DE69637037T2

DE69637037T2 - Kunststoffrohre

Info

Publication number: DE69637037T2
Application number: DE69637037T
Authority: DE
Inventors: David Charles Harget; Mikael Andersson; Eino Matias Holso; Jyri Jaakko Jarvenkyla
Original assignee: Uponor Ltd UK
Current assignee: Radius Systems Ltd
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: DE69634787D1; EP1321703A2; NO973309D0; CZ293247B6; AU4537896A; DK1321703T4; EP1321703B1; ATE296419T1; PL321369A1; DE69629013T2; DK1321703T3; ES2202426T5; PT1593896E; EP1593896A1; EP0804699A1; DE69629013T3; GB9814966D0; ATE244844T1; ATE360169T1; US6016849A

Description

Diese Erfindung betrifft Kunststoffrohre und insbesondere eine neuartige Ausgestaltung eines Kunststoffrohrs, ein Verfahren zum Herstellen des Kunststoffrohrs und eine Verfahren zum Herstellen von Verbindungen bei einem derartigen Kunststoffrohr.
Bei der Handhabung, Installierung und Verbindung von Kunststoffrohren kann leicht der Fall eintreten, dass die Rohroberfläche beschädigt wird. Bei modernen Rohrinstallationstechniken beispielsweise wird ein Tunnel für das Rohr in den Boden gebohrt, und dann wird das Rohr durch den Tunnel geschoben oder gezogen, z.B. in ein ausgeschachtetes Loch, in der die nächste Rohrverbindung hergestellt wird.
Bei diesem Rohrverlegungsverfahren kann das Rohr beträchtlichen Biege-, Zug- und Reibkontaktkräften ausgesetzt sein. Dies ist nachteilig, da ein Biegen und Dehnen des Rohrs und ein am Rohr erfolgender Abrieb eine Verschlechterung seiner mechanischen Stärke verursachen können. Zudem kann die Betriebslebensdauer des Rohrs aufgrund im Boden vorhandener diffusionsfähiger Materialien oder durch Umwelteinflüsse reduziert werden.
Es ist offensichtlich, dass der Rohrverlegungsvorgang auch dazu führen kann, dass das Rohr verkratzt und schmutzig wird. Dies ist erstens deshalb nachteilig, da das Rohrmaterial anfällig für Rissbildung sein kann, wobei in diesem Fall jegliche Kratzer das Auftreten eines noch größeren Schadens während der nachfolgenden Handhabung oder Verwendung verursachen können. Zweitens verhindert an dem Rohr vorhandener Schmutz ein erfolgreiches Schweißen. Eine derzeit allgemein übliche Technik zum Verbinden von Kunststoffrohren besteht im elektrischen Schweißen und insbesondere Elektrofusionsschweißen mittels eines Elektrofusionskopplers. Der Hauptgrund für das Versagen von Verbindungen bei Verwendung eines Elektrofusionskopplers besteht darin, dass die Oberfläche des Rohrs schmutzig ist oder eine Oxidation erlitten hat. Aus diesem Grund müssen die Rohrenden stets gereinigt und abgeschmirgelt oder abgeschabt werden, z.B. mit Schmirgelpapier oder einem Metallschaber, bevor sie miteinander verbunden werden. In der Praxis wird das Reinigen oder Schmirgeln oder Schaben oft ungleichmäßig durchgeführt (insbesondere kann die Unterseite des Rohrs weniger sorgfältig behandelt werden), und die Qualität des Endergebnisses hängt von der professionellen Geschicklichkeit des Installierers ab.
Zur Beseitigung der oben angeführten Nachteile wurden verschiedenen Vorschläge unterbreitet.
In der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0474583 ist ein zur Verlegung im Boden vorgesehenes Kunststoffrohr beschrieben, das ein gas- oder wasserleitendes Kernrohr aufweist, welches mit einem Außenschlauch aus thermoplastischem Material versehen ist, das eine höhere Flexibilität aufweist als das Material des Kernrohrs. Das Rohr ist angeblich in der Lage, die massiven mechanischen Belastungen auszuhalten, denen es während des direkten Verlegens in den Boden ausgesetzt ist. Es wird erwähnt, dass es sehr leicht sei, den äußeren Schlauch nahe den Enden des Rohrs zu entfernen, wenn die beiden Rohrabschnitte durch Schweißen miteinander verbunden werden sollen. Ferner wird angeführt, dass eine Entstehung von Rissen, die durch Beschädigung des Schutzschlauchs verursacht wurde, sich nicht auf das Kernrohr ausbreitet, sondern stoppt, wenn der Schlauch durchdrungen worden ist.
In PCT/FI92/00201 ist ein Kunststoffrohr zur Bildung von Rohrverbindungen beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Rohr mit einer Kunststoffoberflächenschicht versehen ist, die mindestens an den Enden des Rohrs leicht entfernbar ist, um die zur Bildung der Verbindung erforderliche Verbindungsfläche des Rohrs freizulegen. Die Schutzbeschichtung kann einen UV-Stabilisator enthalten und kann mittels Koextrusion durch eine Querspritzkopf-Extrusionsdüse appliziert werden. Es sind verschiedene Arten beschrieben, mittels derer die Schutzbeschichtung leicht von dem Kernrohr entfernt werden kann; zu diesen zählen die Verwendung von Füllmaterialien in der Beschichtung, die Wahl chemisch verschiedener Kunststoffmaterialien für die Beschichtung und das Rohr, das Extrudieren der Beschichtung bei niedrigen Temperaturen und das Einführen adhäsionsverhindernder Wirkstoffe.
In der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0604907 ist ein zweilagiges Kunststoffrohr beschrieben, das ein Kernrohr, dessen Material, Größe und Struktur die durch das zu transportierende Material bedingten Erfordernisse im Wesentlichen erfüllen, und einen äußeren Schlauch aufweist, der durch ein geeignetes Beschichtungsverfahrens um das Kernrohr herum angeordnet wird, wobei die Eigenschaften des äußeren Schlauchs die durch die Umgebung und den Verlegungsvorgang bedingten Erfordernisse im Wesentlichen erfüllen. Die Steifigkeit des äußeren Schlauchs, die auf seinen Materialeigenschaften und der Ausgestaltung des äußeren Schlauchs basiert, ist höher als die Steifigkeit des aus der gleichen Materialmenge hergestellten Kernrohrs, und der äußere Schlauch ist zumindest an den Enden des Rohrs entfernbar. Der äußere Schlauch wird wiederum durch Koextrusion mittels einer Querspritzkopf-Extrusionsdüse appliziert. Der schützende äußere Schlauch ist derart ausgebildet, dass er zumindest an den Rohrenden leicht entfernbar ist und nur eine schwache Anhaftung an diesen aufweist.
Die Japanische Patentveröffentlichung Nr. 3-24392 beschreibt ein Elektrofusionsrohr, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen Rohrkörper, der aus einem thermoplastischen Harz besteht, und eine die Außenfläche des Rohrkörpers bedeckende Schutzschicht aufweist, die aus einem inkompatiblen Harz besteht. Der Rohrkörper kann eine rohrförmige vernetzte thermoplastische Harzschicht, eine nichtvernetzte thermoplastische Harzschicht, die einteilig an der Außenseite dieser thermoplastischen Harzschicht ausgebildet ist, und eine aus einem inkompatiblen Harz bestehende Schutzschicht aufweisen, welche die Außenseitenfläche des Rohrkörpers bedeckt.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Kunststoffrohr mit einem Innenteil und einer äußeren Schutzschicht, das eine verbesserte Kombination mechanischer und physikalischer Eigenschaften bietet.
Es hat sich nun gemäß einem Aspekt der Erfindung herausgestellt, dass die relativen Bemessungen des Kunststoffrohrs und die Dicke der äußeren Schutzschicht eine weitgehende Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit des Rohrs haben. Ferner hat sich erwiesen, dass erstens die Erzielung einer vorteilhaften Kombination aus mechanischer Stärke, die zum Aushalten der beim Verlegen des Rohrs involvierten harten Bedingungen hinreicht, und aus einem ausreichenden Maß an Umweltschutz, und zudem ein geeignetes Maß an Abzugsfähigkeit eine bestimmte Wahl mechanischer Eigenschaften und Bemessungen verlangen.
Somit wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Kunststoffrohr mit einem Innenteil und einer äußeren Schutzschicht geschaffen, die von dem Innenteil abstreifbar ist, um eine Fläche des Innenteils freizulegen, wobei das Kunststoffrohr dadurch gekennzeichnet, dass:
die äußere Schutzschicht an den Innenteil gebondet ist;
die Abmessungen des Rohrs und der Schutzschicht derart sind, dass das Verhältnis des Außendurchmessers des Rohrs zu der Dicke der Schutzschicht mindestens 70 und vorzugsweise mindestens 100 beträgt;
die Kohäsionskraft der äußeren Schutzschicht ausschließlich jeglicher Schwächungsbereiche mindestens an den Enden des Rohrs größer ist als die Abzugskraft der adhäsiven Bondung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem Innenteil; und
die Abzugskraft der adhäsiven Bondung zwischen dem Innenteil und der äußeren Schutzschicht nicht ausreicht, um zuzulassen, dass sich ein aufgrund eines Aufpralls in der äußeren Schutzschicht gebildeter Riss bis zu dem Innenteil ausbreitet und dadurch die gemessene Schlagfestigkeit des Kunststoffrohrs reduziert, wobei die Schlagfestigkeit gemessen wird, indem das Kunststoffrohr einem H50-Fall-Aufprall-Test gemäß EN1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C ausgesetzt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung hat sich ferner herausgestellt, dass das Maß der Anhaftung zwischen dem Innenteil und der äußeren Schutzschicht ebenfalls einen massiven Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Rohrs hat. Falls die Anhaftung zu stark oder zu schwach ist, können die mechanischen Eigenschaften des Rohrs und insbesondere die Schlagfestigkeit möglicherweise beeinträchtigt werden.
Die adhäsive Bondung weist vorzugsweise relativ niedrige Abzugs- und relativ hohe Schereigenschaften auf. Vorzugsweise liegt die Anhaftung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem Innenteil im Bereich von 0,2 bis 0,5 N/mm Breite bei Messung durch einen Halbzugkraft-Abzugstest, wie im Folgenden beschrieben.
Obwohl es möglich sein kann, eine im bevorzugten Bereich hegende Anhaftung zwischen der Schutzschicht und dem Innenteil durch Verwendung eines Querspritzkopf-Extrusionsverfahrens zu erreichen, bei dem die Schutzschicht Ober den verfestigten Innenteil extrudiert wird, haben wir herausgefunden, dass konsistent verbesserte Ergebnisse mittels einer Doppelextrusion erzielt werden, bei der beide Komponenten extrudiert und zusammengebracht werden, bevor eine wesentliche Oxidation der Außenfläche des Innenteils stattgefunden hat.
Somit besteht ein weiterer Aspekt der Erfindung ein in einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs mit einem Innenteil und einer äußeren Schutzschicht, die von dem Innenteil abstreifbar ist, um eine Fläche des Innenteils freizulegen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Koextrudieren geschmolzener Kunststoffmaterialien, die den Innenteil und die äußere Schutzschicht formen, aus einer Extruder-Auslassvorrich tung, Zusammenbringen der geschmolzenen Kunststoffmaterialien im noch warmen Zustand und Kühlenlassen der Kunststoffmaterialien derart, dass beim Kühlen die äußere Schutzschicht an den Innenteil gebondet wird, jedoch von ihm mindestens an den Enden des Rohrs abgezogen werden kann, um eine Oberfläche des Innenteils freizulegen, die zum Elektrofusionsschweißen geeignet ist, und die Abzugskraft der adhäsiven Bondung zwischen dem Innenteil und der äußeren Schutzschicht nicht ausreicht, um zuzulassen, dass sich ein aufgrund eines Aufpralls in der äußeren Schutzschicht gebildeter Riss bis zu dem Innenteil ausbreitet und dadurch die gemessene Schlagfestigkeit des Kunststoffrohrs reduziert, wobei die Schlagfestigkeit gemessen wird, indem das Kunststoffrohr einem H50-Fall-Aufprall-Test gemäß EN1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C ausgesetzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung bei einem Kunststoffrohr gemäß der Erfindung, oder zum Verbinden zweier Kunststoffrohre gemäß der Erfindung, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte enthält: Abziehen der äußeren Schutzschicht von dem zu verbindenden Bereich oder den zu verbindenden Bereichen des Rohrs oder der Rohre zum Freilegen einer Fläche eines Innenteils für ein Elektrofusionsschweißen, Installieren einer Elektrofusionsverbindungsvorrichtung über dem freigelegten Bereich oder den freigelegten Bereichen des Rohrs oder der Rohre, und Aktivieren der Elektrofusionsverbindungsvorrichtung zum Anschmelzen des Bereichs oder der Bereiche an den freigelegten Bereich.
Das Kunststoffrohr kann jedes beliebige geeignete thermoplastische Polymermaterial aufweisen, und zu den besonders geeigneten thermoplastischen Polymermaterialien zählen beispielsweise olefinisch ungesättigte Polymere und Copolymere, z.B. Polyolefine wie etwa Polyethylen, Polypropylen und Polybuten, Ethylen- und Propylen-Copolymere, z.B. Etylenvinylacetatpolymere und Propylenvinylacetatpolymere, halogenierte Vinylpolymere wie z.B. Vinylchloridpolymere und -copolymere, Polyamide, z.B. Nylon 6 und Nylon 66, und Ionomerpolymere wie z.B. Surlyn.
Der Innenteil des Rohrs ist derart gewählt, dass er mit dem betreffenden Anwendungsfall und insbesondere mit dem durch das Rohr zu transportierenden Material kompatibel ist. Bei zahlreichenden Anwendungsfällen ist Polyethylen das bevorzugte Material für den inneren Teil. Der Grad des gewählten Polyethylens, d.h. hohe Dichte, mittlere Dichte, niedrige Dichte oder lineare niedrige Dichte, hängt von dem bestimmten Anwendungsfall ab. Bei den geeigneten Graden von Polyethylen handelt es sich z.B. um Statoil 930 (natürlich), Neste NCPE 2600 (natürlich) und Neste NCPE 2467 BL und NCPE 2418. Selbstverständlich kann jeder geeignete äquivalente Grad von Polyethylen verwendet werden.
Ein Vorteil der Kunststoffrohre der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das normale UV-Stabilisator- und Farbstoff-Paket in dem Kunststoffmaterial des inneren Teils nicht enthalten zu sein braucht, vorausgesetzt, dass hinreichende Quantitäten an diesen Materialien in der äußeren Schutzschicht enthalten sind. Dies ermöglicht, dass der innere Teil natürliches Polymermaterial enthält, das frei oder im Wesentlichen frei von Additiven ist, welche die Kosten für das Material des inneren Teils erhöhen und unter gewissen Umständen die mechanischen oder physikalischen Eigenschaften des Material des inneren Teils beeinträchtigen können.
Die äußere Schutzschicht weist vorzugsweise ein Polymermaterial oder eine Mischung aus Polymermaterialien mit guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften auf, zusammen mit einer Fähigkeit zur Aufnahme hinreichender Quantitäten von Stabilisierungsmaterial, insbesondere von UV-Stabilisatoren, um den inneren Teil zu schützen. Zu den bevorzugten Polymermaterialien für die äußere Schutzschicht zählen Propylen-Homound Copolymere und insbesondere Propylencopolymere wie z.B. Neste SA 4020G. Unter entsprechenden Umständen können auch andere Polymermaterialien mit geeigneten mechanischen und physikalischen Eigenschaften verwendet werden, z.B. Nylonmaterialien und Surlyn.
Zu den geeigneten Stabilisierungsmaterialien zählen z.B. Titandioxid, Carbon Black und andere Füllmaterialien. Wenngleich Carbon Black ein ausgezeichneter UV-Stabilisator und ein ausgezeichnetes Verstärkungsfüllmaterial ist, sind vergrabene Rohre oft farbkodiert, und seine Verwendung ist somit in zahlreichen Anwendungsfällen nicht möglich. Somit wird Titandioxid als Füllmaterial und UV-Stabilisator am ehsten bevorzugt, da es auch mit zahlreichen Farbstoffpaketen kompatibel ist. Es können auch andere Füllmaterialien verwendet werden, z.B. Kalk und Talkum und diejenigen, die in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0604907 erwähnt sind. Die bevorzugte Füllmaterialpartikelgröße hängt von dem verwendeten Füllmaterial ab, jedoch beträgt z.B. bei Titandioxid der durchschnittliche Partikelgrößenbereich vorzugsweise 0,003 bis 0,025 μm.
Ein besonders bevorzugtes Kunststoffrohr gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen inneren Teil aus Polyethylen und eine äußere Schutzschicht aus einem Propylencopolymer auf. Das Rohr kann selbstverständlich mehr als zwei Schichten aus Polymermaterial aufweisen, und es sind sämtliche geeigneten mehrlagigen Rohre einbezogen, vorausgesetzt, dass mindestens ein innerer Teil und eine schützende Außenschicht vorhanden sind. Das Rohr kann z.B. einen mehrlagigen inneren Teil und eine schützende Außenschicht aufweisen.
Obwohl die Dicke der äußeren Schutzschicht ausreichend groß sein muss, um die geeignete Menge an UV-Stabilisatoren und Farbstoffen zu absorbieren, die zum Schützen des inneren Teils und auch zur Bereitstellung der geeigneten Identifikation erforderlich ist, hat sich herausgestellt, dass im Falle einer zu dicken Schutzschicht die äußere Schicht zu steif wird und die Schlagfestigkeit des Rohrs unerwartet reduziert wird.
Ohne einer bestimmten Theorie anhängen zu wollen, wird angenommen, dass die Schlagfestigkeit der Kunststoffrohre der Erfindung zum Teil mit der Anhaftung zwischen dem inneren Teil und der äußeren Schutzschicht zusammenhängt. Falls die Anhaftung zu gering ist, verhält sich die äußere Schutzschicht wie ein relativ dünnes strukturelles Rohr und ist somit anfällig gegenüber Beschädigung durch Stöße. Falls die Anhaftung zu groß ist, tendieren aufgrund von Brechen der Außenschicht entstandene Risse dazu, sich bis zu dem inneren Teil auszubreiten. Idealerweise sollte deshalb die Anhaftung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Teil dahingehend hinreichend sein, dass, falls der äußere Teil gebrochen ist und ein Riss entstanden ist, der Riss am Grenzbereich zwischen der äußeren Schicht und dem inneren Teil angehalten wird.
Vorzugsweise hat die äußere Schutzschicht eine Dicke von mehr als 0,1 mm und noch eher bevorzugt von mehr als 0,2 mm, und besonders bevorzugt liegt die Dicke im Bereich von 0,3–0,5 mm.
Die Abmessungen des Rohrs und der Schutzschicht sind derart vorgesehen, dass das Verhältnis des Außendurchmesser des Rohrs zu der Dicke der Schutzschicht mindestens 70 und vorzugsweise mindestens 100 beträgt. Daraus ist ersichtlich, dass auch die Möglichkeit der Verwendung einer dickeren Schutzschicht an einem Rohr mit größerem Durchmesser besteht, obwohl um der leichteren Abziehbarkeit willen die Dicke vorzugsweise auf einem Minimum gehalten wird.
Beispiele geeigneter Rohr-Außendurchmesser und Dickenbemessungen der äußeren Schutzschicht sind folgende:
Vorzugsweise sind die Abmessungen des Rohrs sowie der Schutzschicht derart vorgesehen, dass das Verhältnis des Außendurchmessers des Rohrs zu der Dicke der Schutzschicht (Standard-Abmessungs-Verhältnis – standard dimension ratio SDR) im Bereich von 150 bis 400 liegt.
Beim Abstreifen der äußeren Schutzschicht von den Enden des Rohrs ist wichtig, dass die Kohäsivstärke der äußeren Schutzschicht größer ist als die Stärke der adhäsiven Bondung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Teil. Der Grund dafür liegt darin, dass verhindert werden soll, dass irgendwelche zur äußeren Schutzschicht gehörenden Partikel mit wesentlicher Größe an der Außenfläche des inneren Teils anhaften und den Verbindungsvorgang beeinträchtigen, z.B. wenn ein Elektrofusionskoppler verwendet wird. Vorzugsweise ist die Anordnung derart ausgelegt, dass die äußere Schutzschicht beim Abziehen keinen Rest an der Außenfläche des inneren Teils zurücklässt. Generell beträgt die Kohäsivkraft der äußeren Schutzschicht vorzugsweise mindestens 5 MPa, besonders bevorzugt liegt sie im Bereich von 5 MPa bis 10 MPa.
Unabhängig davon kann die äußere Schutzschicht mit Schwächungslinien versehen sein, um das Abziehen zu unterstützen, wobei die Schwächungslinien durch Kerbung oder vorzugsweise durch entsprechende Formung der Extrusionsdüse oder durch lokales Kühlen der Düse ausgebildet sind, wie z.B. in PCT/F192/00201 beschrieben.
Zur weiteren Unterstützung des Abziehens der äußeren Schutzschicht können die Extrusionsbedingungen derart ausgelegt sein, dass sich die Stärkeeigenschaften der äußeren Schutzschicht in der radialen und der axialen Richtung unterscheiden.
Wie bereits erwähnt liegt die Anhaftung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Teil vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 N/mm Breite bei Messung durch einen Halbzugkraft-Abzugstest. Ein geeigneter Test wird im Folgenden beschrieben:
Ein Testexemplar eines Rohrs wurde zubereitet, indem zwei parallele axiale Kerben 50 mm durch die gesamte Oberflächenschicht geschnitten wurden und diese Kerben um weitere 50 mm mit einer derartigen Tiefe ausgedehnt wurden, dass 0,3 mm der Oberflächenschicht belassen wurden. Es wurde eine weitere Länge von 20 mm des Exemplars zugelassen, bevor die vertikale Ausrichtung unter Verwendung der Kraftmessdose erfolgte.
Der Reißtest wird in einem Instron vom Modell 1197 mit einer Geschwindigkeit von 100 mm pro Minute durchgeführt. Das Rohr wird derart platziert, dass der Start des Reißens am Beginn der Durchgangskerbentiefe 120 mm von dem Zentrum der Kraftmessdose liegt und der Abstand vom Start des Reißens zu dem Befestigungspunkt der Kraftmessdose 750 mm beträgt. Das Ergebnis besteht darin, dass der größte Reißwinkel erzielt wird, während an demjenigen Teil des Rohrs gezogen wird, bei dem eine Kerbe durch die Oberflächenschicht verläuft.
Es kann möglich sein, obwohl dies derzeit nicht bevorzugt wird, eine Adhäsivschicht zwischen dem inneren Teil und der äußeren Schutzschicht anzuordnen, wobei die Adhäsivschicht die geeigneten Hafteigenschaften aufwiese. Falls ein Adhäsivmaterial verwendet wird, sollte dieses vorzugsweise eine hohe Kohäsivstärke haben, so dass es keinen Rest hinterlässt, wenn es von dem Rohr abgestreift wird, oder – alternativ – falls ein Rest an dem Rohr hinterlassen wird, sollte dieser die Verschmelzung fördern, statt sie zu behindern.
Die Schlagfestigkeit des Kunststoffrohrs der Erfindung ist vorzugsweise vergleichbar mit der Schlagwiderstandsfähigkeit eines Kunststoffrohrs gleicher Abmessungen, das vollständig aus dem aus dem Kunststoffmaterial des inneren Teils gebildet ist. Vorzugsweise beträgt die Schlagfestigkeit mindestens 150 Nm bei Messung bei 0°C durch einen H50-Fall-Aufprall-Test gemäß EN1411 (1996), dessen gesamte Offenbarung hier mit durch Verweis einbezogen ist. Eine ausgezeichnete Schlagfestigkeit wird erzielt bei Verwendung eines Kunststoffrohrs, das einen inneren Teil aus Polyethylen und eine äußere Schutzschicht aus einem Propylencopolymer aufweist.
Wie bereits erwähnt wird das Kunststoffrohr der vorliegenden Erfindung vorzugsweise durch Koextrusion hergestellt, z.B. aus einer Extruder-Auslassvorrichtung, die mit einem Doppelrohr-Zweischrauben-Extruder verbunden ist oder mit zwei einzelnen Extrudern verbunden ist, wobei die Auslassvorrichtung mit zwei separaten Strömen aus geschmolzenem Kunststoffmaterial beschickt wird. Vorzugsweise werden die Schmelze-Ströme an der Auslassvorrichtung zusammengebracht, d.h. die Materialien werden in dem Druckbereich der Auslassvorrichtung zusammengeführt und treten als ein einziges Extrudat aus. Alternativ kann die Auslassvorrichtung mit konzentrischen Auslassvorrichtungs-Auslässen versehen sein, die mit den separaten Strömen geschmolzenen Kunststoffmaterials beschickt werden, die den inneren Teil und die äußere Schutzschicht bilden sollen. In diesem Fall können die Extrudate beim Verlassen der Extruder-Auslassvorrichtungs-Auslässe in einer Leimungs-Auslassvorrichtung, die gleichzeitig den Außendurchmesser des Rohrs einstellt, in Kontakt miteinander gebracht werden. Die Extrudate werden vorzugsweise an einem Punkt miteinander in Kontakt gebracht, der nahe an dem Auslassvorrichtungs-Auslassende gelegen ist, um jegliche wesentliche Oxidation der Oberfläche des inneren Teils zu verhindern. Beispielsweise ist bei Extrudaten, die sich mit einer Geschwindigkeit von 1 Meter pro Minute bewegen, die Leimungs-Auslassvorrichtung vorzugsweise nicht mehr als 15 cm von dem Extruder-Auslassvorrichtungs-Auslassende entfernt.
Obwohl es unter bestimmten Umständen möglich sein kann, das Extrudat des inneren Teils durch eine einzige Leimungs-Auslassvorrichtung passieren zu lassen, bevor die äußeren Schutzschicht aufgebracht wird, wird dies nicht bevorzugt, da sich erwiesen hat, dass die Leimungs-Auslassvorrichtung eine Außenoberflächenschicht an dem inneren Teil erzeugt, die stärker anfällig für Qualitätsverschlechterung ist, möglicherweise aufgrund induzierter Scherorientierung oder Scherkernbildung in der Außenfläche, welche die Leimungs-Auslassvorrichtung berührt.
Die Temperatur der Extrudate hängt von der Beschaffenheit des Polymermaterials ab, jedoch beträgt beispielsweise bei Verwendung eines inneren Teils aus Polyethylen und einer äußeren Schutzschicht aus Copolymer die Temperatur des Extrudats an dem Auslassvorrichtungs-Auslassende 180 bis 220°C. Vorzugsweise beträgt die Temperatur der Extrudate, wenn diese zusammengebracht werden, mindestens 150°C, besonders bevorzugt 180 bis 220°C.
Mit dem Verfahren der Erfindung können konsistent ein innerer Teil und eine äußere Schutzschicht mit einer Anhaftung im bevorzugten Bereich erzeugt werden, und durch geeignete Wahl des Materials der äußeren Schutzschicht kann erreicht werden, dass die äußere Schutzschicht von dem inneren Teil abziehbar ist, ohne irgendeinen wesentlichen Rest auf der Oberfläche des inneren Teils zurückzulassen. Bei Bedarf können die physikalischen Eigenschaften der äußeren Schutzschicht durch Hinzufügen eines oder mehrere Füllmaterialien und anderer Additive eingestellt werden. Ein bevorzugtes Polymermaterial für die äußere Schutzschicht weist z.B. Polypropylencopolymer auf, das je nach dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung 1 bis 6 Gewicht-% eines Füllmaterials wie z.B. Titandioxid enthält. Bevorzugt hat die äußere Schutzschicht eine Zugfestigkeit von 15 bis 25 MPa.
Generell haben wir herausgefunden, dass es vorzuziehen ist, bei dem Verfahren der Erfindung keine Additive mit niedrigem Molekulargewicht wie z.B. Verarbeitungshilfsmittel zu verwenden. Stearate jedoch, z.B. Kalziumstearat, haben sich bei der Verwendung als Verarbeitungshilfsmittel als wirksam erwiesen, ohne die Anhaftung zwischen dem inneren Teil und der Schutzschicht wesentlich zu beeinträchtigen.
Antioxidantien können in die Formulierung der Schutzschicht wie gewünscht enthalten sein. Falls es zweckmäßig ist, können sie aus der Formu lierung des inneren Teils weggelassen werden, vorausgesetzt, dass geeignete Mengen in der äußeren Schutzschicht enthalten sind.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht:
BEISPIEL
Es wurden mehrere Formulierungen für den inneren Teil und die äußere Schutzschicht mit Zusammensetzungen gemäß Tabelle 1 gebildet. Die Formulierungen wurden mittels eines Hauptextruders und eines kleineren zusätzlichen Extruders mit konzentrischer Auslassvorrichtungszufuhr extrudiert. Die Schmelze-Ströme wurden vor dem Austritt aus den heißen Auslassvorrichtungen gemischt. Bei einem Test wurde das Extrudat, das einen Durchmesser von 80 mm hatte, durch eine Leimungs-Auslassvorrichtung mit einem Durchmesser von 66,8 mm hindurchbewegt, um ein doppellagiges Rohr mit einem Außendurchmesser von 63,8 mm, einer Dicke der äußeren Schutzschicht von 0,3 mm und einer Dicke des inneren Teils von 6,2 mm zu erhalten. Bei einem anderen Test wurde ein doppellagiges Rohr mit einem Außendurchmesser von 40 mm extrudiert.
Proben von Rohren mit einem AD von 40 mm wurden dem bereits beschriebenen Halbzugkraft-Abzugstest unterzogen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 3 zeigen ähnliche Ergebnisse bei Proben, die nicht bei Raumtemperatur abgezogen werden konnten und deshalb in einem Ofen wärmebehandelt wurden, bevor sie den Abzugstest durchliefen. Diese Beispiele sind zu Vergleichszwecken aufgeführt.
Proben der Röhrchen wurden ferner einem Alterungstest entsprechend dem Wetterbeständigkeitstest gemäß ISO 4892 unterzogen. Das Testverfahren ist nachstehend aufgeführt. Die Eigenschaften der Rohre, nachdem diese dem Alterungstest ausgesetzt worden waren, erwiesen sich als im Wesentlichen unbeeinträchtigt, woran sich zeigte, dass der natürliche innere Teil durch das in der äußeren Schutzschicht enthaltene Stabilisatorpaket wirksam geschützt war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Weitere Proben der Rohre wurden dem H50-Aufprall-Test gemäß EN 1411(1996) unterzogen. Die Aufprall-Tests wurden bei 0°C und –20°C durchgeführt. Der Test galt für ein Rohr als bestanden, wenn es eine gemessene Aufprallfestigkeit von mehr als 150 Nm hatte.
Rohre mit einer Außenschicht aus Polypropylencopolymer bestanden sämtliche Aufprall-Tests und zeigten ungefähr das gleiche Verhalten wie unbeschichtete Polyethylenrohre gleichem Durchmessers.
Rohre mit einer Außenschicht aus Polypropylen-Homopolymer zeigten eine reduzierte Aufprallfestigkeit von 33 Nm bei 0°, verglichen mit mehr als 150 nm bei einem gleichwertigen unbeschichteten Polyethylenrohr, und wurden als durchgefallen erachtet.
Ferner wurde eine 50/50 Homopolymer- und Copolymer-Mischung getestet. Dieses Rohr bestand den Aufprall-Test bei 0°C mit einer Aufprallfestigkeit von mehr als 150 nm, jedoch waren die Ergebnisse bei –20°C die gleichen wie bei dem Polypropylen-Homopolymer.
Ein Versagen bei dem Aufprall-Test war zurückzuführen auf einen Typ von Rissbildung, bei dem ein Riss in der Außenschicht entstand und sich bis zu dem Rohr ausbreitete. Es wird angenommen, dass das Versagen dieser Proben beim Aufprall-Test dadurch verursacht wurde, dass die Anhaftung zwischen der äußeren Schicht und dem inneren Teil zu stark war.
Des Leser wird auf sämtliche Schriften und Dokumente hingewiesen, die gleichzeitig mit oder vor dieser Beschreibung im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurden und die zusammen mit dieser Beschreibung öffentlich zugänglich sind, und der Inhalt sämtlicher dieser Schriften und Dokumente wird hiermit durch Verweis einbezogen.
Master-Chargen
TABELLE 2

* Maximale Kraft beim Zugtest, jedoch kein Brechen

* Maximale Kraft beim Zugtest, jedoch kein Brechen.

ALTERUNG BEI POLYETHYLEN-/POLYPROPYLEN-ROHREN
Wetterbeständigkeits-Test gemäß ISO 4892
Testobjekt
61 Stück Polyethylenrohre mit einer Länge von 465 mm und einem Durchmesser von 40 mm

9 Stück gelbe Rohre, markiert – E100
9 Stück gelbe Rohre, markiert – E102
9 Stück gelbe Rohre, markiert – E103
9 Stück gelbe Rohre, markiert – E104
8 Stück gelbe Rohre, markiert – E106
8 Stück, weiß Rohre, markiert – E107
9 Stück, schwarz/orange, gelbe Rohre, markiert – EI08
Testablauf
Die Polyethylenrohre wurden in einem Atlas Type 65 Weather-ometer^® entsprechend dem Regen-Zyklus 102/18 exponiert.
Die Temperatur auf einem schwarzen Standardthermometer betrug 63±3°C, und die relative Feuchtigkeit betrug 50±5%.
Die Lichtquelle wurde gefiltert zum Erreichen eines unteren Grenzwerts von 290 nm.
Die Bestrahlung betrug 61±6 W/m² in dem Bandpass 280–400 nm. Die Belichtung war nach 250 Stunden abgeschlossen, was 3 Monaten einer Lichtdosis in dem sichtbaren UV-Wellenlängenintervall (280–800 nm) für London, England entsprach.
TABELLE 4

Claims

Kunststoffrohr mit einem Innenteil und einer äußeren Schutzschicht, die von dem Innenteil abstreifbar ist, um eine Fläche des Innenteils freizulegen, dadurch gekennzeichnet, dass: die äußere Schutzschicht an den Innenteil gebondet ist; die Abmessungen des Rohrs und der Schutzschicht derart sind, dass das Verhältnis des Außendurchmessers des Rohrs zu der Dicke der Schutzschicht mindestens 70 und vorzugsweise mindestens 100 beträgt; die Kohäsionskraft der äußeren Schutzschicht ausschließlich jeglicher Schwächungsbereiche mindestens an den Enden des Rohrs größer ist als die Abzugskraft der adhäsiven Bondung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem Innenteil; und die Abzugskraft der adhäsiven Bondung zwischen dem Innenteil und der äußeren Schutzschicht nicht ausreicht, um zuzulassen, dass sich ein aufgrund eines Aufpralls in der äußeren Schutzschicht gebildeter Riss bis zu dem Innenteil ausbreitet und dadurch die gemessene Schlagfestigkeit des Kunststoffrohrs reduziert, wobei die Schlagfestigkeit gemessen wird, indem das Kunststoffrohr einem H50-Fall-Aufprall-Test gemäß EN1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C ausgesetzt wird.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffrohr eine Schlagfestigkeit über 150 Nm bei Messung mittels eines H50-Fall-Aufprall-Tests gemäß EN1411 (1996) bei 0°C hat.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil Polyethylen aufweist und die äußere Schutzschicht ein Propylen-Copolymer aufweist.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mit einer Packung versehen ist, die ein Antioxidans und/oder einen UV-Stabilisator aufweist, und dass die Packung in der äußeren Schutzschicht enthalten ist.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schutzschicht eine Dicke im Bereich von 0.3 bis 1,0 mm hat.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Außendurchmessers des Rohrs zu der Dicke der Schutzschicht im Bereich von 150 bis 400 liegt.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohäsionskraft der äußeren Schutzschicht bei Messung durch einen Halbzugkraft-Abzugstest im Bereich von 5 MPa bis 10 MPa liegt.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schutzschicht eine Zugfestigkeit von 15 MPa bis 25 MPa hat.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohrs mit einem Innenteil und einer äußeren Schutzschicht, die von dem Innenteil abstreifbar ist, um eine Fläche des Innenteils freizulegen, gekennzeichnet durch Koextrudieren geschmolzener Kunststoffmaterialien, die das Innenteil und die äußere Schutzschicht formen, aus einer Extruder-Auslassvorrichtung, Zusammenbringen der geschmolzenen Kunststoffmaterialien im noch warmen Zustand und Kühlenlassen der Kunststoffmaterialien derart, dass beim Kühlen die äußere Schutzschicht an den Innenteil gebondet wird, jedoch von ihm mindestens an den Enden des Rohrs abgezogen werden kann, um eine Oberfläche des Innenteils freizulegen, die zum Elektrofusionsschweißen geeignet ist, wobei die Abmessungen des Rohrs und der Schutzschicht derart sind, dass das Verhältnis des Außendurchmessers des Rohrs zu der Dicke der Schutzschicht mindestens 70 und vorzugsweise mindestens 100 beträgt; die Kohäsionskraft der äußeren Schutzschicht ausschließlich jeglicher Schwächungsbereiche mindestens an den Enden des Rohrs größer ist als die Abzugskraft der adhäsiven Bondung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem Innenteil; und die Abzugskraft der adhäsiven Bondung zwischen dem Innenteil und der äußeren Schutzschicht nicht ausreicht, um zuzulassen, dass sich ein aufgrund eines Aufpralls in der äußeren Schutzschicht gebildeter Riss bis zu dem Innenteil ausbreitet und dadurch die gemessene Schlagfestigkeit des Kunststoffrohrs reduziert, wobei die Schlagfestigkeit gemessen wird, indem das Kunststoffrohr einem H50-Fall-Aufprall-Test gemäß EN1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C ausgesetzt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Verbindung bei einem Kunststoffrohr gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, oder zum Verbinden zweier Kunststoffrohre gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgenden Verfahrensschritten: Abziehen der äußeren Schutzschicht von dem zu verbindenden Bereich oder den zu verbindenden Bereichen des Rohrs zum Freilegen einer Fläche eines Innenteils, wobei an der Fläche kein Rest verbleibt, der ein Elektrofusionsschweißen behindern würde, Installieren einer Elektrofusionsverbindungsvorrichtung über dem freige legten Bereich oder den freigelegten Bereichen des Rohrs oder der Rohre, und Aktivieren der Elektrofusionsverbindungsvorrichtung zum Anschmelzen des Bereichs oder der Bereiche an den freigelegten Bereich.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1 oder 2, wobei der H50-Fall-Aufprall-Test bei einer Temperatur von –20°C ausgeführt wird.