NO139352B - Fremgangsmaate for fremstilling av ekstrudert, ribbeformet materiale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører, en fremgangsmåte for effektiv og kontinuerlig fremstilling av lette og stive glassfiberforsterkede, sammensatte plastrør forsynt med en ribbe av harpikssement. Materialet som utgjør ribben i det sammensatte rør.

er en harpikssement erholdt ved sammenblanding av visse mengder av en umettet polyesterharpiks, et fyllstoff, et tverrbindingsmiddel, et fortynningsmiddel og magnesiumoxyd, og samtidig fortyk-

ning av blandingen til å gi en harpikssement, hvorefter dette materiale øyeblikkelig ekstruderes til en gitt størrelse av ribben. Den derved erholdte ribbe vindes kontinuerlig på det på forhånd dannede indre rør.

Anvendelse av glassfiberforsterkede plastrør har i den senere tid tiltatt, og produksjonsmengden er øket, men når eksempelvis et slikt rør er anvendt som innstøpningsrør, er der krevet en stivhetsfaktor tilstrekkelig til å motstå det ytre trykk. Det er kjént at stivhetsfaktoren for et rør er et produkt av Young's modulus E for røret, og et sekundert moment I av rørets tverrsnitt. Det annet moment I av rørets tverrsnitt er proporsjonalt med tred-

je potens av rørtykkelsen H. For å oppnå en høy stivhetsfaktor for røret er det følgelig nødvendig å gjøre veggtykkelsen for rø-ret stor. For dette formål har sammensatte (sandwich-shaped) rør være fremstillet hvori forskjellige materialer er innfyllt mellom et indre rør av en umettet polyester og et ytre rør av en umettet polyester.

Som dette fyllte lag (kjernelag) er anvendt en harpikssement hvori harpikskomposisjonen inneholder store mengder av et fyllstoff, og som efter herdning utviser en høy stivhetsfaktor. Imidlertid er de ovenfor beskrevne sammensatte rør tunge og har dårlig bearbeidbarhet ved sammenføyning og innstøpning, og når mengden av harpikssement øker,.stiger prisen tilsvarende, og føl-gelig har der vært et behov for glassfiberforsterkede plastrør som er lettere og billigere og som har en høy stivhetsfaktor.

I tillegg foreligger harpikssementen som skal anvendes som kjernelag i slike sammensatte rør, i form av en velling, og for fremstilling av de ovenfor beskrevne"sandwich-shaped" sammensatte rør finnes der flere forskjellige begrensninger ved frem- • stillingen. De konvensjonelle kjernelag er nemlig blitt fremstillet på følgende måter: Kjernelaget ble dannet ved sprøytning eller belegning med en granulær eller pastalignende harpikssement, eller en velling som utgjøres av harpikssementen helles og underkastes

sentrifugalstøpning.

En fremgangsmåte for effektiv støpning av "sandwich"-strukturen ved laminering av en velling bestående av harpikssementen eller en vevet tekstil og lignende for å gi et ark og derefter spinne arket, er tidligere kjent. For støpning av harpikssement-arket er det imidlertid nødvendig med en vevet teks til, og det er nødvendig med et antall forskjellige trinn, og ytterligere er det umulig å oppnå et tilfredsstillende tykt ark. Når det er nødvendig med stor tykkelse, må arket følgelig vindes i flere lag, og en

slik vikleprosedyre er vanskelig og kostbar.

Foreliggende oppfinnelse angir en fremgangsmåte for fremstilling av glassfiberarmerte plastkomposisjonsrør med en ny struktur, hvorved de ovenfor nevnte ulemper unngåes. Rør ifølge foreliggende oppfinnelse er sammensatte rør forsynt med en ribbe som er vundet i skrueform, med en passende stigning, rundt et på en dor formet rør av et glassfiberforsterket plastmateriale. Der er tidligere kjent korrugerte eller rilleformede rør hvor et flek-sibelt rør er forsynt med en rilleformet forsterkende struktur, såsom en slange eller et jernrør med tynn vegg. I tillegg er der kjent rør som bibeholder sin form ved å kombinere et slikt rilleformet rør med urethanskum.

Imidlertid er strukturen av røret ifølge foreliggende oppfinnelse helt forskjellig fra de tidligere kjente rør, og stiv-hetsf aktoren er meget høyere enn for et konvensjonelt rillet rør, slik som vist i det etterfølgende eksempel. Ved fremstilling av rør med strukturen ifølge foreliggende oppfinnelse har det ved de tidligere kjente prosesser ikke på effektiv måte vært mulig å oppnå et jevnt produkt.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe en effektiv metode for fremstilling av meget stive og lette glassfiberarmerte, sammensatte plastrør forsynt med en ribbe av harpikssement.

Foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte ved fremstilling av et ekstrudert, ribbeformet materiale egnet for oppbygning av med ribber forsynte glassfiberforsterkede plastrør, hvilket fremgangsmåte er kjennetegnet ved at en harpikssementkomposisjon omfattende: a) 100 vektdeler av en umettet polyesterharpiks på basis av ortho-eller isofthalsyre og bisfenol,

b) 0,5 - 10 deler magnesiumoxyd med en jod-absorpsjonsverdi på

70 - 170 (mg I/g MgO),

c) 0,1-5 deler tverrbindingsmiddel,

d) 100 - 900 deler inert fyllstoff, og

e) 0-30 deler reaktivt fortynningsmiddel

sammenblandes og fortykkes ved en temperatur i området 20 - 60°C,

og at den fortykkede blanding ekstruderes på i og for seg kjent måte til en ribbe.

Det er funnet at stivhetsfaktoren for et slik dannet glassfiberarmert, sammensatt plastrør forsynt med en ribbe, er avhengig av ribbens tykkelse på tilsvarende måte som av rørveggtyk-kelsen som nevnt ovenfor.

De sammensatte glassfiberarmerte plastrør forsynt med en harpikssementribbe ifølge foreliggende oppfinnelse, har en meget

høyere stivhetsfaktor enn hittil kjente "sandwich"-sammensatte rør hvori der anvendes den samme mengde harpikssement som i de sammensatte rør ifølge foreliggende oppfinnelse. Ytterligere er de sammensatte rør ifølge foreliggende oppfinnelse meget lettere i vekt enn "sandwich-shaped" rør forsynt med et kjernelag med en tykkelse tilsvarende ribbens tykkelse. Ytterligere er den anvendte har-piksmengde vesentlig mindre.

Materialet som utgjør harpikssementribben ifølge foreliggende oppfinnelse kan smelteekstruderes i en valgfri dimensjon ved fortykning av den spesielt definerte komposisjon av komponen-ter som skal blandes, og utviser en gummilignende elastisitet som er forskjellig fra den konvensjonelle vellingform for harpikssement-komposisjonen, slik at det erholdte ribbedannende materiale er meget velegnet for vikling.

Ribbens høyde, bredde og viklingsstigning kan velges på passende måte, avhengig av bruksbetingelsene for produktet. Fig. 1 viser et perspektivsnitt av et glassfiberforsterket stivt plastrør forsynt med en harpikssementribbe, og

Fig. 2 viser et tverrsnitt av ribben.

I disse figurer angir 1 et indre glassfiberforsterket rør, og 2 viser en harpikssementribbe, og 3 angir et ytre lag av glassfiberforsterket plast.

Det indre og det ytre lag som danner overflaten efter påvikling av harpikssementen er sammensatt av glassfibertråder,

en varmeherdende harpiks og forskjellige tilsetningsmidler, og er dannet ved en filamentvikleprosess.

De sammensatte glassfiberforsterkede plastrør, forsynt med en harpikssementribbe fremstillet ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, har vanligvis en indre diameter på 300-2000 mm. Det er naturligvis mulig å fremstille rør med større diameter eller mindre diameter enn det angitte område.

Harpikssementribben som anvendt heri har vanligvis et tra-pesformet tverrsnitt, slik at viklingen lett kan utfores, men forskjellige modifiserte former kan anvendes, avhengig av tilsiktede formål.

Storrelsen av en vanlig anvendt ribbe har en ovre side (a) på IO - 40 mm, en nedre side (b) på 30 - 60 mm, og en hoyde (h) på 5 - 25 mm i det trapesformede tverrsnitt vist i fig. 2. Stigningen (p) av viklingen på det indre ror er vanligvis 6P - 80 mm, men disse verdier kan eventuelt varieres avhengig av den tilsiktede bruk

og produktets styrke.

Den varmtherdende harpiks som anvendes, velges fra umettede polyesterharpikser, epoxyharpikser, fenolharpikser, urethanhar-pikser og vinylesterharpikser. Blant disse er umettede polyesterharpikser og epoxyharpikser foretrukne. Disse harpikser kan være de samme eller forskjellige fra de harpikser som anvendes i harpikssementen. Spesielt for det tilfelle hvor der fremstilles kor-rosjonsresistente, sammensatte ror, anvendes en korrosjonsresistent harpiks for det ytre lag. Som tilsetningsmidler, fyllstoffer, fortynningsmidler, tverrbindingsmidler, tverrbindings-akseleratorer og retarderende midler som anvendes som komponent i harpikssementen, velges passende som beskrevet senere.

Vedrørende komposisjonen av harpikssementen kan forskjellige komposisjoner komme i betraktning, men harpikssementen omfatter forskjellige umettede polyestere, magnesiumoxyd, tverrbindingsmidler (herdemidler), fyllstoffer, fortynningsmidler og lignende, men da harpikssementen er forskjellig fra den konvensjonelle flyt-ende harpikssement og formes til et ribbedannende materiale, er en spesiell anordning fremstillet.

Magnesiumoxydet som anvendes i foreliggende oppfinnelse spiller en viktig rolle for det harpikssementribbeformende materiale. Dvs. magnesiumoxydet bibringer en fortykkende effekt for de spesielle harpikssementkomposisjoner under de spesielle betingel-ser hvorved støping til en ribbeform er mulig. Som magnesiumoxyd anvendes et som har en aktivitetsverdi for jodabsorpsjon (I mg/MgO g) i en mengde på 70 - 170, men en I mg/MgO g på 100 - 150 er foretrukket. Dette korrelerer med tverrbindingsmidlet og ytterligere med fortykningsgraden for det ribbedannende materiale og dets bearbeidbarhet. Dvs. at når der velges et magnesiumoxyd med for lav aktivitet, vil fortykningen ikke fremskride, og for-tykningsbehandlingen trenger lengere tid. Følgelig må herdningen av harpikssementen oppstå som en funksjon av tverrbindingsmidlet alene. Et slikt magnesiumoxyd er ikke ønskelig i lys av bearbeidbarheten.

Magnesiumoxydet anvendes i en mengde på 0,5 - 10 deler pr. 100 deler umettet polyesterharpiks.

Som tverrbindingsmiddel anvendes i det vesentlige organiske peroxyder, og som tverrbindingsmiddel for anvendelse i harpikssementen er organiske peroxyder effektive som herder den umettede varmeherdende harpiks ved hoy temperatur, effektive. Peroxyder hvis spaltningstemperatur er 50 - 10O°C for erholdelse av en halv-eringstid på IO timer er onskelig, f.eks. 2,4-diklorbenzoylperoxyd, t.butylperoxypyvalat, 3,5,5-trimethylhexanolperoxyd, octanolper-oxyd, decanolperoxyd, lauroylperoxyd, stearoylperoxyd, propyonol-peroxyd,. ravsyreperoxyd, acetylperoxyd, t.butylperoxy-2-ethylhexan-oat, benzoylperoxyd, p-klorbenzoylperoxyd, t.butylperoxyisobutyrat, 1,1-bis-t.butylperoxy-3,3, 5-trimethylcyclohexan, t.butylperoxymal-einsyre, t.butylperoxylaurat, cyclohexanonperoxyd, t.butylperoxy-isopropylcarbonat, 2,5-dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexan og lignende .

Mengden av disse tverrbindingsmidler som skal brukes er 0,1-5 deler pr. 100 deler umettet polyesterharpiks.

På den annen side er det foretrukket at herdehastighe-ten for den termoherdende harpiks som utgjør det indre rør og det ytre lag er større enn den for harpikssementribbelagét;

For dette formål anvendes en kombinasjon av et hurtig-virkende tverrbindingsmiddel og en akselerator, som beskrevet senere.

For å bibeholde bearbeidbarheten anvendes en liten mengde retarderende middel.

Som fyllstoffer i harpikssementen kan anvendes-organiske eller uorganiske fyllstoffer som generelt anvendes i gummier og plaster, f.eks. kalsiumkarbonat,' leire, talkum, asbest, silicat-mineraler, naturlig silicat, åluminiumoxydhydrat, bariumsulfat,

kalsiumsulfat, metallpulver, alumihiumstearat, zinkstearat, sement,: ureaformaldehydharpiks, ureafenblharpiks, melaminformaldehydhar^

piks, sagspon, cellulose, kjønrøk, ^glassfibre og lignende. Blant disse vil aluminiumstearat og zinkstearat, når disse blandes i en mengde på 5-50 vekt% regnet på den totale fyllstoffmengde, gi en forøket styrke for det harpikssemehtribbedannende materiale, og støping av det harpikssementribbedannende materiale blir lettere.

Fyllstoffmengden som anvendes ifølge foreliggende oppfinnelse er 100 - 900 deler pr. 100 deler umettet polyester, fortrinnsvis 200 - 500 deler.

Som fortynningsmiddel som anvendes ved foreliggende oppfinnelse anvendes slike bestanddeler som er forenelige med de ovenfor nevnte umettede polyesterharpikser, og som lett får en re-aktivitet ved hjelp av følgende tverrbindingsmidler og derved re-agerer med umettet polyesterharpiks for derved å fremme herdning, nemlig fortynningsmidler valgt fra forbindelser som aktiveres av vanlige vinylmonomerer eller organiske peroxyder. Eksempelvis er disse fortynningsmidler monomerer, såsom styren, klorstyren, meth-ylmethacrylat, ethylmethacrylat, butylmethacrylat, methylacrylat, ethylacrylat, butylacrylat og lignende, styrenacrylnitrilcopoly-mer, vinylkloridvinylacetatcopolymer, celluloseacetatbutyrat, cel-luloseacetatpropionat og lignende.

Generelt er det ikke nødvendig å anvende disse fortynningsmidler, men det er foretrukket å anvende opp til 30 deler pr. 100 deler av den umettede polyesterharpiks.

Komponentene i det ovenfor nevnte mengdéområdé"kan samtidig blandes ved hjelp av en ekstruder med blandeeffektivitet, eller den umettede polyesterharpiks, magnesiumoxydet og tverrbindingsmidlet kan forhåndsblandes, hvorefter fyllstoffet tilsettes denne blanding, og den erholdte blanding fortykkes ved en temperatur i området 20 - 60°C i 5 - 60 minutter, fortrinnsvis 10 - 30 minutter, under elting, hvorefter blandingen formes til en ribbe gjennom en ekstruder. Den således dannede ribbeformede harpikssement oppnår ikke full herdning før vikling, og utviser en elas tsitet som er meget velegnet for vikling på det indre rør, selv ved romtempera-tur .

I dette tilfelle er en ekstruder av diaksialtypen foretrukket for ekstrudering av harpikssementen til ribbeform.

På den annen side er det for herdning av det indre rør og det ytre lag, dvs. "skinnlagene", foretrukket å anvende tverrbindingsmidler som forårsaker herdning ved lav eller midlere temperatur. Fordi at efter at det sammensatte rør forsynt med harpikssementribben er støpt, vil herdningen begynne fra skinnlagene, og den varme som utvikles ved herdningen starter herdningen av harpikssementen i ribben.

I dette tilfelle vil ribben herde og utvikle varme og eks-pandere, og fblgelig vil den oppvarmede og ekspanderte ribbe feste seg meget tett til skinnlagene. Den utovergående deformasjon for-hindres, og et jevne utseende bibeholdes, og ribbelaget blir ikke skilt fra skinnlagene, og ytterligere blir styrken hoyere og et homogent produkt erholdes.

Som tverrbindingssystem for skinnlagene for anvendelse ved utfdrelse av foreliggende oppfinnelse utnyttes en kombinasjon av tverrbindingsmidler som forårsaker herdning ved lav eller middels temperatur sammen med en akselerator, slik at det tverrbindende system herder tidligere enn det tverrbindende system i ribbelaget.

Tverrbindingsmidlene som anvendes i skinnlagene, innbefatter dialkylperoxyder, diacylpexoxyder, peroxyestere, hydrogenper-oxyder, perkarbonater, alkylidenperoxyder og lignende, f.eks. meth-ylethylketonperoxyd, cyclohexanonperoxyd, lauroylperoxyd, methylcyclohexanonperoxyd, cumenperoxyd, isopropylketonperoxyd, benzoylperoxyd, t.butylperoxypivalat, t.butylperoxyneodecanoat og lignende.

Den viktige bestanddel som fremmer aktiviteten av de ovenfor beskrevne tverrbindingsmidler er en akselerator. For å forår-sake at herdningen av tverrbindingssysternet i skinnlagene skjer på et tidligere tidspunkt enn for ribbelaget, anvendes tverrbindingsmidlet sammen med en akselerator.

Akseleratorene omfatter coboltnafthenat, coboltoctenat, manganoctenat, vanadiumpentoxyd, serien av tertiære aminakselerato-rer og lignende.

For visse kombinasjoner av tverrbindingsmiddel med aksele-ratoren vil harppikskomposisjonen med hvilken glassfibertårdene er impregnert, begynne å herde under stopningen av skinnlagene ved en filamentvikleprosess, hvorved bearbeidbarheten blir betydelig sen-ket. Det er derfor nodvendig at harpikskomposisjonen for skinnlagene har en viss levetid (pot life), vanligvis ca. 2 timer, og i visse tilfelle kan en lengere "pot life" være nodvendig. Fblgelig anvendes ofte et retarderende middel samtidig. For ytterligere å kontrollere den avgitte varme under herdningen av skinnlagene og ribbelaget, er det foretrukket å anvende en passende mengde retarderende middel i skinnlagene.

Disse retarderende midler innbefatter kinoner, hydrokinon-er, flerverdige fenoler, aminer, metallsåper og lignende, og blant disse er kinoner og flerverdige fenoler foretrukket.

Det ytre lag av det formede sammensatte ror kan, om nodvendig bearbeides til å gi overflaten et matt utseende. I det sammensatte ror forsynt med ribber, som dannes effektivt og kontinuerlig, herdes forst skinnlagene, hvorefter ribbelaget herdes. Produktets utseende er utmerket, og i den indre struktur vil skinnlagene ikke skilles fra ribbelagene, og produktet er homogent, og en tilfredsstillende styrke kan oppnåes.

I det efterfolgende eksempel er alle deler angitt som vektdeler.

Eksempel

En harpikssementkomposisjon, som omtalt i det senere, ble eltet og samtidig fortykket ved 40°C i en elteanordning.

Et slippmiddel ble påfort en dor med diameter 5O0 mm og glassfibertråder impregnert med en harpikskomposisjon bestående av lOO vektdeler av en umettet polyesterharpiks (orthofthalsyreserien), 1,5 vektdeler methylcyclohexanonperoxyd, 0,7 vektdeler coboltnafthenat, O,15 deler retarderingsmiddel (NLC-10, fremstillet av Kayaku Noury Co., Ltd.) og 0,225 deler manganoctanat ble viklet rundt doren ved en filamentvikleprosess til å gi et indre ror 1 av glassfiberarmert plast med en tykkelse på 1,5 mm.

En ribbe 2 erholdt ved stopning av den allerede eltede og fortykkede (fortykningstid: 20 min) harpikssementkomposisjon ble formet gjennom en diaksial ekstruder til et trapes tverrsnitt med en hoyde på 17 mm, en overside på 20 mm og en nedside på 40 mm og viklet i skrueform på den indre tube, og viklingen hadde en stigning på 80 mm.

Derefter ble - glassfibertråder impregnert med harpikskomposisjonen, som ble anvendt ved fremstilling av det ovenfor beskrevne indre ror, viklet px roret ved hjelp av en filamentvikleprosess til en tykkelse på 1 mm for å gi det ytre lag 3.

Det således dannede flassfiberforsterkede, sammensatte plastror, forsynt med harpikssementribben ble underkastet en styr-keprove og sammenlignet med et vanlig "sandwich-shaped" ror med den samme diameter som det ovenfor nevnte sammensatte ror, og fremstillet fra den samme harpikssement som beskrevet ovenfor (tykkelse av harpikssement: IO mm, mengde anvendt harpikssement 1,5 ganger stor-re enn den som var anvendt i det ovenfor beskrevne sammensatte ror forsynt med en ribbe), et sammensatt ror forsynt med en urethanskum-ribbe, i stedet for harpikssementribben, hvilket ror hadde den samme diameter som det ovenfor beskrevne sammensatte ror, samt et Hume sementror (et produkt som er definert av JIS) med samme diameter som det sammensatte ror ble også undersdkt.

Hvert ror med en indre diameter-på 500 mm ble oppkuttet i en lengde på 400 mm, og et ytre trykk ble påfort hver prove i en i. radiell retning av en Amsler provemaskin for å bestemme bruddstyr-ken. De erholdte resultater er vist i den folgende tabell:

Som det kan sees av de ovenfor viste data, er det sammensatte rør forsynt med en harpikssementribbe fremstillet ifølge foreliggende oppfinnelse, bedre enn det konvensjonelle "sandsich-shaped" rør med hensyn til bruddstyrke, selv om mengden av harpikssement er ca. 2/s av den i det "sandwich-shaped" rør. - Ytterligere er vekten mindre, og bearbeidbarheten, såsom innstøpning,er utmerket. Røret forsynt med urethanskumribben og "Hume" sementrøret er betydelig dårligere enn det sammensatte rør forsynt med en harpikssementribbe med hensyn til bruddstyrke. Ytterligere er enhets-vekten for "Hume" sementrøret meget større (totalvekten er 6,6 ganger den for det sammensatte rør, og bearbeidbarheten er meget dårlig.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et ekstrudert, ribbeformet materiale egnet for oppbygning av med ribber forsynte glass-fiberf orsterkede plastrør, karakterisert ved at en harpikssementkomposisjon omfattende: a) 100 vektdeler av en umettet polyesterharpiks på basis av ortho- eller isofthalsyre og bisfenol, b) 0,5 - 10 deler magnesiumoxyd med en jod-absorpsjonsverdi på 70 - 170 (mg I/g MgO), c) 0,1-5 deler tverrbindingsmiddel, d) 100 - 900 deler inert fyllstoff, og e) 0-30 deler reaktivt fortynningsmiddel,

   sammenblandes og fortykkes ved en temperatur i området 20 - 60°C, og at den fortykkede blanding ekstruderes på i og for seg kjent måte til en ribbe.