DE69101273T2

DE69101273T2 - Mehrlagiges Rohr, Leitung aus mehreren solchen Rohren und Verfahren zur fluiddichten Verbindung zweier solcher Rohre.

Info

Publication number: DE69101273T2
Application number: DE69101273T
Authority: DE
Inventors: Paulus Bijl; Gjalt Martinus Gaikema
Original assignee: Wavin BV
Current assignee: Wavin BV
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2011-06-15
Also published as: DE69101273D1; EP0462672B1; ATE102319T1; EP0462672A1; NL9001384A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verbundrohr, das zumindest eine duroplasthaltige Innenschicht und Außenschicht umfaßt, wobei zumindest eine der Schichten Verstärkungsfasern aufweist.
Ein derartiges Rohr ist zum Beispiel in DE-A 2 016 121 beschrieben. Dieses Rohr besteht au einem Außenmantel und einem Innenmantel, die jeweils aus einem faserverstärkten Duroplast und einem Duroplast bestehen, in dem ein thermoplastischer Kunststoff vollständig dispergiert ist. Dieses Rohr hat eine hohe Bruch- und Reißfestigkeit wie alle faserverstärkten wärmehärtbaren Rohre. Es verhindert auch den Aufbau von Spannungen im Innenrohr durch die Einbeziehung des thermoplastischen Kunststoffes. Es hat jedoch keine angemessene Bestandigkeit gegenüber einem Angriff durch Chemikalien, wie aromatischen Kohlenwasserstoffen oder dgl. Ein Aufquellen und eine daraus folgende Durchlässigkeit für Chemikalien können daher auftreten.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, und hat zu diesem Zweck das Merkmal, daß sowohl die Innenschicht als auch die Außenschicht aus faserverstärktem gehärtetem Duroplast-Kunststoff bestehen und die Kunststoffe der Innenschicht und der Außenschicht unter Verwendung unterschiedlicher Härtungsmittel gehärtet sind.
Es sind zahlreiche Duroplast-Kunststoffsysteme bekannt, wie etewa ungesättigtes Polyesterharz, Epoxidharz, Phenolharz, Alkydharz, Harnstoffharz, Melaminharz und dgl., die im Prinzip zum Formen von Rohren geeignet sind.
In diesem Zusammenhang wird auf EP-A-0 079 745 hingewiesen. In dieser europäischen Anmeldung sind Materialzusammensetzungen beschrieben, die das Produkt einer Zusammenführung zweier Anordnungen von Filamenten sind, wobei jede Filamentenanordnung mit einem Harzsystem getränkt ist, das einen Duroplast-Kunststoff, ein Härtungsmittel und einen Beschleuniger umfaßt. Jeder Beschleuniger beschleunigt das Härtungsmittel des anderen Harzsystems. Die beiden Anordnungen getränkter Filamente werden z.B. zusammengebracht, um einen innigen Kontakt herzustellen, und werden anschließend gleichzeitig um einen Dorn zur Herstellung von Blattfedern gewickelt.
In erster Linie ist durch die Erfindung ein Rohr vorgesehen, das, als ein Ergebnis der Faserverstärkung, schon eine hohe Festigkeit bei geringer Dicke aufweist. Zusätzlich kann das Härtungsmittel für den Kunststoff in der betreffenden Schicht in Abhängigkeit von der Verwendung des Rohres ausgewählt werden. Es sind nämlich einige Härtungsmittel geeignet, eine Schicht des Rohres beständig gegenüber Chemikalien zu machen, jedoch sind sie zum Beispiel von toxikologischen Standpunkt aus nicht für die Innenschicht von Trinkwasserleitungen zugelassen. Die Härtungsmittel können zum Beispiel so ausgewählt werden, daß sie das durch das Rohr zu fördernde Medium gegen die äußere Umgebung schützen oder daß sie die äußere Umgebung gegen das zu fördernde Medium abschirmen. Letzteres kann zum Beispiel von Bedeutung sein, wenn ein Rohr zum Fördern von Chemikalien in einem Wasserauffanggebiet verlegt werden muß. Der Einfachheit halber wird nur die Verwendung des Rohrs nach der Erfindung als Trinkwasserleitung in einem verunreinigten Boden im übrigen Teil der Beschreibung besprochen.
Der faserverstärkte gehärtete Duroplast-Kunststoff kann viele Arten von Fasern enthalten, wie etwa synthetische Nonwoven-Fasern oder Nonwoven-Glasfasern und dgl.
Der verwendete Duroplast-Kunststoff ist vorteilhaft ein Epoxidharz, da diese Harzart außerordentlich für eine Verstärkung mit Fasern geeignet ist und eine geringe Durchlässigkeit besitzt.
Der Kunststoff der Außenlage ist vorzugsweise chemikalienbeständig, so daß das Verbundrohr nach der Erfindung als Trinkwasserleitung in mit Chemikalien verunreinigten Gebieten wie etwa dem Gelände von Tankstellen, Ölraffinerien und dgl., ohne Aufquellen infolge irgendwelcher aromatischer Kohlenwasserstoffe oder dgl. und Ermoglichung eines Eindringens der Chemikalien in das Rohrinnere verwendet werden kann.
Zu diesem Zweck besteht die Außenschicht vorteilhaft aus einem epoxidharzgetränkten Glasfasermaterial, wobei das Eopxidharz unter Verwendung eines aromatischen Amins als Härtungsmittel, vorzugsweise Diamindiphenylmethan (MDA), gehärtet ist. Die Verwendung eines aromatischen Amins als Härtungsmittel für das Eopxidharz in der Außenschicht hat den Vorteil, daß diese Außenschicht im Ergebnis beständiger gegenüber verschiedenartigen Kohlenwasserstoffen ist, die üblicherweise Kunststoffe wie etwa Polyalkene aufquellen lassen und diese Kunststoffe damit porös machen. Wenn die Außenschicht porös werden sollte, kann das Trinkwasser im Rohr für Verunreinigungen zugänglich werden.
Vorteilhaft besteht die Innenschicht aus epoxidharzgetränktem gewickeltem Glasfasermaterial und das Epoxidharz dieser Schicht ist unter Verwendung eines aliphatischen Amins oder Anhydrids als Härtungsmittel gehärtet, wobei Isophorondiamin (IPD) das am meisten bevorzugte Härtungsmittel ist. Die Verwendung eines aliphatischen Amins oder Anhydrids als Härtungsmittel für das Epoxidharz der Innenschicht hat den Vorteil, daß das Rohr nach der Erfindung in einer Wasserleitung verwendet werden kann, da vom toxikologischen Standpunkt aus die Verwendung eines aliphatischen Amins als Härtungsmittel für Kunststoffrohre in der Mehrzahl der Länder akzeptiert wird und selbst die Verwendung von Anhydrid als Härtungsmittel in einer Anzahl von ändern akzeptiert wird.
Um die Glasfasern des epoxidharzgetränkten Glasfasermaterials der Innenschicht gegen das Eindringen von Wasser oder irgendeines anderen zu fördernden Mediums zu schützen, hat diejenige Teilschicht der Innenschicht, der am weitesten zur Innenseite hin angeordnet ist, vorzugsweise eine höhere Kunststoffkonzentration als der andere Teil der Innenschicht.
Das Rohr nach der Erfindung kann auf viele Arten gebildet werden, jedoch erfolgt dies insbesondere durch Wickeln oder Schleudergießen. Diese Techniken sind verhältnismäßig einfach und erzeugen eine Faserorientierung, die als Ergebnis des üblichen Rückwärts- und Vorwärtsaufbaus einer Schicht für die Endfestigkeit des Rohres in hohem Maße vorteilhaft ist.
Um das Rohr mit einem zusätzlichen Schutz gegen das Eindringen von Chemikalien zu versehen, ist vorteilhaft eine Metallschicht zwischen der Innenschicht und der Außenschicht des Rohres eingebaut.
Eiri Verbundrohr dieser Art, das eine Metallschicht zwischen der Innenschicht und der Außenschicht aufweist, ist an sich aus dem deutschen Patent Nr. 35 27 440 bekannt. In diesem Patent ist ein Verfahren zur Herstellung einer gasdichten und flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen einem mit einer Metallarmierung versehenen Kunststoffrohr und einem Kunststoffverbindungsstück beschrieben, wobei das Kunststoffrohr zumindest aus einer Kunststoffinnenschicht und -außenschicht mit einer Metallhülle zwischen diesen besteht. Zur Verbindung des Kunststoffrohrs mit einem Verbindungsstück werden der Kunststoffaußenmantel und die Metallarmierung vom Verbindungsbereich des Kunststoffrohrs entfernt, und die freigelegte Innenschicht wird in das Verbindungsstück eingeführt und mit diesem verbunden. Rohrleitungen, die auf diese Weise hergestellt werden, werden für die Förderung von Trinkwasser in verunreinigten Gebieten verwendet.
Rohre dieser Art sind jedoch verhältnismäßig dick und kostenaufwendig, insbesondere für größere Durchmesser. Ein Rohr dieser Art mit einer Metallarmierung ist darüberhinaus schwierig herzustellen, da dieses durch Koextrusion oder ein ähnliches kompliziertes Verfahren erfolgen muß. Außerdem haben die Kunststoffe, die für die Außenschicht verwendet werden, wie beispielsweise Polypropylen, nicht eine angemessene Beständigkeit gegenüber aromatischen Kohlenwasserstoffen. Im Ergebnis kann der Kunststoff aufquellen, was dazu führt, daß der Kunststoff porös und die Metallschicht dem Wasser und zum Beispiel Säuren zugänglich wird. Letztere greifen die Metallschicht an, mit der Folge, daß der Schutzeffekt des Verbundrohrs gegen das Eindringen von Verunreinigungen in hohem Maße beeinträchtigt wird.
Die Erfindung sieht ein Rohr vor, das gegen das Eindringen von Chemikalien geschützt ist und bei dem die Metallschicht einen zusätzlichen Schutz gegen Diffusion darbietet. Die Metallschicht ist vorzugsweise durch Wickeln einer Metallfolie gebildet.
Die Metallfolie wird üblicherweise so gewickelt, daß sich die Windungen überlappen, wobei die Überlappung vorzugsweise mehr als 25% beträgt. Die Überlappungswicklung der Metallfolie verhindert, daß Chemikalien, die durch die Außenschicht des Rohres eindringen konnten, an den Fugen eindringen können. Außerdem ist das Wickeln mit Überlappung einfacher als das Wickeln einer Folie in der Weise, daß die Windungen aneinanderstoßen. Eine bevorzugte Metallfolie ist Aluminiumfolie.
Vorzugsweise sind die Enden des Rohres nach der Erfindung geeignet zur Ermöglichung der Verbindung mehrerer Rohre miteinander. Zu diesem Zweck kann ein Ende mit einer Muffe versehen und das andere Ende in der Weise behandelt sein, daß zumindest die Außenschicht und, falls vorhanden, die Metallschicht am Umfang des Rohres an dem entsprechenden Ende örtlich entfernt werden. Es ist somit möglich, auf einfache Weise das Rohr nach der Erfindung mit anderen Rohren nach der Erfindung oder mit herkömmlichen Rohren zur Bildung einer Leitung zu verbinden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine aus Rohren bestehende Leitung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Leitung mehrere Rohre nach der Erfindung umfaßt.
Es versteht sich, daß sich die Erfindung nicht ausschließlich auf Rohre bezieht, sondern daß Verbinder wie etwa T-Stücke und Bögen in der gleichen Weise wie das Rohr nach der Erfindung aufgebaut sein können und dann die gleichen vorteilhaften Merkmale aufweisen.
Schließlich bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren für die gasdichte und flüssigkeitsdichte Verbindung zweier Rohre nach der Erfindung, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Einsteckende eines anderen Rohres in einer Muffe eines Rohres mit Hilfe eines Klebstoffs festgelegt wird, wobei das Einsteckende des anderen Rohres örtlich behandelt wird, um die Außenschicht und, falls vorhanden, die Metallschicht von dem Einsteckabschnitt zu entfernen, woraufhin eine mit einem Klebstoff versehene Metallschicht um die so gebildete Verbindung herumgewickelt und dann ein faserverstärkter Kunststoff darüber gewickelt wird, welcher Kunststoff dann gehärtet wird.
Die Ausführung dieses Verfahrens stellt eine Verbindung her, die außergewöhnlich gasdicht und flüssigkeitsdicht ist und in bezug auf den Querschnittsaufbau nicht in hohem Maße von dem Querschnittsaufbau der Rohre selbst abweicht. Dies bedeutet, daß als Ergebnis des Verfahrens nach der Erfindung jedes Eindringen von Chemikalien am Verbindungsabschnitt vermieden wird.
Vorteilhaft wird eine Deckschicht über der faserverstärkten Kunststoffschicht angebracht, wobei diese Deckschicht vorzugsweise aus einem mit Epoxidharz getränkten Polyester-Nonwoven besteht. Die Verwendung einer Deckschicht, wie beispielsweise eines Polyester-Nonwovens oder anderen synthetischen Nonwovens, bewirkt einen zusätzlichen Schutz gegen einen Angriff durch Chemikalien, die möglicherweise in der Lage wären, die Fasern des mit diesen verstärkten Kunststoffes anzugreifen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In dieser Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch ein Verbundrohr nach der Erfindung, das eine Metallschicht aufweist, und pFig. 2 einen Teilquerschnitt durch eine Verbindung zweier Rohre nach der Erfindung.
Fig 1 zeigt einen Querschnitt durch die Wand eines Rohres 1 nach der Erfindung. Die Bezugszahl 2 bezeichnet die Innenschicht des Rohres, das zum Beispiel aus einem gewickelten Glasfasergewebe besteht, das mit einem Epoxidharz getränkt ist, welches mit Isophorondiamin gehärtet ist. Auf der Unterseite dieser Innenschicht befindet sich ein sogenannter Liner 3, der die gleiche Zusammensetzung wie die Innenschicht 2 aufweist, in dem jedoch die Harz konzentration höher ist, zum Beispiel etwa 60% anstatt etwa 30%.
Eine Metallschicht, die durch Wickeln einer Metallfolie 4 gebildet ist, ist auf der Innenschicht 2 angeordnet. Diese Metallfolie 4 ist vorzugsweise eine Aluminiumfolie, die mit einem Klebstoff versehen ist, der eine Verbindung mit der Innenschicht 2 eingeht. Die Außenschicht 5, die zum Beispiel aus einem gewickelten Glasfasergewebe bestehen kann, das mit Epoxidharz getränkt ist, welches zum Beispiel mit Diamindiphanylmethan gehärtet ist, liegt auf der Aluminiumfolie.
Üblicherweise werden die aufeinanderfolgenden Schichten kreuzweise über einen Dorn gewickelt, wonach der Kunststoff vollständig gehärtet wird. Die Innenschicht und die Außenschicht bestehen üblicherweise aus mehreren gewickelten Lagen, wobei die Innenschicht üblicherweise dicker als die Außenschicht ist.
Es versteht sich, daß das Verfahren, durch das das soeben beschriebene Rohr hergestellt wird, auch zur Verwendung für Verbindungsstücke, wie Bögen, T-Stücke und dgl., geeignet ist.
Das Rohr und die Verbindungsstücke sind außerordentlich geeignet für eine Verwendung als Wasserleitung in Gebieten, die schwer mit Chemikalien verunreinigt sind, wie zum Beispiel das Gelände von Tankstellen, Ölraffinerien und dgl., obgleich durch Umwechseln der Innenschicht und der Außenschicht andere Anwendungen auch möglich sind, zum Beispiel die Förderung von Chemikalien durch Wasserauffanggebiete.
Fig. 2 zeigt einen teilweisen Querschnitt einer Verbindung zwischen zwei Rohren nach der Erfindung; in dieser Figur sind die gleichen Bauteile wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Verbindung bezieht sich auf eine Verbindung zwischen einem Rohr A, das mit einem Einsteckabschnitt 6 in der Muffe 7 des Rohres B festgelegt ist. Zu diesem Zweck sind die Außenschicht 5 und die Metallfolie 4 vom Einsteckabschnitt 6 entfernt, und die Festlegung ist mit Hilfe eine Klebstoffs 8 ausgeführt. Zuerst wird eine Metallfolie 9 örtlich über die so gebildete Verbindung gewickelt, welche Metallfolie mit einem Klebstoff versehen ist, der eine Verbindung mit den oberen Schichten der Rohre A und B bildet. Eine faserverstärkte Kunststoffschicht 10 wird dann über die Metallfolie gewickelt und dann gehärtet. Diese Behandlung der Verbindung kann an der Baustelle im Gelände oder in der Fabrik durchgeführt werden. Eine Deckschicht 11, die zum Beispiel aus einem mit härtbarem Epoxidharz getränkten gewickelten Polyester-Nonwoven bestehen kann, kann ebenfalls aufgebracht werden, um die ergänzende faserverstärkte Kunststoffschicht 10 auf der Metallfolie 9 zu schützen.
Die verwendete Metallfolie ist vorzugsweise eine 70 bis 100 mm breite Aluminiumfolie, die mit einer 50%igen Überlappung gewickelt wird. Ferner ist die Aluminiumfolie vorzugsweise auf einer Seite mit einem Klebstoff versehen. Ein Beispiel einer Aluminiumfolie dieser Art ist die 70 mm breite Folie, "Scotch Type 431" von 3 M.
Die Innenschicht und Außenschicht des Rohres nach der Erfindung sind vorzugsweise kreuzweise mit einem Wickelwinkel von ± 55º unter Verwendung eines Glasfasergewebes gewickelt, das mit einem Epoxidharz getränkt ist, wobei das Epoxidharz unter Verwendung eines Härtungsmittels gehärtet ist, das für die jeweilige Anwendung geeignet ist. Dieses bedeutet, daß das Härtungsmittel, das in der Innenschicht verwendet wird, zum Beispiel für Trinkwasser toxikologisch akzeptabel sein muß, wenn das Rohr als Wasserleitung verwendet wird, und das Härtungsmittel für die Außenschicht die Außenschicht beständiger gegenüber einem Angriff von Chemikalien aus der Umgebung, in der das Rohr einzusetzen ist, machen muß, welche Chemikalien möglicherweise ein Aufquellen des Epoxidharzes der Außenschicht verursachen könnten.

Claims

1. Verbundrohr, zumindest bestehend aus einer duroplasthaltigen Innenschicht und Außenschicht, wobei zumindest eine der Schichten Verstärkungsfasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Innenschicht als auch die Außenschicht (2,4) aus einem faserverstärkten gehärteten Duroplast-Kunststoff besteht und die Kunststoffe der Innenschicht und Außenschicht unter Verwendung unterschiedlicher Härtungsmittel gehärtet sind.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Duroplast ein Epoxidharz ist.

3. Rohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eopxidharz in der Außenschicht (5) unter Verwendung eines aromatischen Amins als Härtungsmittel gehärtet ist.

4. Rohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Härtungsmittel Diamindiphenylmethan (MDA) ist.

5. Rohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxidharz in der Innenschicht (2) unter Verwendung eines aliphatischen Amins oder Anhydrids als Härtungsmittel gehärtet ist.

6. Rohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Härtungsmittel Isophorondiamin (IPD) ist.

7. Rohr nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Teilschicht (3) der Innenschicht (2), die am weitesten zur Innenseite hin angeordnet ist, eine höhere Kunststoffkonzentration als der andere Teil der Innenschicht (2) hat.

8. Rohr nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht und Außenschicht durch Wickeln oder Schleuderguß gebildet sind.

9. Rohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschicht zwischen die Innenschicht und Außenschicht eingebaut ist.

10. Rohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Wickeln einer Metallfolie gebildet ist.

11. Rohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (4) so gewickelt ist, daß die Windungen einander überlappen, und die Überlappung vorzugsweise mehr als 25% beträgt.

12. Rohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus gewickelter Aluminiumfolie besteht.

13. Rohr nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß seine Enden zur Ermöglichung einer Verbindung mehrerer Rohre miteinander geeignet sind.

14. Rohr nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an einem Ende mit einer Muffe (7) versehen ist.

15. Rohr nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende (6) derart behandelt ist, daß zumindest die Außenschicht (5) und, falls vorhanden, die Metallschicht (4) am Umfang des Rohres an dem jeweiligen Ende örtlich entfernt sind.

16. Aus Rohren bestehende Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung mehrere Rohre nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.

17. Verfahren für die gasdichte und flüssigkeitsdichte Verbindung zweier Rohre gemäß den Ansprüchen 13 bis 15, bei dem ein Einsteckende (6) eines anderen Rohres (A) in einer Muffe (7) eines Rohres (B) mit Hilfe eines Klebstoffs (8) festgelegt wird, das Einsteckende (6) des anderen Rohres (A) örtlich behandelt wird, um die Außenschicht (5) und, falls vorhanden, die Metallschicht (4) von dem einzusteckenden Teil (6) zu entfernen, wonach eine mit einen Klebstoff versehene Metallschicht (9) so, daß sie sich überlappt, um die so gebildete Verbindung herumgewickelt wird und dann ein faserverstärkter Kunststoff (10) über diese gewickelt wird, welcher Kunststoff dann gehärtet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckschicht (11) über der faserverstärkten Kunststoffschicht (10) aufgebracht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (11) aus einem epoxidgetränkten Polyester-Nonwoven besteht.