DE60224795T2

DE60224795T2 - Verstärktes kunststoffrohr und verfahren für dessen herstellung

Info

Publication number: DE60224795T2
Application number: DE60224795T
Authority: DE
Inventors: Claude Dehennau; Pierre Matz
Original assignee: Egeplast Werner Strumann GmbH and Co KG
Current assignee: Egeplast Werner Strumann GmbH and Co KG
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2022-04-27
Also published as: PT1386104E; EE200300531A; BE1014145A3; PL366930A1; EA004965B1; JP4247000B2; KR100896226B1; NO20034770D0; ATE384899T1; DK1386104T3; ES2300443T3; NO337080B1; US20040118471A1; WO2002088589A1; KR20040015131A; JP2004527709A; BR0209220A; US7093620B2; PL201976B1; DE60224795D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verstärktes mehrschichtiges Rohr aus Kunststoff, das aus einem rohrförmigen Kern auf der Basis einer polymeren Zusammensetzung gebildet ist, auf den Verstärkungsbänder mit einer orientierten polymeren Zusammensetzung gewickelt sind, wobei das Rohr mindestens zwei Schichten von Bändern, die auf den Kern gewickelt sind, umfasst, wobei jede Schicht aus Bändern besteht, die einen zu den Bändern der anderen Schicht in Bezug auf die Richtung des Rohrs ähnlichen Winkel mit entgegengesetztem Vorzeichen aufweisen.
Die Rohre, die starken mechanischen Beanspruchungen standhalten müssen, etwa die Rohre mit großem Durchmesser und/oder die Rohre, die einem hohen Innendruck ausgesetzt werden, können in wirtschaftlicher Weise aus formbarem Gusseisen hergestellt werden. Die Rohre aus Kunststoff werden jedoch auf Grund ihrer viel größeren Leichtheit und ihrer beachtenswerten Korrosionsbeständigkeit in einer Anzahl von Fällen gegenüber dem Gusseisen bevorzugt.
Damit sie ebenso gut wie das Gusseisen den starken mechanischen Beaufschlagungen standhalten, müssen die herkömmlichen Rohre aus Kunststoff eine höhere Wanddicke aufweisen, was deren Kosten belastet und sie in Bezug auf die Rohre aus formbarem Gusseisen weniger konkurrenzfähig macht.
Außerdem weisen die Rohre aus Kunststoff häufig eine geringe Beständigkeit gegen das Kriechen unter verlängerter Spannung auf. Es ist jedoch im Fall von bestimmten Verwendungsarten sehr wichtig, dass sich die Beständigkeit dieser Rohre, beispielsweise die Beständigkeit gegen Zerbersten, am Ende einer langen Verwendungsperiode, die sich manchmal über mehrere zehn Jahre erstrecken kann, nicht verschlechtert.
Um dieses Problem zu lösen, wurden mehrere Lösungen in Erwägung gezogen. Eine erste Lösung bestand in der Herstellung von Rohren, deren Kunststoff in der zur Achse des Rohrs parallelen und senkrechten Richtung zweifach orientiert ist. Der Vorgang der Zweifachorientierung kann jedoch nur an dem Rohr durchgeführt werden, das vorher durch Extrusion gebildet wurde, was das Verfahren diskontinuierlich macht und dessen Kosten belastet. Außerdem benötigt das Aufrechterhalten der Zweifachorientierung des Materials bei der Verlegung von Verbindungsstücken die Beachtung von besonderen Vorsichtsmaßnahmen, die die Verwendung von zahlreichen speziellen Verbindungsstücken beinhaltet. Außerdem ist die gemäß diesem Verfahren erhaltene Verstärkung vor allem in der Längsrichtung wirksam und löst das Problem der Beständigkeit gegen die radialen Kräfte, die die maximalen Spannungen in bestimmten Anwendungen darstellen, beispielsweise beim Transport von Fluiden unter Druck, nur sehr partiell. Bis heute haben die Versuche, die durchgeführt wurden, um das Zweifachorientierungsverfahren kontinuierlich zu machen, auf Grund der technologischen Einschränkungen und der großen Mehrkosten, die sie hervorrufen, in Bezug auf den noch ausreichenden Beständigkeitsgewinn, der erhalten wird, noch nicht vollständig ihre Früchte getragen.
Eine weitere Lösung bestand darin, Verstärkungen an den Rohren aus Kunststoff anzubringen, wie beispielsweise das kontinuierlichen Wickeln von Fasern (beispielsweise aus Glas), die mit einem thermoplastischen oder wärmeaushärtenden Harz imprägniert sind ("COFITS"). Diese Lösung ist jedoch nicht mehr ohne Fehler, da diese Wicklungen im Allgemeinen zerbrechlich sind und die Dichte des resultierenden verstärkten Rohrs sowie seine Kosten stark erhöhen. Außerdem bleibt die Wirksamkeit dieser Verstärkungen im Verlauf der Zeit nicht immer stabil und das Recycling des Rohrs am Ende der Lebensdauer ist auf Grund der Verschachtelung im Polymer des Rohrs mit schwierig zu trennenden Fremdmaterialien häufig schwierig.
Es ist auch das Patent US-A-4 093 004 bekannt, das das Prinzip der Verstärkung von Kernen aus verschiedenen Materialien (Karton, Papier, Kautschuk, Holz oder Kunststoff) mittels Bändern aus orientiertem Polyolefin offenbart. Das erhaltene verstärkte Rohr weist jedoch keine ausreichende Beständigkeit auf, insbesondere eine Beständigkeit gegen das Zerbersten, damit es mit vollständiger Sicherheit für lange Dauern beim Transport von Fluiden unter Druck verwendet wird.
Das Dokument EP-A-0 697 553 zeigt ein verstärktes mehrschichtiges Rohr gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dieses bekannte Rohr wird durch Wickeln einer ringförmigen Platte mit großer Abmessung, deren Drehachse mit jener des Kerns übereinstimmt, hergestellt, wobei die ringförmige Platte ein oder mehrere Haspeln von Verstärkungsfaserbündeln umfasst. Mehrere Verstärkungsfaserbündel können unter Verwendung von zwei derartigen ringförmigen Platten, die axial versetzt sind und sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, gewickelt werden.
Die Erfindung hat als Aufgabe, die von den vorstehend dargelegten bekannten Verstärkungssystemen aufgeworfenen Probleme zu lösen, während die Herstellungskosten in annehmbaren und mit den Rohren aus formbarem Gusseisen konkurrenzfähigen Grenzen gehalten werden.
Dazu betrifft die Erfindung ein mehrschichtiges verstärktes Rohr aus Kunststoff, bestehend aus einem rohrförmigen Kern auf Basis einer polymeren Zusammensetzung, auf den Verstärkungsbänder gewickelt sind, umfassend eine polymere orientierte Zusammensetzung, gemäß dem die Bänder aus jenen ausgewählt werden, die die folgende Beziehung erfüllen:
in der:
IR ein Widerstandsindex des Verstärkungsbandes ist, der wie folgt berechnet wird:
wobei:
σ den maximalen Wert der Spannung darstellt, der bei einem Zugversuch der Bänder in der Orientierungsrichtung erreicht wird, für eine dem Yieldpunkt des Kerns entsprechende Dehnung, oder andernfalls, dem Zerreißpunkt des Bandes, wenn die Dehnung in diesem Zerreißpunkt geringer ist als diejenige der Dehnung im Yieldpunkt des Kerns,
E der Zugelastizitätsmodul der orientierten Bänder ist;
der Widerstandsindex des Kerns ist; σ₀ und E₀ die Spannung im Yieldpunkt bzw. der Zugelastizitätsmodul des Kerns sind;
worin σ, E, σ₀ und E₀ in den gleichen willkürlichen Spannungseinheiten ausgedrückt sind,
und dass es mindestens zwei Schichten von Bändern umfasst, die auf den Kern gewickelt sind, wobei jede Schicht aus Bändern gebildet ist, die einen ähnlichen Winkel mit entgegengesetztem Vorzeichen zu den Bändern der anderen Schicht, bezogen auf die Richtung des Rohrs, aufweisen.
In dieser Definition bedeutet die Vokabel "ähnlicher Winkel" einen Winkel, der mindestens gleich demselben Winkel minus 5 Grad des Winkels ist. Die Vokabel "ähnlicher Winkel" umfasst auch einen Winkel, der höchstens gleich demselben Winkel plus 5 Grad des Winkels ist. Vorzugsweise bedeutet diese Vokabel einen Winkel, der mindestens gleich demselben Winkel minus 2 Grad des Winkels ist. Vorzugsweise umfasst sie auch einen Winkel, der höchstens gleich demselben Winkel plus 2 Grad des Winkels ist.
Unter dem Yieldpunkt wird die Bezeichnung des Punkts der Zugversuchskurve verstanden: Spannung – Dehnung des betrachteten Kunststoffs, ab dem die aufzubringende Spannung, die zum Erhalten einer zusätzlichen Dehnung erforderlich ist, beginnt, in Bezug auf die Spannungen, die erforderlich sind, um die Dehnungen zu erhalten, die geringer sind als jene, die diesem Punkt entspricht, zu sinken.
Unter einem verstärkten Rohr wird die Bezeichnung eines Rohrs verstanden, dessen intrinsische mechanische Eigenschaften der Zusammensetzung des Basismaterials, das es bildet, durch die Anwesenheit einer Zusammensetzung aus einem zusätzlichen Material, das von diesem Basismaterial verschieden ist und das durch seine Anwesenheit eine Ergänzung des mechanischen Widerstandes bringt, modifiziert sind. Die Zusammensetzung des Basismaterials ist eine polymere Zusammensetzung, die mindestens 40 Gewichts-% des Gesamtgewichts des verstärkten Rohrs darstellt. Der Kern besteht aus der polymeren Basiszusammensetzung. Die Zusammensetzung des zusätzlichen Materials wird durch die Verstärkungsbänder verwirklicht.
Unter einem Kunststoff wird die Bezeichnung jeglichen Materials mit mindestens einem Polymer aus synthetischem Harz verstanden.
Alle Arten von Kunststoff können geeignet sein. Kunststoffe, die gut geeignet sind, gehören zur Kategorie der thermoplastischen Materialien.
Als thermoplastisches Material wird jegliches thermoplastische Polymer bezeichnet, einschließlich der thermoplastischen Elastomere, sowie ihre Gemische. Mit dem Begriff "Polymer" werden sowohl die Homopolymere als auch die Copolymere (insbesondere binäre oder ternäre) bezeichnet. Beispiele von derartigen Copolymeren sind in nicht begrenzender Weise: die Copolymere mit zufälliger Verteilung, die Blockcopolymere und die Pfropfcopolymere.
Jegliche Art von thermoplastischem Polymer oder Copolymer, dessen Schmelztemperatur geringer ist als die Zersetzungstemperatur, ist geeignet. Die thermoplastischen Synthesematerialien, die einen auf mindestens 10 Grad Celsius ausgedehnten Schmelzbereich aufweisen, sind besonders gut geeignet. Als Beispiel derartiger Materialien sind diejenigen zu finden, die eine Polydispersion ihrer Molekülmasse aufweisen.
Insbesondere können Polyolefine, Vinylpolyhalogenide, thermoplastische Polyester, Polyketone, Polyamide und ihre Copolymere verwendet werden. Ein Gemisch von Polymeren oder von Copolymeren kann auch verwendet werden, ebenso wie ein Gemisch von polymeren Materialien mit anorganischen, organischen und/oder natürlichen Füllstoffen, wie beispielsweise, aber nicht begrenzend: Kohlenstoff, die Salze und andere anorganische Derivate, die natürlichen oder polymeren Fasern. Es ist auch möglich, mehrschichtige Strukturen, die aus gestapelten und fest verbundenen Schichten bestehen, die mindestens eines der oben beschriebenen Polymere oder Copolymere umfassen, zu verwenden.
Ein Polymer, das häufig verwendet wird, ist Polyethylen. Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit hochdichtem Polyethylen (PEHD) erhalten.
Der Basisbestandteil des verstärkten Rohrs gemäß der Erfindung ist ein rohrförmiger Kern, d. h. ein hohles Objekt in Rohrform. Er ist zumindest teilweise aus einer polymeren Zusammensetzung gebildet.
Andere Bestandteile des verstärkten Rohrs gemäß der Erfindung sind die Verstärkungsbänder, die eine Zusammensetzung aus zusätzlichem Material umfassen, das die Ergänzung des mechanischen Widerstandes bringt, der erforderlich ist, um dem verstärkten Rohr die mechanischen Eigenschaften zu verleihen, die für die Verwendung, für die es bestimmt ist, geeignet sind.
Das in den Verstärkungsbändern des Rohrs gemäß der Erfindung vorhandene zusätzliche Material umfasst mindestens eine orientierte polymere Zusammensetzung. Sie kann eine einzige orientierte polymere Zusammensetzung umfassen. Alternativ kann sie auch ein Gemisch von mehreren polymeren Zusammensetzungen und eventuell nicht polymeren Additiven umfassen, von denen mindestens eines der Polymere orientiert ist. Das Polymer kann jegliches thermoplastische Polymer sein, das in den Bändern in orientierter Form vorhanden sein kann, d. h. wobei mindestens 20 Gewichts-% der Molekülketten, die es bilden, in ein und derselben Richtung angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Orientierungsrichtung jene der Länge des Bandes. Als orientiertes Polymer kann jegliche Art von thermoplastischem Polymer ausgewählt werden, das sich gut für die Orientierung seiner Molekülketten eignet. Im Allgemeinen wird ein orientiertes Polymer verwendet, dessen Art dieselbe wie jene der Polymere ist, die derzeit für die Herstellung von Rohren dienen, die dem Druck standhalten müssen. Interessante Beispiele von derartigen Polymeren im Fall eines Kerns aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) sind nicht begrenzend die multimodalen HDPE-Harze und die vernetzbaren Harze.
Die multimodalen Harze sind jene, die eine Molekülmassenverteilung mit mehreren Extrema aufweisen. Die bimodalen HDPE-Harze mit zwei Extrema sind bevorzugt.
Die vernetzbaren HDPE-Harze sind HDPE-Harze, die sich bei ihrem Einsatz wie herkömmliche thermoplastische HDPE-Harze verhalten und die anschließend nach der Formung durch ein beliebiges Verfahren (Wirkung von Peroxiden, Bestrahlung ...) vernetzt und gehärtet werden können.
Wenn mehrere orientierte Polymere vorhanden sind, teilen sie sich dieselbe Orientierungsrichtung. Das orientierte Polymer der Bänder kann gleicher Art wie eines der Polymere der polymeren Basiszusammensetzung, die den Kern bildet, sein. Es kann im Gegensatz dazu auch ein Polymer sein, das in dieser polymeren Basiszusammensetzung nicht vorhanden ist, wenn es die Verwendungsumstände fordern oder sie mit der Verwendung eines identischen Polymers wenig kompatibel sind.
Vorteilhafterweise umfasst das verstärkte Rohr gemäß der Erfindung eine gerade Anzahl von Schichten von Verstärkungsbändern, die auf den Kern gewickelt sind.
Vorzugsweise ist eine Haftschicht zwischen dem Kern und der angrenzenden Schicht von Bändern sowie zwischen jeder Schicht der Bänder angeordnet.
Unter einem Klebstoff wird die Bezeichnung jeglichen Klebstoffs verstanden, der mit der Zusammensetzung des Kerns und jener der Verstärkungsbänder kompatibel ist. Der am meisten verwendete Klebstoff ist im Allgemeinen ein polymerer Klebstoff, der in Form eines Polyurethans oder eines funktionalisierten Polyolefins vorliegen kann. Unter einem funktionalisierten Polyolefin wird die Bezeichnung jeglichen Polyolefins verstanden, das außer von Olefinen abgeleiteten Einheiten die funktionellen Monomereinheiten umfasst. Diese können entweder in die Hauptkette des Polyolefins oder in seine Seitenketten integriert sein. Sie können auch direkt in das Gerüst dieser Haupt- und Seitenketten beispielsweise durch Copolymerisation von einem oder mehreren funktionellen Monomeren mit dem oder den olefinischen Monomeren integriert werden oder sich auch aus dem Pfropfen von einem oder mehreren funktionellen Monomeren auf die Ketten nach der Herstellung des Polyolefins ergeben. Mehrere funktionalisierte Polyolefine können auch in einem Gemisch verwendet werden.
Die funktionellen Monomereinheiten des funktionalisierten Polyolefins werden aus den Carbonsäuren, den zweiwertigen Carbonsäuren und den diesen zweiwertigen Säuren entsprechenden Anhydriden ausgewählt. Diese Monomereinheiten stammen im Allgemeinen aus der Copolymerisation oder dem Pfropfen von mindestens einem ungesättigten Monomer, das dieselben Funktionen besitzt. Beispiele von verwendbaren Monomeren sind nicht begrenzend Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäureanhydrid und Itaconsäureanhydrid. Vorzugsweise stammen die funktionellen Monomereinheiten aus der Copolymerisation oder dem Pfropfen von Maleinsäureanhydrid.
Vorzugsweise werden die Anzahl von Schichten und die Winkel der Verstärkungsbänder derart gewählt, dass dem fertigen Rohr eine Beständigkeit verliehen wird, die mindestens ausreicht, um ihm zu ermöglichen, dauerhaft den ausgeübten Spannungen standzuhalten.
Das verstärkte Rohr umfasst im Allgemeinen mindestens zwei Schichten von Verstärkungsbändern. Wenn es zwei Schichten von Bändern umfasst, weisen sie untereinander in Bezug auf die Richtung des Rohrs einen ähnlichen Winkel, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen auf.
Die Vokabel "ähnlich" hat hier dieselbe Bedeutung wie weiter oben erläutert.
Wenn das verstärkte Rohr mehr als zwei Schichten von Verstärkungsbändern umfasst, weisen zwei beliebige benachbarte Schichten dieses Rohrs vorzugsweise einen ähnlichen Winkel mit entgegengesetztem Vorzeichen in Bezug auf die Richtung des Rohrs auf.
Gemäß einer speziellen vorteilhaften Form der Erfindung werden die Verstärkungsbänder des Rohrs in aneinander grenzenden Windungen gewickelt. Vorteilhafter werden diese Verstärkungsbänder auch durch zwei nicht orientierte polymere Schichten geschützt. Der Begriff "geschützt" versteht sich hier in der Hinsicht eines mechanischen Schutzes gegen jegliche Änderung mechanischen Ursprungs, die sich aus Beaufschlagungen der Umgebung außerhalb des verstärkten Rohrs ergeben würde. Vorzugsweise ist die polymere Zusammensetzung dieser Schutzschichten mit der orientierten polymeren Zusammensetzung der Verstärkungsschicht kompatibel. Vorzugsweise ist die erste dieser Schichten, die die innerste ist, auch aus ebenfalls in aneinander grenzenden Windungen gewickelten Bändern gebildet. Vorteilhafterweise ist die zweite Schutzschicht, die sich am äußeren Umfang des verstärkten Rohrs befindet, eine volle rohrförmige Schicht, die aus einem einzigen Stück gebildet ist und als abschließende Schicht dient. Unter einer polymeren Zusammensetzung, die mit einer orientierten polymeren Zusammensetzung kompatibel ist, wird jegliche polymere Zusammensetzung verstanden, die im geschmolzenen Zustand mit dieser orientierten Zusammensetzung mischbar ist, was keine unerwünschte physikalische oder chemische Reaktion hervorruft, die sich auf die Orientierung mindestens eines Polymers dieser letzten auswirken kann.
Es ist auch besonders interessant, dass die Art von jedem der Bestandteile des Rohrs vernünftig ausgewählt wird, um sein Recycling und seine Wiederverwendung in einem Gemisch in einer der Schichten eines neuen Rohrs zu ermöglichen. Diese Fähigkeit müsste in diesem Fall sowohl bei der Herstellung eines neuen Rohrs (durch die Verwendung von Fertigungsabfällen) als auch bei einem verwendeten Rohr am Ende der Verwendungsperiode garantiert werden können.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren für die Herstellung eines verstärkten Rohrs aus Kunststoff, umfassend die Aufbringung durch Aufwickeln auf einen rohrförmigen Kern auf Basis einer polymeren Zusammensetzung, von Verstärkungsbändern, umfassend eine polymere orientierte Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder ausgewählt werden aus denjenigen, die die nachfolgende Beziehung erfüllen:
in der:
IR ein Widerstandsindex des Verstärkungsbandes ist, der wie folgt berechnet wird:
wobei:
σ den maximalen Wert der Spannung darstellt, der bei einem Zugversuch der Bänder in der Orientierungsrichtung erreicht wird, für eine dem Yieldpunkt des Kerns entsprechende Dehnung, oder andernfalls, dem Zerreißpunkt des Bandes, wenn die Dehnung in diesem Zerreißpunkt geringer ist als diejenige der Dehnung im Yieldpunkt des Kerns,
E der Zugelastizitätsmodul der orientierten Bänder ist;
der Widerstandsindex des Kerns ist;
σ₀ und E₀ die Spannung im Yieldpunkt bzw. der Zugelastizitätsmodul des Kerns sind;
worin σ, E, σ₀ und E₀ in den gleichen willkürlichen Spannungseinheiten ausgedrückt sind,
und dass es mindestens zwei Schichten von Bändern umfasst, die auf den Kern gewickelt sind, wobei jede Schicht aus Bändern gebildet ist, die einen ähnlichen Winkel mit entgegengesetztem Vorzeichen zu den Bändern der anderen Schicht, bezogen auf die Richtung des Rohrs, aufweisen.
Der Yieldpunkt und die Vokabel "ähnlich" haben hier dieselben Bedeutungen wie die bereits weiter oben für das verstärkte Rohr erläuterten.
Die Verstärkungsbänder können auf den Kern und/oder die Schicht von darunter liegenden Bändern mittels eines Klebstoffs geklebt werden. Die verwendeten Klebstoffe sind dieselben wie die oben für das verstärkte Rohr beschriebenen.
Gemäß einer speziellen Form des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die verwendeten Verstärkungsbänder vorab mit einem Klebemittel versehen, mittels eines durch Erwärmung aktivierbaren Klebstoffs.
Die Verwendung eines Klebstoffs dieser Art bietet den Vorteil der Begrenzung der Erwärmungsdauer der Verstärkungsbänder auf jene, die für die Entwicklung des Klebeeffekts genau erforderlich ist, um das Aufrechterhalten der Orientierung der polymeren Zusammensetzung der Verstärkungsbänder, eine Eigenschaft, von der im Allgemeinen bekannt ist, dass sie sich unter der Wirkung der Wärme verschlechtert, bestmöglich zu schützen.
Gemäß dieser speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann außerdem noch der Schutz der molekularen Orientierung des Polymers der Zusammensetzung der Verstärkungsbänder verbessert werden, indem auf diese ein dünnes thermisches Schutzband gewickelt wird, das eine nicht orientierte polymere Zusammensetzung chemischer Art, die mit jener der orientierten polymeren Zusammensetzung der darunter liegenden Schichten kompatibel ist, umfasst. Diese Schutzbänder werden an die orientierten Bänder mittels eines organischen Klebstoffs ohne Lösungsmittel oder mittels eines polymeren Klebstoffs, der bei einer ausreichend niedrigen Temperatur schmilzt, um die Orientierung der Moleküle dieser orientierten Verstärkungsbänder nicht zu ändern, geklebt.
Die Dicke dieses Bandes hängt von der Bedeutung seiner Eigenschaften als thermischer Schirm ab und übersteigt nicht jene, die eine relativ gute Stabilität der molekularen Orientierung der darunter liegenden Schichten ermöglicht. Es ist außerdem vorteilhaft, dass dieses thermische Schutzband für die Infrarotstrahlung sehr transparent ist, um die Aktivierung des Klebstoffs über eine Strahlung dieses Typs unter Ausschluss anderer Wärmequellen zu ermöglichen.
Gemäß einer Variante für das spezielle erfindungsgemäße Verfahren wird gemäß einer Aufextrusionstechnik auf das dünne thermische Schutzband eine äußere abschließende Schicht aufgebracht, die eine nicht orientierte polymere Zusammensetzung umfasst, die mit jener des darunter liegenden dünnen thermischen Schutzbandes kompatibel ist. Dieses Aufbringen kann vorteilhafterweise mit Hilfe einer kreisförmigen Düse erfolgen, die das ver stärkte Rohr umgibt, durch die die abschließende Schicht gefördert wird.
Die äußere abschließende Schicht hat das Ziel, in genauer Weise die äußeren Abmessungen des Rohrs zu kalibrieren und die Kompatibilität mit durch Kleben oder durch Thermoschweißen verlegten Verbindungsstücken zu ermöglichen.
Vorteilhafterweise wird die Dicke des dünnen Bandes so geregelt, dass es als wirksamer thermischer Schirm, wie vorstehend dargelegt, bei der Aufextrusion der abschließenden Schicht dient, um den Verlust der Orientierung der orientierten polymeren Zusammensetzung der Verstärkungsbänder maximal zu begrenzen.
Die Beispiele, die folgen, werden gegeben, um die Erfindung zu erläutern, ohne ihren Umfang in irgendeiner Weise zu begrenzen.
Messungen der Spannung und der Zugelastizitätsmodule von 4 verschiedenen Polymeren, die verwendet wurden, um Bänder mit einer Dicke von 0,9 mm herzustellen, wurden verglichen. Diese Bänder wurden um einen Kern aus hochdichtem Polyethylen (PEHD) in Form eines Rohrs mit einer Wanddicke von 3,85 mm (nachstehend TUB121 genannt) gewickelt. Zwei gekreuzte Schichten von jedem dieser Bänder wurden auf den Kern aufgebracht, indem ein Winkel von +55 Grad und –55 Grad in Bezug auf die Richtung des Kerns verwirklicht wurde, abgesehen vom kristallinen HDPE-Polymer des Typs "Leeds1", wo 4 Schichten von Bändern (die dieselben Winkel wie die Bänder der anderen Rohre aufwiesen) erforderlich waren, um eine zusammenhängende Wicklung zu verwirklichen. In dem Fall dieses letzten kristallinen HDPE-Polymers ist die erforderliche Investition, die für die Wickelvorrichtung verwirklicht werden muss, in Bezug auf jene der anderen untersuchten Polymere verdoppelt.
Anschließend wurde der momentane Zerberstdruck des Rohrs gemäß der Norm ISO 9080 gemessen.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Nr. des Versuchs	Typ des Rohrs/der Bänder	Spannung σ, MPa	Zugelastizitätsmodul, MPa	IR/IR₀	Zerberstdruck, bar
1R	TUB121/keine (nicht verstärkter Kern)	25	1000	1,0	40
2R	TUB121/in der Schmelze orientiertes HDPE	25	424	1,3	40
3	TUB121/orientiertes HDPE 11-3	153	1741	5,1	100
4	TUB121/orientiertes HDPE K17	220	2545	6,4	135
5R	TUB121/Leeds1	147	10209	2,7	90

Die Versuche Nr. 1R, 2R und 5R sind nicht erfindungsgemäße Referenzversuche. Die Versuche 3 und 4 sind gemäß der Erfindung. Es ist zu sehen, dass die in den Versuchen 3 und 4 hergestellten verstärkten Rohre, die die einzigen sind, bei denen das Verhältnis der Indizes IR/IR₀ höher als die Zahl 4 ist, optimale Zerberstdrücke aufweisen, da sie die höchsten sind und den Spezifikationen entsprechen, die für die von den verstärkten Rohren angestrebte Verwendung erforderlich sind.

Claims

Mehrschichtiges verstärktes Rohr aus Kunststoff bestehend aus einem rohrförmigen Kern auf Basis einer polymeren Zusammensetzung, auf den Verstärkungsbänder gewickelt sind umfassend eine polymere orientierte Zusammensetzung, umfassend wenigstens zwei Schichten von auf den Kern gewickelten Bändern, wobei jede Schicht aus Bändern besteht, die einen ähnlichen Winkel und eine zu den Bändern der anderen Schicht entgegen gesetzte Ausrichtung aufweisen, bezogen auf die Richtung des Rohres, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsbänder die nachfolgende Beziehung erfüllen:
in der: IR ein Widerstandsindex des Verstärkungsbandes ist, berechnet wie folgt:
Wobei: σ den maximalen Wert der Spannung darstellte, der bei einem Zugversuch der Bänder in Orientierungsrichtung erreicht wird, für eine dem Yieldpunkt des Kerns entsprechende Dehnung, oder andernfalls, dem Zerreißpunkt des Bandes, wenn die Dehnung in diesem Zerreißpunkt geringer ist als diejenige der Dehnung im Yieldpunkt des Kerns, E das Zugelastizitätsmodul der orientierten Bänder ist;
Der Widerstandsindex des Kerns ist; σ₀ und E₀ jeweils die Spannungen im Yieldpunkt und das Zugelastizitätsmodul des Kerns sind; Worin σ, E, σ₀ und E₀ in den gleichen Spannungseinheiten ausgedrückt sind.
Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine gerade Anzahl an Schichten von Verstärkungsbändern aufweist, die auf den Kern gewickelt sind.
Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haftschicht zwischen dem Kern und der angrenzenden Schicht von Bändern angeordnet ist, sowie zwischen jeder Schicht der Bänder.
Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsbänder geschützt sind durch eine erste dünne Schicht, gebildet aus gewickelten Bänder in aneinander grenzenden Windungen, umfassend eine polymere nicht orientierte Zusammensetzung, die mit der polymeren orientierten Zusammensetzung der darunter liegenden Verstärkungsschichten kompatibel ist, und durch eine zweite äußere volle rohrförmige Schicht, die einstückig ausgebildet ist, aus der gleichen polymeren nicht orientierten Zusammensetzung, die als abschließende Schicht dient.
Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Rohrs aus Kunststoff, umfassend die Aufbringung durch Aufwickeln auf einen rohrförmigen Kern auf Basis einer polymeren Zusammensetzung, von Verstärkungsbändern, umfassend eine polymere orientierte Zusammensetzung, wobei das Rohr wenigstens zwei Schichten von auf den Kern gewickelten Bändern umfasst, wobei jede Schicht aus Bändern besteht, die einen ähnlichen Winkel und eine zu den Bändern der anderen Schicht entgegen gesetzte Ausrichtung aufweisen, bezogen auf die Richtung des Rohres, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder ausgewählt werden aus denjenigen, die die nachfolgende Beziehung erfüllen:
in der: IR ein Widerstandsindex des Verstärkungsbandes ist, berechnet wie folgt:
Wobei: σ den maximalen Wert der Spannung darstellte, der bei einem Zugversuch der Bänder in Orientierungsrichtung erreicht wird, für eine dem Yieldpunkt des Kerns entsprechende Dehnung, oder andernfalls, dem Zerreißpunkt des Bandes, wenn die Dehnung in diesem Zerreißpunkt geringer ist als diejenige der Dehnung im Yieldpunkt des Kerns, E das Zugelastizitätsmodul der orientierten Bänder ist;
Der Widerstandsindex des Kerns ist; σ₀ und E₀ jeweils die Spannungen im Yieldpunkt und das Zugelastizitätsmodul des Kerns sind; Worin σ, E, σ₀ und E₀ in den gleichen Spannungseinheiten ausgedrückt sind.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man vorab die verwendeten Verstärkungsbänder mit einem Klebemittel versieht, mittels eines durch Erwärmung aktivierbaren Klebstoffs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Verstärkungsbänder eine dünne thermische Schutzschicht aufwickelt, umfassend eine polymere nicht orientierte chemische Zusammensetzung, die kompatibel ist mit der polymeren orientierten Zusammensetzung der darunter liegenden Verstärkungsschichten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man mittels einer Aufextrusionstechnik auf die dünne thermische Schutzschicht eine äußere abschließende Schicht aufbringt, umfassend eine polymere nicht orientierte Zusammensetzung, die mit derjenigen der dünnen darunter liegenden thermischen Schutzschicht kompatibel ist, mit Hilfe einer ringförmigen Düse, durch die hindurch man die abschließende Schicht fördert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der dünnen Schicht geregelt wird, um als thermisch wirksamer Schirm während der Aufextrusion der abschließenden Schicht zu dienen, derart, dass man den Verlust an Orientierung der polymeren orientierten Zusammensetzung der Verstärkungsbänder soweit wie möglich begrenzt.