HU177005B - Eljárás és berendezés forgódobban gyártott, nagy üveganyagtartalmú, hőre keményedő műanyag cső gyártására - Google Patents

Description

A találmány eljárásra és berendezésre vonatkozik, amely forgódobban gyártott, nagy üveganyagtartalmú, hőre keményedő műanyag cső gyártására alkalmas.

A korrózióálló, kis fajsúlyú csővezetékek között egyre nagyobb jelentőségre tesznek szert az üvegszál erősítésű, hőre keményedő műanyagcsövek, amelyek a hagyományos műanyag csőszerkezeti anyagokhoz képest számos előnnyel rendelkeznek (nagy szilárdság, nagyfokú merevség, hőállóság, stb.). Az üvegszálerősítésű, hőre keményedő műanyagcsövek alapvetően két technológiával, éspedig tekercseléssel vagy forgódobban történő gyártással állíthatók elő. A tekercselési technológia a műanyagcsövek gyártásánál különleges tulajdonságok kialakítására használható fel, hátránya azonban, hogy a gyártó berendezés viszonylag bonyolult, a gyártott csövek egyenletes minősége nem biztosítható. A forgódobban történő csőgyártásnál kezdetben üvegszövetet vagy üvegpaplant alkalmaztak erősítő anyagként, ezt a formába befektetették, majd centrifugális erő behatása alatt a megfelelő kötőanyagot beadagolták. A forgódobban való gyártás továbbfejlődése során az üvegpaplant vagy üvegszövetet rovingszál alkalmazása váltotta fel, amelyet vágott állapotban fúvatnak be a formába. Ilyen eljárást ismertet a Kunststoff Rundschau, 1968. szeptember 488., 489. oldalán közölt cikk. A forgódobban történő gyártásnál a folyékony kötőanyag például poliésztergyanta, az üvegszál szövetet imp2 regnálja és teljesen körülveszi, majd hő behatására kikeményedik. A gyártás elterjedését gátolta a fennálló számos hibaforrás, amelyek miatt nem sikerült a gyártás automatizálását és sokoldalú köve5 telmények kielégítését megoldani. Az egyik hátrány mindenesetre abban áll, hogy az üvegerősítő anyag viszonylag nagy mennyiségű kötőanyagot vesz fel, így a poliésztercső előállítási ára magas.

Ismeretessé vált másfelől hőre keményedő műanyag, így poliészter és valamely töltőanyag keverékéből üvegszállal erősített műanyagcsövek gyártása, ennél a gyártásnál azonban a poliészter és a töltőanyag felhordása, az üvegszállal való összeépülése a forgódobban különleges gyártási problémákat vet fel. A töltőanyag ugyanis nem terül egyenletesen a forgódobban a felületen, illetve a vágott üvegszál nem épül össze folyamatosan a folyékony gyantával, így a végtermék kívánt minősége nem érhető el. Az üvegszálerősítés fedése céljából a kötőanyagtartalmat kell növelni, ez rontja a csőgyártás gazdaságosságát. A csőfalak tömörítése a forgódobra kifejtett centrifugálási erő növelésével érhető csak el, ilyen típusú gyártóberendezések létesítése azonban nagy beruházási költségeket igényel. A Kunststoffe c. folyóirat 1973. 438-439. oldalán kaolin és kvarcliszt adagolással tekercselt csöveket gyártanak. Az alkalmazott töltőanyag azonban a tekercselés során nem oszlatható el a gyantában, így a műanyagmátrixba hibahelyek épülnek be, a cső rugalmassági modulusa jelentős mértékben romlik, a töltőanyag viszkozitásnövelő hatása a szerkezeti anyag kezelhetőségét a gyártás közben hátrányosan befolyásolja, a cső tisztíthatósága is romlik.

A találmány célja magas töltőanyagtartalmú és nagy üvegszáltartalmú hőre keményedő műanyagcsövek gyártása, amelyeknél a gyártott csövek kerülete mentén az erősítőanyag egyenletesen oszlik el, a fajlagos kötőanyagigény csökkent, nincs szükség a mechanikai gyártóberendezések átalakítására abból a célból, hogy a csőfal tömörségét megnöveljük, így a hagyományos gyártóberendezések kisebb szerkezeti átalakítással alkalmazhatók.

Azt találtuk, hogy a kitűzött cél megvalósítható, ha a forgódobba bejuttatott hőre keményedő kötőanyag és vágott szálas erősítőanyag keverékéhez olyan aktív töltőanyagot adunk a gyártás közben, amely 0,2 -1,8 mm közötti szemcseméretű, folyamatos szemcseeloszlású, száraz ásványi termék, amelynek fajsúlya a kötőanyag fajsúlyánál nagyobb, míg az erősítőanyag töltőanyag aránya legalább 1 :2 és legfeljebb 1 :7,5, emellett a kötőanyag legfeljebb 25% erősítőanyagot és legalább 50% töltőanyagot tartalmaz.

A találmány szerinti eljárás töltőanyagot tartalmazó üvegszállal erősített, hőre keményedő műanyagcsövek forgódobban történő előállítására, azzal jellemezhető, hogy a forgódob kialakítású formába epoxi- vagy poliésztergyantát, vágott szálas erősítőanyagot és a gyantánál nagyobb fajsúlyú 0,2 1,8 mm közötti szemcseméretű, folyamatos szemcseeloszlású száraz töltőanyagot adagolunk akként, hogy a kötőanyagba ágyazott szálas erősítőanyagot a töltőanyaggal tömörítjük és az erősítőanyagot a műanyagcső külső kerülete mentén egyenletesen eloszlatjuk, majd a belső csőfalat hőre lágyuló műanyagporral kevert poliésztergyanta vagy polietilénnel kevert poliésztergyanta-réteggel filmszerűen vonjuk be. Az erősítő és töltőanyag súlyarányát legalább l : 2 és legfeljebb 1 :7,5 értékre állítjuk be, emeleti a kötőanyag legfeljebb 25 súly% erősítőanyagot és legalább 50 súly% töltőanyagot tartalmaz. Töltőanyagként száraz, mosott kvarchomokot vagy egyéb őrölt ásványi liszteket, gránitot, bazaltot, esetleg szerves anyagtól mentes őrölt üveget alkalmazunk.

A fenti háromkomponensfl rendszer egyes rétegeit a formába több lépésben juttathatjuk be, így tetszés szerinti, többréteges felhasználási célnak megfelelő falvastagságú csőterméket állíthatunk elő. A háromkomponensű rendszer egyes komponenseinek adagolási sorrendje a forgódobban nem döntő jelentőségű, eélszerűen azonban először az epoxivagy poliésztergyantát, majd az erősítőanyagot, végül a töltőanyagot, esetleg a belső csőfal fedésére alkalmas filmszerű réteget hordjuk fel. Eljárhatunk azonban akként is, hogy a töltőanyagot a szálas erősítőanyag bevitele után, de a műgyanta adagolása előtt juttatjuk a forgódobba. További eljárásmód szerint a töltőanyagot a műgyantával keverve a szálas erősítőanyag bevitele után adagoljuk a forgódobba. A háromkomponensű kombinációt úgy is alkalmazhatjuk, hogy a forgódobba a töltőanyagot a szálas erősítőanyag és kötőanyag bevitele után adagoljuk. A töltőanyag formába való adagolására szóróberendezést alkalmazunk. Kötőanyagként általában minden poliészter- vagy epoxigyanta felhasználható, amelyek viszkozitása 1500cP-nél kisebb. A kötőanyag előnyösen nagy reaktivitású, adott esetben jó vegyszerállóságu biszfenol-alapú poliészter. Az epoxigyanta pedig erősített műanyagok gyártására alkalmas, esetleg flexibilízált epoxigyanta. A kötőanyagok egyes fontosabb paramétereit a leírás további részében közelebbről ismertetjük.

A találmány szerinti berendezés, töltőanyagot tartalmazó üvegszállal erősített, hőre keményedő műanyagcsövek gyártására az ábrán bemutatott elrendezésű forgódobból (12) és a forgódobbal összekötött anyagadagoló berendezésből áll. A berendezés azzal jellemezhető, hogy az adagolórendszer párhuzamos elrendezésű anyagtovábbításra alkalmas kettős csővezetékből (1, 2) és komprimáltlevegő vezetékből (3) áll. Az anyagadagolásra alkalmas csővezeték (1, 2) egyik, a formába benyúló végén két nyílású szórófej (4, 5) van elrendezve az üvegszál-töltőanyag (4) és a kötőanyag (5) adagolására, az egyik anyagtovábbító csővezeték (1) a komprimáltlevegő vezetékkel (3) fúvókákkal (3a) van összekötve, az adagolórendszer csővezetékének forgódobbal ellentétes végén az anyagtovábbító csővezeték (2) gyantaadagoló csonkkal (7), levegő adagoló csőcsonkkal (6) és üvegszál adagoló csőcsonkkal (8) van ellátva, az egyik anyagtovábbító csőnek üvegszál adagolója (8) az üvegszál vágására alkalmas vágófeje (9), végül zárószerwel (11) ellátott töltőanyag adagolója (10) van.

A találmányt arra a felismerésre alapozzuk, hogy ha a vágott szálas erősítőanyag tömörítését olyan töltőanyaggal végezzük, amely nagyobb fajsúlya folytán a centrifugális erőtérnek megfelelő forgódobban jelentős erőt fejt ki, akkor a töltőanyag a szálas eró'sítőanyagot a forgódob felületéhez préseli. A töltőanyag a rendezetlen vagy megfelelően rendezett szálas erősítőanyag-réteg belső felületén egyenletesen eloszlik és az erősítőanyagót a centrifugális erő hatására axiálisan a forgó forma falához szorítja. így az előállított cső falszerkezete kívülről befelé haladva egy tömör erősítőanyag-rétegből, majd a műgyantába épült vékony töltőanyagrétegből épül fel. A töltőanyag megfelelő anyagi minősége és fizikai tulajdonságai lehetővé teszik, hogy a gyanta zsugorodása és ezzel a gyártás közben kialakuló feszültség csökken, ugyanakkor a kapott cső fontos mechanikai tulajdonságai javulnak. A töltőanyag szemcsemérete folytán nem csökkenti a belső csőfal felületi simaságát, sőt a találmány szerint alkalmazott filmszerű réteg felvitelével a belső csőfal simasága még javítható.

Az előnyök közé tartozik az a körülmény, hogy a töltőanyagot tartalmazó kötőanyag amellett, hogy a késztermék tulajdonságait javítja, az előállítási költségeket csökkenti és a gyártó berendezés módosítása is egyszerűen megoldható.

A találmány szerinti berendezéssel a szálas erősítőanyag rendezetlenül vagy kívánság szerint megfelelő szilárdsági szempontok szerint irányítva adagolható a forgódobba a kötőanyag bejuttatásával egyidejűleg vagy azt követően, ezt követően pedig az erősítőanyag adagolására szolgáló berendezés a szemcsés töltőanyag adagolására is felhasználható.

/ /OUá

Ezzel tulajdonképpen elérhetjük, hogy a szálas erősítőanyag és a töltőanyag adagolása ugyanazon szerkezeti elemmel hajtható végre és a szálas erősítőanyag tömörítése nincs specifikus mechanikus berendezésekhez kötve, amely a gyantával érintkezne, és így minden csőgyártás! művelet után külön tisztítást igényelne.

A találmány szerinti eljárás és berendezés alkalmazásával a forgódobban gyártott műanyagcsövek előállítási problémái nagymértékben kiküszöbölhetők. A kötőanyag-erősítőanyag-töltőanyag kombinációja az egyes komponensek arányának változtatásával egyrészt a műanyagcsövekkel szemben támasztott sokrétű követelmények változatos kielégítését teszi lehetővé, másrészt a töltőanyag alkalmazása és kiválasztása a csőgyártást egyenletessé teszi. A kötőanyag mennyiségének csökkentése a mechanikai tulajdonságok romlása nélkül elérhető.

Meglepőnek minősíthető az is, hogy a kötőanyagnál nagyobb fajsúlyú ásványi töltőanyag a 5 csőszerkezetbe szervesen beépülve annak mechanikai tulajdonságait, tartósságát, áramlástechnikai paramétereit javítja azáltal is, hogy az erősítő üvegszál laza, rendezetlen állapota megszűnik és új felépítésű műanyagcső állítható elő, amely kívülről 0 befelé haladva először egy tömörített erősítőanyag-rétegből, ezután kötőanyaggal összeépült töltő» anyag-rétegből áll, végül a belső csőfal felületén hőre lágyuló műanyagpor segítségével kialakított felületi simaságot fokozó filmréteg helyezkedik el.

Az ábrán vázolt berendezés alkalmazásával a következő tulajdonságokkal rendelkező műgyanták üvegszál erősítéssel dolgozhatók fel:

Táblázat

Gyanta megnevezése	Viszkozitás cP 20 °C	Sztirol- tartalom%	Zsugorodás térfogat%	Hajlító- szilárdság kp/cm2	Barcol keménység
Polikon P 210 (Nitrokémia)	600 -800 (25 °C)	kb. 33	7-9	400	53
VIAPAL H—220 (Vianova)	1000-1300	kb. 33	6,5	900	85
VIAPAL H—495 (Vianova)	400-600	kb. 50	7	1300	83
FM-4	300-450		0,1	600	40

(Műanyagipari Kutató Intézet) epoxigyanta

A találmány szerinti eljárás kivitelezését az alábbi példa kapcsán közelebbről szemléltetjük:

A forgó 12 centrifugadobba a 8 csőcsonkon keresztül adagolt és 9 üvegszálvágón vágott erősítőanyagot rendezetlen vagy a cső felhasználási terület szerint rendezett állapotban az 1 csővezetéken beadagoljuk. A centrifugális erőtér hatására a forgódob belső felületén kialakul egy laza szálasanyag-réteg, amelyből a dob belseje felé különböző irányokba üvegszálak állnak ki. Ezután a 7 csőcsonkon kötőanyagot adagolunk a 2 csővezetéken olyan mennyiségben, hogy az üvegszálas anyagréteg pórusaiba behatoljon, a réteget elfedje, de a kiálló rendezetlen szálakat teljes mértékben ne fedje el. Ehhez a végtermék súlyára számítva 10—15 súly% üvegszálra számítva 10—15 súly% kötőanyagtartalom szükséges. Ezután all zárószervvel ellátott 10 töltőanyag-adagolón keresztül a 2 csővezetéken a töltőanyagot adagoljuk, ezzel a laza üvegszálas anyagréteget tömörítjük és a kiálló szálakat a gyantarétegbe préseljük. Szükség szerint hőre lágyuló műanyagporral például polietilénnel kevert poliésztert is beadagolunk a forgódobba filmszerű rétegben. Erre a célra például a gyantaadagoló vezetéket alkalmazzuk. A töltőanyag mennyisége a csősúlyra számítva legalább 50 súly%, rendszerint 65-75 súly%. Az egyes rétegeket a kialakítani kívánt csőfalvastagságtól függően megismételhetjük, így végeredményben olyan erősített műanyagcső terméket kapunk, amelynek belső felületén repedésre nem hajlamos, sima, nagy kötó'anyagtartalmú poliészter habarcsréteg helyezkedik el.

A kapott termék éltörési szilárdsága (250 mm átmérőjű cső esetén) 1000—1500 kp/m, belső nyoma sállósága 8—15kp/cm^z, fajsúlya körülbelül

1,8 kp/dm³

Claims (5)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Eljárás töltőanyagot tartalmazó üvegszállal erősített, hőre keményedő műanyagcsövek forgódobban történő gyártására, azzal jellemezve, hogy a forgódobból álló formába bevitt 1500cP-nél kisebb viszkozitású epoxi- vagy poliésztergyantát és a vágott szálas erősítőanyagot a gyantánál nagyobb fajsúlyú 0,2-1,8 mm közötti szemcseméretű, folyamatos szemcseeloszlású száraz töltőanyaggal tömörítjük és az erősítőanyagot a forgódobban kialakított cső külső kerülete mentén egyenletesen el3 oszlatjuk, az erősítőanyag és töltőanyag súlyarányát legalább 1 :2 és legfeljebb 1 :7,5 értékre állítjuk be, a készcső súlyára számítva legfeljebb 25 súly% erősítő anyagot és legalább 50 súly% töltőanyagot alkalmazunk, adott esetben pedig a 5 belső csőfalat hőre lágyuló műanyagporral kevert poliésztergyanta vagy polietilénnel kevert poliésztergyanta bevonattal látjuk el.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként szá- io ráz, mosott kvarchomokot, valamely őrölt ásványi lisztet, gránitot, bazaltot, szerves anyagmentes üveget alkalmazunk.
3. 3. Az 1. és 2. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a készcső 15 súlyára számítva 10-15 súly% erősítőanyagot és 65-75 súly% töltőanyagot alkalmazunk.

   3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a formába először a gyantát, majd az erősítőanyagot, végül a töltőanya- 20 got adagoljuk.
4. 5. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy gyantaként nagy reaktivitású, adott esetben jó vegyszerállóságú biszfenol-alapú poliésztert alkalmazunk.
5. 6. Berendezés az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti hőre keményedő műanyagcsövek gyártására, amely forgódobból (12) és a forgódobbal összekötött anyagadagolóberendezésből áll, azzal jellemezve, hogy az adagolórendszer párhuzamos elrendezésű anyagtovábbításra alkalmas kettős csővezetékből (1, 2) és komprimált levegő vezetékből (3) áll, az adagolórendszer formába benyúló végén kétnyílású szórófej (3, 4) van elrendezve, az üvegszál és töltőanyag (4) és a kötőanyag (5) adagolására, az egyik anyagadagoló csővezeték (1) a komprimált levegő vezetékkel (3) fuvókákkal (3a) van összekötve, az adagolórendszer csővezetékének forgódobbal ellentétes végén az anyagtovábbító csővezeték (2) gyantaadagoló csonkkal (7) levegő adagoló csonkkal (6) és üvegszáladagoló csőcsónkkal (8) van ellátva, az egyik anyagtovábbító csőnek az üvegszáladagoló csőcsonkhoz kapcsolódó, üvegszál vágásra alkalmas vágófeje (9) végül zárószervvel (11) ellátott töltőanyag-adagolója (10) van.

   rajzlap ábrával