EP1827811A1 - Kunststoffholkörper, insbesondere kunststoffrohr - Google Patents

Kunststoffholkörper, insbesondere kunststoffrohr

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Publication number
EP1827811A1
EP1827811A1 EP05806345A EP05806345A EP1827811A1 EP 1827811 A1 EP1827811 A1 EP 1827811A1 EP 05806345 A EP05806345 A EP 05806345A EP 05806345 A EP05806345 A EP 05806345A EP 1827811 A1 EP1827811 A1 EP 1827811A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plastic
body according
layers
layer
reinforcement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05806345A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guntram Bock
Jürgen MIETHLINGER
Rainer Borth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knoch Kern und Co KG
Original Assignee
Knoch Kern und Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knoch Kern und Co KG filed Critical Knoch Kern und Co KG
Publication of EP1827811A1 publication Critical patent/EP1827811A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
    • F16L9/133—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement the walls consisting of two layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D23/00—Producing tubular articles
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    • Y10T428/1379—Contains vapor or gas barrier, polymer derived from vinyl chloride or vinylidene chloride, or polymer containing a vinyl alcohol unit
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    • Y10T428/1383—Vapor or gas barrier, polymer derived from vinyl chloride or vinylidene chloride, or polymer containing a vinyl alcohol unit is sandwiched between layers [continuous layer]
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    • Y10T428/139—Open-ended, self-supporting conduit, cylinder, or tube-type article
    • Y10T428/1393—Multilayer [continuous layer]

Definitions

  • Plastic hollow body in particular plastic pipe
  • the invention relates to a hollow plastic body, in particular a plastic tube.
  • Plastic pipes are known in various embodiments. They serve, for example, the implementation of liquids and gases. But you can also fulfill building physics tasks or used for the passage of cables or the like.
  • Pipelines made of conventional polymer materials have large wall thicknesses relative to standardized nominal diameters.
  • the design of the wall thickness is based inter alia on the material properties, the respective operating pressure, the operating temperature, installation conditions, deformation resistance, expected service life etc.
  • Large pipe wall thicknesses have disadvantages in terms of flow rate, pipe weight and material costs.
  • the production rate of the tubes is also limited by the wall thickness.
  • Plastic pipes with a pipe wall made of interconnected, cylindrical layers are known, for example, as sewage pipes from EP 0360 758 B1. All layers of the tube contain polyester resin, ie a duromer. While the inner layer consists solely of a cured polyester resin, the outer layer of the tube is formed from a mixture of a cured polyester resin and a filler, for example quartz sand. The layers extending between the inner and outer layers contain, in addition to polyester resin, different proportions of fillers and / or glass fibers.
  • the known tube is produced by centrifugal casting, which is also described in EP 0 360 758 B1. This is referred to in the context of this application.
  • the base materials namely the curable polyester resin, fillers and glass fibers are spun in different mass fractions to form the individual layers via a so-called feeder in a rotating die.
  • the tube By curing the resin, the tube then contains its stability.
  • pipes pipe sections
  • the pipe diameter can be small (for example 10 or 30 cm), but also be a few meters.
  • the number and composition of the individual layers may depend, inter alia, on the size of the tube and its use.
  • the prior art outlines, by way of example, the differences between a "pressure tube”, through which a fluid is conveyed under pressure, and a "pressure-free tube", for example, the mentioned sewage pipe.
  • Polyolefin pipes with reinforcing fibers of aramid or with a reinforcement made of steel wire belong to the prior art.
  • the aim of the invention is to provide a plastic pipe of the type described, which has an advantageous ductility with high material strength, security against deformation and long-term strength, so that it can be used for a variety of applications.
  • plastic pipes which consist of a plastomer.
  • "Plastomer” is representative of undoped and therefore plastic or plastifiable thermoplastics, which differ from the "duromers” mentioned above, which are a generic term for dense-meshed and hard thermosets.
  • such pipes made of thermoplastic materials such as polyvinyl chloride, polypropylene or polyethylene, however, have only a relatively low strength and are not particularly economical for larger pipes, such as those used in the municipal water supply and sanitation.
  • Another disadvantage is the necessary large wall thickness.
  • the invention provides in its most general embodiment a hollow plastic body, in particular a plastic tube, the wall of which is composed of interconnected, cylindrical layers, wherein at least one layer consists of a duromer and at least one further layer consists of a plastomer.
  • a plastic pipe according to the invention can therefore be referred to as a composite pipe in which thermosetting layers alternate with plastomeric layers.
  • thermosetting plastics can be synergistically combined with the advantageous properties of thermoplastics.
  • thermosetting resin such as a thermosetting polyester resin may be used.
  • the plastomer may be a thermoplastic of the following group: polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyphenyloxide (PPO), polyphenylsulfide (PPS), polyphenylene sulfone (PSO, PES), polyimide (PI ), Polyamide (PA), polyoxymethylene (POM), polybutylene (PB), polyethylene terephthalate (PETP).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PS polystyrene
  • PPO polyphenyloxide
  • PPS polyphenylsulfide
  • PSO polyphenylene sulfone
  • PI polyimide
  • PA Polyamide
  • PA polyoxymethylene
  • PB polybutylene
  • PETP polyethylene terephthalate
  • the plastic tube like a conventional polyester resin spun plastic tube, is formed with a plurality of layers, for example 3 to 20 layers, with layers of a duromer alternating regularly or irregularly between layers of a plastomer or vice versa.
  • the thickness of each layer can be between 0, 1 and 50 mm, it can be limited to ⁇ 10mm or ⁇ 2mm.
  • the inner and outer layer of the tube consists of a plastomer.
  • the outer plastomer layer provides good impact protection, the inner plastomer layer minimizes abrasion and is also safe for drinking water that is transported through the pipe.
  • the invention is not limited to use different material pairings for the construction of the individual layers. Rather, further optimizations can be carried out simultaneously. These consist for example in that one or more layers have a reinforcement (reinforcement). Such a reinforcement may for example consist of thermoplastic and highly stretched bands. These tapes may be coated with a primer to optimize their bonding with the surrounding plastic material.
  • the bands can be flat bands or profile bands. Alternatively or cumulatively, fibers can be used as a reinforcement. Such fibers may be cut fibers. They can be randomly distributed or ordered and distributed in the plastic material of the respective layer. It is essential that the fiber or strip material bonds with the surrounding plastic material.
  • the tensile strength (at 23 ° C) of the reinforcing material, measured according to ISO 527, should be> 250 MPa.
  • the elastic modulus of the reinforcement should be at least 1.5 times that of the reinforced layer, preferably at least> 5 or> 10 times greater.
  • the reinforcement may also be helical, mesh or lattice-like, sieve-like or strip-like.
  • the reinforcement material may be woven or braided. It may also, flat or profile part, consist of superimposed, connected strips or bands.
  • a preformed reinforcing body can be placed on an already formed layer of the tube or pressed into it.
  • at least one of the duromeric layers is reinforced or the reinforcement extends between two duromer layers.
  • thermoplastic reinforcing materials for example, from highly stretched polyethylene.
  • suitable are, for example, polypropylene, polyamide or other materials mentioned in claim 4.
  • the reinforcement or reinforcement layer may also consist of a plurality of reinforcement elements, for example a plurality of meshes, and serve to form a plurality of layers of the plastic pipe.
  • openings within the reinforcement or distances between adjacent reinforcement parts should be chosen so large that the corresponding plastic material can penetrate in viscous form and completely enclose the reinforcement.
  • the "lattice spacing" is also to be chosen so that the material of the pipe wall withstands the maximum internal pressure during application.
  • D layers containing a thermoset
  • P layers containing a plastomer
  • B means reinforcement (reinforcement).
  • the reinforcement can run completely or partially in the inner or outer adjacent layer. 1st example: PDDBD -PDPPD
  • the individual layers can be interconnected by force and / or material.
  • Such a frictional connection can be achieved, for example, between adjacent D-layers easily by these D-layers are successively applied by spin coating, so that it comes in the subsequent curing of the thermosetting plastic to a material connection of adjacent layers.
  • the technology of the spin process is known (eg EP 360758 Bl). This is referred to.
  • a frictional connection between layers containing different plastics can also be achieved by applying an adhesion promoter between the two layers.
  • adhesion promoters may be, for example, adhesive films or so-called melting films.
  • adhesion promoters it is also possible to use chemical adhesion promoters, for example polymerisable polyesters or rubber derivatives. These can be applied as a sticky powder on the surface of a layer, for example, before the next layer is applied. Due to the development of heat during curing of thermosetting plastics, the adhesion of the adhesion promoters can be optimized.
  • the adhesion promoter used is also maleic anhydride, which advantageously combines D and P or B layers.
  • the connection of adjacent layers can also be effected by thermal surface treatment (heating) or high-energy radiation.
  • the bonding substance may consist of a LLDPE (linear low density polyethylene) mixed with a PP (polypropylene).
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • PP polypropylene
  • At least one layer of a duromer may contain at least one of the following constituents: quartz sand, SiO 2 based filler, MgO, CaO, Al 2 O 3 , MgCO 3 , CaCO 3 , Al (OH) 3 , CaSO 4 , BaSO 4 , Talc, kaolin or mixtures thereof, glass fibers.
  • Example I a P 1 -Dl-D 2 -B-D 3 -Pi-D 3 -Pi -P 2 -D 4
  • D i Layer of one part by weight of cured polyester resin and three parts by weight of quartz sand.
  • D 2 Layer of one part by weight of cured polyester resin and two parts by weight of calcium carbonate filler in a particle size ⁇ 0.3 mm.
  • B Reinforcement made of a highly stretched PE tape with a cylindrical, lattice-shaped design, coated with a random terpolymer with acrylic ester and maleic anhydride.
  • D 3 Layer of one part by weight of cured polyester resin and 0.3 parts by weight of glass fibers with a length ⁇ 60 mm.
  • D 4 layer of cured polyester resin, wherein the polyester resin of the layer D 4 is different from the polyester resins of the other D layers as follows:
  • the elastic modulus (determined according to ISO 527) of the layer D 4 is 200 MPa, while the modulus of elasticity of the remaining D layers is 2500 MPa.
  • the elongation at break (according to ISO 527, ISO 178) is about 50% for the D 4 layer and only about 5% for the other D layers.
  • a further P-layer (P 1) can advantageously follow on the inside.
  • duromeric wall layers take over the load capacity of the pipe (the rigidity) and the loads acting on the pipe from the outside. Therefore, especially outer layers of duromers are important.
  • a reinforcement of this kind in a neutral layer or in the inner layers can significantly increase the internal compressive strength.
  • the internal pressure can be 20 bar and more.
  • Inner and outer layers mean: this side and beyond the middle (neutral layer) of the wall thickness of the tube.
  • the plastomeric wall layers especially if they are formed as outer and / or inner cover layer, offer protection against mechanical attacks. They have a favorable impact resistance and are abrasion resistant.
  • the plastic materials are advantageous because of their drinking water suitability. But they are also resistant to chemicals, UV, light and temperature resistant.
  • the D layers are applied according to the centrifugal method described above, the P layers can be integrated in different ways.
  • the formation of the B-layers has already been shown.
  • thermoplastic resin layer is formed by a tube, which is shrunk by means of a primer on a previously prepared thermoset layer.
  • thermosetting plastic in a centrifugal process.
  • This layer can still be “soft.”
  • An extruded, pre-folded tube made of a thermoplastic material is then introduced into the die, after which the tube is "popped", resuming its cylindrical shape, which is dimensioned so that the outer surface bears against the inner surface of the previously formed thermoset layer is applied. If the outer layer is still “soft” (not hardened), the bond is particularly intense In this embodiment too, the connection between the D layer and the P layer can again be assisted by a bonding agent A next D layer can again be centrifuged be applied.
  • the thermoplastic material is sprayed onto a previously formed layer. The spraying can be done both from the outside and from the inside, so as to form an outer or inner further layer.
  • thermoplastic material is injected into an annulus between a previously formed thermoset layer and a spaced template. The template is then removed again.
  • thermoplastic peripheral layer covering layer
  • a fifth embodiment provides for shrinking or winding up a thermoplastic film onto an existing layer.
  • the winding of a still plastic film or web can be done directly from the extruder to the existing layer.
  • a thermoplastic jacket layer can be extruded directly tubular to a tubular body.
  • thermoplastic layer to be applied by "sintering."
  • the thermoplastic material is applied as a powdery material and then melted under the action of temperature.
  • thermoplastic layers containing a thermoplastic with fillers or other components.
  • other components include, for example, glass fibers, filaments or other reinforcing materials.
  • the thermoplastic layers in particular an outer cover layer, can be foamed, so that at the same time a thermal insulating layer is produced.
  • the surface of one of two adjacent layers may be profiled, for example studded, which promotes adhesion / anchoring.
  • composite pipes have a high long-term internal pressure resistance, even with reduced wall thickness compared to plastic pipes according to the prior art.Also to emphasize the advantageous ductile properties of such a tubular body with sufficient radial and axial rigidity, also the diffusion tightness, fracture toughness and Resistance to chemical substances
  • the wall thicknesses of the layers are calculated and adjusted according to the respective pipe requirements, as well as the type, number of layers and thickness of a possible reinforcement, for example the different mesh distances of a grid-like reinforcement can change the overall ductility of the pipe.
  • the reinforcement can, if it has a cylindrical shape with openings, so a net-like shell structure, analogously to the second embodiment (as mentioned above) are introduced. After the folded cylinder has risen, the reinforcement can at least partially penetrate the still deformable layer of duro.
  • the invention also provides the possibility of providing further functional intermediate layers, such as barrier layers to oxygen, water vapor, etc.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffhohlkörper, insbesondere Kunststoffrohr, dessen Wand aus miteinander verbundenen, zylinderförmigen Schichten aufgebaut ist, wobei mindestens eine Schicht eine im Schleuderverfahren hergestellte Schicht aus einem Duromer ist und mindestens eine Schicht aus einem Plastomer besteht.

Description

Kunststoffhohlkörper, insbesondere Kunststoffrohr
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft einen Kunststoffhohlkörper, insbesondere ein Kunststoffrohr.
Kunststoffrohre sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Sie dienen beispielsweise der Durchführung von Flüssigkeiten und Gasen. Sie können aber auch bauphysikalische Aufgaben erfüllen oder zur Durchleitung von Kabeln oder dergleichen verwendet werden.
Rohrleitungen aus konventionellen polymeren Werkstoffen haben, bezogen auf genormte Nenndurchmesser, große Wanddicken. Die Auslegung der Wanddicke erfolgt unter anderem unter Berücksichtigung der Werkstoffeigenschaften, des jeweiligen Betriebsdrucks, der Betriebs- temperatur, den Einbaubedingungen, der Verformungssicherheit, der erwarteten Betriebsdauer etc. Große Rohrwanddicken haben Nachteile in Bezug auf die Durchflussleistung, das Rohrgewicht und die Materialkosten. Auch die Produktionsgeschwindigkeit der Rohre ist unter anderem durch die Wanddicke begrenzt.
Kunststoffrohre mit einer Rohrwand aus miteinander verbundenen, zylinderförmigen Schichten sind beispielsweise als Abwasserrohre aus der EP 0360 758 B l bekannt. Alle Schichten des Rohrs enthalten Polyesterharz, also ein Duromer. Während die Innenschicht ausschließlich aus einem ausgehärteten Polyesterharz besteht, wird die Außenschicht des Rohrs von einer Mischung eines ausgehärteten Polyesterharzes und einem Füllstoff, beispielsweise Quarzsand, gebildet. Die zwischen Innen- und Außenschicht verlaufenden Schichten enthalten neben Polyesterharz unterschiedliche Anteile an Füllstoffen und/oder Glasfasern.
Das bekannte Rohr wird im Schleuderguss-Verfahren hergestellt, welches ebenfalls in der EP 0 360 758 B l beschrieben wird. Darauf wird im Rahmen dieser Anmeldung Bezug genommen.
Die wesentlichen Merkmale dieses Verfahrens sind: die Grundstoffe, nämlich das aushärtbare Polyesterharz, Füllstoffe und Glasfasern, werden in unterschiedlichen Masseanteilen zur Ausbildung der einzelnen Schichten über einen sogenannten Feeder in eine rotierende Matrize geschleudert. Durch Aushärtung des Harzes enthält das Rohr anschließend seine Stabilität. Dabei lassen sich Rohre (Rohrstücke) mit Längen von 6 m und mehr herstellen. Der Rohrdurchmesser kann klein sein (beispielsweise 10 oder 30 cm), aber auch einige Meter betragen.
Die Anzahl und Zusammensetzung der einzelnen Schichten kann unter anderem von der Größe des Rohrs und dessen Verwendung abhängen. Der Stand der Technik skizziert beispielhaft die Unterschiede zwischen einem „Druckrohr", durch das ein Fluid unter Druck gefördert wird, und einem „drucklosen Rohr", beispielsweise dem erwähnten Abwasserrohr.
Bei den meisten Anwendungen werden die Rohre unterirdisch verlegt und unterliegen verschiedenen mechanischen Beanspruchungen. Dies macht es erforderlich, dem an sich steifen Rohr eine gewisse Flexibilität zu geben, um beispielsweise eine Zerstörung bei Schlagbeanspruchung zu vermeiden.
Im Stand der Technik werden diese Kriterien dadurch berücksichtigt, dass einzelne Schichten des Rohrs neben dem Polyesterharz unterschiedliche weitere Komponenten aufweisen. Gemäß EP 0 360 758 B l bestehen einzelne Schichten aus Polyesterharz, andere aus Polyesterharz und Glasfasern, wiederum andere aus Polyesterharz, Glasfasern und Füllstoff. Durch Variation der Rotation der Matrize bei der Herstellung lassen sich die einzelnen Schichten vor der abschließenden Härtung individuell verdichten. Daneben sind beispielsweise Kunststoff-Druckschläuche bekannt. Das Kunststoffmaterial ist beispielsweise Polyester. Zur Verstärkung können Aramidgewebe als Armierung (Bewehrung) eingearbeitet sein.
Auch Polyolefinrohre mit Armierungsfasern aus Aramid oder mit einer Verstärkung aus Stahldraht gehören zum Stand der Technik.
Ziel der Erfindung ist es, ein Kunststoffrohr der beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das eine vorteilhafte Duktilität bei hoher Werkstofffestigkeit, Sicherheit gegen Verformung und Langzeitfestigkeit aufweist, so dass es für vielfältige Anwendungen einsetzbar ist.
Im Stand der Technik sind Kunststoffrohre bekannt, die aus einem Plastomer bestehen. „Plastomer" steht dabei stellvertretend für unver- netzte und daher plastische beziehungsweise plastifizierbare Thermoplaste. Solche Plastomere unterscheiden sich damit von den erwähnten „Duromeren", die einen Oberbegriff für engmaschig vernetzte und harte Duroplaste sind. Solche Rohre aus thermoplastischen Kunststoffen, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polypropylen oder Polyethylen weisen jedoch nur eine relativ geringe Festigkeit auf und sind insbesondere für größere Rohre, wie sie im Rahmen der kommunalen Wasserversorgung und Abwasserentsorgung verwendet werden, nicht wirtschaftlich einsetzbar. Nachteilig ist auch die notwendige große Wanddicke.
Demgegenüber sieht die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform einen Kunststoffhohlkörper, insbesondere ein Kunststoffrohr vor, dessen Wand aus miteinander verbundenen, zylinderförmigen Schichten aufgebaut ist, wobei mindestens eine Schicht aus einem Duromer und mindestens eine weitere Schicht aus einem Plastomer besteht. Ein erfindungsgemäßes Kunststoffrohr kann demnach als Verbundrohr bezeichnet werden, bei dem sich duroplastische Schichten mit plastomeren Schichten abwechseln.
Auf diese Weise können die vorteilhaften Eigenschaften duroplastischer Kunststoffe mit den vorteilhaften Eigenschaften thermoplastischer Kunststoffe synergistisch verbunden werden.
Als Duromer zum Aufbau der entsprechenden Schicht(en) kann ein aushärtbares Kunstharz, beispielsweise ein aushärtbares Polyesterharz, verwendet werden.
Das Plastomer kann ein Thermoplast aus folgender Gruppe sein: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyphenyloxid (PPO), Polyphenylsulfid (PPS), Polyphenylensulfon (PSO, PES), Polyimid (PI), Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM), Polybutylen (PB), Polyethylenterphthalat(PETP).
Nach einer Ausführungsform ist das Kunststoffrohr - wie ein konventionelles geschleudertes Kunststoffrohr auf Basis Polyesterharz - mit einer Vielzahl von Schichten ausgebildet, beispielsweise 3 bis 20 Schichten, wobei Schichten aus einem Duromer regelmäßig oder unregelmäßig alternierend zwischen Schichten aus einem Plastomer - oder umgekehrt - verlaufen. Die Dicke jeder Schicht kann zwischen 0, 1 und 50 mm betragen, sie kann auf < 10mm oder < 2mm begrenzt werden.
Es hat Vorteile, wenn die Innen- und Außenschicht des Rohres aus einem Plastomer besteht. Die äußere Plastomerschicht bietet guten Schutz gegen Schlagbeanspruchung, die innere Plastomerschicht minimiert den Abrieb und ist unbedenklich auch für Trinkwasser, das durch das Rohr transportiert wird. Dabei ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, unterschiedliche Werkstoffpaarungen zum Aufbau der einzelnen Schichten einzusetzen. Vielmehr lassen sich gleichzeitig weitere Optimierungen durchführen. Diese bestehen beispielsweise darin, dass eine oder mehrere Schichten eine Armierung (Bewehrung) aufweisen. Eine solche Bewehrung kann beispielsweise aus thermoplastischen und hoch verstreckten Bändern bestehen. Diese Bänder können mit einem Haftvermittler beschichtet sein, um ihre Verbindung mit dem umgebenden Kunststoffmaterial zu optimieren. Die Bänder können Flachbänder oder Profilbänder sein. Alternativ oder kumulativ lassen sich Fasern als Armierung einsetzen. Solche Fasern können geschnittene Fasern sein. Sie können wirr verteilt oder geordnet eingebracht und im Kunststoffmaterial der jeweiligen Schicht verteilt werden. Wesentlich ist, dass sich das Faseroder Bandmaterial mit dem umgebenden Kunststoffmaterial verbindet.
Die Zugfestigkeit (bei 23° Celsius) des Bewehrungsmaterials, gemessen nach ISO 527, sollte > 250 MPa betragen. Der Elastizitätsmodul der Bewehrung sollte mindestens l ,5mal so groß sein wie der der bewehrten Schicht, am besten mindestens > 5 oder > 10 mal größer.
Die Bewehrung kann auch wendeiförmig, netz- oder gitterartig, siebartig oder streifenartig sein. Das Bewehrungsmaterial kann gewebt oder geflochten sein. Es kann auch, flach oder als Profilteil, aus aufeinander liegenden, verbundenen Streifen oder Bändern bestehen. Ein vorgeformter Bewehrungskörper kann auf eine bereits gebildete Schicht des Rohres aufgelegt oder in diese eingedrückt werden. Umgekehrt ist es möglich, zum Beispiel von einem netzartigen Bewehrungskörper, beispielsweise in Zylinderform, auszugehen und diesen anschließend mit dem gewünschten Kunststoff „zu durchtränken", wobei die Durchbrechungen beziehungsweise Freiräume in der Bewehrung beziehungsweise zwischen den Bewehrungsteilen mindestens teilweise vom Kunststoffmaterial ausgefüllt werden. Gemäß einer wichtigen Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine der duromeren Schichten armiert oder die Bewehrung verläuft zwischen zwei duromeren Schichten.
Auch in diesem Fall eignen sich wieder thermoplastische Bewehrungsmaterialien, beispielsweise aus hoch verstrecktem Polyethylen. Ebenso geeignet sind beispielsweise Polypropylen, Polyamid oder andere, in Anspruch 4 genannte Werkstoffe. Die Bewehrung beziehungsweise Bewehrungsschicht kann auch aus mehreren Bewehrungselementen, beispielsweise mehreren Gitternetzen bestehen und zur Ausbildung von mehreren Schichten des Kunststoffrohrs dienen. Um eine gute Verbindung der Armierung mit dem umgebenden Kunststoffmaterial zu erreichen, sollten Durchbrechungen innerhalb der Bewehrung oder Abstände zwischen benachbarten Bewehrungsteilen so groß gewählt werden, dass das entsprechende Kunststoffmaterial in viskoser Form eindringen und die Bewehrung vollständig umschließen kann. Der „Gitterabstand" ist aber auch so zu wählen, dass der Werkstoff der Rohrwand dem maximalen Innendruck bei der Anwendung standhält.
Von außen nach innen betrachtet ergeben sich beispielsweise folgende Möglichkeiten des Schichtaufbaus, wobei Schichten, die ein Duromer enthalten, nachstehend mit D bezeichnet werden, während Schichten, die ein Plastomer enthalten, nachstehend mit P gekennzeichnet sind. B bedeutet Armierung (Bewehrung). Die Bewehrung kann dabei ganz oder teilweise in der innen oder außen benachbarten Schicht verlaufen. 1. Beispiel: P-D-D-B-D -P-D-P-P-D
2. Beispiel: P-D-P-B-D-P-D-P
3. Beispiel: P-D-D-P-D-P
4. Beispiel: P-P-D-B-P-D-P -D
5. Beispiel: P-D-D-D-P-D-D-P.
Die einzelnen Schichten können kraft- und/oder materialschlüssig miteinander verbunden sein. Eine solche kraftschlüssige Verbindung lässt sich beispielsweise zwischen benachbarten D-Schichten ohne weiteres dadurch erreichen, indem diese D-Schichten nacheinander im Schleuderverfahren aufgebracht werden, so dass es bei der anschließenden Aushärtung des duroplastischen Kunststoffs zu einer materialschlüssigen Verbindung benachbarter Schichten kommt. Die Technologie des Schleuderverfahrens ist bekannt (z. B. EP 360758 Bl). Darauf wird Bezug genommen.
Eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Schichten, die unterschiedliche Kunststoffe enthalten, lässt sich auch durch Aufbringen eines Haftvermittlers zwischen beiden Schichten erreichen. Dies gilt insbesondere für die Verbindung einer D-Schicht mit einer P-Schicht, aber auch für die Verbindung von P-Schichten untereinander. Analog gilt dies für B-Schichten, wie vorstehend bereits erläutert. Solche Haftvermittler können beispielsweise Klebefolien oder sogenannte Schmelzfolien sein. Als Haftvermittler können aber auch chemische Haftvermittler, beispielsweise polymerisierbare Polyester oder Kautschukderivate eingesetzt werden. Diese können beispielsweise als klebriges Pulver auf die Oberfläche einer Schicht aufgebracht werden, bevor die nächste Schicht appliziert wird. Durch die Wärmeentwicklung beim Aushärten duroplastischer Kunststoffe lässt sich die Haftwirkung der Haftvermittler optimieren. Als Haftvermittler dient auch Maleinsäureanhydrid, welches D- und P- oder B-Schichten vorteilhaft verbindet. Die Verbindung benachbarter Schichten kann auch durch thermische Oberflächenbehandlung (Erwärmung) oder hochenergetische Strahlung erfolgen. So kann die Verbindungssubstanz zum Beispiel aus einem LLDPE (linear low density polyethylene) in Mischung mit einem PP (Polypropylen) bestehen. Bei Erwärmung schafft das LLDPE beispielsweise eine Verschweißung mit einer benachbarten PE
(Polyethylen)Schicht und die PP-Anteile der Substanz bewirken eine gute Verbindung mit einer weiteren benachbarten PP-Schicht.
Ausgehend von den vorgenannten Beispielen können Schichten, die den gleichen Kunststoff-Grundwerkstoff enthalten, hinsichtlich ihrer weiteren Bestandteile unterschiedlich ausgeführt sein. So kann mindestens eine Schicht aus einem Duromer mindestens einen der folgenden Bestandteile enthalten: Quarzsand, Füllstoff auf Basis SiO2, MgO, CaO, Al2O3, MgCO3, CaCO3, Al(OH)3, CaSO4, BaSO4, Talkum, Kaolin oder Mischungen daraus, Glasfasern. Dies soll anhand des vorstehend genannten ersten Beispiels weiter verdeutlicht werden, das sich j etzt beispielsweise wie folgt darstellt:
Beispiel I a: P l - D l - D2 - B - D3 - Pi - D3 - Pi - P2 - D4
mit:
D i : Schicht aus einem Gewichtsteil ausgehärtetem Polyesterharz und drei Gewichtsteilen Quarzsand.
D2: Schicht aus einem Gewichtsteil ausgehärtetem Polyesterharz und zwei Gewichtsteilen Calciumcarbonat-Füllstoff in einer Korngröße < 0,3 mm. B : Bewehrung aus einem hochverstreckten PE-Band mit zylindrischer, gitterförmiger Ausführung, beschichtet mit einem Random-Terpolymer mit Acrylester und Maleinsäureanhydrid.
D3 : Schicht aus einem Gewichtsteil ausgehärtetem Polyesterharz und 0,3 Gewichtsteilen Glasfasern mit einer Länge < 60 mm.
P i : Schicht aus Polypropylen
P2: Schicht aus Polyphenylsulfid
D4: Schicht aus ausgehärtetem Polyesterharz, wobei das Polyesterharz der Schicht D4 sich von den Polyesterharzen der anderen D-Schichten wie folgt unterscheidet:
Der Elastizitätsmodul (bestimmt nach ISO 527) der Schicht D4 beträgt 200 MPa, während der Elastizitätsmodul der übrigen D-Schichten 2500 MPa beträgt. Die Bruchdehnung (gemäß ISO 527, ISO 178) beträgt bei der D4-Schicht ca. 50 %, bei den übrigen D-Schichten lediglich ca. 5 %. Im Beispiel I a kann innenseitig vorteilhaft eine weitere P-Schicht (P l ) folgen.
Die duromeren Wandschichten übernehmen die Tragfähigkeit des Rohres (die Steifigkeit) und die Lasten, die auf das Rohr von außen einwirken. Deshalb sind vor allem äußere Duromerschichten wichtig. Eine Bewehrung der genannten Art in einer neutralen Schicht oder in den inneren Schichten kann die Innen-Druckfestigkeit deutlich erhöhen.. Der Innendruck kann 20bar und mehr betragen. „Innere" und „äußere" Schichten bedeutet dabei: diesseits und jenseits der Mitte (neutrale Schicht) der Wanddicke des Rohres. Die plastomeren Wandschichten, insbesondere wenn sie als äußere und/ oder innere Deckschicht ausgebildet sind, bieten Schutz gegenüber mechanischen Angriffen. Sie weisen eine günstige Schlagzähigkeit auf und sind abriebfest. Insbesondere als Innenschicht sind die plastomeren Werkstoffe wegen ihrer Trinkwassertauglichkeit von Vorteil. Sie sind aber auch widerstandsfähig gegenüber Chemikalien, UV-, licht- und temperaturbeständig.
Während die D-Schichten nach dem eingangs beschriebenen Schleuderverfahren aufgebracht werden, lassen sich die P-Schichten auf unterschiedliche Art und Weise integrieren. Die Ausbildung der B-Schichten wurde bereits dargestellt.
In einer 1 . Ausführungsform wird die thermoplastische Kunststoffschicht von einem Schlauch gebildet, der mit Hilfe eines Haftvermittlers auf eine zuvor erstellte duroplastische Schicht aufgeschrumpft wird.
Bei einer 2. Ausführungsform wird ebenfalls davon ausgegangen, dass bereits mindestens eine Schicht unter Verwendung eines duroplastischen Kunststoffs im Schleuderverfahren erstellt wurde. Diese Schicht kann noch „weich" sein. In die Matrize wird anschließend ein extrudiertes, vorgefaltetes Rohr aus einem thermoplastischen Kunststoff eingeführt. Anschließend lässt man das Rohr „aufspringen", das damit seine Zylinderform wieder einnimmt, die so dimensioniert ist, dass die Außenfläche gegen die Innenfläche der zuvor gebildeten duroplastischen Schicht anliegt. Ist die äußere Schicht noch „weich" (nicht ausgehärtet) ist die Verbindung besonders intensiv. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Verbindung zwischen der D-Schicht und P-Schicht wiederum über einen Haftvermittler unterstützt werden. Eine nächste D-Schicht kann wieder im Schleuderverfahren aufgebracht werden. In einer 3. Ausführungsform wird das thermoplastische Kunststoffmaterial auf eine zuvor ausgebildete Schicht aufgespritzt. Das Aufspritzen kann sowohl von außen als auch von innen erfolgen, um so eine äußere beziehungsweise innere weitere Schicht auszubilden.
Bei einer 4. Ausführungsform wird das thermoplastische Kunststoffmaterial in einen Ringraum zwischen einer zuvor ausgebildeten duroplastischen Schicht und einer im Abstand dazu angeordneten Schablone eingespritzt. Die Schablone wird anschließend wieder abgezogen.
Insbesondere zur Ausbildung einer thermoplastischen Umfangsschicht (Deckschicht) sieht eine 5. Ausführungsform vor, eine thermoplastische Folie auf eine vorhandene Schicht aufzuschrumpfen oder aufzuwickeln. Dabei kann das Aufwickeln einer noch plastischen Folie oder Bahn direkt aus dem Extruder auf die vorhandene Schicht erfolgen. Ebenso kann eine thermoplastische Mantelschicht direkt rohrförmig auf einen Rohrkörper aufextrudiert werden.
Eine 6. Variante sieht vor, die thermoplastische Schicht durch „Sintern" zu applizieren. Dazu wird der thermoplastische Werkstoff als pulver- förmiges Material aufgetragen und anschließend unter Temperatureinwirkung aufgeschmolzen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch die Schichten, die einen thermoplastischen Kunststoff enthalten, mit Füllstoffen oder anderen Komponenten zu ergänzen. Zu diesen „anderen Komponenten" gehören beispielsweise Glasfasern, Fäden oder andere Armierungsstoffe. Ebenso können die thermoplastischen Schichten, insbesondere eine äußere Deckschicht, geschäumt sein, sodass gleichzeitig eine thermische Isolierschicht entsteht. Die Oberfläche einer von zwei benachbarten Schichten kann profiliert, zum Beispiel genoppt sein, wodurch die Haftung/Verankerung begünstigt wird.
Die beschriebenen „Verbundrohre" weisen eine hohe Langzeit-Innendruckfestigkeit auf, und zwar auch bei verringerter Wandstärke gegenüber Kunststoffrohren gemäß Stand der Technik. Hervorzuheben sind weiters die vorteilhaften duktilen Eigenschaften eines solchen Rohrkörpers bei gleichzeitig ausreichender Radial- und Axialsteifigkeit, außerdem die Diffusionsdichtheit, Risszähigkeit und Beständigkeit gegenüber chemischen Substanzen. Die Wanddicken der Schichten werden den jeweiligen Rohranforderungen entsprechend berechnet und angepasst. Dies gilt auch für die Art, Lagenzahl und Dicke einer etwaigen Bewehrung. So lässt sich beispielsweise durch unterschiedliche Maschenabstände einer gitterartigen Armierung die Duktilität des Rohres insgesamt verändern.
Die Bewehrung kann, wenn sie eine Zylinderform mit Durchbrechungen aufweist, also eine netzartige Mantelstruktur hat, analog zur 2. Ausführungsform (wie vorstehend erwähnt) eingebracht werden. Nach dem Aufspringen des gefalteten Zylinders kann die Bewehrung in die noch verformbare Duromerschicht zumindest teilweise eindringen.
Die Erfindung schafft auch die Möglichkeit, weitere funktionelle Zwischenschichten vorzusehen, wie zum Beispiel Sperrschichten gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf etc.

Claims

Kunststoffhohlkörper, insbesondere KunststoffrohrA n s p r ü c h e
1. Kunststoffhohlkörper, insbesondere Kunststoffrohr, dessen Wand aus miteinander verbundenen, zylinderförmigen Schichten aufgebaut ist, wobei mindestens eine Schicht eine im Schleuderverfahren hergestellte Schicht aus einem Duromer ist und mindestens eine Schicht aus einem Plastomer besteht.
2. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem das Duromer ein ausgehärtetes Kunstharz ist.
3. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem das Duromer ein ausgehärtetes Polyesterharz ist.
4. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem das Plastomer ein Thermoplast aus der Gruppe: Polyolefin, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyphenyloxid, Polyphenylsulfid, Polyphenylensulfon, Polyimid, Polyamid, Polyoxymethylen, Polybutylen, Polyethylenterphtalat ist.
5. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 mit einer Vielzahl von Schichten, wobei Schichten aus einem Duromer regelmäßig oder unregelmäßig alternierend zwischen Schichten aus einem Plastomer verlaufen.
6. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 mit einer Vielzahl von Schichten, wobei Schichten aus einem Plastomer regelmäßig oder unregelmäßig alternierend zwischen Schichten aus einem Duromer verlaufen.
7. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem mindestens eine Schicht eine Bewehrung enthält.
8. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem mindestens eine Schicht aus einem Duromer eine Bewehrung enthält.
9. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem mindestens eine Schicht eine wendeiförmige, netz- oder gitterartige, siebartige oder streifenförmige Bewehrung enthält.
10. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 7, bei dem die Bewehrung aus einem gitterartigen Zylinder besteht.
1 1. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem mindestens eine Schicht netz- oder gitterartig gestaltet ist und Durchbrechungen im Netz oder Gitter mindestens teilweise von einem Kunststoffmaterial ausgefüllt sind.
12. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem die Schichten kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
13. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem die Schichten kraftschlüssig durch einen Haftvermittler miteinander verbunden sind.
14. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , bei dem mindestens eine der Schichten aus einem Duromer mindestens einen der folgenden weiteren Bestandteile enthält: Quarzsand, Füllstoff auf Basis SiO2, MgO, CaO, Al2O3, MgCO3, CaCO3, Al(OH)3, CaSO4, BaSO4, Talkum, Kaolin oder Mischungen daraus, Glasfasern.
15. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , dessen äußere Deckschicht aus einem Plastomer besteht.
16. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 , dessen innere Deckschicht aus einem Plastomer besteht.
17. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 7, bei dem die Bewehrung mindestens eine der folgenden Formen aufweist: Band, Filament, Profil, Gitter, Fasern.
18. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 7, bei dem die Bewehrung aus mindestens einem Material der Gruppe: PE, PP, PET, PA besteht.
19. Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 7, bei dem die Bewehrung mit mindestens einem der folgenden Materialien beschichtet ist: Haftvermittler, PE, PP.
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