CH357188A - Verfahren zur Verfestigung von Rohren und Hohlkörpern aus unsubstituierten oder substituierten Polyolefinen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Verfestigung von Rohren und Hohlkörpern aus unsubstituierten oder substituierten Polyolefinen
Es ist bekannt, dass die mechanischen Eigenschaften von thermoplastischen Kunststoffen durch Recken im warmformbaren thermoplastischen Temperaturbereich verbessert werden können. So wird beispielsweise das spröde Polystyrol durch diese Behandlung   ziih;    Polyvinylchlorid wird ebenfalls zäher und erfährt eine Festigkeitssteigerung in der Reckrichtung.



   Auf dieser   Erscheimmg    beruhen viele   Verfahren,    wie z. B. die Verstreckung der Chemiefasern oder die Verbesserung der Zähigkeit und Festigkeit von Rohren oder anderen Hohlkörpern durch Aufblasen im warmformbaren Temperaturbereich.



   Bei der Reckung der Kunststoffe tritt in vielen Fällen eine örtliche Einschnürung (sogenannte Neckbildung) auf, die, sobald sie einmal gebildet ist, so lange weiter fortschreitet, bis sie die gesamte Länge des Probestabes erfasst hat.



   Der so verstreckte Probestab besitzt dann die gewünschten, verbesserten mechanischen Eigenschaften. Im Zugdehnungsdiagramm äussert sich die Neckbildung durch ein Absinken und anschliessendes mehr oder weniger langes Konstantbleiben der Zugkraft (vergleiche Fig. 1, Kurve a). Bei der Faserverstrekkung oder allgemein bei der Verstreckung von stabförmigen Körpern in einer Richtung stört diese Neckbildung nicht.



   Ein störungsfreies Aufweiten bzw. Blasen von Hohlkörpern oder Rohren gelingt jedoch nur dann, wenn die Neckbildung vermieden wird. Andernfalls erfolgt die Aufweitung nämlich nicht gleichmässig über den ganzen Querschnitt, sondern es bilden sich örtliche Blasen, die bei weiterer Drucksteigerung aufreissen.



   Viele thermoplastische Kunststoffe, beispielsweise Polystyrol und Polyvinylchlorid, zeigen die Neckbildung nur im Bereich der tieferen Temperaturen, während sie schon bei mässiger Temperaturerhöhung verschwindet. Die Zugdehnungskurve zeigt dann den Verlauf der   Kurve    b in Fig. 1 (es tritt kein Maximum mehr   auf).    Bei diesen Kunststoffen macht das Aufweiten von Rohren zur Ausbildung einer genügend starken Orientierung bzw. Verfestigung keine   Schwic-    rigkeiten.



   Bei einer anderen Gruppe von Kunststoffen, beispielsweise Polyäthylen und strukturell verwandten Polymerprodukten, verschwindet die Neckbildung erst bei viel höheren Temperaturen, z. B. bei Niederdruckpolyäthylen am Kristallitschmelzpunkt, der je nach Polymerisationsgrad zwischen 125 und   128     liegt. Deshalb wird auch die Herstellung von Flaschen, Formlingen und Folien aus diesem Polyäthylen nach dem Blasverfahren oberhalb des genannten Temperaturbereichs durchgeführt. Ein Nachteil dieser Arbeitsweise besteht darin, dass bei diesen Temperaturen keine oder nur eine unwesentliche Festigkeitssteigerung des Materials erreicht wird.



   Es wurde nun gefunden, dass nach dem Blasverfahren verfestigte Rohre und andere Hohlkörper aus unsubstituierten oder substituierten Polyolefinen oder eventuell strukturell verwandten Polymerprodukten erhalten werden, wenn die Aufweitung bei Temperaturen durchgeführt wird, bei denen eine Neckbildung gerade nicht mehr auftritt.



   Diese Temperatur lässt sich für einen bestimmten Kunststoff in einfacher Weise dadurch ermitteln, dass an mehreren Probestäben dies Kunststoffmaterials Zugdehnungskurven bei verschiedenen Temperaturen auf  genommen werden. Diejenige Temperatur, bei der der Verlauf der Kurve a in denjenigen der Kurve b (vergleiche Fig. 1) übergeht, wird als Arbeitstemperatur für das erfindungsgemässe Verfahren ausgewählt (das heisst imZugdehnungsdiagramm darf kein Maximum mehr auftreten). Im Diagramm der Fig. 2 sind die bei verschiedenen Temperaturen an Stäben aus Niederdruckpolyäthylen, das nach dem Zieglerverfahren (Angew. Chemie 67   L19S53    541) hergestellt wurde, gemessenen Zugdehnungswerte aufgetragen.



   Das Verfahren kann kontinuierlich und diskontinuierlich   durchgeführt    werden. Sollen einzelne Rohrstücke aufgeweitet und verfestigt werden, so erwärmt man diese in einem Heizaggregat auf die erfindungsgemässe Arbeitstemperatur. führt sie anschliessend in den Innenraum eines zylindrischen Kühlmantels, der einen bestimmten Innendurchmesser hat, und weitet sie dort, beispielsweise durch Anwendung von Innendruck, auf. Dabei legt sich das aufgeweitete und verfestigte Rohr an die Innenwand des Kühlmantels an.



   Eine andere beispielsweise Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass man die den Extruder verlassenden Rohre oder Hohlkörper z. B. aus Niederdruckpolyäthylen, die sich noch im warmplastischen Zustand befinden, in Kühlsystemen auf die erfindungsgemässe Temperatur abkühlt und, wie bereits beschrieben, aufweitet. Wegen des dabei auftretenden Unterkühlungseffektes erfolgt die Kristallisation unter Umständen bei einer Temperatur, die etwas niedriger liegt als der beim Erwärmen des kalten Materials beobachtete Kristallitschmelzpunkt. Insofern wird dann auch die erfindungsgemässe Arbeitstemperatur entsprechend erniedrigt. Selbstverständlich können die den Extruder verlassenden Gegenstände auch zunächst bis unter die Aufweitungstemperatur und anschliessend wieder auf diese erwärmt und wie oben beschrieben, weiterbehandelt werden.



   Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es vorteilhaft, dass die bei den bekannten Blasverfahren verwendeten Heizvorrichtungen, die auch für das vorliegende Verfahren verwendet werden, hinsichtlich ihrer Regelbarkeit und Gleichmässigkeit der Temperaturen wesentlich verbessert werden.



   Als für die Verarbeitung nach dem erfindungsgemässen Verfahren in Frage kommenden Kunststoffmaterialien seien beispielsweise genannt: Polyäthylen, vorzugsweise Niederdruckpolyäthylen, Polypropylen (hergestellt nach   dem    Niederdruckverfahren), Mischpolymerisate des Athylens und Propylens und Polymermischungen der genannten Polymerisate untereinander oder mit anderen Polymerisaten, beispielsweise Polyvinylchlorid. Vorzugsweise werden die nach dem bekannten   Niederdruckverfahren    (Ziegler) hergestellten Polyolefine verwendet. Selbstverständlich lassen sich für das erfindungsgemässe Verfahren auch solche Polyolefine verwenden, die   nachchloriert    sind. Nach dem vorliegenden Verfahren lässt sich jeder beliebige Grad der Aufweitung zu Rohren bzw. Verfestigung dieser Rohre erzielen.



   Die nach diesem Verfahren verfestigten Rohre oder Hohlkörper ergeben nicht nur einen höheren Berstdruck, sondern auch eine wesentlich höhere Dauerstandfestigkeit gegen Innendruckbeanspruchung.



  Ausserdem wird die bei höheren Temperaturen bei manchen Kunststoffen auftretende Spannungsrissbildung weitgehend unterdrückt.



   Beispiel 1
Ein Niederdruckpoiyäthylenrohr mit 32 mm Aussendurchmesser und 4 mm Wanddicke, das genau auf   126     erwärmt ist, wird durch Innendruck gegen einen zylindrischen Kühlmantel (200) von 65 mm Innendurchmesser aufgeweitet. Die Aufweitung erfolgt in einem flachkonischen   Übergangs stück;    eine Längsreckung wird durch gleiche Einlauf- und Abzugsgeschwindigkeit vermieden. Das so erhaltene Rohr hat eine Wanddicke von etwa 2 mm, eine Festigkeit von 400 kg/cm2 in Umfangsrichtung und etwa unver änderte Festigkeit (200   kg/cm2)    in Längsrichtung.



  Durch die Aufweitung erfolgte somit eine Erhöhung der Festigkeit in Umfangsrichtung um   100 O/o.   



   Beispiel 2
Ein Rohrstück aus Niederdruckpolyäthylen mit 32 mm Aussendurchmesser und 4 mm Wanddicke, das eine Festigkeit von 220   kg'cm    besitzt, wird unter den angegebenen Bedingungen aufgeweitet, wobei jedoch die Aufweitung nicht konisch, sondern ballig (halbkugelähnlich) erfolgt. Das Rohr erhält dabei eine etwas grössere Abzugsgeschwindigkeit, wodurch ausser der Umfangsreckung auch eine Längsreckung bewirkt wird. Die erhaltene Wanddicke beträgt etwa 1 mm und die Festigkeit etwa 400   kg, cm2    in beiden Richtungen.



   Beispiel 3
Ein Rohrstück derselben Ausmasse wie in Beispiel 1, das aus einer Polymermischung aus Polyvinylchlorid und chloriertem Niederdruckpolyäthylen hergestellt ist, wird wie im Beispiel 1 bei 650 aufgeweitet und erhält dabei eine Festigkeit von 600   kg,'cm2    in Umfangsrichtung bei etwa unveränderter Festigkeit in Längsrichtung (300   kg/cm > ).      

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Verfestigung von Rohren und Hohlkörpern aus unsubstituierten oder substituierten Polyolefinen, wobei die erwärmten Rohre oder Hohlkörper aufgeweitet und anschliessend abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aufweitung bei einer Temperatur durchführt, bei der eine sogenannte Neckbildung gerade noch vermieden wird, das heisst, dass das verwendete Material im Zugdehnungsdiagramm kein Maximum mehr aufweist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung unter Anwendung von l Innendruck durchgeführt wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, wobei die Rohre oder Hohlkörper einen Extruder im warmpla stischen Zustand verlassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Presslinge auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der während der anschliessenden Aufweitung eine Neckbildung gerade noch vermieden wird.

   3. Verfahren nach den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Niederdruckpolyäthylen als Herstellungsmaterial verwendet wird.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweiten bei der Temperatur des Kristallitschmelzpunktes erfolgt.

   5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlkörper, in denen Polyolefine mit anderen Kunststoffen gemischt sind, aufgeweitet werden.