NL8902950A

NL8902950A - Kunststofbuis met wand opgebouwd uit een kunststof-vulstoflaag.

Info

Publication number: NL8902950A
Application number: NL8902950A
Authority: NL
Original assignee: Wavin Bv
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1991-06-17
Also published as: EP0593449B1; DE69028220T2; EP0593449A1; ES2092558T3; DK0593449T3; AU6955091A; WO1991008101A1; DE69028220D1

Description

Korte aanduiding: Kunststofbuis met wand opgebouwd uit een kunststof-vulstoflaag.

Door Aanvraagster wordt als uitvinder genoemd F. van der Ploeg te Dalfsen.

De uitvinding heeft betrekking op een kunststofbuis waarvan de wand bestaat uit een kunststof-vulstoflaag met een hoog vulstofgehalte, die tenminste aan een zijde bedekt is door een vezelversterkte kunststoflaag.

Een dergelijke kunststofbuis waarvan de wand opgebouwd is uit een kern van anorganische vulstofdeeltjes gebonden door een thermohardende hars, welke kern aan beide zijden bekleed is met een vezelversterkte laag van thermohardende hars is bekend.

>

Een dergelijke buis heeft als bezwaren onder andere de hoge kostprijs door de toepassing van thermohardende kunststof de beperkte slagvastheid en de onmogelijkheid van hergebruik van uitval- en afvalmateriaal, terwijl bovendien verbindingen door lassen niet mogelijk zijn.

De uitvinding beoogt nu een kunststofbuis van het bovengenoemde type te verschaffen die deze nadelen niet vertoont.

Dit oogmerk wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de kunststof van de vulstoflaag en van de vezelversterkte laag uit een thermoplastische kunststof bestaat.

Door toepassing van een thermoplastische kunststof als bindmiddel voor de vulstof en als materiaal voor het vormen van de afdeklaag kan men een buis vormen die gemakkelijk verenigd kan worden met een andere buis door samenlassen. Bovendien kan een dergelijke buis gemakkelijk vervaardigd worden door bijvoorbeeld van de thermoplastische kunststof met vulstofdeeltjes een plaat te extruderen, te gieten of te walsen en deze na gedeeltelijk afkoelen om te zetten en de langsranden aaneen te lassen tot een buisvormig lichaam dat vervolgens met kunststofband omwikkeld wordt.

Met bijzonder voordeel bestaat de kunststof van de kunststof., vulstof laag uit een polyalkeen, in het bijzonder polypropeen.

Polypropeen bezit het grote voordeel dat dit polymeer vanwege zijngunstige smelteigenschappen zeer dun vloeibaar wordt en dus goed gemengd kan worden met vulstof waardoor men de ontstane massa daarna gemakkelijk tot buis kan extruderen dan wel kan extruderen, gieten of walsen tot platen.

Bij voorkeur werkt men met een polypropeen^copolymeer dat een betere slagvastheid heeft dan polypropeenhomopoly-meerf terwijl de vulstof met voordeel bestaat uit zand vanwege de prijs en beschikbaarheid. De kunststof, vulstof-laag bestaat bij voorkeur uit 60-95 gewichtsprocent uit vulstof, met voordeel uit 75-90 gewichtsprocent vulstof. Kunststofbuizen volgens de uitvinding kunnen op voor thermoplastische kunststofbuizen gebruikelijke manieren worden verbonden, in het bijzonder zijn lasverbindingen mogelijk.

Doelmatig strekt de vezelversterking zich uit in de lengterichting van het kunststofband, bij voorkeur continu, welk kunststofband bij voorkeur in hoofdzaak tangentiaal gewikkeld is.

Hierdoor krijgt men een grote weerstand tegen inwendige druk van door de buis getransporteerde media.

De hoeveelheid tangentiaal gewikkelde kunststofband bepaalt in hoofdzaak de genoemde weerstand tegen inwendige druk.

De kunststofbuizen volgens de uitvinding kunnen toegepast worden voor zowel drukloze als drukvoerende leidingsystemen.

Bij drukloze leidingen biedt het omwikkelen van de kunststof-vullaag met een vezelversterkte kunststofband een betere mechanische sterkte tijdens bijvoorbeeld transport en leggen dan een buis uit alleen een kunststof-vullaag, hoewel deze laatste voor wat betreft de stijfheid zou kunnen voldoen. Bij drukleidingen voor lage drukken, bijvoorbeeld 6 of 10 bar, geeft de combinatie van kunststof-vullaag en vezel- versterkte laag de gewenste stijfheid in drukloze toestand, hoewel hier voor de weerstand tegen inwendige druk alleen de vezelversterkte laag voldoende zou zijn.

In bijgaande tabel A zijn de eigenschappen van zeven verschillende buizen met elkaar vergeleken.

Hierbij is uitgegaan van een gebruikelijke PVC-buis met een uitwendige diameter van 315 mm en een wanddikte van 7,7 mm welke zowel voor drukleidingen van 6.3 bar als voor 2 rioolleidingen, met een STIS van 4000 N/m bruikbaar is. Het blijkt tdat een polypropeen (PP) buis voor eenzelfde drukklasse aanzienlijk dikker moet zijn. Ook voor eenzelfde stijfheid zou een PP-buis dikker zijn. Een WTP (glasvezel- versterkte polypropeen) buis voor 6 bar bezit met een STIS 2 van 49 N/mm een volkomen ontoereikende stijfheid, terwijl een TPC-buis (zand met polypropeen) niet tegen inwendige druk bestand is. De combinatie van een polypropeen-zandbuis met een glasvezelversterkte polypropeenbekleding, uitwendig dan wel in- als uitwendig, geeft wel de gewenste resultaten.

Voor het berekenen van de eigenschappen van deze kunststofbuizen werd gebruik gemaakt van de volgende materiaaleigenschappen van de verschillende in de kunststof-buis volgens de uitvinding gebruikte materialen, waarbij PP polypropeen en PVC polyvinylchloride betekent.

TABEL B

Eigenschappen van enkele materialen zand/PP PP/glas zand PP PVC 80/20 band E-modulus (kN/mm2) 73 1.0 3.0 1.70 25.0

Rek bij breuk (%) — 500 50 2.5 4

Treksterkte (N/mm2) — 30 50 3 400

Toelaatbare wandspanning (N/mm2) — 50 12.5 — 100

Opgemerkt wordt dat op zichzelf kunststofmassa's bekend zijn bestaande uit vulstoffen bijeengehouden door thermoplasten, die gebruikt kunnen worden voor het vormen van buizen. Bij deze buizen worden echter geen versterkingen aan de binnen- en/of buitenzijde aangebracht door omwikkelen met een vezelversterkt kunststofband, zodat zij in de praktijk niet doelmatig toegepast kunnen worden.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld met behulp van de tekening waarin: Fig. 1 - een kunststofbuis volgens de uitvinding in langs-doorsnede toont;

Fig. 2 - een langsdoorsnede van een variant van een kunststofbuis volgens fig. 1;

Fig. 3 - een langsdoorsnede van een tweede variant van een kunststofbuis volgens fig. 1;

Fig. 4 - een langsdoorsnede van een kunststofbuis volgens de uitvinding, waarbij de buiskern gevormd is door wikkelen, en;

Fig. 5 - een zijaanzicht van een variant van een buis volgens fig. 4.

In fig. 1 is een kunststofbuis 1 weergegeven bestaande uit een buisvormige kern 2 gevormd door zanddeeltjes 3 bijeengehouden door een polypropeen copolymeer 4. De buisvormige kern 2 is gevormd door een^bij bijvoorbeeld 200°^geëxtrudeerde plaat van een innig mengsel van zanddeeltjes en polypropeen om te zetten en langs haar randen vast te lassen onder vorming van een in langsrichting verlopende lasnaad 9.

De kernlaag bevat ongeveer 80% zanddeeltjes en 20 gew.% polypropeencopolymeer.

Om de kern 2 is in tangentiale richting een buitenlaag 10 gewikkeld van vezelversterkt kunststofband 5 met een zich in langsrichting van de band uitstrekkende glasvezel-versterking 6 met continu verlopende glasvezels. De buitenlaag is derhalve gevormd door tangentiaal wikkelen van het vezelversterkte kunststofband 5, waarbij de wikkelingen 7 onderling dicht verbonden zijn door samenlassen van de randen 8, 8a.

In fig. 2 is een gewijzigde uitvoeringsvorm weergegeven die in hoofdzaak overeenkomt met die in fig. lr doch waarbij de kern 2 van zanddeeltjes met polypropeen copolymeer 4 eerst omgeven is door een kunststofband 5' met een in axiale richting van de buis verlopende glasvezel-versterking. Daaromheen is dan weer de tangentiaal gewikkelde laag 5 aangebracht.

Op deze wijze kan men de sterkte-eigenschappen en de weerstand tegen inwendige drukken en uitwendige belastingen van de kunststofbuis volgens de uitvinding verbeteren.

In fig. 3 is een andere uitvoeringsvorm weergegeven waarbij zich ook aan de binnenzijde van de kern 2 met zanddeeltjes 3 en polypropeen copolymeer 4 een binnenlaag 10' van glasvezelversterkte polypropeen bevindt. In deze uitvoeringsvorm is de kernlaag 2 door extrusie in buisvorm om de gewikkelde binnenlaag 10' aangebracht. De kernlaag 2 is op zijn beurt weer omgeven door een buitenste wikke Haag 10 van glasvezelversterkt polypropeenband 5. Ook in deze uitvoeringsvorm is nog een axiale versterking van binnen-en/of buitenzijde mogelijk, waardoor ook axiale krachten beter kunnen worden opgenomen, zoals noodzakelijk kan zijn bij drukleidingen met gelaste verbindingen, o.a. bij richtingsveranderingen in de leiding.

De gebruikelijke zanddeeltjes bezitten een grootte van 0,2 tot 2 mm. De buisdiameters kunnen variëren van ongeveer 100 mm tot 1000 mm, de kernlaag bezit dan een dikte van 2-25 mm en de buitenlaag een dikte van 0,3-3 mm.

Het zal duidelijk zijn dat de in de kern 2 en de binnen- respektievelijk buitenlaag 10, 10' toegepaste thermoplastische kunststof verschillend kunnen zijn.

In plaats van een geëxtrudeerde plaat van een innig mengsel van zanddeeltjes 3 en polypropeen copolymeer 4 kan men ook uitgaan van een gegoten plaat, waarbij het gieten dan plaatsvindt bij ongeveer 200°C, d.w.z. een temperatuur waarbij de thermoplastische kunststof gesmolten is.

Het omzetten van de plaat ter vorming van de kern 2 geschiedt doelmatig bij een temperatuur, waarbij de thermoplastische kunststof verweekt is, bijvoorbeeld 160°C voor een polypropeen copolymeer.

Fig. 4 toont een nog andere uitvoeringsvorm van de kern 2 die vervaardigd is door wikkelen van een dunne baan 11 van zanddeeltjes 3 en polypropeen copolymeer 4. Deze dunne baan wordt gevormd door extruderen of gieten of een andere bekende techniek, bij een temperatuur van 200°C.

Na afkoelen tot 160°C wordt de buigzame laag op een doorn 12 gewikkeld tot een gelaagde kern 2 van gewenste dikte verkregen is waarna omwikkeld wordt met polypropeenband 5 onder vorming van buitenste wikkellaag 10.

Wanneer de dunne baan 11 voldoende zelfdragend is kan men de kern 2 ook wikkelen zonder toepassing van een doorn 12.

De lagen van de dunne baan 11 kunnen zich bij geschikte temperatuur tijdens het wikkelen ook gemakkelijk aan elkaar hechten, waarbij dan een niet gelaagde kern 2 ontstaat zoals getoond in fig. 5.

Tabel A

De drukklasse is berekend volgens ISO 161/1 (1978) E e3

De STIS is berekend volgens de formule STIS = — . --

(D-eJ

Waarin: E = E-modulus β = Wanddikte D = Uitwendige diameter

Claims

1. Kunststofbuis waarvan de wand bestaat uit een kunststof.'vulstof laag met een hoog vulstof gehalte, die tenminste aan een zijde bedekt is door een vezelversterkte kunststoflaag, met het kenmerk, dat de kunststof van de vulstoflaag en van de vezelversterkte laag uit thermoplastische kunststof bestaat.

2. Kunststofbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kunststof van de vulstoflaag en van de vezelversterkte kunststoflaag uit een polyalkeen bestaat.

3. Kunststofbuis volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de kunststof van de vulstoflaag en van de vezelversterkte kunststoflaag uit een polypropeen, bij voorkeur een polypropeen^copolymeer bestaat.

4. Kunststofbuis volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vezelsterkte kunststof-laag gevormd is door wikkelen van een vezelversterkt kunststofband)

5. Kunststofbuis volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vezelversterking zich in de lengterichting van het kunststofband uitstrekt.

6. Kunststofbuis volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de vezelversterking continu verloopt }bij voorkeur in de vorm van een continue glasvezel.

7. Kunststofbuis volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kunststofband in hoofdzaak tangentiaal gewikkeld is.

8. Kunststofbuis volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kunststof^vulstoflaag tenminste voor 60 tot 95 gew.% uit vulstof, bij voorkeur anorganische vulstof bestaat.

9. Kunststofbuis volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat van de kunststof .^vulstoflaag tenminste 75-90% uit een anorganische vulstof bestaat.

10. Kunststofbuis volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de wand tenminste een axiaal verlopende versterkingsband is opgenomen.

11. Kunststofbuis volgensconclusie 10, met het kenmerk, dat de axiale versterking uit een kunststofband bestaat met in lengterichting verlopende versterkingsvezels.

12. Kunststofbuis volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kunststof vulstoflaag van de buis gevormd is door vervormen van een plaat of dunne baan van kunststof met vulstof en samenlassen van de randdelen van de vervormde plaat of baan onder vorming van een lasverbinding (9).

13. Kunststofbuis volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de plaat of dunne baan gevormd is door gieten of extruderen.

14. Kunststofbuis volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kunststof vulstoflaag van de buis gevormd is door wikkelen van een dunne baan (11) van kunststof met vulstof.

15. Kunststofbuis volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de tijdens het wikkelen gevormde lagen (1) door versmelten van de kunststof met elkaar verbonden zijn.

16. Kunststofbuis volgens conclusie 12-15, met het kenmerk, dat het vervormen van de plaat of baan plaatsvindt bij een temperatuur gelegen in het verwekingsgebied van de toegepaste kunststof.