NL1020044C2 - Werkwijze en inrichting voor het stuiklassen van polyetheen buizen en/of hulpstukken. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze en inrichting voor het stuiklassen van polyetheen buizen en/of hulpstukken.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het stuiklassen (e. buttwelding) van polyetheen buizen en/of hulpstukken, waarbij aan elkaar te lassen uiteinden van de buizen en/of hulpstukken worden verwarmd door de uiteinden met een bepaalde verwarmings-druk en 5 gedurende een bepaalde verwarmingstijd tegen een op een lasspiegeltemperatuur gebrachte lasspiegel te drukken, waarbij - na verwijdering van deze lasspiegel - de verwarmde uiteinden van de buizen en/of hulpstukken tegen elkaar worden gedrukt met een bepaalde lasdruk.

De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor 10 het stuiklassen van polyetheen buizen en/of hulpstukken, waarbij de inrichting is voorzien van drukmiddelen en een lasspiegel, waarbij de drukmiddelen zijn ingericht om de buizen en/of hulpstukken met uiteinden tegen de lasspiegel resp. tegen elkaar te drukken.

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn uit de praktijk bekend 15 en worden onder andere beschreven in de Nederlandse norm NEN 7200 ("Kunststofleidingen voor het transport van gas, drinkwater en afvalwater; stuiklassen van buizen en hulpstukken van PE met een dichtheid van ten minste 930 kg/m3", le druk, juli 1988) en in de Duitse norm DVS 2207 Teil 1. In het hiernavolgende zullen de werkwijze en inrichting worden besproken 20 met betrekking tot het aan elkaar verbinden van polyetheen buizen. De werkwijze en inrichting zijn echter eveneens geschikt voor bijvoorbeeld het stuiklassen van polyetheen buizen aan polyetheen hulpstukken en voor het onderling stuiklassen van polyetheen hulpstukken.

De lasspiegeltemperatuur die bij de bekende werkwijze en 25 inrichting wordt gebruikt, bedraagt 210 °C opdat de genoemde uiteinden van de buizen smelten. Bij de bekende werkwijze worden de buizen eerst gedurende een bepaalde opwarmtijd tegen de lasspiegel gedrukt bij een 1020044 2 druk van 180 kPa en vervolgens gedurende een bepaalde doorwarmtijd tegen de lasspiegel gehouden bij een relatief lage druk. Vervolgens worden de buizen met de door de lasspiegel gesmolten uiteinden tegen elkaar gedrukt onder een lasdruk van 180 kPa gedurende een lastijd van ten 5 minste drie minuten, zodat een lasverbinding tussen die uiteinden ontstaat. Na het lassen worden de buizen gekoeld. Deze uit de praktijk bekende werkwijze en inrichting zijn geschikt om onvernette (e. non-cross-linked) polyetheen (PE) buizen met uiteinden aan elkaar te stuiklassen.

Onvernette polyetheen (PE) buizen zijn buizen waarvan de wanden 10 in hoofdzaak niet van een vernetting zijn voorzien.

De wanden van vernette (e. cross linked) polyetheen (PEX) buizen zijn daarentegen wel van versterkingsketens voorzien. PEX buizen zijn in drie varianten bekend, te weten met peroxide vernette (PEXa), met silaan vernette (PEXb) en met straling vernette (PEXc) polyetheen buizen. In een 15 vernette toestand zijn de versterkingsketens van een dergelijke PEX buis aan elkaar geketend, zodanig dat deze ketens een, de buiswand van de buis versterkende vernetting (e. crosslinkage) vormen. Deze vernetting levert de PEX buizen een aantal voordelige eigenschappen ten opzichte van onvernette polyetheen buizen, bijvoorbeeld een goede weerstand tegen 20 verhoogde temperaturen, in het bijzonder tot circa 95 °C, een relatief lange levensduur bij een relatief hoge inwendige druk en een relatief hoge bestandheid tegen kerfwerking en aardgascondensaat. Bovendien is de weerstand tegen slagbelasting bij relatief lage temperaturen, doorgaans enige tientallen °C onder 0 °C, relatief hoog bij PEX buizen.

25 De genoemde PEXa buizen worden in de praktijk doorgaans volledig vernet door een fabrikant van de buizen geleverd. De vernetting wordt namelijk veelal tijdens extrusie van de buizen uitgevoerd onder invloed van vooraf bijgemengd peroxide. PEXa buizen kunnen derhalve doorgaans slechts in de reeds vernette toestand aan elkaar worden 30 gestuiklast, bijvoorbeeld tijdens installatie van de buizen.

f r . Γ. - 3

De PEXc buizen zijn doorgaans na extrusie geheel onvernet. Deze PEXc buizen kunnen veelal alleen in een industriële omgeving, bijvoorbeeld in een separate vernet.tingsfabriek, worden vernet, aangezien daartoe een hoogvermogensbron, bijvoorbeeld een krachtige elektronenbundel, 5 gammastralings- en/of röntgenstralingsbron gebruikt dient te worden. PEXc buizen worden derhalve doorgaans eveneens uitsluitend als volledig vernette buis geleverd.

PEXb buizen zijn na extrusie doorgaans nog onvernet, maar bevatten wel reeds het voor de vernetting benodigde silaan. Onder de term 10 'onvernet' kan in dit geval een gehalte aan vernette ketens (het ‘gelgehalte’) in het bereik van circa 0 - 30% worden verstaan, in het bijzonder een gelgehalte lager dan ongeveer 10%. Een PEXb buis die nog niet is vernet wordt ook wel een vernetbare (e. crosslinkable) PEXb buis genoemd. Deze vernetbare PEXb buizen kunnen na de extrusie eenvoudig worden vernet 15 met heet water of stoom. Derhalve kan vernetting van vernetbare PEXb buizen gemakkelijk buiten een industriële omgeving worden gerealiseerd, bijvoorbeeld door voldoende lang contact met water of stoom met voldoende hoge temperatuur, in het bijzonder 70-95 °C. Vernetting van dergelijke PEXb buizen is bij lagere temperaturen eveneens mogelijk. Zo kan de 20 vernetting zelfs optreden bij temperaturen van 5 °C. Uit de vernetting van vernetbare PEXb buizen ontstaan vernette PEXb buizen, waarbij onder de term 'vernet' in dit geval een gelgehalte van ten minste circa 50% en meer in het bijzonder ten minste circa 60% dient te worden verstaan.

Voordeel van gebruik van vernetbare PEXb buizen ten opzichte van 25 PEXa en PEXc buizen is, dat de PEXb buizen na het stuiklassen eenvoudig buiten een industriële omgeving, bijvoorbeeld op de plaats van installatie van een leidingensysteem, kunnen worden vernet ter versterking van de buizen. Het grote bijkomende voordeel is dat bij deze manier van “in-situ” vernetting de tussen de buizen gemaakte stuiklassen doorgaans eveneens 30 worden mee-vernet. Daardoor kan een zeer sterke stuiklas worden ïi L- ....

4 verkregen, omdat de vernette structuur van het PEXb materiaal door het lasvlak van die stuiklas heen kan lopen.

De bekende werkwijze is nadelig, omdat deze niet goed geschikt is om vernetbare PEXb buizen te stuiklassen. Met name wanneer de 5 buitenoppervlakken van vernetbare PEXb buizen reeds enigszins zijn vernet, blijkt toepassing van de bekende werkwijze in de praktijk namelijk te leiden tot stuiklassen van een relatief slechte kwaliteit, hetgeen zich ondermeer uit in breuk van de las na een zeer korte periode onder mechanische belasting. Een dergelijke gedeeltelijke vernetting van de PEXb 10 buizen kan bijvoorbeeld eenvoudig ontstaan, wanneer de vernetbare PEXb buizen gedurende een bepaalde periode ongebruikt blijven en daarbij niet goed van lucht zijn afgesloten, zoals tijdens opslag en/of transport van de buizen. In dat geval kan een geleidelijke vernetting van de buisoppervlakken optreden door contact met zich in de lucht bevindende 15 waterdamp. Verder kunnen buitenoppervlakken van de PEXb buizen reeds tijdens vervaardiging van die buizen enigszins zijn vernet, hetgeen bijvoorbeeld kan geschieden wanneer de buizen na extrusie met water worden gekoeld.

De uitvinding beoogt een werkwijze volgens de aanhef, waarbij 20 polyetheen buizen en/of hulpstukken aan elkaar kunnen worden gestuiklast en welke in het bijzonder geschikt is voor het stuiklassen van vernetbare, enigszins vernette PEXb buizen en/of hulpstukken.

Hiertoe wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de lasdruk groter is dan circa 200 kPa.

25 Verrassenderwijs blijkt dat het stuiklassen van de polyetheen buizen bij deze lasdruk leidt tot een stuiklas met een sterkte en levensduur die wel voldoet aan de daaraan te stellen eisen. Met name bij het stuiklassen van ten minste één vernetbare PEXb buis met een enigszins vernet oppervlak blijken relatief goede stuiklassen verkregen te worden bij 30 toepassing van de genoemde lasdruk. De met deze werkwijze te stuiklassen 10 2 O'·'4 4 5 PEXb buis kan bijvoorbeeld een gehalte aan vernette ketens hebben die ligt in het bereik van circa 0 - 50 %, meer in het bijzonder in het bereik van circa 0 - 30 %. Daarnaast kan de werkwijze worden toegepast op ten minste één PEXb buis die een gehalte aan vernette ketens heeft dat groter is dan 5 circa 50 % en meer in het bijzonder ten minste circa 60% bedraagt. Verder kan ten minste één van de te stuiklassen buizen een niet-vernetbare PE buis omvatten.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding is de lasspiegeltemperatuur lager dan 210 C.

10 Door toepassing van deze lasspiegeltemperatuur blijkt in de praktijk dat ondanks de hoge lasdruk toch een relatief kleine ril wordt gevormd tussen de buizen die aan elkaar worden gelast. Bovendien is toepassing van deze relatief lage lasspiegeltemperatuur voordelig uit energieoogpunt. Daarnaast kan een afkoeltijd van de buizen na het 15 stuiklassen aanzienlijk worden verkort door toepassing van deze relatief lage lastemperatuur. Dit heeft het voordeel dat relatief snel na het stuiklassen en afkoelen van een eerste paar buizen een volgend paar buizen kan worden gelast. Zo kunnen relatief veel buizen gedurende een bepaalde tijdsperiode worden gestuiklast. Bij voorkeur ligt de lasspiegeltemperatuur 20 in het bereik van circa 130 C - 200° C. Meer in het bijzonder ligt de lasspiegeltemperatuur in het bereik van circa 150 C - 190° C.

Volgens een voordelige uitwerking van de uitvinding is de genoemde opwarmings-druk lager dan circa 180 kPa.

In de praktijk blijken goede stuiklassen tussen de polyetheen 25 buizen verkregen te worden met deze relatief lage verwarmings-druk. Bij voorkeur is de verwarmings-druk kleiner dan circa 75 kPa. Zeer goede las-resultaten blijken verkregen te worden wanneer de verwarmings-druk ligt in het bereik van 0-20 kPa. Toepassing van een druk die ligt in het laatstgenoemde bereik kan relatief eenvoudig worden uitgevoerd. Bovendien 30 kan ongewenste rilvorming tijdens het opwarmen van de buizen zo worden r'.

Ü 'Ji f,„. , 6 vermeden. De verwarmingsdruk kan bijvoorbeeld nagenoeg 0 kPa zijn, zodat de werkwijze geen opwarmstap onder druk bevat maar slechts een doorwarmstap.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding ligt de 5 verwarmingstijd in het bereik van circa 40 - 80 s en meer in het bijzonder in het bereik van circa 60 - 80 s.

Door toepassing van deze relatief korte verwarmingstijd kan verwarming van de buisuiteinden relatief snel worden uitgevoerd. Bovendien kan verwarming van de buisuiteinden zo met relatief weinig 10 energie worden uitgevoerd. Verder is een voordeel, dat de afkoelfase wordt bekort ten gevolge van de korte verwarmingstijd, aangezien relatief weinig materiaal is opgewarmd tijdens die korte verwarmingstijd.

De uitvinding verschaft verder een inrichting voor het stuiklassen van polyetheen buizen en/of hulpstukken die wordt gekenmerkt door de 15 maatregelen van conclusie 15.

Doordat de inrichting is voorzien van drukmiddelen die zijn ingericht om de buizen tegen elkaar te drukken met een lasdruk die groter is dan circa 200 kPa en die in het bijzonder ligt in het bereik van circa 200 -500 kPa, kunnen onder gebruikmaking van deze inrichting stuiklassen van 20 een relatief hoge kwaliteit worden verkregen bij het lassen van vernetbare PEXb buizen. De lasspiegel van de inrichting is bij voorkeur voorzien van verwarmingsmiddelen om de lasspiegel op een lasspiegeltemperatuur te brengen die ten minste ligt in het bereik van circa 130 °C - 210 °C en in het bijzonder in het bereik van circa 130 °C— 200 °C. Voordelen van toepassing 25 van deze lastemperaturen zijn in het bovenstaande genoemd. De inrichting kan zijn voorzien van drukmiddelen die zijn ingericht om de buizen met de genoemde uiteinden tegen de lasspiegel te drukken met een verwarmingsdruk die ten minste ligt in het bereik van circa 0 - 180 kPa en in het bijzonder in het bereik van circa 0-20 kPa. Deze drukmiddelen kunnen 30 bijvoorbeeld dezelfde drukmiddelen omvatten als de genoemde middelen 7 voor het tegen elkaar drukken van de buizen en/of andere drukmiddelen omvatten. Het verdient volgens een nadere uitwerking van de uitvinding de voorkeur wanneer de inrichting wordt gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 19. Met een dergelijke inrichting kan de werkwijze eenvoudig 5 worden uitgevoerd. Aldus kan de inrichting bijvoorbeeld een automatische lasmachine met voorprogrammeerbare lasparameters omvatten.

De uitvinding zal nader worden verduidelijkt aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de tekening. Daarin toont: fig. 1 een eerste stap van een werkwijze volgens de uitvinding; en 10 fïg. 2 een tweede stap van een werkwijze volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont eeri eerste stap voor het stuiklassen van twee polyetheen buizen 1, 2 . Daarbij worden de buizen 1, 2 met aan elkaar te lassen uiteinden verwarmd door de uiteinden met een bepaalde verwarmings-druk pl en gedurende een bepaalde verwarmingstijd tl tegen 15 een op een lasspiegeltemperatuur T gebrachte lasspiegel 3 te drukken met een verwarmings-druk pl die lager is dan circa 180 kPa. De lasspiegel 3 is voorzien van niet weergegeven verwarmingsmiddelen om de spiegel 3 op de gewenste temperatuur T te brengen, bijvoorbeeld een elektrische weerstand. Verder zijn niet weergegeven middelen voorzien om de buizen 1, 2 tegen de 20 lasspiegel resp. tegen elkaar te drukken. De lasspiegeltemperatuur T van de spiegel 3 is ten minste gelijk aan een smeltpunt van de te lassen polyetheen buizen. Daardoor zullen de tegen de lasspiegel 3 aangebrachte uiteinden van de buizen 1, 2 althans enigszins week worden en/of smelten.

Figuur 2 toont een volgende, tweede stap, waarbij de verwarmde 25 uiteinden van de buizen 1, 2 tegen elkaar worden gedrukt met een bepaalde lasdruk p2 die hoger is dan circa 200 kPa. Doordat de uiteinden van de buizen 1, 2 tijdens de eerste stap zijn verwarmd door de lasspiegel 3, kunnen de uiteinden van de buizen 1, 2 onder invloed van die lasdruk p2 een lasverbinding met elkaar aangaan. Zoals in figuur 2 is weergegeven, 8 kunnen bij de tegen elkaar gedrukte uiteinden van de buizen lasrillen 4 ontstaan.

Tabel 1 toont resultaten van toepassing van een werkwijze volgens de bekende NEN7200 norm en van werkwijzen A-B volgens de uitvinding.

5 Bij elke werkwijze zijn vernetbare PEXb buizen met een vernet oppervlak aan elkaar gestuiklast. Vervolgens zijn de stuiklassen getest door middel van een lange-duur sterkte test bij 80 °C in 2% detergent.

Tabel 1. Langeduur-testen bij 80 °C in 2% detergent aan stuiklassen met 10 vernetbare PEXb buizen met vernette huid bij een axiale trekbelasting van 4,8 MPa. ____

Lasdruk p2 werkwijze Verwarming Lasspiegel- Tijd tot tl Temperatuur breuk a (seconden) T (°C) (uren) 180 NEN 210 29,6 (14,4) 320 A 80 190 > 1300 320 B 60 170 > 1300

Uit tabel 1 blijkt dat de stuiklasmethode volgens de NEN 7200 norm bij vernetbare PEXb buizen met vernette huid tot een relatief lage 15 langeduur-sterkte leidt, aangezien de tijd tot breuk relatief laag is. Een relatief goede langeduur-sterkte wordt daarentegen verkregen bij relatief lage spiegeltemperaturen van bijvoorbeeld 170 of 190 °C, een tot bijvoorbeeld 320 kPa verhoogde lasdruk en een totale lastijd, afgezien van de afkoeltijd, van bijvoorbeeld 60 of 80 seconden. De verwarmingstijd tl kan 20 bijvoorbeeld slechts een opwarmtijd zonder doorwarmtijd omvatten, zodat de werkwijze relatief snel kan worden uitgevoerd.

Het toepassen van relatief lage lasspiegeltemperaturen, zoals 170 of 190° C, heeft als bijkomend voordeel, dat de afkoeltijd van de gemaakte stuiklas kan worden verminderd, hetgeen ten opzichte van gangbare 1 0 'd : u ^ 4 9 stuiklaswerkwijzen, zoals volgens de NEN 7200 norm, tijdwinst oplevert zodat relatief veel stuiklassen per tijdseenheid kunnen worden geproduceerd.

Het spreekt vanzelf dat de uitvinding niet is beperkt tot het 5 beschreven uitvoeringsvoorbeeld. Diverse wijzigingen zijn mogelijk binnen het raam van de uitvinding zoals is verwoord in de navolgende conclusies.

Zo kan het grondstofmateriaal van PEXb diverse materialen omvatten, bijvoorbeeld een co-polymeer van etheen en een vinylalkoxysilaan, polyetheen met daarop door entpolymerisatie 10 aangebracht vinylalkoxysilaan en/of vinyltrimethoxysilaan en/of andere materialen.

Verder kunnen de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding worden toegepast om verscheidene onvernette polyetheen buizen en/of hulpstukken, bijvoorbeeld eindmoffen, T-stukken en dergelijke, aan elkaar 15 te verbinden.

Claims (19)

1. Werkwijze voor het stuiklassen van polyetheen buizen en/of hulpstukken, waarbij aan elkaar te lassen uiteinden van de buizen en/of hulpstukken worden verwarmd door de uiteinden met een bepaalde verwarmings-druk en gedurende een bepaalde verwarmingstijd tegen een op 5 een lasspiegeltemperatuur gebrachte lasspiegel te drukken, waarbij - na verwijdering van de lasspiegel - de verwarmde uiteinden van de buizen en/of hulpstukken tegen elkaar worden gedrukt met een bepaalde lasdruk, met het kenmerk, dat de lasdruk (p2) hoger is dan circa 200 kPa.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lasdruk 10 (p2) ligt in het bereik van circa 200 kPa - 500 kPa.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de lasdruk (p2) ligt in het bereik van circa 250 kPa - 500 kPa.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lasspiegeltemperatuur (T) lager is dan 210 °C.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de lasspiegeltemperatuur (T) ligt in het bereik van circa 130 °C - 200 °C.

6. Werkwijze volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de lasspiegeltemperatuur (T) ligt in het bereik van circa 150 °C - 190 °C.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het 20 kenmerk, dat de genoemde verwarmings-druk (pl) lager is dan circa 180 kPa.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de verwarmings-druk (pl) kleiner is dan circa 75 kPa.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de 25 verwarmings-druk (pl) ligt in het bereik van 0-20 kPa en in het bijzonder nagenoeg 0 kPa is.

10. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verwarmingstijd (t) ligt in het bereik van circa 40 - 80 s en meer in het bijzonder ligt in het bereik van 60 - 80 s.

11. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het 5 kenmerk, dat ten minste één van de buizen (1, 2) en/of hulpstukken een vernetbare PEXb buis en/of een vernetbaar PEXb hulpstuk omvat.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de ten minste ene vernetbare PEXb buis (1, 2) resp. het ten minste ene vernetbare PEXb hulpstuk een gehalte aan vernette ketens heeft dat ligt in het bereik 10 van 0 - 50 %, meer in het bijzonder in het bereik van 0 - 30 %.

13. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk,dat ten minste één van de buizen (1, 2) en/of hulpstukken een vernette PEXb buis resp. hulpstuk omvat, in het bijzonder met een gehalte aan vernette ketens groter dan circa 50 %, meer in het bijzonder met een 15 gehalte aan vernette ketens groter dan circa 60%.

14. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten minste één van de buizen (1, 2) en/of hulpstukken een niet-vernetbare PE buis resp. niet-vernetbaar PE hulpstuk omvat.

15. Inrichting voor het stuiklassen van polyetheen buizen en/of 20 hulpstukken, waarbij de inrichting is voorzien van drukmiddelen en een lasspiegel, waarbij de drukmiddelen zijn ingericht om de buizen en/of hulpstukken met uiteinden tegen de lasspiegel resp. tegen elkaar te drukken, met het kenmerk, dat de drukmiddelen zijn ingericht om de buizen (1, 2) en/of hulpstukken tegen elkaar te drukken met een lasdruk - · 25 (p2) die groter is dan circa 200 kPa en die in het bijzonder ligt in het bereik van circa 200 - 500 kPa.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de lasspiegel is voorzien van verwarmingsmiddelen om de lasspiegel (3) op een lasspiegeltemperatuur (T) te brengen die ten minste ligt in het bereik van 30 circa 130 - 210° C en in het bijzonder in het bereik van circa 130-200° C.

17. Inrichting volgens conclusie 15 of 16, met het kenmerk, dat de drukmiddelen zijn ingericht om de buizen (1, 2) en/of hulpstukken met de genoemde uiteinden tegen de lasspiegel (3) te drukken met een verwarmings-druk (pl) die ten minste ligt in het bereik van circa 0 - 180 5 kPa en in het bijzonder in het bereik van circa 0-20 kPa.

18. Inrichting volgens één der conclusies 15-17, met het kenmerk, dat de inrichting geschikt is voor het stuiklassen van buizen met een diameter die ligt in het bereik van circa 10-3000 mm.

19. Inrichting volgens één der conclusies 15-18; met het kenmerk, dat 10 deze is voorzien van een besturing die is ingericht voor het zodanig aansturen van de inrichting dat een werkwijze volgens één der conclusies 1-14 wordt doorlopen. Ί . · y