SE505932C2 - Användning av förnätad biaxiellt orienterad polyolefinplast som material i tryckrör - Google Patents

Description

505 952 lägre i axiell led.

Vid konventionell tillverkning av plaströr genom extrudering erhålles företrädesvis en enaxlig orientering av polymermaterialet i axiell led av röret, på grund av den skjuvning, töjning, etc, som polymersmältan utsätts för i samband med dess väg från extrudern, genom munstyck- et och genom kalibrering och kylning till ett färdigformat rör i fast tillstånd.

Således har rör framställda genom konventionell extrudering vanligtvis bättre fysikaliska och mekaniska egenskaper i rörets axiella led jämfört med dess perife- riella led samtidigt som belastningen eller spänningen i rörväggen är större i periferiell led jämfört axiell led.

Egenskaperna hos sådana konventionella plaströr är fullt tillräckliga för många ändamål, men ej tillfreds- ställande i en del fall, t ex vid applikationer med krav på hög trycktàlighet, dvs rör som är utsatta för ett in- vändigt fluidumtryck under kort och/eller láng tid. För sådana rör är en förbättrad tryckhàllfasthet önskvärd.

För att minska begränsningarna med trycksatta plast- rör är det känt att de fysikaliska och mekaniska egenska- perna kan förbättras genom biaxiell orientering av röret, dvs polymermaterialet i röret orienteras i tvà riktningar, som är vinkelräta mot varandra. Den ena av dessa bàda riktningar är den axiella orienteringsriktningen, dvs i den riktning (extruderingsriktningen) som röret i normal- fallet framställes, medan den andra riktningen är omkrets- led eller periferiell led av röret. Genom biaxiell orien- tering kan ett flertal av rörets egenskaper förbättras i betydande omfattning, varvid tryckhàllfastheten, vid både kortare och längre tidsrymder, speciellt skall nämnas.

Den förbättrade tryckhållfastheten innebär att man vid motsvarande materialdimensioner hos röret kan utsätta röret för högre invändigt tryck än ett rör, som inte är biaxiellt orienterat. Alternativt kan man vid samma tryck- sättning använda mindre godstjocklek hos ett biaxiellt orienterat plaströr. 5Û5 932 3 Andra mekaniska egenskaper som kan förbättras genom orientering är t ex styvhet (elasticitetsmodul), styrka (draghàllfasthet) samt slagseghet. Ökad styvhet och styrka innebär att materialets korttidshàllfasthet förbättras.

Den förbättrade slagsegheten medför att röret är mindre känsligt för yttre påverkan i form av slag och stötar, dvs hanteringen av röret underlättas. Egenskapsförbättringar kan exempelvis även fås i form av bättre kemikaliebestän- dighet, bättre väderbeständighet samt lägre termisk ut- vidgningskoefficient.

Som exempel pá kända metoder för biaxiell orientering av plaströr kan hänvisas till en artikel av W. E. Gloor, "Why biaxially oriented pipe?", Modern Plastics, November 1960, pp. 111-114, 212, 214, en artikel av K. Richard, G Diedrich och E. Gaube, "Strengthened pipes from Ziegler Polythene", Plastics, December 1961, pp. 111-114, och PCT- -ansökan W0 93/19924.

Såsom nämnts ovan, framställs plaströr i allmänhet genom extrudering eller, i mindre utsträckning, genom formsprutning. En konventionell anläggning för extrudering av plaströr omfattar en extruder, ett munstycke, en kalib- reringsanordning, en kylningsutrustning, en avdragare, samt en anordning för kapning eller upprullning av röret.

Genom att polymersmältan pà sin väg fràn extrudern genom munstycket och fram till kalibrering, kylning och färdig- format rör utsätts för skjuvning och töjning, etc, i rö- rets axiella led, fås huvudsakligen en enaxlig orientering av röret i dess axiella led. Ytterligare en bidragande orsak till att polymermaterialet orienteras i materialflö- desriktningen är att röret kan utsättas för dragning i samband med tillverkningen.

För att åstadkomma biaxiell orientering kan den ovan beskrivna anläggningen nedströms avdragaren kompletteras med en anordning för temperaturreglering av röret till en temperatur lämplig för biaxiell orientering av röret, en orienteringsanordning, en kalibreringsanordning, en kylan- ordning samt en avdragare som matar det biaxiellt oriente- 505 932 4 rade röret till en kapningsanordning eller upprullnings- anordning.

Den biaxiella orienteringen kan även ske i direkt anslutning till den första kalibreringen efter extrude- ringen, varvid den ovan beskrivna, kompletterande utrust- ningen följer på den första kalibreringsanordningen.

Den biaxiella orienteringen av röret kan ske på olika sätt, t ex mekaniskt med hjälp av en invändig dorn, eller med ett invändigt trycksatt fluidum, såsom luft eller vat- ten eller motsvarande. En ytterligare metod är att orien- tera röret medelst rullar, t ex genom att anordna röret på en dorn och rotera dornen och röret relativt en eller flera mot röret anliggande tryckrullar, eller via invän- digt placerade tryckrullar som roteras i förhållande till röret mot en utvändigt liggande form eller kalibreringsan- ordning.

Sammanfattningsvis finns det ett flertal kända förfa- randen för biaxiell orientering av plaströr, och samtliga dessa förfaranden kan användas vid föreliggande uppfin- ning.

För samtliga kända metoder för biaxiell orientering av kristallina och oförnätade plastmaterial, såsom poly- olefinplast, gäller dels att orienteringen måste utföras inom ett visst, begränsat temperaturområde, dels att röret måste kylas inom en begränsad tidsperiod för att undvika att materialet snabbt återgår till ett oorienterat till- stånd (relaxation). Vidare är kraven på temperaturnog- grannhet i röret/rörväggen höga för att erhålla en jämn orientering både längs röret och i rörets periferiella led samt för att erhålla tillfredsställande dimensionstoleran- ser på slutprodukten.

Den övre gränsen för det begränsade temperaturområde som processen kan utföras vid bestäms av materialets kris- tallina smältpunkt (Tm), som t ex för PE-HD ligger vid ca 128-l35°C. Orientering ovanför denna temperatur medför normalt ingen ökad styrka hos materialet och saknar van- ligtvis värde. 505 932 5 Den undre gränsen för temperaturområdet bestäms av plastmaterialets egenskaper när det utsätts för ett defor- mationsförlopp, som exempelvis sker vid konventionell dragprovning av plastmaterial. När t ex polyeten utsätts för dragspänningar på detta sätt vid låga temperaturer, av storleksordningen rumstemperatur (ca 20°C), uppvisar spän- nings-töjningskurvan ett markant maximum redan vid en låg töjning av ca 5-20% (se ovannämnda litteraturreferenser).

För fallet där orienteringsförfarandet av ett rör sker med utnyttjande av en uppblåsningsteknik med tryck- satt inre fluidum innebär detta att, om en viss dragspän- ning överskrids, inträffar en övergång från en homogen deformation av materialet till en lokal plasticering (flytning) av materialet med midjebildning, lokalt för- tunnad vägg och ett beteende där röret lokalt blåses upp likt en ballong, antingen runt hela rörets omkrets eller mycket lokalt likt en blåsa på rörväggen som synbart re- sultat. Motsvarande gäller även vid högre temperaturer, men spännings-töjningskurvans markanta maximum avtar allt- mer vid ökande temperatur, för att slutligen försvinna helt vid en temperatur precis under den kristallina smält- punkten. När maximumet hos spännings-töjningskurvan har försvunnit, elimineras även den lokala plasticeringen och röret kan expandera på ett jämnt och enhetligt sätt för åstadkommande av biaxiell orientering. För andra typer av orienteringsförfaranden, som är användbara för rörkonst- ruktioner, uppträder vanligtvis temperatur- och material- effekter av motsvarande slag med lokalt- alternativt en- hetligt deformationsbeteende.

Vid orientering med hjälp av dorndragning bestäms den undre gränsen för temperaturområdet i normalfallet av att den kraft som erfordras för dragningen är alltför hög och att röret efter dragningen relaxerar.

Försök har visat att det temperaturområde som begrän- sas av risken för materialets lokala plasticeringsbeteende å ena sidan och av materialets kristallina smältpunkt å andra sidan, och inom vilket temperaturområde materialet 505 952 6 kan orienteras biaxiellt, är mycket snävt och ligger mel- lan den kristallina smältpunkten (Tm) och ca lO°C därun- der. I praktiken kan temperaturomràdet vara ändå snävare och t ex av storleksordningen någon eller några grader Celsius. För att åstadkomma en jämn orientering som nämnts ovan och tillfredsställande dimensionstoleranser bör även temperaturskillnaderna i det aktuella rörmaterialet inte överstiga i storleksordningen en, alternativt några, gra- der Celcius.

Det inses att det i praktiken är svårt att inreglera plastmaterialets temperatur så exakt att den ligger i det snäva temperaturintervall, inom vilket biaxiell oriente- ring är möjlig, och även så likformigt att hela plastmate- rialet har samma temperatur. En sådan noggrann temperatur- reglering kräver komplicerad och dyrbar temperaturregle- ringsutrustning för inställning av rörets temperatur till önskat värde.

Eftersom plast i allmänhet har dålig värmelednings- förmåga och plaströr ofta har en relativt kraftig vägg- tjocklek, som i många fall uppgår till ungefär 1/10 av rördiametern eller mer, dvs ca 25 mm eller mer vid en dia- meter av 250 mm, tar dessutom den ovannämnda, noggranna temperaturregleringsprocessen avsevärd tid i anspråk, vil- ket medför en tidsödande process och låg produktionshas- tighet.

Den spänning som krävs i rörväggen för att åstadkomma orienteringen uppvisar vanligtvis ett starkt temperatur- beroende hos polyolefinplaster vilket beroende på oriente- ringsmetod även kan medföra en mer komplicerad och dyrare utrustning för kraft/spänningsreglering.

Ett ytterligare problem i sammanhanget är, att när väl rörets temperatur inreglerats på rätt värde och den biaxiella orienteringen genomförts, så måste rörets tempe- ratur sänkas med en sådan hastighet att man undviker, eller minimerar, en relaxation av den biaxiella oriente- ringen, dvs i princip så snabbt som möjligt. Kraven på en snabb temperatursänkningshastighet är därmed större vid 505 932 7 temperaturer nära orienteringstemperaturen än vid lägre temperaturer. För att bibehålla orienteringen kan det t ex vara nödvändigt att använda snabbkylningsförfaranden som utnyttjar direktkontakt med ett kylmedium av typen flytan- de kväve eller liknande. Det kan också vara nödvändigt att använda både invändig och utvändig kylning. Med hänsyn till den ovannämnda dåliga värmeledningsförmågan hos plastmaterial, kan det vara svårt att i praktiken uppnå en så snabb avkylning av plaströret att orienteringen bibe- hålles i tillräcklig omfattning.

Samtliga ovannämnda problem och begränsningar medför att en biaxiell eller periferiell orientering endast kan ske inom snäva processbetingelser, med kostsam produk- tionsutrustning samt med låg produktionshastighet, vilket medfört att metoden inte blivit kommersiellt intressant i större skala.

Föreliggande uppfinning avser att minska eller elimi- nera de ovan beskrivna problemen. Detta uppnås på det sätt som framgår av de efterföljande patentkraven. Närmare be- stämt avser uppfinningen användning av åtminstone par- tiellt förnätad polyolefinplast, som valts bland eten- plast, propenplast eller butenplast och som orienterats biaxiellt, som material för tryckrör, med villkor att tryckröret är avsett för transport av gas om polyolefin- plasten utgöres av etenplast.

I detta sammanhang skall den svenska patentansökan SE 9503272-8, som inlämnades den 20 september 1995 och som blev allmänt tillgänglig den 20 mars 1997, nämnas. Denna patentansökan hänför sig till förbättrade extruderade ihåliga produkter och bland annat beskrivs biaxiellt orienterade rör framställda av åtminstone delvis tvär- bunden olefin(sam)polymer, såsom polyeten. SE 9503272-8 avslöjar emellertid inte användning av åtminstone par- tiellt förnätad etenplast, som orienterats biaxiellt, som material för tryckrör avsedda för transport av gas, såsom naturgas. Inte heller avslöjar SE 9503272-8 användning av åtminstone partiellt förnätad propenplast eller 5Ûd5 932 8 butenplast, som orienterats biaxiellt, som material för tryckrör.

Genom att vid den biaxiella orienteringen utnyttja en partiellt förnätad polyolefinplast begränsas temperaturen för den periferiella orienteringen inte av materialets kristallina smältpunkt (Tm), utan även högre temperaturer kan användas för att genomföra orienteringen. Det förhål- landet att temperaturintervallet för genomförande av den biaxiella orienteringen vid uppfinningen är avsevärt vid- gat i förhållande till tidigare teknik, innebär en stor fördel, eftersom det vid de högre temperaturerna erfordras mindre kraft för att orientera materialet, dvs mindre komplicerad utrustning kan användas och kostnaden för orientering blir lägre. Vidare behöver inte temperaturin- ställningen av plastmaterialet för orienteringen vara lika noggrann som vid tidigare teknik. Detta på grund av att de krafter som krävs för orienteringsförfarandet är mindre temperaturberoende om förnätningsgraden och temperatur- nivàerna väljes pà lämpligt sätt och orienteringen däri- genom sker likformigt i rörkonstruktionen, vilket medför att orienteringen kan göras snabbare, enklare och med mindre komplicerad och billigare utrustning. Beroende på materialets förnätning, som bidrar till en låsning av strukturen, kan även den efterföljande kylningen efter den biaxiella orienteringen göras mindre kritisk än vid tidi- gare teknik. Detta innebär att den efterföljande kylningen av materialet inte behöver vara lika snabb som tidigare, vilket i sin tur innebär att kylningen kan göras enklare och därmed billigare.

Såsom nämnts tidigare, är föreliggande uppfinning be- gränsad till polyolefinplast. Härmed avses homopolymerer av olefiner, företrädesvis alfa-olefiner, eller sampolyme- rer därav med minst en annan, sampolymeriserbar eteniskt omättad monomer. Med sampolymerer avses sålunda även poly- merer som förutom eten innehåller två (terpolymerer) eller flera andra sammonomerer. Med polyolefinplast avses även polymerblandningar, vari huvuddelen, dvs minst 50 vikt%, 505 932 9 består av polyolefinplast, medan resten av polymerbland- ningen utgöres av en annan polymer, såsom ett termoplas- tiskt material. Polyolefinplasten väljs bland etenplast, dvs plast baserad på polyeten eller på sampolymerer av eten, vari etenmonomeren utgör den största delen av massan; propenplast, och butenplast (vilka plaster defi- nieras på motsvarande sätt som etenplast). Den för närva- rande mest föredragna polyolefinplasten är etenplast och då i synnerhet etenplast av typ PE-MD och PE-HD. Dylika plaster är i och för sig kända och varken de eller deras framställning utgör någon del av föreliggande uppfinning.

Det är även i och för sig känt att förnäta polyole- finplaster, såsom etenplast. Sådan förnätning kan åstad- kommas på flera olika sätt, såsom strålningsförnätning, peroxidförnätning, förnätning med förnätningsbara grupper, jonomerförnätning, eller kombinationer av sådana förfa- randen. Vid strålningsförnätning sker förnätningen genom att plasten bestrålas med högenergistrålning, såsom elekt- ronstrålning, medan vid peroxidförnätning förnätning sker genom tillsättning av peroxidföreningar, såsom dikumyl- peroxid, som bildar fria radikaler. Vid förnätning med förnätningsbara grupper införes reaktiva grupper i plas- ten, vilka grupper reagerar med varandra under utvecklande av kovalenta bindningar. Ett särskilt exempel på sådana reaktiva grupper är silangrupper, som införes i plasten genom ymppolymerisation eller, förträdesvis, sampolymeri- sation, och som i närvaro av vatten och en silanolkonden- sationskatalysator hydrolyseras under avspaltning av alko- hol och bildning av silanolgrupper, som sedan reagerar med varandra genom en kondensationsreaktion under avspaltning av vatten. Vid jonomerförnätning innehåller plasten joni- serbara grupper, som reagerar med flervärda, joniska för- nätningsreagens under utvecklande av jonbindningar.

Uppfinningen är inte begränsad till någon särskild typ av förnätning, utan varje lämpligt förfarande, som åstadkommer förnätning av polyolefinplasten, kan användas. 505 952 10 Vid uppfinningen är det väsentligt att plaströret är åtminstone partiellt förnätat innan den biaxiella oriente- ringen utföres. Om röret inte vore förnätat när den bi- axiella orienteringen utföres måste denna genomföras under samma betingelser som enligt tidigare teknik, dvs inom det snäva temperaturintervall som angivits ovan, och inga för- delar enligt uppfinningen skulle uppnås. Om röret däremot är förnätat vid orienteringen bidrar förnätningen till materialets struktur som annars upprätthålles av främst materialets kristaller. Genom förnätningen utgör sålunda materialets kristallina smältpunkt inte längre någon kritisk övre gräns för orienteringen, utan orienteringen kan genomföras vid temperaturer över den kristallina smältpunkten. Detta innebär att temperaturintervallet vidgas uppåt, vilket medför enklare temperaturreglering av orienteringsförfarandet, och även att materialet kan er- bjuda mindre motstånd mot orienteringen, dvs det krävs mindre kraft för orienteringen. Förnätningen motverkar även det lokala deformationsbeteende som ovan nämnts, exemplifierat som midjebildning och lokal uppblåsning av röret i ett orienteringsförfarande baserat på inre flui- dumtryck, vid temperaturer under den kristallina smält- punkten varigenom temperaturintervallet även vidgas nedåt.

Förnätningen gör även att kraven på tempereringsnoggrann- het minskar dels ovan den kristallina smältpunkten då kraften som krävs för för orienteringsförfarandet van- ligtvis uppvisar ett mindre temperaturberoende dels under den kristallina smältpunkten då det lokala plasticerings- och deformationsbeteendet som nämnts ovan dämpas.

Den vidgning av temperaturintervallet, dvs den ökning i temperatur över den kristallina smältpunkten resp sänk- ning i temperatur under den kristallina smältpunkten, som är möjlig vid orienteringen beror av plastmaterialets för- nätning. Vidgningen av temperaturintervallet ökar med ökande förnätningsgrad upp till det förnätade plastmate- rialets smältpunkt, medan utvidgning av temperaturinter- vallet därutöver är relativt oberoende av förnätningsgra- 505 932 ll den förutsatt att förnätningsgraden har överskridit en specifik nivå som beror av materialtyp, förnätningssätt etc. Förnätningsgraden definieras härvid som plastmateria- lets andel av olösligt material (exklusive eventuellt fyllmedel) mätt genom extraktion med dekalin enligt meto- den ASTM D 2765, med undantag av att extraktionen med dekalin efter 6 h fortsättes ytterligare 1 h i ren, kokan- de dekalin. I princip kan plastmaterialet vara förnätat till det aktuella materialets högsta möjliga förnätnings- grad vid orienteringen, men detta kan medföra att materia- let blir sprödare (lägre brottöjning) eller att det möjli- gen gör oönskat högt motstånd mot orienteringen. Det är således nödvändigt att materialet uppvisar en viss minsta dragbrottöjning för att materialet skall kunna orienteras till önskad nivå. Av denna och ovanstående anledningar föredrages det att plastmaterialet endast är partiellt förnätat vid orienteringen.

Lämplig orienteringsgrad, varmed avses töjningsdefor- mationen (förlängning/utgángslängd), i periferiell led, för att uppnå relevanta egenskapsförbättringar för rör- applikationer, är företrädesvis ca 25-300%, mera föredra- get 50-200%, och mest föredraget 75-150%. För den skull skall materialet ha en dragbrottöjning vid orienterings- temperaturen som är åtminstone lika med den valda orien- teringsgraden. I axiell led krävs normalt inte samma orienteringsgrad beroende på att belastningen på grund av ett inre övertryck normalt är lägre i rörets axiella led.

Den axiella orienteringsnivån bestämmes således på sådant sätt att de fysikaliska- och mekaniska egenskaperna i axiell led inte blir begränsande i jämförelse med för- stärkningen i periferiell led, med beaktande av det aktuella belastningsfallet och typen av orienteringspro- cess.

Lämpligen har plastmaterialet före orienteringen en förnätningsgrad av minst ca 10% och likaså lämpligen en förnätningsgrad av högst ca 90%. Inom detta område, dvs ca 10-90%, företrädesvis ca 20-50% förnätningsgrad väljes 505 952 12 lämplig förnätningsgrad dels utifrån spännings-töjnings- kurvans utseende i periferiell led, och i förekommande fall i axiell led, så att ett markant maximum undvikes, och dels så att en för orienteringsförfarandet tillräcklig brottöjning erhålles.

När plaströret orienterats biaxiellt "låses" den bi- axiellt orienterade strukturen genom att röret kyls.

Eftersom förnätningen bidrar till låsningen av strukturen behöver kylningen inte vara lika snabb som enligt tidigare teknik efter orientering vid motsvarande betingelser.

Sålunda kan kylningen vid uppfinningen varieras från snabb kylning, t ex med hjälp av tryckluftflöde och vattenspray, till självsvalning i luft utan att de olika kylningsför- farandena medför några märkbara skillnader förstärknings- mässigt hos materialet. För att en förstärkning av röret skall erhållas förutsättes härvid att det biaxiellt orien- terade röret förhindras att helt återgå till tillståndet som förelåg före orienteringsförfarandet. För att åstad- komma ytterligare låsning av strukturen och motverka eventuell risk för relaxation av orienteringen, t ex vid uppvärmning av plaströret, föredrages det särskilt vid uppfinningen att förnäta röret ytterligare efter den bi- axiella orienteringen. Generellt kan den efterföljande förnätningen förlöpa till det aktuella materialets högsta möjliga förnätningsgrad. Företrädesvis innebär den efter- följande förnätningen att röret förnätas till åtminstone den förnätningsgrad som anges i DIN 16 892, dvs för per- oxidförnätade rör 75%, för silanförnätade rör 65%, för strålningsförnätade rör 60%, samt för azoförnätade rör 60%.

Förnätningen av plaströret påbörjas sålunda före den biaxiella orienteringen och lämpligen efter extruderingen av röret, företrädesvis omedelbart före den periferiella orienteringen. En förnätningsstation för åstadkommande av förnätning på något av de tidigare beskrivna sätten place- ras följaktligen mellan extrudern och anordningen för periferiell orientering av röret. Om efterförnätning av 505 932 13 röret utföres för att åstadkomma ytterligare låsning av strukturen, såsom särskilt föredrages vid uppfinningen, anordnas en efterförnätningsstation efter anordningen för periferiell orientering av röret och företrädesvis efter, eller i samband med, den därpå följande kylanordningen.

Det framhålles att förnätningen även kan genomföras som en kontinuerlig process, varvid förnätningen påbörjas före orienteringen av röret och fortsätter under själva orienteringsförfarandet för att avslutas först efter det att orienteringen slutförts.

Det skall i detta sammanhang nämnas att förfarandet för framställning av tryckröret kan genomföras som ett diskontinuerligt eller satsvis förfarande, men företrädes- vis genomföres som ett kontinuerligt förfarande.

Den ovan angivna vidgningen av temperaturintervallet vid den biaxiella orienteringen är såsom nämnts, beroende av plastmaterialets förnätningsgrad. Den biaxiella orien- teringstemperaturen vid uppfinningen uppgår allmänt till ca 20°C under, respektive ca 40°C eller mer över materia- lets kristallina smältpunkt (Tm). Företrädesvis genomföres orienteringen vid uppfinningen inom ett temperaturinter- vall från ca l5°C under Tm och upp till ca 30°C över Tm, mera föredraget från ca 10°C under Tm och upp till ca 20°C över Tm, och mest föredraget från ca 5°C under Tm och upp till ca 10°C över Tm. Orientering vid temperaturer över Tm dvs ca 0-40°C, företrädesvis ca O-30°C, mera föredraget ca 0-20°C, och mest föredraget ca 0-10°C över Tm, utgör en särskild aspekt av föreliggande uppfinning.

Vid den ovan angivna beskrivningen av uppfinningen har utgåtts från att plaströret är homogent, dvs i sin helhet utgöres av ett och samma material. Det är emeller- tid även möjligt att tillämpa uppfinningen 1) på samman- satta rör, dvs rör som har en flerskiktad uppbyggnad och som består av två eller fler skikt av olika plastmaterial, varvid åtminstone ett av skikten utgöres av delvis förnä- tad polyolefinplast enligt ovan, samt 2) på rör framställ- da av blandmaterial, där huvuddelen av materialet består 505 932 14 av polyolefinplast, alternativt 3) kombinationer av 1) och 2).

För att ytterligare underlätta förståelsen av uppfin- ningen ges nedan några utföringsexempel, vari alla delar avser vikt, såvida ej annat anges. Det inses att exemplen endast är avsedda att belysa uppfinningen och ej att be- gränsa dess omfattning pà något sätt.

Exempel 1 Rör med en ytterdiameter av 63 mm och en väggtjocklek av 12,3 mm framställdes på konventionellt sätt av högden- sitetspolyeten (PE-HD, densitet 940-950 kg/m3) med en ext- ruder. Med utnyttjande av olika, kända förnätningsmetoder förnätades rören till olika förnätningsgrad, vilken be- stämdes enligt den modifierade ASTM-metod D2765, som angivits tidigare. De olika förnätningsmetoderna anges närmare i samband med tabell 1. Efter förnätningen orien- terades rören biaxiellt vid 140°C med hjälp av ett upp- blàsningsförfarande på följande sätt: varje rör monterades i en fast och en rörlig rörkoppling. Röret blåstes upp med hjälp av inre övertryck mot ett yttre stödrör av metall.

Härigenom åstadkoms periferiell orientering. Samtidigt matades den rörliga kopplingen bort från den fasta rör- kopplingen så att rörets längd ökade. Efter en viss sträcka stoppades den rörliga rörkopplingen. På detta sätt åstadkoms både periferiell och axiell orientering av röret. Direkt efter orienteringen spolades tryckluft av rumstemperatur (25°C) genom röret och vattendimma med en temperatur av 10°C sprayades över det yttre stödröret.

Orienteringsgraden i rörets periferiella led var 107% och orienteringsgraden i rörets axiella led var 18%. Den er- hållna styrkeförbättringen analyserades med hjälp av drag- provning vid 23°C i rörets periferiella led (provnings- metod ASTM D2290) respektive rörets axiella led (prov- ningsmetod ISO 527-2). Den högsta erhållna spänningen på dragprovkurvan noterades och styrkeförbättringen i för- hållande till oorienterat tillstånd beräknades. Resultaten anges i tabell 1. 505 932 15 Tabell 1 Erhállen styrkeför- bättring Förnät- Perife- Längsled Mate- ningsgrad riellt rial Förnätningsmetod (%) (%) (%) Ps-HD o,3% s11an(1) se 15 -1 ps-nn o,4% s11an(1) 50 55 13 PE-nn 0,23% perox1d(2) so 22 PE-nn ø,27% perox1a(2) 42 35 s P2-nn 0,35% perox1a(2) eo 105 25 PE-HD 50 kGy stràlning(3) 37 18 -3 PE-nn 75 key stra1n1ng(3) 42 37 5 PE-nn 105 key scra1n1ng(3) 49 45 10 PE-HD 210 kGy strálning(3) 56 132 27 (1) Silanförnätningen och dess olika förnätningsgrader er- hölls genom att olika halter av vinyltrimetoxisilan, VTMS, graftades pà materialet före extruderingen.

Efter extruderingen förnätades rören i vattenbad. (2) Peroxidförnätningen och dess olika förnätningsgrader erhölls genom att materialet tillfördes olika halter dikumylperoxid före extruderingen. Efter extrudering förnätades rören i ugn. (3) Stràlningsförnätningen och dess olika förnätningsgra- der erhölls genom att rören bestrálades med olika doser betastràlning efter extruderingen.

Exemgel 2 Rör med en ytterdiameter av 32 mm och en väggtjocklek av 5 mm framställdes på motsvarande sätt som i exempel 1, men med användning av en PE-HD/jonomerpolymerblandning (vo viktæ PE-nn, densitet 945 kg/m3 och 30 v1kt% eten-met- akrylsyrajonomer, densitet 930 kg/m3). Rören orienterades biaxiellt på samma sätt som i exempel 1, varvid oriente- ringen i periferiell led var 90% och orienteringen i axiell led var 20%. Styrkeförbättringen analyserades med 505 932 16 hjälp av dragprovning vid 23°C på samma sätt som i exempel 1 och uppmättes i periferiell led till 35% och i axiell led till 6%.

Exempel 3 Provkroppar från fyra olika rörmaterial undersöktes beträffande kraftbehovet vid orientering vid olika tempe- raturer. Provkropparna erhölls från följande rörmaterial: 1) Provkropp från rör av oförnätad PE-HD (densitet 945 kg/m3) med en ytterdiameter av 63 mm och en vägg- tjocklek av 12,3 mm. 2) Provkropp fràn rör av stràlningsförnätad PE-HD med en förnätningsgrad av 49%, mätt enligt den ovan nämnda modifierade ASTM-metoden D2765. Rörets ytterdiameter var 63 mm och väggtjockleken 12,3 mm. 3) Provkropp från rör av stràlningsförnätad PE-HD med en förnätningsgrad av 56%, mätt enligt ovan nämnda, modi- fierade ASTM-metod D2765. Rörets ytterdiameter var 63 mm och väggtjockleken var 12,3 mm. 4) Provkropp frán rör av PE-HD/jonomerpolymerblandning (70 vikt% PE-HD, densitet 945 kg/m3, och 30 vikt% eten- -metakrylsyrajonomer, densitet 930 kg/m3). Rörets ytterdiameter var 63 mm och väggtjockleken var 12,3 mm.

Provkropparna orienterades enaxligt med användning av en dragprovningsapparat och kraftbehovet som funktion av orienteringstemperaturen vid en orienteringshastighet av ca 0,01 s_l tet i form av den maximala kraften som funktion av orien- registrerades. I figur 1 presenteras resulta- teringstemperaturen som noterades upp till 100% töjning.

Det skall nämnas att kraftskalan har normaliserats med hänsyn till egenskaperna i det oförnätade materialet vid 120°C, Såsom framgår av fig 1 kan man vid förnätade polymermate- dvs vid dessa betingelser är kraften satt till l. rial enligt uppfinningen orientera materialet vid högre temperaturer än vad som är möjligt vid oförnätade mate- rial, och orienteringen kan dessutom ske med användning av lägre kraft. Av fig 1 framgår vidare att det vid en speci- fik deformationshastighet endast är polymermaterialets 505 932 17 tvärbindning som påverkar kraftbehovet vid orientering över polymermaterialets kristallina smältpunkt.

Exempel 4 Provkroppar uttogs ur ett oorienterat rör av PE-HD (densitet 945 kg/m3), som strålningsförnätats till en förnätningsgrad av 49%. Med hjälp av en dragprovningsappa- rat orienterades provkropparna enaxligt vid l40°C och en orienteringshastighet av ca 0,01 s_1 till olika oriente- ringsgrader, som var 78%, 138% och 222%. En oorienterad provkropp utgjorde referens. Styrkeförbättringen, mätt enligt ISO 527-2, bestämdes sedan och resultaten framgår av fig 2. Såsom kan noteras från fig 2, ger låga orien- teringsgrader lägre flytspänning samt högre brottspänning. Över en viss orienteringsgrad ökar både flytspänningen och brottspänningen. Motsvarande försök utförda med provkrop- par av samma PE-HD, men med en förnätningsgrad av 56%, uppvisade ett likartat beteende, varvid en orienterings- grad av 244% gav en styrkeförbättring av 151%.

Exempel 5 Provkroppar uttogs från ett oorienterat rör av PE-HD (densitet 945 kg/m3), som strålningsförnätats till en för- nätningsgrad av 49%. Med hjälp av en dragprovningsapparat orienterades provkropparna enaxligt vid olika temperaturer till en orienteringsgrad av 100% och den erhållna styrke- förbättringen bestämdes (prcvningsmetod ISO 527-2). Orien- teringshastigheten var ca 0,01 s_1 . Resultaten anges i tabell 2. Av resultaten i tabell 2 framgår att oriente- ringen kan utföras inom ett brett temperaturintervall.

Detta visar skillnaden mellan uppfinningen och den tidi- gare tekniken, vid vilken biaxiell orientering av plaströr utförts inom ett mycket snävt temperaturintervall. Vidare framgår det av tabell 2 att styrkeförbättringen är rela- tivt oberoende av orienteringstemperaturen. 505 952 18 Tabell 2 Orienteringstemperatur (°C) Styrkeförbättring (%) 130 61 140 62 150 63 160 61 170 59 Exemgel 6 Provkroppar uttogs från ett oförnätat och oorienterat rör av PE-HD-material (densitet 945 kg/m3) med en ytter- diameter av 63 mm och en väggtjocklek av 12,3 mm. Prov- kropparna betecknades A och B. Provkropparna strálnings- förnätades till en förnätningsgrad av 55%. Med hjälp av en dragprovningsapparat orienterades provkropparna därefter enaxligt vid 140°C till en orienteringsgrad av 120%.

Orienteringshastigheten var ca 0,01 s'l. Efter oriente- ringen förnätades provkropparna B ytterligare till en total förnätningsgrad av 80%. Provkropparnas längd före orienteringen var 50 mm och efter orienteringen 110 mm.

Provkropparnas krympning bestämdes därefter genom att de lades pá en bädd av talk vid 140°C under 15 min varefter provkropparnas längd uppmättes. Vidare analyserades styrkeförbättringen medelst dragprovning vid 23°C enligt ISO 527-2, varvid dragprovningen utfördes på provkroppar som ej krympprovats. Styrkeförbättringen beräknades uti- frán den högsta erhållna dragspänningen pà dragprovkurvan i förhållande till det orienterade materialet. I tabell 3 anges resultatet av krympprovningen samt styrkeförbätt- ringen.

Tabell 3 Förnät- Längd före Längd efter Styrkeför- Längd efter ningsgrad orientering orientering bättring krymptest A 55% 50 mm 110 mm 128% 51 mm B 80% 50 mm 110 mm 127% 109 mm 505 932 19 Resultaten i tabell 3 indikerar den förbättrade dimensionsstabilitet vid förhöjd temperatur som erhålles med användning av efterförnätning. Det skall dock under- strykas att l40°C inte är exempel pà en normal använd- ningstemperatur, utan utgör en onormalt hög temperatur.

Claims (9)

505 952 20 PATENTKRAV

1. Användning av åtminstone partiellt förnätad poly- olefinplast, som valts bland etenplast, propenplast eller butenplast och som orienterats biaxiellt, som material för tryckrör, med villkor att tryckröret är avsett för trans- port av gas om polyolefinplasten utgöres av etenplast.

2. Användning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att tryckröret har en flerskiktad uppbygg- nad, varvid åtminstone ett av skikten utgöres av den åtminstone partiellt förnätade polyolefinplasten.

3. Användning enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att den åtminstone partiellt för- nätade polyolefinplasten väljs bland etenplast och propen- plast.

4. Användning enligt något av kraven 1-3, k ä n - n e t e c k n a d därav att polyolefinplasten är full- ständigt förnätad.

5. Användning enligt något av de föregánede kraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att polyolefinplasten formats till ett rör, temperaturreglerats, orienterats i axiell och perifiell led och kylts, och att polyolefin- plasten i röret förnätats åtminstone partiellt före den periferiella orienteringen.

6. Användning enligt kravet 5, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den periferiella orienteringen skett i ett temperaturintervall, vars övre gräns ligger över polymermaterialets kristallina smältpunkt.

7. Användning enligt något av kraven 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att polyolefinplasten i röret förnätats ytterligare efter den periferiella orien- teringen.

8. Användning enligt kravet 7, k ä n n e t e c k - n a d därav, att polyolefinplasten i röret förnätats ytterligare vid en temperatur över polymermaterialets kristallina smältpunkt efter den periferiella oriente- ringen. 505 932 21

9. Användning enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att tryckröret är avsett för transport av naturgas.