PL228697B1 - Rura mikroporowata wielowarstwowa i sposób jej wytwarzania - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 399745

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 02.07.2012 (51) Int.CI.

F16L 9/133 (2006.01) F16L 9/12 (2006.01) B32B 27/32 (2006.01) B32B 1/08 (2006.01) B29C 67/20 (2006.01) B29C 39/20 (2006.01) (54)

Rura mikroporowata wielowarstwowa i sposób jej wytwarzania

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL
07.01.2014 BUP 01/14	(72) Twórca(y) wynalazku:
	ANETA TOR-ŚWIĄTEK, Lublin, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.04.2018 WUP 04/18	(74) Pełnomocnik:
	rzecz, pat. Tomasz Milczek

rσ>

co oo

CM

CM

Ω.

PL 228 697 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rura mikroporowata wielowarstwowa i sposób jej wytwarzania, otrzymywana w procesie współwytłaczania mikroporującego powlekającego.

Otrzymywanie wytworów mikroporowatych wiąże się z dodaniem do tworzywa przetwarzanego środka mikroporującego, który w odpowiednich warunkach procesu nadaje mu strukturę mikroporowatą. Ważne jest aby nowa mikroporowata struktura wytworu była jednorodna o bardzo małych i równomiernie rozłożonych mikroporach, co opisano w książce M. Bielińskiego pod tytułem „Techniki porowania tworzyw termoplastycznych” wydanej przez Wydawnictwa Uczelniane Akademii TechnicznoRolniczej w Bydgoszczy s. 110:24. Wytwarzanie rur wielowarstwowych z litych tworzyw termoplastycznych odbywa się w procesie współwytłaczania klasycznego. W przypadku modyfikacji tworzywa środkiem mikroporującym konieczne staje się zastąpienie tego procesu współwytłaczaniem mikroporującym. Dodawany w procesie środek mikroporujący może być w postaci gazu, cieczy lub ciała stałego i jest zwykle dodawany do tworzywa w trakcie procesu wytłaczania.

Znana jest, z opisu patentowego polskiego nr 179494 rura konstrukcyjna z polietylenu, tworzywa należącego do tej samej grupy tworzyw. Zgodnie z opisem, rurę porowatą wytwarza się, w procesie wytłaczania polietylenu, środka ślizgowego, środka nukleidyzującego oraz środka porującego, zmieszanych ze sobą w określonych proporcjach masowych. Otrzymana rura jest jednowarstwowa, ma strukturę porowatą w całym przekroju i nie jest w tym rozwiązaniu przedstawiona charakterystyka geometryczna, rozmieszczenie oraz nie są określone rozmiary porów w wytworze.

W zgłoszeniu patentowym polskim nr 352491 zaprezentowano sposób wytwarzania podwójnej rury wymiennika ciepła z wykrywaniem przecieków, w którym rura wewnętrzna jest wsuwana w rurę zewnętrzną. W rurze wymiennika ciepła, w miejscu przylegania rury wewnętrznej do rury zewnętrznej, znajduje się cienka jak błona, ewentualnie porowata warstwa materiału lutującego, która to warstwa jest spokojna, w wyniku stopienia, zarówno rurą wewnętrzną jak i rurą zewnętrzną. W prezentowanym opisie nie przedstawiono rodzaju materiału z jakiego wykonana jest rura oraz cienka błona porowata materiału lutującego. Brak jest również charakterystyki porów znajdujących się w błonie.

Znana jest, z opisu patentowego polskiego nr 210229 termoplastyczna powłoka wielostrefowa porowata monopolimerowa otrzymana w procesie wytłaczania powlekającego, przywierająca adhezyjnie do powierzchni materiału konstrukcyjnego, zwłaszcza do powierzchni zewnętrznej żył kabla. Zgodnie z opisem termoplastyczna powłoka wielostrefowa składa się z jednej warstwy zawierającej pięć stref, z których trzy mają pory o różnych rozmiarach. W rozwiązaniu tym nie została przedstawiona struktura geometryczna otrzymanych porów w poszczególnych strefach powłoki.

W zgłoszeniu patentowym polskim nr 359219 przedstawiono rurę wielowarstwową obejmującą warstwy termoplastycznych poliolefin tego samego rodzaju, ale posiadających różne właściwości, które są ze sobą nierozłącznie połączone, przy czym pierwsza zewnętrzna warstwa i przylegająca do niej od wewnątrz druga warstwa, wykonane są z nieusieciowanego tworzywa. Warstwy w prezentowanym rozwiązaniu są wykonane z tego samego tworzywa bez dodatku środków porujących lub mikroporujących.

Znane są sposoby współwytłaczania kształtowników opisane w książce R. Sikory pod tytułem „Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych” wydanej przez Wydawnictwo Edukacyjne Żak w Warszawie w 1993 r., strony 169:176, jak również w pracy J. Staśka pod tytułem „Wytłaczanie tworzyw polimerowych” wydanej przez Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy w 2007 r., strony 236:246, podstawową cechą charakterystyczną cytowanych publikacji jest opis współwytłaczania wielotworzywowego jedynie tworzyw litych za pomocą dwu lub więcej wytłaczarek. W wymienionych książkach nie ma informacji o możliwości wytwarzania rur wielowarstwowych, z których jedna z warstw jest mikroporowata.

Istotą rury mikroporowatej wielowarstwowej, otrzymywanej w procesie współwytłaczania mikroporującego powlekającego, jest to, że składa się z trzech warstw, warstwy wewnętrznej litej, warstwy środkowej mikroporowatej i warstwy zewnętrznej litej, z których warstwa wewnętrzna i warstwa zewnętrzna stanowią powłokę ochronną i wytworzone są z litego polipropylenu, zaś warstwę środkową mikroporowatą stanowi polietylen dużej gęstości z mikroporami zamkniętymi o kształcie kulistym. Warstwa wewnętrzna lita i warstwa zewnętrzna lita mają grubość od 2,0 do 4,0 mm, korzystnie 3,0 mm, natomiast warstwa środkowa mikroporowata ma grubość od 10,0 mm do 15,0 mm, korzystnie 12,0 mm. W warstwie środkowej mikroporowatej średnica mikroporów zawiera się w przedziale od 0,0000764 mm do 0,0001203 mm, korzystnie 0,0000955 mm, powierzchnia jednostkowa mikroporów

PL 228 697 B1 zawiera się w przedziale od 0,0054016 mm² do 0,009129 mm², korzystnie 0,0086515 mm², zaś udział powierzchniowy mikroporów zawiera się w przedziale od 34% do 66%, korzystnie 50%.

Istotą sposobu wytwarzania rury mikroporowatej wielowarstwowej jest to, że do trzech układów uplastyczniających wytłaczarek posiadających cztery strefy grzejne, połączonych z głowicą wytłaczarską, zasypuje się tworzywo, przy czym do układu pierwszego i układu trzeciego zasypuje się lity polipropylen, zaś do układu drugiego zasypuje się polietylen dużej gęstości wraz ze środkiem mikroporującym w postaci mikrosfer, po czym nagrzewa się tworzywo w układzie pierwszym i układzie trzecim do temperatury w strefie pierwszej układu pierwszego i w strefie pierwszej układu trzeciego 190°C, w strefie drugiej układu pierwszego i w strefie drugiej układu trzeciego 200°C, w strefie trzeciej układu pierwszego i w strefie trzeciej układu trzeciego 210°C, w strefie czwartej układu pierwszego i w strefie czwartej układu trzeciego 220°C a w układzie drugim do temperatury w strefie pierwszej 170°C, w strefie drugiej 175°C, w strefie trzeciej 180°C, w strefie czwartej 190°C, zaś temperatura w głowicy wytłaczarskiej wynosi 210°C, po ukształtowaniu rury w głowicy wytłaczarskiej następuje chłodzenie w temperaturze 17°C, zaś prędkość odbioru rury wynosi 1,4 m/min.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest specyficzna budowa rury, co skutkuje znacznym zmniejszeniem jej ciężaru, nawet do 50% przy jednoczesnym zachowaniu wyglądu zewnętrznego rury litej o gładkiej i błyszczącej powierzchni. Rura mikroporowata wielowarstwowa charakteryzuje się zmienionymi właściwościami fizycznymi i użytkowymi w odniesieniu do rur litych, takimi jak gęstość, twardość czy udarność. Warstwa wewnętrzna mikroporowata wykonana jest z polietylenu dużej gęstości zawierającego środek mikroporujący, co powoduje zmniejszenie gęstości termoplastycznego tworzywa polimerowego oraz zwiększenie jej elastyczności. Warstwy zewnętrzne lite wykonane z polipropylenu są odporne na zarysowania i uszkodzenia mechaniczne, występujące podczas prac ziemnych oraz pozostawiają rurę sztywną.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia rurę mikroporowatą wielowarstwową w przekroju poprzecznym zaś fig. 2 przedstawia schemat fragmentu linii technologicznej współwytłaczania mikroporującego powlekającego w widoku z góry.

Rura mikroporowata wielowarstwowa składa się z trzech warstw, warstwy 1 wewnętrznej litej, warstwy 2 środkowej mikroporowatej i warstwy 3 zewnętrznej litej, z których warstwa 1 wewnętrzna i warstwa 3 zewnętrzna stanowią powłokę ochronną i wytworzone są z litego polipropylenu, zaś warstwę 2 środkową mikroporowatą stanowi polietylen dużej gęstości z mikroporami 4 zamkniętymi o kształcie kulistym. Warstwa 1 wewnętrzna lita i warstwa 3 zewnętrzna lita mają grubość od 2,0 do 4,0 mm, korzystnie 3,0 mm, natomiast warstwa 2 środkowa mikroporowata ma grubość od 10,0 mm do 15,0 mm, korzystnie 12,0 mm. W warstwie 2 środkowej mikroporowatej średnica mikroporów zawiera się w przedziale od 0,0000764 mm do 0,0001203 mm, korzystnie 0,0000955 mm, powierzchnia jednostkowa mikroporów zawiera się w przedziale od 0,0054016 mm² do 0,009129 mm², korzystnie 0,0086515mm², zaś udział powierzchniowy mikroporów zawiera się w przedziale od 34% do 66%, korzystnie 50%.

P r z y k ł a d

Rura mikroporowata wielowarstwowa została wykonana w procesie współwytłaczania mikroporującego powlekającego, przy wykorzystaniu trzech wytłaczarek i jednej głowicy wytłaczarskiej kątowej. Warstwę środkową, rury mikroporowatej wielowarstwowej wytworzono z uprzednio wykonanej mieszaniny polietylenu dużej gęstości o gęstości 959 kg/m³ ze środkiem mikroporującym o endotermicznym charakterze rozkładu i dostarczano do głowicy wytłaczarskiej z układu uplastyczniającego drugiego wytłaczarki. Warstwy wewnętrzną i zewnętrzną rury mikroporowatej wielowarstwowej wytworzono z litego polipropylenu o gęstości 910 kg/m³ dostarczanego do głowicy wytłaczarskiej z układów uplastyczniających pierwszego i trzeciego wytłaczarki. Wykorzystany w procesie środek mikroporujący stanowił mieszaninę 65% mikrosfer w kopolimerze etylen/octan winylu. Środek ten dozowano w ilości 1,0% mas. w stosunku do masy polietylenu dużej gęstości. Proces współwytłaczania mikroporującego powlekającego prowadzono przy zmienionych parametrach procesu. Temperatury stref układów uplastyczniających pierwszej i trzeciej wytłaczarki wynosiły odpowiednio: 200, 210, 220, 230°C. Temperatura stref układu uplastyczniającego drugiej wytłaczarki wynosiła odpowiednio: 180, 190, 195, 200°C. Temperatura stref głowicy wytłaczarskiej kątowej wynosiła odpowiednio: 210, 210°C. Temperatura czynnika chłodzącego wynosiła 17°C. Proces prowadzono przy prędkości odbioru rury równej 1,4 m/min. Otrzymano rurę mikroporowatą wielowarstwową, składającą się z litych warstw wewnętrznej i zewnętrznej o gru-bości 3,0 mm oraz warstwy środkowej mikroporowatej o grubości 12,0 mm.

PL 228 697 B1

Średnica mikroporów w warstwie środkowej mikroporowatej wyniosła 0,0000955 mm, powierzchnia jednostkowa mikroporów wyniosła 0,0086515 mm², zaś udział powierzchniowy mikroporów wyniósł

50%. Otrzymana rura mikroporowata wielowarstwowa charakteryzowała się gęstością pozorną równą

580 kg/m³, twardością równą 70°Sh oraz temperaturą mięknienia VST równą 90°C.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Rura mikroporowata wielowarstwowa, otrzymywana w procesie współwytłaczania mikroporującego powlekającego znamienna tym, że składa się z trzech warstw, warstwy (1) wewnętrznej litej, warstwy (2) środkowej mikroporowatej i warstwy (3) zewnętrznej litej, z których warstwa (1) wewnętrzna i warstwa (3) zewnętrzna stanowią powłokę ochronną i wytworzone są z litego polipropylenu, zaś warstwę (2) środkową mikroporowatą stanowi polietylen dużej gęstości z mikroporami (4) zamkniętymi o kształcie kulistym.
2. 2. Rura, według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa (1) wewnętrzna lita i warstwa (3) zewnętrzna lita mają grubość od 2,0 do 4,0 mm, korzystnie 3,0 mm, natomiast warstwa (2) środkowa mikroporowata ma grubość od 10,0 mm do 15,0 mm, korzystnie 12,0 mm.
3. 3. Rura, według zastrz. 1 i 2, znamienna tym, że w warstwie (2) środkowej mikroporowatej średnica mikroporów zawiera się w przedziale od 0,0000764 mm do 0,0001203 mm, korzystnie 0,0000955 mm, powierzchnia jednostkowa mikroporów zawiera się w przedziale od 0,0054016 mm² do 0,009129 mm², korzystnie 0,0086515 mm², zaś udział powierzchniowy mikroporów zawiera się w przedziale od 34% do 66%, korzystnie 50%.
4. 4. Sposób wytwarzania rury mikroporowatej wielowarstwowej, znamienny tym, że do trzech układów (A), (B), (C) uplastyczniających wytłaczarek posiadających cztery strefy (I), (II), (III), (IV) grzejne, połączonych z głowicą (D) wytłaczarską, zasypuje się tworzywo, przy czym do układu (A) pierwszego i układu (C) trzeciego zasypuje się lity polipropylen, zaś do układu (B) drugiego zasypuje się polietylen dużej gęstości wraz ze środkiem mikroporującym w postaci mikrosfer, po czym nagrzewa się tworzywo w układzie (A) pierwszym i układzie (C) trzecim do temperatury w strefie (Ia i Ic) 190°C, w strefie (IIa i IIc) 200°C, w strefie (IIIa i IIIc) 210°C, w strefie (IVa i IVc) 220°C a w układzie (B) drugim do temperatury w strefie (Ib) 170°C, w strefie (IIb) 175°C, w strefie (IIIb) 180°C, w strefie (IVb) 190°C, zaś temperatura w głowicy (D) wytłaczarskiej wynosi 210°C, po ukształtowaniu rury w głowicy wytłaczarskiej następuje chłodzenie w temperaturze 17°C, zaś prędkość odbioru rury wynosi 1,4 m/min.