DE8033299U1 - Kunststoffrohr mit sauerstoffdichter ummantelung - Google Patents

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HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG

Hoe 80/K 086 - 1 - 12. Dez. 1980

WLJ-Dr.Wa.-rw

Kunststoffrohr mit sauerstoffdichter Ummantelung

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr mit einem mehrlagigen Mantel, der eine dehnfähige, für Sauerstoff praktisch undurchlässige Sperrlage umfaßt.

Das erfindungsgemäß ummantelte Kunststoffrohr findet insbesondere im Heizungssektor für Fußboden-Warmwasserheizungen Anwendung.

Neben Rohren aus Stahl oder Kupfer haben in den letzten Jahren Kunststoffrohre, insbesondere Rohre aus Polyolefin, Bedeutung im Heizungsbau erlangt. 15

Kunststoffrohre haben jedoch den Nachteil, daß ihre Wandungen bereits bei Raumtemperatur eine unerwünscht hohe Durchlässigkeit für Sauerstoff besitzen. Die Sauerstoffdurchlässigkeit von Rohren, die beispielsweise aus Polyäthylen hoher Dichte bestehen und eine Wandstärke von beispielsweise 2 mm haben, beträgt bei 25⁰C ca. 3 cm /m Rohrlänge χ Tag χ bar. Das Rohr hat einen Außendurchmesser von 20 mm.

über das in den Rohren des Heizsystems zirkulierende Heizwasser als Wärmeträger gelangt daher ständig Sauerstoff in den Heizkreislauf und damit in Kontakt mit Eisenteilen des Heizungssystems, beispielsweise dem Heizkessel oder Radiatoren. Die im Heizkreislauf befindlichen Eisenteile unterliegen daher der Korrosion;

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es besteht die Gefahr, daß sie nach einigen Jahren des Gebrauchs durch Korrosion unbrauchbar werden.

Um den genannten Nachteil von Kunststoffrohren zu beseifigen, ist vorgeschlagen worden, die in Heizsystemen verwendeten Rohre aus Kunststoff mit einem Mantel zu umgeben, der aus einem Folienlaminat besteht, das aus einer Schicht aus streckorientierter Polyesterfolie als Trägermaterial, Folie aus Aluminium als sauerstoffundurchlässige Sperrlage und einer Schicht aus Heißkleber besteht.

Die Polyesterfolie bildet- die Außenseite des Mantels, die Kleberschicht grenzt an die Oberfläche des Rohres an und ist mit dieser durch Verklebung verbunden.

Die bekannte Mantelhülle hat jedoch den Nachteil, daß ihre Aluminiumschicht nach Dehnbeanspruchung beim Biegen des Rohres sowie durch Wärmeausdehnung desselben nicht mehr hinreichend sauerstoffundurchlässig ist, da sie dabei rissig wird. Bei der Wärmeausdehnung des Rohres wirkt sich aus, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des das Rohr bildenden Kunststoffs wesentlich größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der mit dem Rohr verbundenen Sperrlage aus Aluminium.

Die ummantelten Rohre werden teilweise gebogen, um sie in gekrümmten Zustand überzuführen.

Der das Rohr umgebende Mantel wird durch das Biegen des

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Rohres insbesondere dann, wenn die gebogene Rohrkrümmung einen kleinen Radius hat, stark auf Dehnung beansprucht.

Nach der Verlegung der ummantelten Rohre wird die Sperrlage des Mantels dadurch auf Dehnung beansprucht, daß sich der Rohrdurchmesser vergrößert, wenn das Rohr heißes Wasser führt.

Im dehnungsbeanspruchten Teil der Sperrschicht aus Aluminiumfolie ist diese nicht mehr undurchlässig für Sauerstoff.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Kunststoffrohre mit einem Mantel vorzuschlagen, der eine dehnfähige, für Sauerstoff praktisch undurchlässige Sperrlage umfaßt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein ummanteltes Rohr der in Anspruch 1 angegebenen Ausbildung.

Besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rohres nach Anspruch 1 sind in den auf diesen rückbezogenen Unteransprüchen konkretisiert.

Unter einer dehnfähigen, für Sauerstoff praktisch undurchlässigen Sperrlage des Mantels ist definitionsgemäß eine solche zu verstehen, die aus Kunststoff besteht und bei Raumtemperatur mindestens 40 %, vorteilhaft mehr als 100 %

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dehnbar sowie praktisch undurchlässig für Sauerstoff ist.

Die Sperrlage hat eine Dicke von wenigstens 5 ,um, bevorzugt hat sie eine Dicke im Bereich von 12 bis 25 ,um.

Die Sperrlage besitzt einen Permeationswert für Sauerstoff, der nicht mehr als 5 cm /m χ Tag χ bar bei 23 C und einer relativen Luftfeuchte von 25 % beträgt. Ein ummanteltes Rohr, dessen Sperrlage durch den angegebener Permeationswert für Sauerstoff charakterisiert ist, hat eine Sauerstof
länge χ Tag χ bar.

hat eine Sauerstoffdurchlässigkeit von 0,3 cm /m Rohr-

Die Sperrlage besteht aus synthetischem thermoplastischem Kunststoff, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polyvinylalkohol sowie Vinylalkohol-Ethylen-Copolymerisate, die zu mengenmäßig geringem Anteil aus copolymerisiertem Ethylen bestehen; vorteilhaft besitzt das Copolymerisat einen Anteil an copolymerisiertem Ethylen von höchstens 40 %, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 20 % bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymerisats.

Unter Vinyl alkohol-Ethylen-Copolymerisäten sind definitions· gemäß solche zu verstehen, die durch Copolymerisation von Ethylen mit Vinylacetat und nachfolgender praktisch vollständiger Verseifung des copolymerisierten Vinylacetats derart entstehen, daß wenigstens 97 Gew.-% der Acetylgruppen des Copolymerisats durch Verseifung in OH-Gruppen umgewandelt sind.

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Unter einer Sperr lage aus Polyvinylalkohol ist ein solches Polymerisat zu verstehen, das durch Polymerisation von Vinylacetat und nachfolgender praktisch völliger Verseifung desselben derart entsteht, daß wenigstens 97 Gew.-% Acetatgruppen durch Verseifung in OH-Gruppen umgewandelt sind.

Sofern die Sperr lage aus Polyvinylalkohol besteht, ist dieser vorteilhaft weichgemacht, d.h., die Sperrlage besteht aus einer Mischung aus Polyvinylalkohol mit einem zur Weichmachung desselben befähigten chemischen Mittels, beispielsweise Glycerin, das zu beispielsweise 14 % in der Sperrschicht enthalten ist.

Die Sperrlage besteht vorteilhaft aus Kunststoffolie, insbesondere aus biaxial streckorientierter Kunststofffolie mit den bezeichneten Eigenschaften.

Die zweite, unmittelbar an die Umfangsflache des Rohres angrenzende Lage des Mantels besteht aus chemischem Werkstoff, der durch Wärmeeinwirkung in klebefähigen Zustand überführbar ist, beispielsweise einem bekannten und im Handel erhältlichen Heißschmelzklebemittel, das auch als Hot-Melt bezeichnet wird. 25

Der die zweite Mantellage bildende Werkstoff wird auch als latent klebefähig bezeichnet, da seine Klebefähigkeit durch Wärmeeinwirkung auslösbar ist. Nach Wiederabkühlung des wärmeaktivierten klebefähigen Werkstoffs, ist dieser befähigt, feste Klebeverbunde zu bilden.

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Ein derartiges Klebemittel kann beispielsweise aus einer Komposition chemischer Stoffe bestehen, bei der der mengenmäßig überwiegende Anteil der Stoffkomposition aus einem Copolymerisat aus copolymerisiertem Ethylen und copolymerisiertem Vinylacetat aufgebaut ist und der mengenmäßig geringere Anteil an Stoffkomposition aus einer Mischung besteht, die Harze, Wachse sowie Hilfsstoffe, beispielsweise Antioxydantien, enthält.

Die Dicke der unmittelbar an die Rohrumfangsflache angrenzenden klebefähigen Mantellage beträgt bevorzugt 5 bis 20 ,um.

Die zweite Mantellage ist mit der Umfangsflache des Rohres durch Verklebung fest verbunden.

Das ummantelte Rohr kann vorteilhaft derart ausgebildet sein, daß auf der Außenseite der Sperrlage des Mantels eine als Schutzschicht gegen mechanische und/oder chemisehe Einwirkung dienende, aus zäh-elastischem thermoplastischen Kunststoff bestehende Lage angeordnet ist; diese kann beispielsweise aus Polyamid bestehen und beispielsweise eine Dicke von 50 ,um besitzen.

Bei der angegebenen Ausbildung des Mantels befindet sich zwischen der Schutzschicht und der Sperrlage des Mantels eine dünne Schicht aus chemischem Stoff, der infolge seines chemischen Aufbaus befähigt ist, feste Klebeverbindung zwischen der Schutzschicht und der Sperrlage herzustellen, beispielsweise eine Schicht aus Zweikompo-

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nentenkleber auf Polyurethanbasis. Die haftvermittelnde Schicht hat eine Dicke, die im Vergleich zur Dicke der Sperrlage bzw. der Schutzschicht vernachlässigbar gering ist.

Das ummantelte Rohr kann auch in der Weise ausgebildet sein, daß auf der Innenseite der durchsichtigen Schutzschicht des Mantels eine Metallschicht aufgedampft ist.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung besteht der das Rohr umgebende Mantel aus einem längsaxial geschlitzten Hohlzylinderkörper mit sich überlappenden Schnittkantenbereichen. Der Hohlkörper ist beispielsweise dreilagig wie folgt aufgebaut:

Er besteht aus einer Lage aus bevorzugt biaxial streckorientierter Folie aus Polyvinyalkohol oder Vinylalkohol-Ethylen-Copolymerisat, die mit ihrer einen Oberfläche an eine Schutzschichtlage aus zäh-elastischem Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid, angrenzt und mit dieser verbunden ist, während an die andere Oberfläche der bezeichneten Folie eine Lage aus latent klebefähigem Werkstoff der angegebenen Art angrenzt und mit dieser fest verbunden ist. Der längsaxial geschlitzte Hohlzylinderkörper mit sich überlappenden Schnittkantenbereichen kann durch Biegen des wie angegeben ausgebildeten Folienzuschnitts rechteckigen Formats um das Rohr gebildet werden.

Der aus dem Folienlaminat bestehende Mantel der genannten raumförmlichen Ausbildung umgibt die Rohrumfangsflache derart, daß die klebefähige Laminatlage unmittelbar an

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diese angrenzt und die Schicht des Mantels aus Polyamid eine Außenseite bildet. Mantel und Rohrumfangsflache sind im Grenzflächenbe^eich durch Verklebung miteinander verbunden .
5

Im Überlappungsbereich des Mantels sind die Mantelteile im Grenzflächenbereich zwischen klebefähiger Lage und Schutzschichtlage durch Verklebung miteinander verbunden.

Zur Herstellung eines ummantelten Rohres der genannten Ausbildung geht man von einem rechteckigen FoIienlaminatzuschnitt des genannten Aufbaus aus. Der Zuschnitt wird derart um das zu ummantelnde Rohr gebogen, daß aus dem Zuschnitt ein längsaxial geschlitzter zylindrischer Hohl-

!5 körper mit sich überlappenden Schnittkantenbereichen gebildet wird. Die Anordnung des längsaxial geschlitzten "Hohlzylinderkörpers um das Rohr erfolgt dabei in der Weise, daß die latent klebefähige Lage des längsaxial geschlitzten Hohlzylinderkörpers der Rohrumfangsflache zugewandt ist und unmittelbar an diese angrenzt. Die Schutzschichtlage bildet die Mantelaußenseite.

Der Mantel wird dann mit Wärme einer Temperatur von beispielsweise 15O⁰C beaufschlagt, die ausreicht, die kle- befähige Mantellage derart zu aktivieren, daß sie zur Verklebung des Mantels mit dem Rohr führt. Der Mantel wird dann unter leichtem Preßdruck an den Rohrumfang angepreßt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach Abkühlung des Mantels besteht zwischen diesem und dem Rohr feste Klebeverbindung.

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Der Überlappungsbereich des Mantels hat - von außen nach innen betrachtet - folgenden Aufbau:

Polyamidlage / Polyvinyl alkohol 1 age / klebefähige Lage / Polyamidlage / Polyvinylalkohol lage / klebefähige Lage; letztere grenzt an die Rohrumfangsflache an.

Die Klebeverbindung im Überlappungsbereich des Mantels erfolgt in der Grenzfläche zwischen der Polyamidlage eines Überlappungsteils und der an diese angrenzende klebefähige Lage des anderen Überlappungsteils.

In einer zweiten Erfindungsvariante kann das ummantelte Rohr derart ausgebildet sein, daß der Mantel aus einem spiralig überlappend gewickelten Folienstreifen besteht, der dem Rohrumfang unter Wickelspannung anliegt. Der Aufbau des Folienstreifens entspricht beispielsweise dem Aufbau des zur Ausbildung der ersten Erfindungsvariante verwendeten dreilagigen Folienlaminats.

Das Folienband wird spiralig derart um den gesamten Umfang des Rohres über dessen gesamte Länge gewickelt, daß die latent klebefähige Schicht des Folienbandes an die Rohrumf ang_flache angrenzt.
25

Der gewickelte, durch Wickelspannung an die Rohroberfläche angepreßte Mantel wird dann mit Wärme und vorteilhaft zusätzlich mit Druck beaufschlagt und danach auf Raumtemperatur abgekühlt.
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In einer dritten Erfindungsvariante ist die Sperrlage

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nahtlos ausgebildet und besteht beispielsweise aus extrusionsfähigem Polyvinylalkohol. Die dritte Erfindungsvariante ist dadurch herstellbar, daß man zunächst auf der Umfangsf1äche des zu ummantelnden Rohres chemisches Klebemittel als Haftvermittler aufbringt, das befähigt ist, die Sperrlage aus beispielsweise Polyvinylalkohol mit der Rohrumfangsflache durch Verklebung zu verbinden. Nach Aufbringen des Haftvermittlers mit der angegebenen Eigenschaft auf das Rohr wird dieses mit einem nahtlosen Überzug ummantelt, der beispielsweise aus extrusionsfähigem Polyvinylalkohol besteht. Die Rohrummantelung erfolgt in bekannter Weise im Extrusionsverfahren mit Hilfe bekannter Vorrichtungen.

Gegebenenfalls wird auf der Außenseite des nahtlosen Überzugs aus Polyvinylalkohol eine dünne Schicht aus Klebstoff aufgebracht und danach eine nahtlose Schutzschicht, beispielsweise aus Polyamid, auf der beschichteten Oberfläche des nahtlosen Überzugs aus Polyvinylalkohol ausgebildet. Die Schutzschicht kann beispielsweise mittels bekannter Extruderverfahren vorgenommen werden; hierfür geeignete Vorrichtungen sind bekannt.

Ein aus vernetztem Polyäthylen bestehendes Kunststoffrohr mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einer Wanddicke von 2 mm hat bei 5O⁰C eine Sauerstoffdurchlässigkeit von 7,5 cm /m Rohrlänge χ Tag χ bar. Ein derartiges Kunststoffrohr hat, wenn es erfindungsgemäß von einem Mantel umgeben ist, der eine beispielsweise 12 ,um dicke Sperrlage aus Polyvinylalkohol umfaßt, eine

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Durchlässigkeit für Sauerstoff von 0,003 cm /m Rohrlänge χ Tag χ bar.

Im letztgenannten Fall ist unter Sauerstoffdurchlässigkeit diejenige Menge Sauerstoff zu verstehen, die unter den genannten Bedingungen durch die Ummantelung und die Rohrwand in den Rohrhohlraum einzudringen vermag.

Die Messungen wurden jeweils bei einer relativen Feuchte von 25 % unter sonst vergleichbaren Versuchsbedingungen durchgeführt.

Die zwei Figuren umfassende Zeichnung soll die Erfindung beispielhaft erläutern.

In der Figur 1 ist im Querschnitt und in schematischer perspektivischer Darstellung ein Rohr gemäß der erläuterten ersten Erfindungsvariante dargestellt.

Figur 2 zeigt in schematischer und halb perspektivischer Darstellung und vergrößert einen Ausschnitt A aus Figur Die Elemente des in Figur 2 gezeigten ummantelten Rohres sind nicht maßstäblich dargestellt.

In derFigur 1 bedeutet 1 das Kunststoffrohr, 2 den Rohrmantel in seiner Gesamtheit. Die bauliche Ausbildung des Mantels ist in Figur 1 aus Gründen zeichnerischer Vereinfachung nicht dargestellt, sie wird in Figur 2 gezeigt, wobei diese den Ausschnitt A aus Figur 1 vergrößert dargestellt wiedergibt.
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In der Figur 2 haben die Ziffern 1 und 2 dieselbe Bedeutung wie in Figur 1. Es ist 3 die klebefähige Lage eines Rohrmantels in Gestalt eines längsaxial geschlitzten Hohlkörpers mit überlappenden Schnittkantenbereichen, 4 ist die Sperrlage und 5 die Schutzschichtlage des Mantels. 6 ist der Überlappungsteil des Mantels, 7 die Mantelaußenseite, 8 die Grenzfläche zwischen Mantel und Rohr, im Bereich welcher Mantel und Rohr durch Verklebung miteinander verbunden sind, 9 ist die Grenzfläche zwisehen überlappungsteil 6 des Mantels und dem von ihm überlappten Teil desselben, im Bereich derer die bezeichneten Teile durch Verklebung miteinander verbunden sind.

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ZUSAMMENFASSUNG

Kunststoffrohr mit sauerstoffdichter Ummantelung

Kunststoffrohr mit Mantel, der eine Sperrlage für Sauer- % stoff und eine an den Rohrumfang angrenzende klebefähige a Schicht umfaßt, wobei die Sperrlage aus synthetischem | thermoplastischem Polymerisat, ausgewählt aus einer \

Gruppe umfassend Polyvinylalkohol sowie Vinyl alkohol-Ethylen-Copolymerisate besteht, dehnfähig und für Sauerstoff praktisch undurchlässig ist.

Claims (6)

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT KALLE Niederlassung der Hoechst AG Hoe 80/K 086 - 1 - WLJ-Dr.Wa-gv 9. Nov. 1981 atansprüche

1. Kunststoffrohr mit sauerstoffundurchlässiger Wan-

dung mit einem, den Rohrumfang allseitig umgebenden Mantel aus wenigstens zweilagigem ,Folienlaminat, umfassend eine Sperrlage für Sauerstoff und eine klebefähige Schicht, die an den Rohrumfang angrenzt und mit diesem durch Verklebung verbunden ist/ dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrlage des Mantels aus synthetischem thermoplastischem Polymerisat, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polyvinylalkohol sowie Vinylalkohol-Ethylen-Copolymerisat besteht, dehnfähig und für Sauerstoff praktisch undurchlässig ist.

2. Ummanteltes Kunststoffrohr nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Mantel derart dreilagig aufgebaut ist, daß die Außenseite des Mantels durch eine Lage aus zäh-elastischem thermoplastischem Kunststoff als Schutzschicht gebildet ist.

3. Ummanteltes Kunststoffrohr nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschichtlage des Mantels aus Polyamid besteht.

4. Ummanteltes Rohr nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Mantel in seiner Gesamtheit als auch die ihn bildenden Lagen jeweils unterbrechungsfrei nachtlos ausgebildet sind.

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Hoe 80/K 086 - 2 - WLJ-Dr.Wa.-gν

9. Nov. 1981

5. Ummanteltes Rohr nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem aus Folienlaminatzuschnitt gebildetem längsaxial geschlitzten Hohlzylinderkörper mit überlappenden Schnittkantenbereichen besteht, wobei die die Außenseite des Hohlzylinderkörpers bildende Folienlaminatlage aus Polyamid, die an die Rohrumfangsflache angrenzende und mit dieser durch Verklebung verbundene Lage des Laminats aus klebefähigem Werkstoff und die zwischen beiden Lagen angeordnete Sperrschichtlage aus Polyvinylalkohol oder Vinylalkohol-Ethylen-Copolymerisat besteht.

6. Ummanteltes Kunststoffrohr nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus über die gesamte Länge der Umfangsflache spiralig überlappend gewickeltem Folienband aus einem Laminat aus einer Lage aus Polyamid, einer an diese angrenzende Lage aus Polyvinylalkohol oder Vinylalkohol-Ethylen-Copolymerisat besteht, wobei die Außenseite des gewickelten Mantels durch die Polyamidlage des Bandes gebildet wird.