DE10120620A1 - Mehrschichtiges Kunststoffrohr - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Kunststoffrohr, insbesondere zum Transport von fluiden Medien im Heizungs- und Sanitärbereich. Um ein mehrschichtiges Kunststoffrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe mechanische Festigkeit und Längenstabilität sowie einen hohen Widerstand gegen Gasdiffusion aufweist, ist mindestens eine der Schichten als Mehrstoffschicht aus einem polymeren Kunststoff und darin eingebettetem, als Füller aufbereitetem Nanoclay (Montmorillonites) ausgebildet.

Description

die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Kunststoffrohr, insbesondere zum Transport von fluiden Medien im Heizungs- und Sanitärbereich.

Derartige Kunststoffrohre sind bereits aus der DE 299 06 035 U1 bekannt. Diese Rohre weisen zwar eine ausreichende mecha­ nische Festigkeit auf, die zur Herstellung der Rohre verwen­ deten Kunststoffe lassen jedoch insbesondere bei hohen Tem­ peraturen der innerhalb der Rohre geführten Medien die Dif­ fusion von Gasen aus der das Rohr umgebenden Luft in das flüssige Medium zu.

So kann beispielsweise die Diffusion von Sauerstoff in das in der Leitung angeordnete Medium zu einer Korrosion der Oberflächen von metallischen Bauteilen führen, die innerhalb eines Leitungssystems angeordnet sind. Die sich in der Folge ablösenden Rostpartikel führen zu einer Verschlammung der Leitungen, wodurch der Durchfluß des in den Leitungen ge­ führten Mediums behindert oder möglicherweise komplett bloc­ kiert wird.

Neben Sauerstoff können auch aggressive Gase in das Medium hineindiffundieren, die eine Schädigung der Rohrinnenfläche hervorrufen. Hierdurch kann es zu Undichtigkeiten der Rohre kommen, durch die das in dem Rohr geführte Medium aus dem Rohr austritt und erhebliche Schäden an den das Rohr umge­ benden Einrichtungen hervorruft.

Ein mehrschichtiges Polymerrohr zur Verwendung in Zentral­ heizungssystemen ist in der EP 0 030 091 beschrieben. Der­ artige Rohre weisen den Nachteil auf, daß sie eine unzureichende mechanische Stabilität insbesondere Längenstabilität aufweisen.

Die Rohre unterliegen im Betrieb wechselnden Temperaturein­ flüssen, infolge derer sich die Rohre ausdehnen und zusam­ menziehen. Aufgrund der Materialeigenschaften der Rohre kann es insbesondere zu Beginn der Inbetriebnahme dazu kommen, daß die Rohre auf eine Länge schrumpfen, die geringer ist als die Ausgangslänge der Rohre. Dieses Temperaturverhalten der Rohre kann eine Schädigung des gesamten Leitungssystems mit den daran angebrachten Einrichtungen zur Folge haben.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mehr­ schichtiges Kunststoffrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe mechanische Festigkeit und Längen­ stabilität sowie einen hohen Widerstand gegen Gasdiffusion aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß min­ destens eine der Schichten als Mehrstoffschicht aus einem polymeren Kunststoff und darin eingebettetem, als Füller aufbereitetem Nanoclay (Montmorillonites) ausgebildet ist. Der in den polymeren Kunststoff eingebettete Füller wird aus einer Lehmart gewonnen, die sehr feine, vorzugsweise plätt­ chenförmige Partikel aufweist. Der im Rahmen dieser Erfin­ dung verwendete Füller ist als Granulat bei der Firma RTP Deutschland GmbH, Siemensstraße 13, 35799 Merenberg erhält­ lich.

Die erfindungsgemäße Mehrstoffschicht - hier und im folgen­ den wird die aus dem polymeren Kunststoff und dem als Füller aufbereiteten Nanoclay (Montmorillonites) gebildete Schicht zur Vereinfachung nur mit "Mehrstoffschicht" bezeichnet - weist eine hohe Sperrwirkung gegen Gasdiffusion auf. Die Mehrstoffschicht verhindert zuverlässig das Eindringen schädlicher Gase aller Art in das Rohrinnere und somit den Kontakt der Gase mit dem im Leitungsinneren befindlichen Medium. Eine Schädigung der mit dem Medium in Kontakt ste­ henden Bauelemente eines Leitungssystems sowie der Leitungen wird dadurch wirksam vermieden.

Der in den polymeren Kunststoff der Mehrstoffschicht einge­ bettete Füller bewirkt ferner eine hohe mechanische Festig­ keit der Rohre. Dabei wird neben einer hohen Längenstabili­ tät des Rohres auch eine hohe Bruchfestigkeit sowie eine hohe Innendruckfestigkeit des Rohres erzielt, wobei die Wandstärke der Rohre gegenüber herkömmlichen Rohren, die eine vergleichbare Druckfestigkeit aufweisen, erheblich reduziert werden kann, so daß der Materialbedarf zur Her­ stellung der Rohre verringert wird. Gleichzeitig wird jedoch eine für die Installation notwendige Flexibilität der Rohre beibehalten. Die Verwendung erfindungsgemäßer Rohre ermög­ licht eine kompakte Bauweise entsprechender Leitungsanlagen.

Die Mehrstoffschicht ist ferner feuchtigkeitsresistent, so daß bei Verwendung der Mehrstoffschicht als Außenschicht auch auf eine gegebenenfalls erforderliche separate Feuch­ tigkeitsschutzschicht verzichtet werden kann.

Grundsätzlich ist die Anzahl der Schichten des Kunststoff­ rohres sowie die Anzahl der Mehrstoffschichten und deren Anordnung frei wählbar. Nach einer Weiterbildung der Erfin­ dung weist das Kunststoffrohr jedoch eine Innenschicht und eine Außenschicht auf, wobei die Außenschicht als Mehrstoff­ schicht ausgebildet ist. Da die Mehrstoffschicht verschiede­ ne Eigenschaften, nämlich u. a. hohe Innendruckfestigkeit, hohe Längenstabilität, Bruchfestigkeit und Sperrwirkung gegen Gasdiffusion in sich vereint, kann auf zusätzliche Schichten verzichtet werden, die andernfalls erforderlich sind, um ein Kunststoffrohr mit den geforderten Eigenschaf­ ten herzustellen. Ein zweischichtiges Rohr weist zudem eine nur geringe Baugröße auf und ermöglicht somit eine platz­ sparende Installation.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Kunststoffrohr eine Innenschicht, eine Außenschicht und eine Zwischenschicht auf, wobei die Zwischenschicht als Mehrstoffschicht ausgebildet ist. Die Anordnung der Mehr­ stoffschicht zwischen der Innen- und Außenschicht gewähr­ leistet, daß die Mehrstoffschicht dauerhaft vor Umgebungs­ einflüssen geschützt ist. Schädigende mechanische und che­ mische Einwirkungen werden durch die Innen- und Außenschicht des Kunststoffrohres wirksam von der Mehrstoffschicht abge­ halten, wodurch sich eine erhöhte Haltbarkeit der Mehrstoff­ schicht ergibt.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung sind die Zwischenschicht und eine Hüllschicht als Mehrstoffschicht ausgebildet. Die Verwendung von zwei Mehr­ stoffschichten steigert in besonderer Weise die Material­ eigenschaften des Kunststoffrohres wie Innendruckfestigkeit, Längenstabilität, Sperrwirkung gegen Gasdiffusion etc. Die Hüllschicht wirkt dabei zusätzlich als Feuchtigkeitssperre und erhöht damit die Lebensdauer der Kunststoffrohre in ergänzender Weise.

Der Anteil des in der Mehrstoffschicht enthaltenen Füllers kann grundsätzlich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ein­ satzbereich frei gewählt werden. Es ist daher eine optimale Anpassung der Kunststoffrohre an den jeweiligen Anwendungs­ fall möglich. Durch die Verwendung eines relativen hohen Anteils des Füllers kann somit bspw. auch auf einfache Weise ein starres Kunststoffrohr mit einer sehr hohen Innendruck­ festigkeit erzeugt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt jedoch der Anteil des als Füller aufbereiteten Nanoclay (Montmorillonites) an der Mehrstoffschicht zwischen 1 und 10 Gew.-%, vorzugsweise zwi­ schen 3 und 8 Gew.-%, insbesondere ca. 5 Gew.-%.

Eine derart ausgestaltete Mehrstoffschicht kombiniert in besonders vorteilhafter Weise die unterschiedlichen Materi­ aleigenschaften. Neben einer hohen Zug- und Druckfestigkeit, einer hohen Innendruckfestigkeit sowie einer hohen Bruch­ festigkeit und einer guten Sperrwirkung gegen Gasdiffusion weist das Kunststoffrohr eine ausreichende Flexibilität auf.

Zur Bildung der Mehrstoffschicht können grundsätzlich alle polymeren Kunststoffe verwendet werden. Nach einer vorteil­ haften Weiterbildung der Erfindung ist der polymere Kunst­ stoff der Mehrstoffschicht Polyamid. Die Verwendung eines derartigen Werkstoffs ermöglicht in besonders zuverlässiger Weise die Herstellung einer homogenen Zwischenschicht, wel­ che keinerlei Hohlräume aufweist, die möglicherweise zu einer Reduzierung des Widerstands gegen Gasdiffusion sowie zu einer Reduzierung der mechanischen Festigkeit führen können. Ferner kann durch die Verwendung von Polyamid, das bereits eine Sperrwirkung gegen Gasdiffusion aufweist, die Sperrwirkung der Mehrstoffschicht in ergänzender Weise ge­ steigert werden.

Grundsätzlich können für die an die Mehrstoffschicht an­ grenzenden Schichten beliebige thermoplastische Werkstoffe verwendet werden, so daß das Kunststoffrohr optimal an das das Rohr durchströmende Medium sowie an die auf das Rohr von außen wirkenden Einflüsse angepaßt werden kann. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die an die Mehrstoffschicht angrenzenden Schichten jedoch aus Polyethy­ len gebildet. Die Verwendung von Polyethylen ermöglicht aufgrund der geringen Rohmaterialkosten eine besonders kostengünstige Herstellung der Kunststoffrohre.

Die Schichten können grundsätzlich ohne Verwendung von Bin­ demitteln stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Schichten jedoch durch ein Bindemittel stoffschlüssig mit­ einander verbunden. Das Bindemittel gewährleistet dabei in besonders vorteilhafter Weise eine nahtlose Verbindung zwi­ schen den einzelnen Schichten, so daß wirksam struktur- und eigenschaftsschwächenden Zwischenräumen sowie einem Lösen der Verbindung zwischen den Schichten vorgebeugt wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Bindemittel ein Adhäsionscopolymer. Ein Adhäsionscopolymer gewährleistet besonders zuverlässig eine homogene Bindung zwischen den Schichten. Die Dicke des auf die Außenseite der Innenschicht bzw. auf die Außenseite der Zwischenschicht aufgetragenen Bindemittels beträgt dabei nach einer besonders vorteilhaf­ ten Ausgestaltung der Erfindung 20-50 µm.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Mehrstoffschicht in einem Extrusionsverfahren erzeugt. Der Füller befindet sich vor der Extrusion in homogener Ver­ teilung innerhalb der Schmelze des die Mehrstoffschicht bildenden polymeren Kunststoffs. Beim Extrusionsvorgang verteilt sich der Füller gleichmäßig in der Mehrstoff­ schicht.

Zudem wird durch diese Ausgestaltung der Erfindung gewähr­ leistet, daß der Füller vollständig in der Mehrstoffschicht eingebettet ist. Zwischenräume sowie Bereiche mit einer nur geringen Menge des Füllers, die zu einer Schwächung der Struktur der Mehrstoffschicht führen können, werden wirksam vermieden.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kunststoffrohres mit drei Schichten;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Kunststoffrohres mit vier Schichten und

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Kunststoffrohres mit zwei Schichten.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kunststoff­ rohres 6a, das aus einer Außenschicht 3 und einer Innen­ schicht 1 sowie einer von der Innenschicht 3 und der Außen­ schicht 1 eingeschlossenen Zwischenschicht 2 besteht.

Die als Mehrstoffschicht ausgebildete Zwischenschicht 2 besteht aus einem polymeren Kunststoff mit darin eingebette­ tem, hier nicht dargestelltem als Füller aufbereitetem Nano­ clay (Montmorillonites) und ist durch Bindemittelschichten 4, 5 mit der Außenseite der Innenschicht 1 und der Innensei­ te der Außenschicht 3 verbunden.

Zur Herstellung des Kunststoffrohres 6a wird zuerst die Innenschicht 1 extrudiert, auf die dann die Bindemittel­ schicht 5 aufgetragen wird. Anschließend wird die Zwischen­ schicht 2 auf die Innenschicht 1 koextrudiert. Im Anschluß daran wird erneut eine Bindemittelschicht 4 auf die Außen­ seite der Zwischenschicht 2 aufgetragen. Anschließend wird die Außenschicht 3 auf die Zwischenschicht 2 koextrudiert.

Fig. 2 zeigt ein Kunststoffrohr 6b, welches aus einer Innen­ schicht 1, einer Zwischenschicht 2, einer Außenschicht 3 und einer Hüllschicht 7 gebildet ist. Die Zwischenschicht 2 und die Hüllschicht 7 sind dabei als Mehrstoffschicht aus einem polymeren Kunststoff mit darin eingebettetem, als Füller aufbereitetem Nanoclay (Montmorillonites) ausgebildet.

Der Aufbau des Kunststoffrohres 6b entspricht im wesentli­ chen dem Aufbau des Kunststoffrohres 6a. Die zusätzliche Hüllschicht 7 ist durch eine Bindemittelschicht 8 mit der Außenseite der Außenschicht 3 verbunden.

Fig. 3 zeigt als weitere Ausführungsform ein zweischichtiges Kunststoffrohr 6c mit einer Innenschicht 1 und einer Außen­ schicht 3. Die Außenschicht 3 ist dabei als Mehrstoffschicht aus einem polymeren Kunststoff mit darin eingebettetem, als Füller aufbereitetem Nanoclay (Montmorillonites) ausgebil­ det.

Auch der Aufbau des Kunststoffrohres 6c entspricht im we­ sentlichen dem Aufbau der Kunststoffrohre 6a, 6b, wobei die Außenschicht 3 durch die Bindemittelschicht 4 direkt mit der Innenschicht 1 verbunden ist.

Die Herstellung der Kunststoffrohre 6b, 6c erfolgt in analo­ ger Weise zur Herstellung des dreischichtigen Kunststoff­ rohres 6a.

Claims (10)

1. Mehrschichtiges Kunststoffrohr, insbesondere zum Trans­ port von fluiden Medien im Heizungs- und Sanitärbe­ reich, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schicht als Mehrstoffschicht aus einem polymeren Kunst­ stoff und darin eingebettetem, als Füller aufbereitetem Nanoclay (Montmorillonites) ausgebildet ist.

2. Kunststoffrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe eine Innenschicht (1) und eine Außen­ schicht (3) aufweist, wobei die Außenschicht (3) als Mehrstoffschicht ausgebildet ist.

3. Kunststoffrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dasselbe eine Innenschicht (1), eine Außenschicht (3) und eine Zwischenschicht (2) aufweist, wobei die Zwischenschicht (2) als Mehrstoffschicht ausgebildet ist.

4. Kunststoffrohr nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) und eine Hüllschicht (7) als Mehr­ stoffschicht ausgebildet sind.

5. Kunststoffrohr nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des als Füller aufbereiteten Nanoclay (Montmo­ rillonites) an der Mehrstoffschicht zwischen 1 und 10 Gew.-% beträgt.

6. Kunststoffrohr nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Kunststoff der Mehrstoffschicht Polyamid ist.

7. Kunststoffrohr nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Mehrstoffschicht angrenzenden Schichten aus Poly­ ethylen gebildet sind.

8. Kunststoffrohr nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (1-3, 7) durch ein Bindemittel stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

9. Kunststoffrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Adhäsionscopolymer ist.

10. Kunststoffrohr nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrstoffschicht in einem Extrusionsverfahren erzeugt ist.