gestreckten Polyolefinharzfolie mit einem Oberflächendruck beaufschlagt werden, während die gestreckte Polyolefinharzfolie im gewickelten Zustand erhitzt wird. Dadurch wird das Kunstharz für das Innenlagenrohr in einem geschmolzenen Zustand in den Spalt gefüllt, der durch die gestreckte Polyolefinharzfolie definiert wird, und die gestreckte Polyolefinharzfolie und das Innenlagenrohr werden miteinander verschmolzen.
Im Wickel-/Erhitzungsschritt dieses Verfahrens wird die Oberfläche der gestreckten Polyolefinharzfolie, zusätzlich zu ihrer Schrumpfspannung, mit einem Oberflächendruck beaufschlagt. Diese Kombination erhöht den Druck, mit dem das geschmolzene Harz auf die Oberfläche des Innenlagenrohrs zur Mitte des Innenlagenrohrs hin gepresst wird. So kann das Harz für das Innenlagenrohr mit Sicherheit in den Schichtspalt (den Spalt zwischen den Folienenden) gefüllt werden. Infolgedessen erweitert dieses Verfahren den Formungsbedingungsbereich (z.B. Kunstharztypen für das Innenlagenrohr, Schmelzviskosität solcher Harze, benötigter Temperaturbereich). Dieses Verfahren ist dann wirksam, wenn das Kunstharz eine relativ geringe Viskosität hat oder wenn das Harz zum Füllen des Folienspalts nicht ausreichend erhitzt werden kann, und zwar aufgrund des Ausgleichs zwischen den Schmelztemperaturen der gestreckten Polyolefinharzfolie und dem Innenlagenrohr.
Während die gestreckte Polyolefinharzfolie im gewickelten Zustand erhitzt wird, kann ihre Oberfläche mit Oberflächendruck beaufschlagt werden, indem mit einer Walze, die am Außendurchmesser des Rohrs abgerundet ist, auf die Oberfläche gepresst oder das Rohr durch eine Düse oder einen Schuh gezogen wird, die/der geringfügig kleiner eingestellt ist als der Rohraußendurchmesser. Es kann auch eine Vorrichtung verwendet werden, die eine Walze gegen den Folienspalt presst, während sie mit derselben Drehzahl rotiert wie der Folienwickler.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohres kann das Kunstharz für die äußere Schicht auf die gestreckte Polyolefinharzfolie aufgebracht werden, die auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs gewickelt wird. Das Außenschichtharz wird in einem geschmolzenen Zustand aufgebracht, wobei die laminierte Oberfläche mit einem Oberflächendruck beaufschlagt wird. Dadurch wird das Kunstharz für die äußere Schicht in den Spalt gefüllt, der durch die gestreckte Polyolefinharzfolie definiert wird, und die gestreckte Polyolefinharzfolie und die äußere Schicht werden miteinander verschmolzen.
Dieses Verfahren, das eine Außenschicht ergibt, vermeidet auch das Eindringen von Wasser von einer Schnittfläche des Rohrs und ein späteres Sickern und Brechen durch Blasenbildung.
Die beste Art des Aufbringens der äußeren Schicht ist ein Extrusionsbeschichtungsverfahren mit einem Extruder und einer Querspritzkopfdüse. Die äußere Schicht kann zwar durch Wickeln einer Kunstharzfolie beschichtet werden, die in einer vorbestimmten Dicke erhitzt wurde, und Erhitzen derselben danach, aber dieser Vorgang ist aufwändig.
Der auf die laminierte Oberfläche aufgebrachte Oberflächendruck, der zum Füllen des Außenschichtharzes in den Folienspalt dient, kann auf die folgende Weise aufgebracht werden. So wird beispielsweise zum Extrusionsbeschichten mit einer Querspritzkopfdüse die Spitze einer Düsenlippe mit einem parallel zur Rohroberfläche verlaufenden Abschnitt versehen. Angenommen, ein erheblicher Kanal verläuft zwischen dem parallen Abschnitt an der Düsenlippe und der Rohroberfläche, dann wird das Außenschichtharz unter Oberflächendruck aufgebracht. Bei diesem Verfahren erfährt, wenn der parallele Abschnitt an der Düsenlippe zu lang ist, die laminierte Oberfläche des Rohrs einen zu starken Druck, der Probleme wie Brechen oder Schmelzen des Innenlagenrohrs oder der Folie verursacht. Daher muss der parallele Abschnitt an der Düsenlippe richtig passend zur Beschichtungstemperatur und zur Viskosität des Außenschichtharzes eingestellt werden.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Hochdruckverbundrohrs kann das Kunstharz für die äußere Schicht auf die gestreckte Polyolefinharzfolie aufgebracht werden, die auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs gewickelt wird, und der Druck kann zwischen einer Fläche, auf der die äußere Schicht aufgebracht werden soll, und einer Innenfläche der äußeren Schicht reduziert werden.
Bei diesem Verfahren wird der Druck zwischen der Oberfläche, auf der die äußere Schicht aufgebracht werden soll, und der Innenfläche der äußeren Schicht während des Beschichtens der äußeren Schicht reduziert. Somit kann dieses Verfahren den Einschluss von Blasen vermeiden, so dass das Kunstharz für die äußere Schicht den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie mit Sicherheit ausfüllen kann. Darüber hinaus erweitert dieses Verfahren den Bereich der Formungsbedingungen (z.B. Kunstharztypen für die äußere Schicht, Schmelzviskosität solcher Harze, benötigter Temperaturbereich).
Während des Beschichtens der äußeren Schicht kann der Druck zwischen der Oberfläche, auf der die äußere Schicht aufgebracht wird, und der Innenfläche der äußeren Schicht auf die folgende Weise reduziert werden. Unter Anbetracht des oben erwähnten Extrusionsbeschichtungsverfahrens mit einer Querspritzkopfdüse, wird die Beschichtungsform mit einer Gummipackung oder dergleichen versiegelt, so dass ein Raum entsteht, in dem der Druck reduziert werden kann. Der Druck in diesem Raum wird mit einer Vakuumpumpe reduziert. Durch Eliminieren der Luft, die zwischen dem aus der Düsenlippe extrudierten Harz und der Oberfläche existiert, auf der die äußere Schicht beschichtet werden soll, kann dieses Verfahren die Erzeugung von Blasen und anderen Defekten aufgrund von Restluft vermeiden.
Wenn die äußere Schicht in einem drucklosen Zustand beschichtet wird, liegt ein geeigneter MI für das Kunstharz im Bereich von 0,5 bis 2,0 g/10 min.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs kann eine äußere Schicht in einem geschmolzenen Zustand aufgebracht werden und eine Außenfläche der äußeren Schicht kann mit einem Oberflächendruck beaufschlagt werden, bevor sie erhärtet. Dadurch wird das Kunstharz für die äußere Schicht in einem geschmolzenen Zustand in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie gefüllt und die gestreckte Polyolefinharzfolie und die äußere Schicht werden miteinander verschmolzen.
Dieses Verfahren ergibt einen Oberflächendruck auf die Außenfläche der beschichteten äußeren Schicht, bevor sie erhärtet. Folglich kann das Kunstharz für die äußere Schicht sicher in den Spalt gefüllt werden, der zwischen den Folienenden definiert wird.
Das Beaufschlagen der Außenfläche der beschichteten äußeren Schicht mit einem Oberflächendruck, bevor sie erhärtet, kann mit den oben erwähnten Ansätzen erfolgen. So kann nämlich die Oberfläche mit einer Walze gepresst werden, die am Außendurchmesser des Rohrs abgerundet ist, oder das Rohr kann durch eine Düse oder einen Schuh gezogen werden, die/der geringfügig kleiner eingestellt ist als der Rohraußendurchmesser. Es ist auch möglich, eine Vorrichtung zu verwenden, die eine Walze gegen den Folienspalt presst, während diese mit derselben Geschwindigkeit rotiert wie der Folienwickler. Alle diese Methoden werden unmittelbar nach dem Auftragen des geschmolzenen Harzes durchgeführt.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs kann eine äußere Schicht in einem geschmolzenen Zustand aufgebracht werden und eine Außenfläche der beschichteten äußeren Schicht kann mit einem Oberflächendruck beaufschlagt werden, bevor sie erhärtet, indem eine Form oder Vorrichtung zum Verengen des Außendurchmessers gegen die Außenfläche in Kontakt gebracht wird. Zusätzlich kann ein Kühlvorgang kombiniert werden, während der Außendurchmesser durch die Form oder Vorrichtung beschränkt wird. Bei diesem Verfahren kann das Kunstharz für die Außenschicht den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie gleichmäßig in der Umfangsrichtung des Rohres füllen. Ferner erhält das resultierende Hochdruckverbundrohr aufgrund der Kombination aus Außendurchmesserverengung und Kühlung ein gutes Aussehen.
In einem beispielhaften Ansatz zum Beaufschlagen der Oberfläche der beschichteten äußeren Schicht mit einem Oberflächendruck, bevor sie erhärtet, kann die Oberfläche mit einer Form oder einer Vorrichtung (z.B. einem Shuh) in Kontakt gebracht werden, deren Innendurchmesser wie oder geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des laminierten Rohrs definiert wird. Bei diesem Ansatz kann die laminierte Oberfläche gleichförmig und gleichzeitig in Umfangsrichtung des Rohrs mit einem Oberflächendruck beaufschlagt werden. Daneben kann aufgrund der Kombination von Außendurchmesserverengung und Kühlung der Zustand gesichert werden, in dem der Folienspalt mit dem Harz ausgefüllt wird, und gleichzeitig kann ein gutes Aussehen verliehen werden.
Speziell, die Einschränkung des Außendurchmessers und die Kühlung können auf verschiedene Weisen erfolgen. Zum Einen kann ein Kalibrierverfahren ausgeführt werden, wie es gewöhnlich beim Extrusionsformen geschieht; zum Andern kann eine tubuläre Form am Eingang eines Sprühtanks installiert und durch Sprühen darin gekühlt werden. Was die tubuläre Form betrifft, so kann ferner ein Kühlmedium durch sein Kühlrohrsystem gepumpt werden, so dass die gekühlte tubuläre Form zum Formen und Kühlen des geschmolzenen Kunstharzes dienen kann.
Die obigen Ansätze zur Außendurchmesserverengung und Kühlung werden gewöhnlich nicht in dem Verfahren zum Extrusionsbeschichten eines Kunstharzes auf der Oberfläche eines Metallrohrs oder dergleichen angewendet. Der Grund ist, dass die oben erwähnten Ansätze die Produktionsstabilität beeinträchtigen, wenn das Kunstharz nicht mit äußerster Präzision zwischen die Formungs/Kühlform und das Metallrohr eingeführt wird. Trotzdem sind diese Ansätze auf die vorliegende Erfindung anwendbar, weil das Innenlagenrohr und die Verstärkungslage, die beide aus Kunstharz bestehen, eine mäßige Flexibilität aufweisen.
Wenn die Oberfläche beim Laminieren der äußeren Schicht mit Oberflächendruck beaufschlagt wird, dann wird bevorzugt, ein Kunstharz mit einem MI von etwa 0,04 bis 10 g/10 min zu verwenden.
Jetzt wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs die Schrumpfspannung der gestreckten Polyolefinharzfolie zum Füllen des Kunstharzes in einen Spalt auf der Innenlagenrohrseite unter den Spalten genutzt, die durch die gestreckte Polyolefinharzfolie definiert werden. Wie zuvor erwähnt, kann sich das Innenlagenrohr jedoch, da es unter Erhitzung häufig erweicht, in einem kritischen Ausmaß verformen oder diametral zusammenziehen.
Zur Verhütung solcher Probleme ist es wirksam, einen Kern (z.B. einen tubulären oder sphärischen Dorn) im Innenlagenrohr mit Bezug auf den Schritt zu platzieren, in dem die Schrumpfspannung in der gestreckten Polyolefinharzfolie unter Erhitzung erzeugt wird.
Die Schrumpfspannung der gestreckten Polyolefinharzfolie erzeugt eine Spannung, die von der Rohroberfläche zur axialen Mitte hin gerichtet ist. Mit Hilfe des Dorns wird diese Spannung nicht durch Verformung des Innenlagenrohrs absorbiert, sondern wirkt auf das geschmolzene Kunstharz in der Nähe der Oberfläche des Innenlagenrohrs. Das Harz kann schließlich den Folienspalt mit Sicherheit ausfüllen.
Der Dorn ist ein Element, das eine kritische Verformung des Innenlagenrohrs gegen die Schrumpfspannung der gestreckten Polyolefinharzfolie verhindert. So kann der Dorn beispielsweise ein zylindrisches, konisches oder sphärisches Element aus Metall, FRP, starrem Kunststoff oder dergleichen sein. Es ist auch möglich, ein flexibles, hochfestes, taschenförmiges Element zu verwenden, das aus einem verstärkten Gummi oder einem Laminat aus Gummi und Gewebefaser/Tuch gebildet ist. Dieses taschenförmige Element ist so angeordnet, dass es beim Aufbringen von Wasserdruck, Öldruck, Luftdruck und dergleichen entlang der Innenfläche des Innenlagenrohrs transformiert wird.
Die Dorntemperatur kann mit Wasser, Öl, Luft usw. auf einen bestimmten Wert gekühlt oder geregelt werden. Beim Herstellungsprozess, bei dem die Dorntemperatur auf einen bestimmten Wert gekühlt oder geregelt wird, kann das Harz in der Nähe der Oberfläche des Innenlagenrohrs (das Harz, das in den Spalt in der gestreckten Polyolefinharzfolie gefüllt werden soll) in einen geschmolzenen Zustand erhitzt werden, während die Innenseite des Innenlagenrohrs vor Verformung geschützt wird.
Zum Verwenden des Dorns in dem kontinuierlichen Herstellungsprozess des Hochdruckverbundrohrs muss das Innenlagenrohr über den Dorn geführt werden, während das Innenlagenrohr dazu neigt, sich diametral unter der Schrumpfspannung zusammenzuziehen. Im Hinblick auf diese Anforderung wird bevorzugt, die Oberfläche des Dorns zu glätten, um den Kontaktwiderstand zwischen dem Innenlagenrohr und dem Dorn zu verringern.
Was den kontinuierlichen Herstellungsprozess des Hochdruckverbundrohrs betrifft, so kann der Dorn innerhalb des Innenlagenrohrs platziert werden, indem der Dorn, mittels eines Drahtes oder einer Kette, mit einer Innenkernform einer Rohrdüse verbunden wird, die für die Herstellung des Innenlagenrohrs verwendet wird.
Darüber hinaus kann der Dorn aus einem endlosen Stahlgürtel bestehen, der spiralförmig gewickelt wird, wobei sich die Enden überlappen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht einer Ausgestaltung eines Hochdruckverbundrohrs, die nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist ein vertikaler Querschnitt, der einen Hauptteil des Hochdruckverbundrohrs gemäß 1 zeigt.
3 ist eine Perspektivansicht einer Ausgestaltung des Hochdruckverbundrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein vertikaler Querschnitt, der einen Hauptteil der Ausgestaltung des Hochdruckverbundrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hochdruckverbundrohrs.
6 ist ein vertikaler Querschnitt, der einen Hauptteil der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hochdruckverbundrohrs zeigt.
7 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau einer Herstellungsmaschine, die für die Herstellung einer Verstärkungsfolie in Beispielen (Vergleichsbeispiel) der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
8 ist eine Perspektivansicht, die die Struktur einer gestreckten Polyethylenfolie zeigt, die mit Klebstofffolien laminiert wird.
9 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau einer Herstellungsmaschine, die für die Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs in Beispielen (Vergleichsbeispiel) der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
10 zeigt schematisch die Struktur einer Außenschicht-Beschichtungsform, die in der Herstellungsmaschine von 9 zum Einsatz kommt.
11 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau eines Messinstruments, das beim Leistungsbeurteilungstest für die in den Beispielen (Vergleichsbeispiel) der vorliegenden Erfindung erhaltenen Hochdruckverbundrohre verwendet wird.
12 zeigt schematisch die Struktur von gestreckten Polyolefinharzfolien, die jeweils mit heißsiegelbaren Harzfolien laminiert sind.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Perspektivansicht eines Hochdruckverbundrohrs, das nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist. 2 ist ein vertikaler Querschnitt, der einen Hauptteil dieses Rohrs zeigt.
Ein Hochdruckverbundrohr 1 besteht aus einem Polyethylen-Innenlagenrohr 11, einer Verstärkungslage 12, die durch spiralförmiges Wickeln einer vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie 121 auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs 11 gebildet wird, und einer äußeren Polyethylenlage 13, die auf die Verstärkungslage 12 laminiert wird.
Die auf das Innenlagenrohr 11 laminierte Verstärkungslage 12 hat eine zweischichtige Struktur. Mit anderen Worten, eine Lage der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie 121, die in Form eines Bandes mit geeigneter Breite hergestellt wurde, wird spiralförmig mit einem Neigungswinkel von 30 bis 90 Grad (vorzugsweise 45 bis 70 Grad) relativ zur Achse des Innenlagenrohrs 11 gewickelt. Darauf wird eine weitere Lage der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie 121 spiralförmig mit einem umgekehrten Neigungswinkel gewickelt.
Das Innenlagenrohr 11 und die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie 121 werden durch Wärmeverschmelzung integriert und die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie 121 und die äußere Schicht 13 werden ebenso integriert. Daneben wird, mit Bezug auf 2, ein spiralförmiger Spalt 120 durch die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie 121 (zwischen ihren Breitenenden) gewickelt, die auf dem Innenlagenrohr 11 liegt, und der Spalt 120 wird mit dem Kunstharz für das Innenlagenrohr 11 (ein Polyethylen) gefüllt. Zusätzlich wird ein weiterer spiralförmiger Spalt 120 durch die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie 121 (zwischen ihren Breitenenden) definiert, die unter der äußeren Schicht 13 liegt, und dieser Spalt 120 wird mit dem Kunstharz für die äußere Lage (Polyethylen) gefüllt.
Was das Hochdruckverbundrohr 1 dieser Struktur betrifft, so wird die Verstärkungslage 12 durch spiralförmiges Wickeln der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie 121 mit ausgezeichneter Zugfestigkeit auf das Innenlagenrohr aus Polyethylen laminiert. So wird in Innenlagenrohr 11 durch die Verstärkungslage 12 verstärkt. Das resultierende Hochdruckverbundrohr 1 hat eine ausgezeichnete Druckbeständigkeit und beseitigt jegliches Beschädigungsrisiko selbst dann, wenn Hochdruckfluid im Innenlagenrohr 11 fließt.
Außerdem werden die spiralförmigen Spalte 120, die durch die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie 121 definiert werden, mit den Kunstharzen jeweils für das Innenlagenrohr 11 und die äußere Schicht 13 (Polyethylene) gefüllt. Diese Struktur vermeidet das Eindringen von Wasser von Rohrenden zwischen dem Innenlagenrohr 11 und der Verstärkungslage 12 und zwischen der Verstärkungslage 12 und der äußeren Schicht 13 durch, wodurch die Gefahr von Sickern oder Brechen durch Blasenbildung vermieden wird.
3 ist eine Perspektivansicht einer Ausgestaltung des Hochdruckverbundrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein vertikaler Querschnitt, der einen Hauptteil dieser Ausgestaltung zeigt.
Ein Hochdruckverbundrohr 2 dieser Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Innenlagenrohr 110 aus zwei Lagen besteht, nämlich einer Innenlage 111 aus Polyethylen und einer Außenlage 112 aus Polyethylen. Die übrigen Strukturen sind dieselben wie die des in den 1 und 2 gezeigten Hochdruckverbundrohres 1.
In dem Hochdruckverbundrohr 2 dieser Ausgestaltung wird ein spiralförmiger Spalt 120 durch die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie 121 (zwischen ihren Breitenenden) definiert, die auf dem doppelten Innenlagenrohr 110 liegt, und der Spalt 120 wird mit dem Kunstharz für die äußerste Lage 112 des Innenlagenrohrs 110 (ein Polyethylen) gefüllt. Ferner wird ein weiterer spiralförmiger Spalt 120 durch die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie 121 (zwischen ihren Breitenenden) definiert, der unter der äußeren Schicht 13 liegt, und dieser Spalt 120 wird mit dem Kunstharz für die äußere Schicht 13 (ein Polyethylen) gefüllt. Daher vermeidet auch diese Ausgestaltung das Eindringen von Wasser von Rohrenden zwischen dem Innenlagenrohr 110 und der Verstärkungslage 12 und zwischen der Verstärkungslage 12 und der äußeren Schicht 13 durch, wodurch die Gefahr von Sickern oder Brechen durch Blasenbildung vermieden wird.
5 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hochdruckverbundrohrs. 6 ist ein vertikaler Querschnitt, der einen Hauptteil dieser Ausgestaltung zeigt.
Ein Hochdruckverbundrohr 3 dieser Ausgestaltung ist dasselbe wie das Hochdruckverbundrohr 2, das in den 3 und 4 illustriert ist, mit der Ausnahme, dass die Laminierung der äußeren Schicht 13 wegfällt.
In dem Hochdruckverbundrohr 3 dieser Ausgestaltung wird ein Spalt 120 durch die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie 121 (zwischen ihren Breitenenden) definiert, die auf dem doppelten Innenlagenrohr 110 liegt, und der Spalt 120 wird mit dem Harz für die äußerste Lage 112 des Innenlagenrohrs 110 (ein Polyethylen) gefüllt. Demgemäß vermeidet auch diese Ausgestaltung das Eindringen von Wasser von Rohrenden zwischen dem Innenlagenrohr 110 und der Verstärkungslage 12 durch, so dass die Gefahr von Sickern oder Bruch durch Blasenbildung vermieden wird.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Beispielen und eines Vergleichsbeispiels näher beschrieben.
<1. Beispiel>
[Herstellung einer Verstärkungslagenfolie]
Als Polyolefin zum Bilden der gestreckten Polyolefinharzfolie wurde ein Polyethylen hoher Dichte (Schmelzpunkt: 135°C, MI = 1 g/10 min) verwendet. Die Folie wurde mit der in 7 illustrierten Herstellungsmaschine hergestellt.
Während das Polyethylen hoher Dichte bei 200°C in einem gleich schnell rotierenden Doppelschneckenextruder 201 geknetet wurde, wurden 1,2 Gewichtsteile (relativ zum Polyethylen mit hoher Dichte) Triallylisocyanurat als Vernetzungshilfe und 0,6 Gewichtsteile Benzophenon als Fotoinitiator zugegeben und gleichmäßig zu dem hochdichten Polyethylen geknetet. Das Gemisch wurde aus einer mittig gespeisten Breitschlitzdüse 202 extrudiert und von Walzen 203 zu einer 3 mm dicken Polyethylenfolie geformt.
Diese Polyethylenfolie wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min ausgegeben und zu 1000% durch Walzen 204 gewalzt, deren Temperatur auf 125°C (Geschwindigkeit: 10 m/min) geregelt wurde. Die Folie wurde dann weiter durch einen Heizofen 205 bei 120°C geleitet und mit einer Geschwindigkeit von 20 m/min ausgegeben, um auf 200% gestreckt zu werden. Diese resultierende gestreckte Polyethylenfolie, insgesamt auf 2000% gestreckt, hat eine Stärke von 0,15 mm. Die Ausgabe- und Abzugsvorgänge erfolgten mit Quetschwalzen 206, 207.
Zum Vernetzen wurde die gestreckte Polyethylenfolie zehn Sekunden lang einer Bestrahlung unter einer Hochdruckquecksilberlampe mit einem Strahler 208 unterzogen. So wurde eine vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie erhalten.
Auf beide Seiten dieser vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie wurden Klebstofffilme (heißsiegelbare Harzfolien) laminiert.
Als Klebstofffilme wurde ein lineares Polyethylen geringer Dichte (Schmelzpunkt: 123°C, MI = 0,8 g/10 min) mit einer Stärke von 0,03 mm durch Aufblasformen gebildet. Die Klebstofffilme wurden kontinuierlich auf der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie laminiert, so dass sich eine vernetzte, gestreckte Polyethylenverbundfolie ergab (Stärke: 0,21 mm), die zum Wickeln verwendet wurde.
Zum Laminieren der Klebstofffilme wurden die vernetzte, gestreckte Polyethylenfolie und die Klebstofffilme durch Paare von Quetschwalzen 209, 210 mit einer Geschwindigkeit von 20 m/min gezogen. Für diesen Vorgang wurde eines der Quetschwalzenpaare 209, 210 auf 200°C und das andere auf 50°C geregelt.
8 zeigt die Querschnittsstruktur dieser vernetzten, gestreckten Polyolefinverbundfolie. In der Verbundfolie von 8 werden Klebstofffilme 122, 122 auf beide Oberflächen der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie 121 laminiert.
Zum Messen der Zugspannung (gleich der Schrumpfspannung) wurde die vernetzte, gestreckte Polyethylenverbundfolie auf einem Zugspannungsprüfgerät eingespannt und auf 130°C erhitzt. Die Folie zeigte eine Zugspannung von etwa 8 MPa. Ferner wurde die vernetzte, gestreckte Polyethylenverbundfolie 24 Stunden lang in Xylol bei 125°C eingetaucht, um das Gewichtsverhältnis von Restmaterie/Folie vor dem Eintauchen zu ermitteln. Dieses Gewichtsverhältnis betrug 40%, was das Vernetzungsverhältnis (gleich der Gelfraktion) anzeigte.
[Herstellung eines Hochdruckverbundrohres]
9 zeigt eine Maschine zum Herstellen des im 1. Beispiel benutzten Hochdruckverbundrohres.
Die in 9 illustrierte Herstellungsmaschine ist mit einem Einzelschneckenextruder 301, einer Rohrextrusionsform 302, die am Ende des Einzelschneckenextruders 301 vorgesehen ist, einer Kühlform 303, einem Niederdruckkühltank 304, einer Abzugsmaschine 306, einem Paar Spiralwickler 307, 308, einem Infrarotofen 309, vier konkaven Walzen 310, die am Rohraußendurchmesser abgerundet sind, einer Außenschichtbeschichtungsform 310, die mit einem Einzelschneckenextruder 311 verbunden ist, einer Kühlform 313, einem Kühltank 314 usw. ausgestattet.
Die Herstellungsmaschine von 9 ist auch mit einem zweiten Einzelschneckenextruder 305 ausgestattet, der mit der Rohrextrusionsform 302 verbunden ist. Wenn ein anderer Harztyp mit dem zweiten Einzelschneckenextruder 304 extrudiert wird, dann kann das Innenlagenrohr in zwei Schichten extrusionsgeformt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass das erste Beispiel ein einzelnes Innenlagenrohr erzeugte, ohne Extrusion mit dem zweiten Einzelschneckenextruder 305.
Die nächste Beschreibung bezieht sich auf einen bestimmten Herstellungsprozess.
Unter Verwendung der Herstellungsmaschine von 9 wurde ein Polyethylen mit hoher Dichte (Schmelzpunkt: 135°C, MI = 0,5 g/10 min) in den Einzelschneckenextruder 301 gespeist. Mit Hilfe der an ihrem Ende vorgesehenen Rohrextrusionsform 302, der Kühlform 303, dem Niederdruckkühltank 304 und der Abzugsmaschine 306 wurde das Harz zu einem Innenlagenrohr 321 (Außendurchmesser: 110 mm, Wanddicke: 4 mm) geformt. Danach wurden zwei Bänder Verstärkungslagenfolie 322 durch Schneiden der vernetzten, gestreckten Polyolefinverbundfolie auf eine Breite von jeweils 60 mm hergestellt. Mit Hilfe eines Paares von Spiralwicklern 307, 308 wurden diese Bänder abwechselnd auf das Innenlagenrohr 321 in einem Winkel von etwa ±80 Grad relativ zur Achse des Rohres gewickelt. Das Wickeln erfolgte auf eine solche Weise, dass ein Spalt von 1 mm zwischen den Breitenenden der Folie blieb.
Als Nächstes wurde das folienbewickelte Innenlagenrohr 321 auf eine Oberflächentemperatur von 130°C im Infrarotofen 309 erhitzt, um die Verstärkungslagenfolie 322 mit dem Innenlagenrohr 321 zu verschmelzen. Bei diesem Schritt wurde das erhitzte Rohr mit einem Oberflächendruck aus vier Richtungen beaufschlagt, der durch die vier konkaven Walzen 310 am Ausgang des Infrarotofens 309 aufgebracht wurde. Durch diesen Schritt wurde das Harz für das Innenlagenrohr in den durch die Folie definierten Spalt eingefüllt, die auf dem Innenlagenrohr 321 lag (den Spalt zwischen den Folienenden).
Dann wurde ein Polyethylen mit hoher Dichte (Schmelzpunkt: 135°C, MI = 0,5 g/10 min) mit Hilfe der Außenschichtbeschichtungsform 310 extrusionsbeschichtet, die mit dem Einzelschneckenextruder 311 verbunden war. Bei diesem Beschichtungsprozess erhielt die beschichtete Wand eine Stärke von 1,6 mm, die Harztemperatur wurde auf 180°C gehalten.
Wie in 10 illustriert, hatte die Außenschichtbeschichtungsform 312 einen parallelen Abschnitt 330 am Ende der Form. Die Beschichtung wurde durch Strangpressen des Harzes zwischen dem parallelen Abschnitt 330 und dem Rohr aufgebracht, so dass das Außenschichtharz in den äußeren Folienspalt gefüllt wurde (den Spalt zwischen den Folienenden). Der Außenschichtbeschichtungsform 312 vorgeschaltet ist eine Packung 331 in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Rohrs vor dem Beschichten montiert. Die Packung und die Außenfläche des Rohrs definierten einen Hohlraum 332 in der Form. Während des Aufbringens des geschmolzenen Harzes wurde der Hohlraum 332 mit einer Vakuumpumpe 333 evakuiert.
Im Laufe des obigen Herstellungsverfahrens, vom Erhitzungsschritt im Infrarotofen 309 bis zum Außenschichtbeschichtungsschritt unter Verwendung der Außenschichtbeschichtungsform 312, wurde ein Metalldorn 315 im Innenlagenrohr 321 platziert. Der Dorn 315 hatte eine zylindrische Form und einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Innenlagenrohrs entsprach. Der Dorn 315 wurde durch eine Kette 316 mit der Rohrextrusionsform 302 verbunden. Zum Umwälzen eines Kühlmediums wurde ein Schlauch 317 entlang der Kette 316 angeordnet. Durch Umwälzen von temperaturgeregeltem Wasser durch den Kühlmedium-Umwälzschlauch 317 wurde die Außenfläche des Dorns 315 auf eine Temperatur von 60°C geregelt.
In der nächsten Stufe wurde das Rohr mit einer unverfestigten Außenschicht entlang der und in die Kühlform 313 geleitet (die Form, deren Innendurchmesser gleich dem des parallelen Abschnitts 330 in der Außenschichtbeschichtungsform 312 war), die am Kopf des Kühltanks 314 vorgesehen war. Die Kühlform 313 wurde mit Wasser gekühlt, das im Kühltank 314 gesprüht wurde. Während die Außenschicht mit der Kühlform 313 in Kontakt gehalten wurde, unter gleichförmigem Oberflächendruck in Umfangsrichtung, wurden die äußere Schicht und das gesamte Rohr gekühlt, so dass das in den 1 und 2 gezeigte Hochdruckverbundrohr 1 erhalten wurde.
Mit Bezug auf das im ersten Beispiel erhaltene Hochdruckverbundrohr, das Harz für das Innenlagenrohr wurde in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die auf dem Innenlagenrohr lag. Gleichzeitig wurde das Harz für die äußere Schicht in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die unter der äußeren Schicht lag.
<2. Beispiel>
[Herstellung einer Verstärkungslagenfolie]
Eine Verstärkungslagenfolie (eine vernetzte, gestreckte Polyolefinverbundfolie) wurde in derselben Weise wie im ersten Beispiel hergestellt.
[Herstellung eines Hochdruckverbundrohres]
Mit Bezug auf das Verfahren zur Herstellung des Innenlagenrohrs im ersten Beispiel, wurde ein lineares Polyethylen mit geringer Dichte (Schmelzpunkt: 120°C, MI = 4,0 g/10 min) aus dem zweiten Einzelschneckenextruder 304 extrudiert. Das so erhaltene Innenlagenrohr hat eine Doppelstruktur, die aus einer Hauptlage aus dem hochdichten Polyethylen und einer 0,2 mm starken zweiten Innenlage (einer äußersten Schicht) bestand, die sich außerhalb der Hauptlage befand.
In den nachfolgenden Schritten wurde das Verfahren des ersten Beispiels allgemein zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs gemäß den 3 und 4 durchgeführt. Es ist jedoch zu bemerken, dass der Dorn 315 nicht in dem Innenlagenrohr platziert wurde und dass der Oberflächendruck nicht von den konkaven Walzen 310 am Ausgang des Infrarotofens 309 aufgebracht wurde.
Mit Bezug auf das im zweiten Beispiel erhaltene Hochdruckverbundrohr, das Harz für die äußerste Schicht des doppelten Innenlagenrohrs wurde in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die auf dem Innenlagenrohr lag. Gleichzeitig wurde das Harz für die äußere Schicht in den Spalt in der gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die unter der äußeren Schicht lag.
<3. Beispiel>
[Herstellung einer Verstärkungslagenfolie]
Eine Verstärkungslagenfolie (eine vernetzte, gestreckte Polyolefinverbundfolie) wurde in derselben Weise wie im ersten Beispiel hergestellt.
[Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs]
Mit Bezug auf das Verfahren zur Herstellung des Innenlagenrohrs im ersten Beispiel, ein weiteres hochdichtes Polyethylen (Schmelzpunkt: 135°C, MI = 4,0 g/10 min) wurde aus dem zweiten Einzelschneckenextruder 305 extrudiert. Das so erhaltene Innenlagenrohr hat eine Doppelstruktur bestehend aus einer Hauptlage aus dem zuvor erwähnten hochdichten Polyethylen und einer 0,2 mm dicken zweiten Innenlage (einer äußersten Schicht), die außerhalb der Hauptlage lag.
In den nachfolgenden Schritten wurde das Verfahren des ersten Beispiels zum Herstellen eines Hochdruckverbundrohrs wie in den 3 und 4 gezeigt ausgeführt. Es ist jedoch zu bemerken, dass der Dorn 315 nicht im Innenlagenrohr platziert wurde und dass der Oberflächendruck nicht von den konkaven Walzen 310 am Ausgang des Infrarotofens 309 aufgebracht wurde.
Mit Bezug auf das im dritten Beispiel erhaltene Hochdruckverbundrohr, das Harz für die äußerste Schicht des doppelten Innenlagenrohrs wurde in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die auf dem Innenlagenrohr lag. Gleichzeitig wurde das Harz für die äußere Schicht in den Spalt in der gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die unter der äußeren Schicht lag.
<4. Beispiel>
[Herstellung einer Verstärkungslagenfolie]
Eine Verstärkungslagenfolie (eine vernetzte, gestreckte Polyolefinverbundfolie) wurde in derselben Weise wie im ersten Beispiel hergestellt.
[Herstellung eines Hochdruckverbundrohres]
Mit Bezug auf das Verfahren zur Herstellung des Innenlagenrohrs im ersten Beispiel, ein lineares Polyethylen geringer Dichte (Schmelzpunkt: 125°C, MI = 1,0 g/10 min) wurde vom zweiten Einzelschneckenextruder 305 extrudiert. Das so erhaltene Innenlagenrohr hatte eine Doppelstruktur, die aus einer Hauptlage des hochdichten Polyethylens und einer 0,2 mm starken zweiten Innenlage (einer äußersten Schicht) bestand, die außerhalb der Hauptlage lag.
In den nachfolgenden Schritten wurde das Verfahren des ersten Beispiels zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohres wie in den 3 und 4 gezeigt allgemein durchgeführt. Es ist jedoch zu bemerken, dass der Dorn 315 nicht im Innenlagenrohr platziert wurde.
Mit Bezug auf das im vierten Beispiel erhaltene Hochdruckverbundrohr, das Harz für die äußerste Schicht des doppelten Innenlagenrohrs wurde in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die auf dem Innenlagenrohr lag. Gleichzeitig wurde das Harz für die äußere Schicht in den Spalt in der gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die unter der äußeren Schicht lag.
<5. Beispiel>
[Herstellung einer Verstärkungslagenfolie]
Eine Verstärkungslagenfolie (eine vernetzte, gestreckte Polyolefinverbundfolie) wurde in derselben Weise wie im ersten Beispiel hergestellt und in einem Ofen bei 120°C sechs Stunden lang gehärtet. Die gehärtete Folie zeigte eine Schrumpfspannung von 3 MPa, unter derselben Bedingung wie im ersten Beispiel gemessen.
[Herstellung eines Hochdruckverbundrohres]
Das Verfahren aus dem ersten Beispiel wurde zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohres wie in 1 und 2 gezeigt ausgeführt, mit der Ausnahme, dass die vernetzte, gestreckte Polyolefinverbundfolie gehärtet worden war.
Mit Bezug auf das resultierende Hochdruckverbundrohr, das Harz für das Innenlagenrohr wurde in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die auf dem Innenlagenrohr lag. Gleichzeitig wurde das Harz für die äußere Schicht in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die unter der äußeren Schicht lag.
<6. Beispiel>
[Herstellung einer Verstärkungslagenfolie]
Eine Verstärkungslagenfolie (eine vernetzte, gestreckte Polyolefinverbundfolie) wurde in derselben Weise wie im ersten Beispiel hergestellt.
[Herstellung eines Hochdruckverbundrohres]
In diesem Beispiel wurde das Rohr in den Kühltank 314 eingeleitet und mit Sprühwasser gekühlt, ohne eine äußere Schicht zu beschichten. Von dieser Ausnahme abgesehen, wurde das Verfahren aus dem zweiten Beispiel zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohres gemäß den 5 und 6 ausgeführt.
Mit Bezug auf das resultierende Hochdruckverbundrohr, das Harz für die äußerste Schicht des doppelten Innenlagenrohrs wurde in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Folie gefüllt, die auf dem Innenlagenrohr lag.
<7. Beispiel>
[Herstellung einer Verstärkungslagenfolie]
Eine gestreckte Polyethylenverbundfolie wurde in derselben Weise wie im ersten Beispiel hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Bestrahlung unter einer Hochdruckquecksilberlampe durch den Strahler 208 wegfiel. Die Gelfraktion der Folie war 0%, gemessen auf dieselbe Weise wie im ersten Beispiel.
[Herstellung eines Hochdruckverbundrohres]
In diesem Beispiel wurde das Rohr in den Kühltank 314 eingeleitet und mit Sprühwasser gekühlt, ohne eine äußere Schicht zu beschichten. Von dieser Ausnahme abgesehen, wurde das Verfahren aus dem zweiten Beispiel zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohres wie in den 5 und 6 gezeigt ausgeführt.
Mit Bezug auf das resultierende Hochdruckverbundrohr, das Harz für die äußerste Schicht des doppelten Innenlagenrohrs wurde in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die auf dem Innenlagenrohr lag.
<8. Beispiel>
[Herstellung einer Verstärkungslagenfolie]
Das Verfahren aus dem ersten Beispiel wurde ausgeführt, mit der Ausnahme, dass die Klebstofffilme (die heißsiegelbaren Harzfolien) aus einem Polyethylen mit geringer Dichte bestanden (Schmelzpunkt: 106°C, MI = 2 g/10 min) und auf eine Stärke von 0,09 mm extrusionsgeformt wurden.
[Herstellung eines Hochdruckverbundrohres]
Ein Hochdruckverbundrohr wurde wie im ersten Beispiel hergestellt. Mit Bezug auf das resultierende Hochdruckverbundrohr wurde das Harz für die Klebstofffilme (das heißsiegelbare Harz) in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie gefüllt, die auf der Innenschicht lag, sowie in den Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie, die unter der unteren Schicht lag.
<1. Vergleichsbeispiel>
Mit Bezug auf Beispiel 1, die Herstellungsbedingungen für die Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs wurden auf eine solche Weise geändert, dass ein Hochdruckverbundrohr erhalten wurde, bei dem der Spalt in der vernetzten, gestreckten Polyethylenfolie nicht mit einem Harz gefüllt wurde.
<Rohrleistungsbeurteilungstest>
Für die in den Beispielen 1–8 und dem Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Hochdruckverbundrohre wurde die Langzeitleistung durch den Kriechtest unter Innendruck beurteilt. Es wurde auch der Zustand der Wasserpenetration von den Rohrenden beobachtet.
Speziell ausgedrückt, ein Messinstrument für den Test ist in 11 illustriert. Dieses Messinstrument 400 wurde mit Prüfvorrichtungen 411, 412 und einer Wasserdruckpumpe 402 ausgestattet. Für jedes Rohr wurde die Haltedauer gegen den Druck in einer Umgebung bei 30°C und mit Wasser auf 30°C gemessen, während ein Innendruck von 2,744 MPa kontinuierlich auf jedes Hochdruckverbundrohr aufgebracht wurde.
Bei der in 11 illustrierten Messung wurde Wasserdruck auf beide Enden des Hochdruckverbundrohres aufgebracht. Wenn die gestreckte Polyethylenfolie einen Spalt hatte, dann penetrierte Wasser an dem spiralförmigen Pfad entlang. Das Wasser verursachte ein Sickern in die äußere Schicht und schließlich einen Bruch. Andererseits, wenn kein Spalt in der gestreckten Polyethylenfolie vorlag (wo ein Harz den Spalt in der Folie füllte), da wurde beobachtet, dass der Bruch in der Innenseite des Innenlagenrohrs seinen Ursprung hatte.
Die Beurteilungsergebnisse sind in der Tabelle 1 unten aufgeführt.
Tabelle 1
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben, vermeidet das Hochdruckrohr der vorliegenden Erfindung das Eindringen von Wasser von einer Schnittfläche des Rohres und eliminiert somit die Gefahr von Sickern oder Bruch durch Blasenbildung. Demzufolge ist dieses Rohr für ein Verrohrungssystem in verschiedenen Anwendungen nützlich. Ferner ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohres für die Herstellung eines Hochdruckverbundrohres effektiv, mit dem Sickern und Bruch durch Blasenbildung mit Sicherheit verhütet werden.

Claims

Hochdruckverbundrohr (1), das ein Innenlagenrohr (11) aus einer Mehrzahl von Kunstharzschichten (111, 112) und eine Verstärkungslage (12) umfasst, die durch spiralförmiges Wickeln einer gestreckten Polyolefinharzfolie (121) auf einer externen Umfangsfläche des Innenlagenrohrs (11) gebildet wird, wobei der Kunstharz für wenigstens eine äußerste Schicht (112) des Innenlagenrohrs (11) in einen Spalt (120) gefüllt wird, der durch die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) definiert wird, die auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs (11) gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzfluss-Index der äußersten Schicht (112) der Kunstharzschichten (111, 112) für alle Kunstharzschichten (111, 112) des Innenlagenrohrs (11) am höchsten ist.
Hochdruckverbundrohr (1) nach Anspruch 1, wobei der Schmelzfluss-Index der äußersten Schicht (112) 0,1 g/10 min oder größer ist.
Hochdruckverbundrohr (1) nach Anspruch 2, wobei der Schmelzfluss-Index der äußersten Schicht (112) etwa 1,0 bis 30,0 g/10 min beträgt.
Hochdruckverbundrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schmelzpunkt des Kunstharzes für wenigstens die äußerste Schicht (112) niedriger ist als der von wenigstens einem der Kunstharze für die andere(n) Schicht(en) (111), wobei die Differenz zwischen diesen Schmelzpunkten 5°C oder höher beträgt.
Hochdruckverbundrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die gestreckte Polyolefinharzfolie (121), die die Verstärkungslage (121 bildet, eine Schrumpfspannung von 4,9 MPa oder höher im erhitzten Zustand aufweist.
Hochdruckverbundrohr (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein heißsiegelbarer Harz (122) auf die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) laminiert wird, um die gestreckte Polyolefinfolie (121) haftfähig zu machen.
Hochdruckverbundrohr (1) nach Anspruch 6, wobei der heißsiegelbare Harz (122) in den durch die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) definierten Spalt gefüllt wird.
Hochdruckverbundrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) vernetzt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs (1), das die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines Innenlagenrohrs (11) aus mehreren Kunstharzschichten (111, 112), wobei die äußerste Schicht (112) des Innenlagenrohrs (11) den höchsten Schmelzfluss-Index aller Schichten (111, 112) hat; spiralförmiges Wickeln einer gestreckten Polyolefinharzfolie (121) auf eine externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs (11); Erhitzen der gestreckten Polyolefinharzfolie (121) im gewickelten Zustand, um eine Schrumpfspannung in der gestreckten Polyolefinharzfolie (121) zu erzeugen; und Verschmelzen der gestreckten Polyolefinharzfolie (121) und des Innenlagenrohrs (11) miteinander, so dass der Kunstharz für das Innenlagenrohr (11) in einem geschmolzenen Zustand in eine durch die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) definierte Lücke (120) gefüllt wird, die auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs (11) gewickelt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs (1) nach Anspruch 9, das den Schritt des Beaufschlagens einer Fläche der gestreckten Polyolefinharzfolie (121) mit einem Oberflächendruck umfasst, während die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) im gewickelten Zustand erhitzt wird, so dass der Kunstharz für das Innenlagenrohr (11) in einem geschmolzenen Zustand in einen durch die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) definierten Spalt (120) gefüllt wird und die gestreckte Polyolefinharzfolie und das Innenlagenrohr miteinander verschmolzen werden.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs (1) nach Anspruch 9 oder 10, das den Schritt des Beschichtens eines Kunstharzes für eine Außenschicht auf der gestreckten Polyolefinharzfolie (121) umfasst, die auf die externe Umfangsfläche des Innenlagenrohrs (11) gewickelt wird, wobei der Kunstharz in einem geschmolzenen Zustand beschichtet wird, wobei die laminierte Fläche mit einem Oberflächendruck beaufschlagt wird, so dass der Kunstharz für die Außenschicht (112) in eine durch die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) definierte Lücke gefüllt wird und die gestreckte Polyolefinharzfolie (221) und die Außenschicht (112) miteinander verschmolzen werden.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, das die Schritte des Beschichtens eines Kunstharzes für eine Außenschicht auf der gestreckten Polyolefinharzfolie (121) umfasst, die auf die äußere Umfangsfläche des Innenlagenrohrs (11) gewickelt wird, und Reduzieren des Drucks zwischen der Oberfläche, auf die die Außenschicht aufgezogen wurde, und einer Innenfläche der Außenschicht.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, das die Schritte des Beschichtens einer äußeren Schicht mit einem Kunstharz in einem geschmolzenen Zustand und das Beaufschlagen einer Außenfläche der beschichteten Außenschicht mit einem Oberflächendruck umfasst, bevor sich der Harz verfestigt, so dass der Kunstharz in einem geschmolzenen Zustand in einen durch die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) definierten Spalt gefüllt wird und die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) und die Außenschicht (112) miteinander verschmolzen werden.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs (1) nach Anspruch 13, das die folgenden Schritte umfasst: Beschichten einer Außenschicht mit einem Kunstharz in einem geschmolzenen Zustand; Beaufschlagen einer Außenfläche der beschichteten Außenschicht mit einem Oberflächendruck, bevor sich der Harz verfestigt, wobei die laminierte Oberfläche dadurch mit Oberflächendruck beaufschlagt wird, dass eine Außendurchmesserbegrenzungsform oder -einspannvorrichtung gegen die Außenfläche gedrückt wird; und Durchführen eines Kühlvorgangs, wobei der Außendurchmesser durch die Form oder Einspannvorrichtung beschränkt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckverbundrohrs (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei ein Element zum Halten eines Innendurchmessers in dem Innenlagenrohr (11) platziert wird, mit Bezug auf den Schritt, bei dem die gestreckte Polyolefinharzfolie (121) erhitzt wird, um eine Schrumpfspannung in der Folie zu erzeugen.