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DE1704427A1 - Process for the production of polypropylene pipes of uniform wall thickness - Google Patents

Process for the production of polypropylene pipes of uniform wall thickness

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Publication number
DE1704427A1
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DE
Germany
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wall thickness
pipe
tube
polypropylene
speed
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DE19671704427
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German (de)
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Jones Kenneth A
Berger Joseph C
Whelan James P
Newman William W
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Avisun Corp
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Avisun Corp
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Publication date
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    • B29K2995/0072Roughness, e.g. anti-slip

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Dr. O. DITTMANH ·'- ;: >Dr. O. DITTMANH · '-; : >

PATENTANWÄLTE T T «-PATENTANWÄLTE T T «-

8 München 90, Berviterangtntr. 19 Telefon 29 73 69 8 Munich 90, Berviterangtntr. 19 Telephone 29 73 69

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AVISUN CORPOIUTIONAVISUN CORPOIUTION

21 SouSh 12th Street, Philadelphia, PA, USA21 SouSh 12th Street, Philadelphia, PA, USA

betreffendconcerning

Verfahren zum Herstellen von Po3.ypropylenröhren gleichmäfliger Wandstärke Ver drive to H ers tellen o3.ypropylenröhren of P gleichmäfliger wall thickness

Priorität voa 28. Juni 1966, Nr« 563,354, USAPriority of June 28, 1966, No. 563,354, USA

9-9-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verformen von Polypropylen zu einem Rohr, das eine glatte innere Oberfläche besitzt.The present invention relates to a method of forming polypropylene into a tube having a smooth interior Owns surface.

Del üblichen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohre8 oder von Kunstatoffröhron wird geschmolzenes thermoplastisches Material mit konstanter Geschwindigkeit durch eine ringförmigeThe usual process for the production of a plastic pipe8 or a plastic pipe is melted thermoplastic material at constant speed through an annular

209114/120^209114/120 ^

170U27170U27

Düsenmündung extrudlert, durch ein expandierendes Ga» gekühlt, solange es sich in seiner extrudieren Jtorai befindet und von der Strangpreßvorrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit abgezogen. Im allgsmeinen hat das bei solchen Verfahren verwendete ringförmige Strangpreßwerkzeug eine Mündung mit einer Veite bzw. Breite, die wenigstens gleich ist und gewähnlich etwas größer ist ala die gewünschte Wanddioke des fertigen Rohres. Wenn demnach die Strangpreßgeschwindigkeit des thermoplastischen Materials und die Abzugsgeschwindigkeit des· Rohres während des Strangpreßverfahrens konstant bleiben, so würde letztere die Auspreßgeschwindigkeit übersteigen, wonn die Werkzeugraündung eine größere Weite besitzt als die Wandstärke, die in dem fertigen Rohr gewünscht wird. Ks hat eich jedoch gezeigt, daß Polypropylenrohre, die nach aolchen bekanntön Verfahren gebildet worden sind, im allgemeinen eine unerwünschte Rauhigkeit entlang ihrer inneren Oberfläche zeigen, die nicht auf den Zustand oder den Finish des jeweils verwendeten Strangpreßwerkzeuges zurückgeführt werden kann. Bine solche Rauhigkeit entlang der innnren Fläche des fertigen Rohres verleiht nicht nur den Materialisn, die durch ein solches Rohr geführt werden, unerwünschte Strömungseigenschaften, sondern sie führt auch zu geschwächten Flächen, die möglicherweise zu Rohrbrüchen führen.Nozzle mouth extruded, cooled by an expanding gas, as long as it is in its extrude Jtorai and from withdrawn from the extruder at a constant speed. Generally, the annular extrusion die used in such processes has a mouth with a Veite or width, which is at least the same and is usually somewhat larger than the desired wall diameter of the finished pipe. If accordingly the extrusion speed of the thermoplastic material and the withdrawal speed of the pipe remain constant during the extrusion process, the latter would exceed the extrusion speed if the tool ridge has a greater width than the wall thickness is desired in the finished tube. However, Ks has shown that that polypropylene pipes formed by such known processes generally have undesirable roughness along their inner surface that cannot be traced back to the condition or finish of the particular extrusion die used. Bine such roughness along the inner surface of the finished pipe not only gives the material, which is guided through such a pipe, undesirable flow properties, but it also leads to weakened areas that may lead to burst pipes.

In Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Polypropylenrohr mit einer glatten inneren Oberfläche durch Ex-In accordance with the method of the invention, a Polypropylene pipe with a smooth inner surface due to Ex-

12061206

trudleren eiaee gaeohmftiitntn Polypropylen* alt einer konstante« Geschwindigkeit durch eine ringförmige Röhrenwerkzeugmündung gebildet, das eine Veite oeaitst, die geringer iet al· die gewünschte Wandstärke des fertigen Rohres, worauf das extrudierte Material gekühlt wird, z.B. mit Hilfe eines umgebenden Kalibrierungerohres und man das fertige Rohr von der Strangpreßmündung mit einer konstanten Abzugs- ader Aufnahmegeschwindigkeit wegsieht. Bas erfindungege**et Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß die Rauhigkeit entlang der inneren Oberfläche eines Polypropylenrohres, entstanden durch die oben beschriebenen üblichen M Methoden, auf Spannungen zurückzuführen ist, die sich in Polypropylen während seiner Extrusion gebildet haben und daß diese Spannungen verringert oder beseitigt werden können, wenn man das fertige Rohr innerhalb eines Geschwindigkeitsbereiches absieht, in den die Geschwindigkeit geringer ist als die Geschwindigkeit, Bit der das geschmolzene Polypropylen durch die ringförmige Werkzeugmündung extrudiert wird.Trudleren eiaee gaeohmftiitntn polypropylene * alt a constant "speed formed by an annular tube tool mouth, which opens a width that is less than the desired wall thickness of the finished tube, whereupon the extruded material is cooled, for example with the help of a surrounding calibration tube and the finished one Tube looks away from the extrusion mouth with a constant take-off vein take-up speed. The method according to the invention is based on the knowledge that the roughness along the inner surface of a polypropylene pipe, created by the usual M methods described above, is due to stresses that have formed in polypropylene during its extrusion and that these stresses are reduced or can be eliminated by leaving the finished tube within a speed range where the speed is less than the speed at which the molten polypropylene is extruded through the annular die mouth.

Wie oben erwähnt, ist es bei der Röhrenstrangpressung allgemein M üblich, die Absugsgeschwindigkeit des fertigen Rohres auf die betreffende Weite der ringförmigen Werkzeugöffnung so einzustellen, daß diese Geschwindigkeit im allgemeinen gleich groß oder etwas größer ist als die Geschwindigkeit, mit der das geschmolzene Polypropylen durch die Werkzeugmündung auegepreßt wird. In Übereinstimmung mit der erfindungsgeraäßen Methode be-As mentioned above, it is common practice in pipe extrusion M to adjust the suction speed of the finished pipe to the relevant width of the annular die opening so that this speed is generally equal to or slightly greater than the speed at which the molten polypropylene through the Tool mouth is pressed out. In accordance with the method according to the invention

2098U/ 1 2062098U / 1 206

8AOORiGiNAt8AOORiGiNAt

stimmt βomit die Weite der ringförmigen PUsenmUndung auch die Geachwindigkeit mit der das fertige Rohr von der Strangpreßmündung abgezogen werden sollte, damit sich ein fertiges Rohr mit der gewünschton Wanddicke ergibt. Wenn man ein Röhrenextrusionswerkzeug mit einer ringförmigen Mündung mit einer Weite verwendet, die z.B. um wenigstens 13 $> und vorzugsweise um etwa 15 # geringer ist als die gewünschte Wandstärke dee fertigen Rohres, so läßt sich die erforderliche Abzugsgeechwindigkeit für ein solches Rohr, das eine glatte innere· Oberfläche aufweist, im allgemeinen gut mit der Geschwindigkeit abstimmen, mit der das geschmolzene Polypropylen durch die Mündung ausgepreßt wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß wegen der Größe der verwendeten Mündung die Geschv/indigkeit, mit der das fertige Rohr abgesogen wird, geringer ist als die Geachwindigkeit, mit der das geschmolzene Polypropylen durch die Mündung ausgepreßt wird, wodurch eich die Rohrwand unmittelbar nachdem sie aus der Mündung austritt, bis zu der gewünschten Abmessung verdickt. Es scheint, daß während dieser inneren Expansion des extrudierten Rohres aus geschmolzenem Polypropylen Spannungen innerhalb des extrudierten Materials beseitigt oder so verringert werden, daß das entstandene Rohr die gewünschte Groß· besitzt, aber frei von innerer Rauhigkeit ist. Wenn man Strangpreßmündungen verwendet, die größer sind als sie oben angegeben worden sind, d„h. wenn sie kleiner als 13 sind als die gewünschte Sicke der Rohrwand, so zeigt die innere OberflächeThis means that the width of the ring-shaped mouthpiece also corresponds to the speed with which the finished pipe should be pulled off the extrusion mouth, so that a finished pipe with the desired wall thickness is obtained. If one uses a pipe extrusion tool with an annular mouth with a width that is, for example, at least 13 $> and preferably about 15 # less than the desired wall thickness of the finished pipe, the required take-off speed for such a pipe, which is a smooth inner · surface, generally match well with the speed at which the molten polypropylene is forced out through the mouth. In other words, this means that because of the size of the orifice used, the speed at which the finished pipe is sucked off is lower than the speed with which the molten polypropylene is pressed out through the orifice, whereby the pipe wall is calibrated immediately after it emerges from the mouth, thickened to the desired dimension. It appears that during this internal expansion of the extruded molten polypropylene tube, stresses within the extruded material are relieved or reduced so that the resulting tube is of the desired size but is devoid of internal roughness. When using extrusion orifices which are larger than those given above, i. if they are smaller than 13 1 · than the desired bead of the pipe wall, the inner surface shows

20981 kl 1 206 BAO ORIGINAL20981 kl 1 206 BAO ORIGINAL

170U27170U27

des entstandenen Rohres keine deutliche Verbesserung gegenüber eines Rohres, das mit üblichen Verfahren gebildet worden ist.of the resulting tube no significant improvement over a tube that has been formed by conventional methods.

Im allgemeinen kann man sagen, daß mit umso größerem Unterschied zwischen der Weite der Strangpreßmündung und der Wanddicke des Rohres, das gebildet wird, die innere Oberfläche dee entstehenden Rohres umso glatter ist. Es besteht jedoch eine praktische Grenze wie weit die Größe des Mündungswerkzeuges verringert werden kann. Wenn man eine Strangpreßdüse yerwendet, deren Mündung zu klein ist, so kann es sein, daß sich kein Rohr Λ der gewünschten Wanddicke bildet, daß die Produktion wegen der langsamen Abzugsgeschwindigkeit begrenzt wird und daß Polymerströmungsprobleme auftreten. Infolgedessen i3t es für befriedigende Ergebnisse vorzuziehen, daß die Weite der DUsenmündung nicht kleiner als etwa 20 bis 22 % der gewünschten Wanddicke des fertigen Rohres gehalten wird.In general, the greater the difference between the width of the extrusion orifice and the wall thickness of the tube that is formed, the smoother the inner surface of the resulting tube. However, there is a practical limit to how much the size of the muzzle tool can be reduced. If an extrusion nozzle is used whose mouth is too small, it is possible that no tube Λ of the desired wall thickness is formed, that production is limited because of the slow take-off speed and that polymer flow problems arise. Accordingly, for satisfactory results, it is preferred that the nozzle mouth width be maintained no less than about 20 to 22 percent of the desired wall thickness of the finished tube.

Mit der einzigen Zeichnung wird im Längsschnitt ein Teil einer üblichen Strangpreßvorrichtung gezeigt, die sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrers eignet.With the single drawing, a part of a conventional extrusion device is shown in longitudinal section, which is used for the implementation of the method according to the invention is suitable.

Grundsätzlich enthält die Vorrichtung baw daa Rohrwerkzeug eine starre Büchse bzw. Hülse 11 mit einer Öffnung 13» einen zylindrischen Lochdorn 15, der sich durch eine Kappe 17 erstreckt und in die Öffnung 13 hineinragt und ein Kalibrierungsrohr 19. Der Lochdorn 15 wirkt mit der Wand dor Öffnung 13 so zusammen, daß sich eine ringförmige Strangpreßmündung 21 bildet.Basically the device contains a rigid sleeve or sleeve 11 with an opening 13 »a cylindrical piercing pin 15 which extends through a cap 17 and protrudes into the opening 13 and a calibration tube 19. The piercing pin 15 interacts with the wall Opening 13 together so that an annular extrusion orifice 21 is formed.

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^O Q, Ci 8AD ORIGINAL^ OQ, C 8 AD ORIGINAL

170AA27170AA27

Geschmolzenes Polypropylen, mit der Bezugszahl 23 bezeichnet, wird mit einer Temperatur von etwa 2100C (41O0F) und unter einem fUr die Strangpresse (nicht gezeigt) geeigneten Druck durch eine öffnung 25 in der Kappe 17 in die Extrusionsmündung 21 eingeführt. Das Polypropylen gelangt durch die Vorrichtung und wird an der Hündung 21 mit einer konstanten Geschwindigkeit abgegeben. Se bewegt aich entlang dea Kaiibrlerungerohreβ 19t wo es gekühlt wird, damit ein fertiges Rohr 27 entsteht. Die nicht gezeigte Abnahmevorrichtung ist so ausgestaltet, daß das fertige Rohr von der Strangpresse mit konstanter Geschwindigkeit abgezogen wird.Molten polypropylene, designated by the reference numeral 23 (not shown) having a temperature of about 210 0 C (41O 0 F) and under a for the extruder suitable pressure introduced through an opening 25 in the cap 17 in the extrusion orifice 21st The polypropylene passes through the device and is dispensed on the dog 21 at a constant rate. It moves along the calibration pipe 19t where it is cooled so that a finished pipe 27 is created. The removal device, not shown, is designed in such a way that the finished tube is drawn off from the extruder at a constant speed.

In Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hat die Extrusionsmündung 21 eine Weite W, die um wenigstens 13 - 15 H kleiner ist als die gewünschte Wanddicke T des fertigen Rohres und vorzugsweise nicht kleiner als 20 ~ 22 ist. Das friech ausgepreßte und noch geschmolzene Polypropylen wird in dichtem Eingriff mit der inneren Oberfläche des Kalibrierungarohres 19 durch ein expandierendes Gas wie Luft gehalten, das durch eine Bohrung 29 in den Lochdorn 15 eingeleitet und in dem Rohr 27 dadurch gehalten wird, daß ein verfestigter Abschnitt hiervon zwischen Klemmwalaen 31 abgeschlossen wird. Für beste Ergebnisse wird das Kalibrierungsrohr 19 bei einer Temperatur von etwa 26,7°ü (800F) gehalten, indem man kaltes Wasser durch #inen spiralförmigen Durchgang 33 innerhalb dessen Wand hindurch preßt.In accordance with the inventive method, the extrusion orifice 21 has a width W, which to at least 13 - 15 is less than H, the desired wall thickness T is of the finished tube and, preferably, not smaller than 20 ~ 22 i '. The freshly squeezed and still melted polypropylene is held in tight engagement with the inner surface of the calibration tube 19 by an expanding gas such as air introduced into the piercer 15 through a bore 29 and held in the tube 27 by a solidified portion thereof between clamping rollers 31 is completed. For best results the calibration tube is maintained at a temperature of about 26.7 ° ü (80 0 F) 19, by adding cold water pressed through #i NEN spiral passage 33 within which wall.

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Wie bei den üblichen Strangpreßverfahren wird die Geschwindigkeit, mit der das fertige Rohr abgezogen oder von der Strangpresse weggeführt wird, in Beziehung gesetzt zu der Geschwindigkeit, mit der das geschmolzene Polypropylen durch die Mündung 21 extrudiert wird, so daß das Rohr die gewünschte Wanddicke besitzt. In Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäSen Verfahren ist die Rohr-Abzugsgeachwindigkeit geringer als die Extrusionsgeschwindigkeit, damit es ermöglicht wird, daß sich das Rohr aus geschmolzenem Polypropylen so verdicken Kann, (vgl. die Zeichnung) daß sich die gewünschte Wandstärke ergibt, wenn m es aus der Strangpresse austritt.As in conventional extrusion processes, the rate at which the finished tube is withdrawn or fed away from the extruder is related to the rate at which the molten polypropylene is extruded through the orifice 21 so that the tube has the desired wall thickness. In accordance with the erfindungsgemäSen method, the pipe-Abzugsgeachwindigkeit is less than the extrusion speed so that it is possible that the tube can thicken of molten polypropylene to (see. The drawing) that yields the desired wall thickness when m is from Extruder exits.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Bsispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail using the following example.

Mit Hilfe einer üblichen Röhrstrangpreßvorrichtung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, wurde ein Rohr mit einem Standarddurchmesser von 5,1 cm (2 Zoll) mit der gewünschten gleichmäßigen Wandstärke von 0,392 cm (0,154 Zoll) hergestellt, indem nan geschmolzenes Polypropylen mit konstanter Geschwindigkeit " unter den in der folgenden Tabelle angegebenen Bedingungen auspreßte, wobei dag fertige Rohr mit einer konstanten Geschwindigkeit abgesogen wurde.By a conventional Röhrstrangpreßvorrichtung, as shown in the drawing, a pipe having a standard diameter of 5.1 cm (2 inches) with the desired uniform wall thickness of 0.392 cm (0.154 inch) was prepared by nan molten polypropylene at a constant speed " under the conditions given in the following table, the finished tube being sucked off at a constant speed.

2098U/12062098U / 1206

ORIGINALORIGINAL

17QU2717QU27

Rohrpipe Strang-Strand- Kali br.-·Kali br.- · Breite d.Width d. AussehenAppearance SchlagBlow Schnellberat-Quick advice probesample preß-press
temp. Ctemp. C.
Temp. CTemp. C
(8P)( 8 P)
Strang-Strand-
preßmünd.press mouth.
d. Rohrd. pipe
innenInside
zähigtough
keitspeed
fähigkt. +++ capable. +++
kg/cmkg / cm
(0P)( 0 P) cm(Zoll)cm (inch) seitepage mkgmkg
(ft.lbs)(ft.lbs)
(p.s.i.)(p.s.i.)
AA. 210210 25,625.6 0,4060.406 rauhrough 3,53.5 360,9360.9 (410)(410) (78)(78) (0,160)(0.160) (25,0)(25.0) (5134)(5134) BB. 210210 25,625.6 0,351 .0.351. rauhrough 2,82.8 360,6360.6 (410)(410) (78)(78) (0,138)(0.138) 20,0++ 20.0 ++ (5130)(5130) CC. 210210 25,625.6 0,3280.328 glattsmooth 5,365.36 356,6356.6 (410)(410) (78)(78) (0,129)(0.129) (38,3)(38.3) (5072)(5072)

+ Bei dem Test läßt man ein 4,54 kg (10-pound) Gewicht auf 5,1 cm (2~inch) Rohrstücke bei Raumtemperatur 22,80C (730P) fallen bis wenigstens 50 £ der Proben versagen. ++ Ergebnis bis sum Versagen Ton 80 der Proben. *++ ASTM-Test D1599-58T# + In the test is allowed to a 4.54 kilogram (10-pound) weight to 5.1 cm (2 ~ inch) pipe sections at room temperature 22.8 0 C (73 0 P) of the samples fail to fall at least 50 £. ++ result to sum failure sound 80 i "of the samples. * ++ ASTM test D1 5 99-58T #

Die Rohrprobe A wurde nach üblichen Verfahren hergestellt, wobei das geschmolzene Polypropylen mit einer konstanten Geschwindigkeit durch ein DUeenwerkzeug extrudiert wurde, das etwas grosser war als die gewünschte Wandstärke des fertigen Rohres. Wie angegeben, hatte die innere Oberfläche des fertigen Rohres ein rohes Aussehen.Pipe sample A was made by conventional methods, the molten polypropylene being extruded at a constant rate through a Duene tool that was slightly larger than the desired wall thickness of the finished pipe. As stated, the inner surface of the finished tube had a raw appearance.

Die Kohrprobe B wurde hergestellt unter Verwendung einer Strangpreßraündung mit einer Weite von 0,351 cm (0,138 Zoll) oder in anderen Worten, mit einer Weite, die um etwa 10,4 "4 geringer war als die Wandstärke (0,363 cm: 0,143 Zoll) des fertigen Rohres,The sample B was made using an extrusion throat having a width of 0.351 cm (0.138 inch) or in in other words, with a width that is about 10.4 "4 less was than the wall thickness (0.363 cm: 0.143 inch) of the finished pipe,

2098U/ 12062098U / 1206

QktQkt

8AD ORIGiNAL8AD ORIGiNAL

Bas fertige Kohr hatte zwar eine geeignete Wandstärke, zeigte jedoch eine unerwünscht rauhe innere Oberfläche.The finished Kohr had a suitable wall thickness, it showed however, an undesirably rough inner surface.

Die Rohrprobe C wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, indem das geschmolzene Polypropylen durch eine Werkzeugmündung von 0,328 cm (0,129 Zoll) Breite extrudiert wurde, die etwa 16,2 kleiner war als die gewünschte Wanddioke (0,392 cn 0,154 Zoll) des fertigen Rohres. Das entstandene Rohr hatte die gewünschte Wanddicke von 0,392 cm (0,154 Zoll), eine glatte Innenwand und es zeigte gute physikalische Eigenschaften»The tube sample C was prepared according to the inventive method by the molten polypropylene was extruded through a die orifice of 0.328 cm (0.129 inch) width was i "less than about 16.2 as the desired Wanddioke (0.392 cn 0.154 inches) of the finished pipe . The resulting pipe had the desired wall thickness of 0.392 cm (0.154 inch), a smooth inner wall, and it showed good physical properties »

PatentansprücheClaims

2098U/12062098U / 1206

r ,. SAD ORIGINAL r,. SAD ORIGINAL

Claims (3)

PatentansprücheClaims β) Verfahren zum Herstellen eines Polypropylenrohres gleichmäßiger Wanddicke, mit glatter innerer Oberfläche, wobei β ) Process for the production of a polypropylene pipe of uniform wall thickness, with a smooth inner surface, wherein man geschmolzenes Polypropylen mit einer konstanten Geschwln-molten polypropylene at a constant rate X digkeit duroh eine ringförmige Düsenmündung auspreßt, durchX through an annular nozzle orifice squeezes through ein umgebendes gekühltes Kalibrierungsrohr führt, um das Polypropylen zu verfestigen und man das Rohr von der DüsenmUndung mit konstanter Geschwindigkeit abzieht, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Veite der Düsen« mündung anwendet, die um wenigstens 13 5* kleiner ist als die gewünschte Wandstärke des fertigen Rohres.a surrounding cooled calibration tube is passed to solidify the polypropylene and the tube is withdrawn from the nozzle orifice at a constant rate, thereby characterized in that one uses a width of the nozzle opening which is at least 13 5 * smaller than that desired wall thickness of the finished pipe. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Weite der ringförmigen Düsenmündung anwendet, die bis zu etwa 22 £ kleiner ist als die gewünschte Wandstärke des fertigen Rohres.2. The method according to claim 1, characterized in that that one uses a width of the annular nozzle orifice that is up to about 22 pounds smaller than the desired wall thickness of the finished pipe. 3. Verfahren naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Polypropylen bei etwa 2100C extrudiert und/oder die Kalibrierungsvorrichtung auf wenigstens 270G gekühlt wir4·3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the polypropylene is extruded at about 210 0 C and / or the calibration device is cooled to at least 27 0 G 20981 U/ 1206 SAD ORlQiNAi20981 U / 1206 SAD ORlQiNAi
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