DE69634787T2

DE69634787T2 - Kunststoffrohre

Info

Publication number: DE69634787T2
Application number: DE69634787T
Authority: DE
Inventors: David Charles Harget; Mikael Andersson; Eino Matias Holso; Jyri Jaakko Jarvenkyla
Original assignee: Uponor Ltd UK
Current assignee: Radius Systems Ltd
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: DE69629013T3; FI119447B; GB2297137B; EP1593896A1; FI973028L; EP1321703B1; GB2323556A; DE69637037D1; EP1321703A3; PL178860B1; JPH10512656A; EP1321703B2; CZ293247B6; WO1996022485A1; GB2297137A; HUP9702402A3; ES2202426T5; PT804699E; GB2323556B; NO973309L

Description

Die Erfindung betrifft Kunststoffrohre und insbesondere einen neuartigen Aufbau von Kunststoffrohren, ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen in einem derartigen Rohr.
Bei der Handhabung, der Installation und dem Verbinden von Kunststoffrohren wird die Rohroberfläche leicht beschädigt. Bei modernen Verfahren zum Installieren von Kunststoffrohren zum Beispiel wird für das Rohr ein Tunnel in der Erde gebohrt und das Rohr wird sodann durch den Tunnel beispielsweise in ein ausgehobenes Loch geschoben oder gezogen, in dem die nächste Rohrverbindung hergestellt werden soll.
Das Rohrverlegungsverfahren kann das Rohr erheblichen Biege-, Zug- und Abrasivkontaktkräften aussetzen. Dies ist nachteilig, da Biegen, Dehnen und Abrasion eines Rohres zu einer Beeinträchtigung seiner mechanischen Festigkeit führen kann. Darüber hinaus kann die Lebensdauer durch diffusionsfähige Materialien im Boden oder durch Umweltbedingungen verkürzt werden.
Es ist ersichtlich, dass das Rohrverlegungsverfahren auch dazu führen kann, dass das Rohr verkratzt und schmutzig wird. Dies ist dahingehend nachteilig, dass erstens das Rohrmaterial kerbempfindlich sein kann, so dass jeder Kratzer für die Entstehung eines größeren Schadens im Rohr während der weiteren Handhabung oder des Gebrauchs verantwortlich sein kann. Zweitens verhindert Schmutz am Rohr ein erfolgreiches Schweißen. Gegenwärtig ist ein verbreitetes Verfahren zum Verbinden von Kunststoffrohren Elektroschweißen und insbesondere Elektro-Schmelzschweißen mittels eines Elektro-Schmelzverbinders. Der Hauptgrund für das Versagen von Verbindungen mit einem Elektro-Schmelzverbinder ist, dass die Oberfläche des Rohres schmutzig oder oxidiert ist. Aus diesem Grund müssen die Rohrenden stets gereinigt und abradiert oder geschabt werden, beispielsweise mit Sandpapier oder einem Metallschaber, bevor die Verbindung erfolgt. In der Praxis ist das Reinigen und Abradieren oder Schaben oft ungleichmäßig (insbesondere die Unterseite des Rohres kann weniger sorgfältig bearbeitet werden) und die Qualität des Endergebnisses hängt von den Fertigkeiten des Installierenden ab.
Zum Überwinden der genannten Nachteile wurde eine Vielzahl von Vorschlägen unterbreitet.
Die Europäische Patentanmeldung 0474583 beschreibt ein im Boden zu verlegendes Kunststoffrohr, das ein Gas oder Wasser führendes Kernrohr enthält, das mit einem äußeren Schlauch aus einem thermoplastischen Material versehen ist, das eine höhere Flexibilität aufweist als das Material des Kernrohres. Das Rohr soll den exzessiven mechanischen Belastungen widerstehen, welchen es während des direkten Verlegens im Boden ausgesetzt ist. Der äußere Schlauch soll an den Enden leicht zu entfernen sein, wenn zwei Rohrteile durch Schweißen miteinander verbunden werden. Die Bildung von Rissen durch Beschädigung des Schutzschlauchs soll sich nicht zum Kernrohr fortsetzen, sondern endet, nachdem der Schlauch durchdrungen ist.
WO93/00212 beschreibt ein Kunststoffrohr zur Herstellung von Rohrverbindungen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß das Rohr mit einer Kunststoffoberflächenschicht als Schutzbeschichtung versehen ist, welche zumindest an den Enden des Rohres leicht lösbar ist, um die Verbin dungsfläche des Rohres freizulegen, die zur Bildung der Rohrverbindungsfläche erforderlich ist. Die Schutzbeschichtung kann UV-Stabilisatoren aufweisen und kann durch Koextrudieren durch eine Querkopf-Extrusionsdüse aufgebracht werden. Es werden verschiedene Wege offenbart, um die Schutzbeschichtung leicht vom Kernrohr lösbar zu machen, einschließlich der Verwendung von Füllstoffen in der Beschichtung, der Wahl chemisch verschiedener Kunststoffmaterialien für die Beschichtung und das Rohr, des Extrudierens der Beschichtung bei niedrigen Temperaturen und des Einbringens von Haftverhinderungsmitteln.
EP 0604907 offenbart ein zweilagiges Kunststoffrohr mit einem Kernrohr, dessen Material, Größe und Struktur im wesentlichen den Anforderungen entsprechen, welche das zu führende Material stellt, und mit einem äußeren Schlauch, der um das Kernrohr durch ein geeignetes beschichtungsverfahren aufgebracht wird, wobei die Eigenschaften des äußeren Schlauchs im wesentlichen den durch die Umgebung und das Verlegungsverfahren gegebenen Anforderungen entsprechen. Die Steifigkeit des äußeren Schlauchs, basierend auf den Materialeigenschaften oder dem Design des äußeren Schlauchs, ist wenigstens so groß wie die Steifigkeit des aus der selben Menge Material hergestellten Kernrohres, und der äußere Schlauch ist wenigstens an den Enden des Rohres entfernbar. Der äußere Schlauch wird wiederum durch Koextrudieren unter Verwendung einer Querkopf-Extrusionsdüse aufgebracht. Der schützende äußere Schlauch ist derart ausgebildet, dass er wenigstens an den Rohrenden leicht lösbar ist und eine geringe Haftung an diesen aufweist.
Die Japanische Patentveröffentlichung 3-24392 beschreibt ein Elektroschmelzrohr, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus einem Rohrkörper, der aus einem thermoplastischen Harz gebildet ist, und einer Schutzschicht besteht, die aus einem inkompatiblen Harz besteht und die Außenfläche des Rohrkörpers bedeckt. Der Rohrkörper kann aus einer Schicht aus einem rohrförmigen vernetzten thermoplastischen Harz und einer Schicht aus einem unvernetzten thermoplastischen Harz bestehen, die einstückig auf der Außenseite der Schicht aus thermoplastischem Harz ausgebildet ist, und ferner eine Schutzschicht aus inkompatiblem Harz aufweisen, welche die Außenseite des Rohrkörpers bedeckt. Die Schutzschicht kann abgezogen und eine Elektroschmelzverbindung hergestellt werden.
Sämtliche Offenbarungen der genannten Patentbeschreibungen sind durch Bezugnahme in jeder Hinsicht Teil des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Kunststoffrohr mit einem inneren Kern und einer äußeren Schutzschicht mit einer verbesserten Kombination von mechanischen und physikalischen Eigenschaften.
Nach einem Aspekt der Erfindung hat sich herausgestellt, dass die relativen Abmessungen des Kunststoffrohrs und die Dicke der äußeren Schutzschicht eine erhebliche Auswirkung auf die Leistung des Rohres haben. Es hat sich ebenfalls gezeigt, dass, zuerst zum Erreichen einer vorteilhaften Kombination von mechanischer Festigkeit, um den erschwerten Bedingungen beim Verlegen des Rohres standhalten zu können, und auch um einen ausreichenden Grad an Umweltschutz zu erreichen, und einem angemessenen Grad an Abziehbarkeit, eine bestimmte Wahl von mechanischen Eigenschaften und Abmessungen erforderlich ist.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist daher ein Kunststoffrohr mit einem inneren Kern und einer äußeren Schutzschicht vorgesehen, die von diesem abziehbar ist, um eine Fläche des inneren Kerns freizulegen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schutzschicht mit dem inneren Kern verbondet ist,
wobei die Abmessungen des Rohrs und der Schutzschicht derart sind, daß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Rohres und der Dicke der Schutzschicht wenigstens 70, vorzugsweise wenigstens 100, beträgt und
die Kohäsionsfestigkeit der äußeren Schutzschicht, ausschließlich jeglicher Schwächungslinien, wenigstens an den Enden des Rohres größer ist als die Lösefestigkeit der Haftverbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern; und die Festigkeit der Haftverbindung zwischen dem inneren Kern und der äußeren Schutzschicht im Bereich von 0,2 N/mm bis 2,52 N/mm liegt.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung hat sich ferner gezeigt, dass der Grad der Haftung zwischen dem inneren Kern und der äußeren Schutzschicht auch einen erheblichen Einfluß auf die Leistung des Rohres hat. Wenn die Haftung zu stark oder zu gering ist, können die mechanischen Eigenschaften des Rohres und insbesondere die Stoßfestigkeit, nachteilig beeinflusst werden.
Die Haftverbindung hat vorzugsweise relativ geringe Abzieh- und relativ hohe Scher-Eigenschaften. Vorzugsweise liegt die Haftung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern im Bereich zwischen 0,2 und 0,5 N/mm Breite, gemessen durch einen im folgenden beschriebenen Halbzug-Löseversuch.
Zwar ist es möglich, eine Haftung zwischen der Schutzschicht und dem inneren Kern innerhalb des bevorzugten Bereichs unter Verwendung eines Querkopf-Extrusionsverfahrens zu erreichen, bei dem die Schutz schicht über den verfestigten inneren Kern extrudiert wird, jedoch hat sich gezeigt, dass stetig verbesserte Ergebnisse durch Doppelextrusion erreicht werden, wobei beide Teile extrudiert und zusammengebracht werden, bevor eine wesentliche Oxidation der Außenfläche des inneren Schlauchs stattgefunden hat.
Die Erfindung schafft nach einem anderen Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohres mit einem inneren Kern und einer äußeren Schutzschicht, die von diesem zum Freilegen einer Fläche des inneren Kerns abziehbar ist, wobei das Verfahren umfaßt: das Koextrudieren geschmolzener Kunststoffmaterialien, die den inneren Kern und die äußere Schutzschicht bilden, aus einer Extruderdüse, das Zusammenbringen der geschmolzenen Kunststoffmaterialien im noch warmen Zustand und das Abkühlenlassen derselben, derart, daß beim Abkühlen die äußere Schutzschicht mit dem inneren Kern verbondet ist, von diesem jedoch zumindest an den Enden des Rohres abgezogen werden kann, um eine Fläche des inneren Kerns freizulegen, die zum Elektroschmelzschweißen geeignet ist, wobei die Abmessungen des Rohrs und der Schutzschicht derart sind, daß das Verhältnis des Außendurchmessers des Rohres zur Dicke der Schutzschicht wenigstens 70, vorzugsweise wenigstens 100, beträgt, die Kohäsionsfestigkeit der äußeren Schutzschicht, ausschließlich jeglicher Schwächungslinien, wenigstens an den Enden des Rohres größer ist als die Lösefestigkeit der Haftverbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern, und die Festigkeit der Haftverbindung zwischen dem inneren Kern und der äußeren Schutzschicht im Bereich von 0,2 N/mm bis 2,52 N/mm liegt.
Nach einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Kunststoffrohr mit einem inneren Kern und einer damit verbondeten äußeren Schutzschicht, wie zuvor definiert, bei dem die Lösefestigkeit der Haftverbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern nicht ausreicht, um es einem durch einen Stoß in der äußeren Schutzschicht gebildeten Riss zu ermöglichen, sich bis zum inneren Kern fortzusetzen und so die Stoßfestigkeit des inneren Kerns zu verringern, wobei die Stoßfestigkeit des inneren Kerns gemessen wird, indem das Rohr einem H50 Fallgewichtstoßtest gemäß EN1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C unterzogen wird.
Nach einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Kunststoffrohr mit einem inneren Kern und einer äußeren Schutzschicht, bei dem das Kunststoffrohr eine Stoßfestigkeit von mehr als 150 Nm, gemessen in einem H50 Fallgewichtstoßtest gemäß EN1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C, aufweist und wobei die Kohäsionsfestigkeit der äußeren Schutzschicht, ausschließlich jeglicher Schwächungslinien, wenigstens an den Enden des Rohres größer ist als die Lösefestigkeit der Haftverbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern.
Nach einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung in einem erfindungsgemäßen Kunststoffrohr oder zum Verbinden zweier Enden von erfindungsgemäßen Kunststoffrohren, mit dem Lösen der äußeren Schutzschicht von dem Bereich oder den Bereichen des Rohres oder der Rohre, die verbunden werden sollen, zum Freilegen einer Fläche des inneren Kerns für das Elektroschmelzen, dem Anbringen einer Elektroschmelzverbindungsvorrichtung über dem freigelegten Bereich oder den Bereichen des Rohres oder der Rohre und dem Aktivieren der Elektroschmelzverbindungsvorrichtung, um den Bereich oder die Bereiche des Rohres oder der Rohre damit zu verschmelzen.
Das Kunststoffrohr kann jedes geeignete thermoplastische Kunststoffmaterial aufweisen, und besonders geeignete Polymermaterialien umfassen, beispielsweise, olefinisch ungesättigte Polymere und Copolymere, bei spielsweise Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen und Polybuten, Ethylen- und Propylen-Copolymere, beispielsweise Ethylenvinylacetatpolymere und Propylenvinylacetatpolymere, halogenierte Vinylpolymere, wie Vinylchloridpolymere und -copolymere, Polyamide, beispielsweise Nylon 6 und Nylon 66, und Ionomerpolymere wie Surlyn.
Der innere Kern des Rohres ist kompatibel mit der jeweiligen Anwendung und insbesondere mit dem vom Rohr zu leitenden Fluidmaterial gewählt. Für viele Anwendungen ist Polyethylen das bevorzugte Material für den inneren Kern. Der gewählte Grad des Polyethylens, d.h. hohe Dichte, mittlere Dichte, geringe Dichte oder linear geringe Dichte, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Geeignete Grade von Polyethylen sind beispielsweise Statol 930 (natürlich), Neste NCPE 2600 (natürlich) und Neste NCPE 2467 BL und NCPE 2418. Jeder geeignete äquivalente Grad an Polyethylen kann selbstverständlich ebenfalls verwendet werden.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kunststoffrohre ist, dass die normale UV-Stabilisator- und Färbemittelpackung nicht im Kunststoffmaterial des inneren Kerns vorgesehen sein muß, vorausgesetzt, dass ausreichende Mengen dieser Materialien in der äußeren Schutzschicht vorhanden sind. So kann der innere Kern natürliches Polymermaterial aufweisen, das frei oder im wesentlichen frei von Zusätzen ist, welche die Kosten des Kernmaterials erhöhen, und welche unter gewissen Umständen die mechanischen oder physikalischen Eigenschaften des Kernmaterials beeinträchtigen.
Die äußere Schutzschicht besteht vorzugsweise aus einem Polymermaterial oder einer Mischung von Polymermaterialien mit guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften, zusammen mit der Fähigkeit, Mengen an Stabilisatormaterialien aufzunehmen, insbesondere UV-Stabilisatoren, welche ausreichen, den inneren Kern zu schützen. Bevorzugte Polymer materialien für die äußere Schutzschicht umfassen Propylen-Homo- und -Copolymere und insbesondere Propylencopolymere wie beispielsweise Neste SA 4020G. Andere Polymermaterialien mit geeigneten mechanischen und physikalischen Eigenschaften, beispielsweise Nylons und Surlyn, können unter geeigneten Umständen ebenfalls verwendet werden.
Geeignete Stabilisatormaterialien umfassen beispielsweise Titandioxid, Ruß und andere Füllstoffe. Zwar ist Ruß ein exzellenter UV-Stabilisator und Verstärkungsfüllstoff, jedoch sind vergrabene Rohre oft farblich codiert und seine Verwendung ist daher in vielen Anwendungen nicht möglich. Daher ist Titandioxid der bevorzugte Füllstoff und UV-Stabilisator, da es auch mit zahlreichen Farbstoffpackungen kompatibel ist. Andere Füllmaterialien wie Kalk und Talkum und die in der Europäischen Patentanmeldung 0604907 genannten Materialien, können ebenfalls verwendet werden. Die bevorzugte Füllpartikelgröße hängt von dem verwendeten Füllmaterial ab, jedoch beträgt beispielsweise für Titandioxid die durchschnittliche Partikelgröße vorzugsweise zwischen 0,003 bis 0,025 μm.
Ein besonders bevorzugtes erfindungsgemäßes Kunststoffrohr weist einen inneren Kern aus Polyethylen und eine äußere Schutzschicht aus einem Propylencopolymer auf. Das Rohr kann selbstverständlich mehr als zwei Schichten Polymermaterial aufweisen, und sämtliche mehrschichtigen Rohre sind eingeschlossen, vorausgesetzt, dass wenigstens ein innerer Kern und eine äußere Schutzschicht vorhanden sind. Das Rohr kann beispielsweise einen mehrschichtigen inneren Kern und eine äußere Schutzschicht aufweisen.
Während die Dicke der äußeren Schutzschicht ausreichend sein muß, um die geeigneten Mengen an UV-Stabilisatoren und Farbstoffen aufzunehmen, die zum Schutz des inneren Kerns erforderlich sind und um eine geeignete Identifizierung zu ermöglichen, so hat sich jedoch herausge stellt, dass, wenn sie zu dick ist, wodurch die äußere Schicht zu steif wird, die Stoßfestigkeit des Rohrs unerwarteterweise abnimmt.
Ohne auf eine besondere Theorie festgelegt werden zu wollen, wird angenommen, dass die Stoßfestigkeit des erfindungsgemäßen Kunststoffrohrs teilweise auf die Haftung zwischen dem inneren Kern und der äußeren Schutzschicht zurückzuführen ist. Wenn die Haftung zu gering ist, verhält sich die äußere Schutzschicht wie ein relativ dünner strukturell unabhängiger Schlauch und ist daher für Stoßbeschädigungen empfindlich. Wenn die Haftung zu stark ist, neigen Risse, die sich durch Reißen der äußeren Schutzschicht bilden, dazu, sich durch den inneren Kern fortzusetzen. Idealerweise sollte die Haftung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern ausreichend sein, um, selbst beim Reißen der äußeren Schutzschicht und beim Bilden eines Risses, den Riss an der Grenze zwischen äußerer Schicht und innerem Kern zu stoppen.
Vorzugsweise hat die äußere Schutzschicht eine Dicke von mehr als 0,1 mm, höchst vorzugsweise eine Dicke von mehr als 0,2 mm und meist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,3 – 0,5 mm.
Die Abmessungen des Rohres und der Schutzschicht sind derart, dass das Verhältnis zwischen Außendurchmesser des Rohres und der Dicke der Schutzschicht wenigstens 70 beträgt, vorzugsweise wenigstens 100. Hieraus ist ersichtlich, dass es möglich ist, eine dickere Schutzschicht auf einem Rohr mit größerem Durchmesser zu verwenden, obwohl zur besseren Abziehbarkeit die Dicke vorzugsweise minimal gehalten wird.
Beispiele für geeignete Rohraußendurchmesser und Dicken der äußeren Schutzschicht sind im folgenden angeführt.
Vorzugsweise sind die Abmessungen des Rohres und der Schutzschicht derart, dass das Verhältnis des Außendurchmessers des Rohres zur Dicke der Schutzschicht (Standardabmessungsverhältnis SDR) im Bereich von 150 bis 400 liegt.
Es ist beim Abziehen der äußeren Schutzschicht von den Enden des Rohrs wichtig, dass die Kohäsionskraft der äußeren Schutzschicht größer als die Festigkeit der Haftverbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Rohr ist. Dies ist darin begründet, dass verhindert werden soll, dass größere Partikel der äußeren Schutzschicht an der Außenseite des inneren Kerns haften und den Verbindungsvorgang stören, wenn beispielsweise eine Elektroschmelzverbindungseinrichtung verwendet wird. Vorzugsweise hinterlässt die äußere Schutzschicht nach dem Abziehen keine Reste auf dem inneren Kern. Allgemein beträgt die Kohäsionskraft der äußeren Schutzschicht vorzugsweise wenigstens 5 MPa und liegt höchst vorzugsweise im Bereich von 5 MPa und 10 MPa.
Ungeachtet des Vorangehenden kann die äußere Schutzschicht mit Schwächungslinien versehen sein, um das Abziehen zu unterstützen, wobei diese Linien durch Ritzen oder vorzugsweise durch geeignetes For men der Extrusionsdüse oder beispielsweise durch lokales Abkühlen der Düse gebildet werden können, wie in PCT/FI 92/00201 beschrieben.
Um das Abziehen der äußeren Schutzschicht weiter zu unterstützen, können die Extrusionsbedingungen derart gewählt sein, dass die Festigkeitseigenschaften der äußeren Schutzschicht in radialer und axialer Richtung verschieden sind.
Wie zuvor erwähnt liegt die Haftung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 0,5 N/mm Breite, gemessen durch einen Halbzug-Löseversuch. Ein geeigneter Versuch wird im folgenden beschrieben.
Ein Testmuster eines Rohres wird durch Schneiden zweier paralleler axialer Kerben durch die gesamte Oberflächenschicht über 50 mm und durch Verlängern der Kerben um weitere 50 mm mit einer derartigen Tiefe, dass 0,3 mm der Oberflächenschicht belassen werden, vorbereitet. Weitere 20 mm Muster werden belassen, bevor die vertikale Ausrichtung mit der Lastzelle erfolgt.
Der Reißversuch erfolgt in einem Instron Modell 1197 mit einer Geschwindigkeit von 100 mm pro Minute. Das Rohr wird derart angeordnet, dass der Beginn des Reißens zu Beginn der Kerbentiefe 120 mm von der Mitte der Lastzelle erfolgt und der Abstand vom Beginn des Reißens zum Befestigungspunkt der Lastzelle 750 mm beträgt. Der größte Reißwinkel wird erreicht, wenn der Teil des Rohres gerissen wird, der eine durch die Oberflächenschicht gehende Kerbe aufweist.
Zwar wird dies gegenwärtig nicht bevorzugt, jedoch kann es möglich sein, eine Haftschicht zwischen dem inneren Kern und der äußeren Schutzschicht vorzusehen, welche die geeigneten Hafteigenschaften hat.
Wird ein Kleber verwendet, sollte er vorzugsweise eine hohe Kohäsionskraft haben, so dass er keine Reste hinterlässt, wenn er von dem Rohr abgezogen wird, oder, alternativ, sollten, falls Reste auf dem Rohr verbleiben, diese das Schmelzen unterstützen, anstatt es zu behindern.
Die Stoßfestigkeit des erfindungsgemäßen Kunststoffrohrs ist vorzugsweise vergleichbar mit der Stoßfestigkeit eines Kunststoffrohres gleicher Abmessungen, das vollständig aus dem Kunststoffmaterial des inneren Kerns gebildet ist. Vorzugsweise beträgt die Stoßfestigkeit wenigstens 150 Nm, gemessen bei 0° in einem H50 Stoßversuch nach EN1411 (1996). Exzellente Stoßfestigkeit wird unter Verwendung eines Kunststoffrohrs mit einem inneren Kern aus Polyethylen und einer äußeren Schutzschicht aus einem Propylencopolymer erreicht.
Wie zuvor erwähnt wird das erfindungsgemäße Kunststoffrohr vorzugsweise durch Koextrusion beispielsweise mittels einer mit einer Zwillingstrommel, einem Dopppelschneckenextruder, oder zwei einzelnen Extrudern verbundenen Düse, hergestellt, wobei die Düse mit separaten Strömen geschmolzenen Kunststoffs gespeist wird. Vorzugsweise werden die Schmelzenströme in der Düse zusammengebracht, d.h. die Materialien werden im Druckbereich der Düse zusammengebracht und treten als einzelnes Extrudat aus. Alternativ kann die Düse mit konzentrischen Düsenauslässen versehen sein, die mit den separaten Strömen geschmolzenen Kunststoffs versorgt, welche den inneren Kern und die äußere Schutzschicht bilden sollen. In diesem Fall können die die Extruderdüsenauslässe verlassenden Extrudate in einer Kalibrierdüse in Kontakt gebracht werden, welche gleichzeitig den Außendurchmesser des Rohres anpasst. Die Extrudate werden vorzugsweise an einem Punkt nahe dem Extruderdüsenauslass in Kontakt miteinander gebracht, um jede wesentliche Oxidation der Oberfläche des inneren Kerns zu vermeiden. Bei Extrudaten, die beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 Meter pro Minute fließen, ist die Kalibrierdüse vorzugsweise nicht weiter als 15 cm von dem Extruderdüsenauslaß entfernt.
Zwar kann es unter gewissen Umständen möglich sein, das Extrudat für den inneren Kern durch eine einzelne Kalibrierdüse zu leiten, bevor die äußere Schutzschicht aufgebracht wird, jedoch wird dies nicht bevorzugt, da sich gezeigt hat, dass die Kalibrierdüse eine Außenflächenschicht auf dem inneren Kern erzeugt, die für eine Verschlechterung anfälliger ist, möglicherweise aufgrund der induzierten Scherausrichtung oder Scher-Nukleation in der die Kalibrierdüse berührenden Außenfläche.
Die Temperatur der Extrudate hängt von der Natur des Polymermaterials ab, jedoch beträgt beispielsweise bei Verwendung inneren Kerns aus Polyethylen und einer äußeren Schutzschicht aus einem Propylencopolymer die Temperatur der Extrudate am Düsenauslaß vorzugsweise zwischen 180 und 220°C. Vorzugsweise beträgt die Temperatur der Extrudate, wenn sie zusammengebracht werden, mindestens 150°C, höchst vorzugsweise zwischen 180 bis 220°C.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dauerhaft einen inneren Kern und eine äußere Schutzschicht mit einer Haftung im bevorzugten Bereich erzeugen, und durch eine geeignete Wahl des Materials der äußeren Schutzschicht kann erreicht werden, dass die äußere Schutzschicht von dem inneren Kern ohne Zurücklassen wesentlicher Reste auf der Oberfläche des inneren Kerns abgezogen werden kann. Falls erforderlich, können die physikalischen Eigenschaften der äußeren Schutzschicht durch Hinzufügen von mehr oder weniger Füllstoffen oder anderen Zusätzen beeinflusst werden. Ein bevorzugtes Polymermaterial für die äußere Schutzschicht umfasst beispielsweise Polypropylencopolymer mit 1 bis 6 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammenset zung, eines Füllstoffs wie Titandioxid. Vorzugsweise hat die äußere Schutzschicht eine Zugfestigkeit zwischen 15 und 25 MPa.
Im allgemeinen hat sich gezeigt, dass es zu bevorzugen ist, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Zusätze mit geringem Molekulargewicht zu verwenden, wie beispielsweise Verarbeitungshilfsmittel. Jedoch sind Stearate, beispielsweise Calciumstearat, als Verarbeitungshilfsmittel geeignet, ohne die Haftung zwischen dem inneren Kern und der Schutzschicht im wesentlichen zu beeinträchtigen.
Antioxidationsmittel können in der Formel für die Schutzschicht nach Bedarf verwendet werden. Falls angebracht, können sie aus der Formel für den inneren Kern weggelassen werden, vorausgesetzt, dass geeignete Mengen in der äußeren Schutzschicht enthalten sind.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel illustriert.
Beispiel
Eine Anzahl von Formeln für den inneren Kern und die äußere Schutzschicht wurde aus Zusammensetzungen gemäß Tabelle 1 hergestellt. Die Formeln wurden unter Verwendung eines Hauptextruders und eines kleineren zusätzlichen Extruders mit konzentrischer Düsenzufuhr extrudiert. Die Schmelzenströme wurden vor dem Austritt aus den heißen Düsen zusammengeführt. In einem Experiment wurde das Extrudat, das einen Durchmesser von 80 mm hatte, durch eine Kalibrierdüse mit einem Durchmesser von 66,8 mm geleitet, um ein Doppelschichtrohr mit einem Außendurchmesser von 63,8 mm, einer Dicke der äußeren Schutzschicht von 0,3 mm und einer Dicke des inneren Kerns von 6,2 mm zu bilden. In einem anderen Versuch wurde ein Doppelschichtrohr mit einem Außendurchmesser von 40 mm extrudiert.
Proben der Rohre mit 40 mm Außendurchmesser wurden dem zuvor beschriebenen Halbzug-Löseversuch unterzogen und die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargelegt. Die Tabelle 3 zeigt ähnliche Ergebnisse bei Proben, die nicht bei Raumtemperatur abgezogen werden konnten und vor dem Löseversuch in einem Ofen wärmebehandelt wurden. Diese Beispiele sind zu Vergleichszwecken mit eingeschlossen.
Proben der Rohre wurden ferner einer Alterung nach dem Wetterbeständigkeitstest ISO 4982 unterzogen. Das Testverfahren wird im folgenden beschrieben. Die Eigenschaften der Rohre erwiesen sich nach dem Altern als im wesentlichen unverändert, woraus sich ergibt, dass der natürliche innere Kern durch die Stabilisatorpackung in der äußeren Schutzschicht effektiv geschützt wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 angeführt.
Weitere Proben der Rohre wurden einem H50 Stoßversuch nach EN 1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C und -20°C unterzogen. Ein Rohr hatte den Versuch bestanden, wenn eine gemessene Stoßfestigkeit von mehr als 150 Nm gegeben war.
Es stellte sich heraus, dass Rohre mit einer Außenschicht aus Polypropylencopolymer sämtliche Stoßversuche bestanden und ungefähr das gleiche Verhalten zeigten wie nicht beschichtete Polyethylenrohre des gleichen Durchmessers.
Rohre mit einer äußeren Schicht aus Polypropylenhomopolymer hatten eine verringerte Stoßfestigkeit von 33 Nm bei 0°C verglichen mit mehr als 150 Nm bei einem äquivalenten nicht beschichteten Polyethylenrohr, und galten als im Versuch durchgefallen.
Ferner wurde eine 50/50 Mischung aus Polypropylenhomopolymer und -copolymer getestet. Das Rohr erfüllte den Stoßversuch bei 0°C mit einer Stoßfestigkeit von mehr als 150 Nm, jedoch waren die Ergebnisse bei -20°C die gleichen wie für das Polypropylenhomopolymer.
Das Versagen beim Stoßversuch war auf eine Art von Reißen zurückzuführen, bei dem ein Riss in der äußeren Schicht begann und sich in das Rohr fortsetzte. Es wird angenommen, dass diese Proben, welche bei dem Stoßversuch durchfielen, versagten, weil die Haftung zwischen der äußeren Schicht und dem inneren Kern zu groß war.
Der Leser wird auf sämtliche Schriften und Dokumente hingewiesen, die gleichzeitig mit oder vor dieser Beschreibung in Verbindung mit dieser Anmeldung eingereicht wurden und zur öffentlichen Einsicht zusammen mit dieser Beschreibung zur Verfügung stehen, und der Inhalt sämtlicher dieser Schriften und Dokumente sind durch Bezugnahme Teil des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung.
Sämtliche in dieser Beschreibung (einschließlich der zugehörigen Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) offenbarten Merkmale und/oder sämtliche der Schritte eines jeglichen offenbarten Verfahrens oder Prozesses sind in jeder beliebigen Kombination kombinierbar, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen zumindest einige dieser Merkmale und/oder dieser Schritte sich gegenseitig ausschließen.
Jedes in dieser Beschreibung (einschließlich der zugehörigen Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) offenbarte Merkmal kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, welche dem selben, einem äquivalenten oder ähnlichen Zweck dient, außer dies ist ausdrücklich anders erwähnt. Somit ist jedes offenbarte Merkmal, sofern nicht ausdrück lich anders erwähnt, nur ein Beispiel für eine generische Reihe von äquivalenten oder ähnlichen Merkmalen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der vorangehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich auf jegliches neue Merkmal, oder jegliche neuartige Kombination von Merkmalen, der in der Beschreibung (einschließlich der zugehörigen Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) offenbarten Merkmale oder auf jeglichen neuartigen Schritt, oder jegliche neuartige Kombination von Schritten, eines jeglichen ofenbarten Verfahrens oder Prozesses.
Alterung von Polyethylen/Polypropylen-Rohren
Wetterfestigkeitstest nach ISO 4892
Testobjekt
61 Stücke von Polyethylenrohren mit einer Länge von 465 mm und einem Durchmesser von 40 mm
Testverhalten
Die Polyethylenrohre wurden gemäß dem Regenzyklus 102/18 in einem Atlas Type 65 Weather-o-meter^® Wetterbedingungen ausgesetzt.
Die Temperatur auf einem schwarzen Standardthermometer betrug 63±3°C und die relative Feuchtigkeit betrug 50±6%.
Die Lichtquelle wurde gefiltert, um eine untere Grenze von 290 nm zu erreichen.
Die Einstrahlung betrug 61+6W/m² im Bandbereich von 280-400 nm.
Das Aussetzen war nach 250 Stunden beendet, was einer Lichtdosis im sichtbaren UV-Wellenlängenintervall (280-800 nm) für London, England, von 3 Monaten entspricht.

Claims

Kunststoffrohr mit einem inneren Kern und einer äußeren Schutzschicht, die von diesem abziehbar ist, um eine Fläche des inneren Kerns freizulegen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schutzschicht mit dem inneren Kern verbondet ist, wobei die Abmessungen des Rohrs und der Schutzschicht derart sind, daß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Rohres und der Dicke der Schutzschicht wenigstens 70, vorzugsweise wenigstens 100, beträgt und die Kohäsionsfestigkeit der äußeren Schutzschicht, ausschließlich jeglicher Schwächungslinien, wenigstens an den Enden des Rohres größer ist als die Lösefestigkeit der Haftverbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern; und die Festigkeit der Haftverbindung zwischen dem inneren Kern und der äußeren Schutzschicht im Bereich von 0,2 N/mm bis 2,52 N/mm liegt.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösefestigkeit der Haftverbindung zwischen dem inneren Kern und der äußeren Schutzschicht nicht ausreicht, die Ausbreitung eines in der äußeren Schutzschicht durch Stoß gebildeten Risses zum inneren Kern hin zu ermöglichen und so die gemessene Stoßfestigkeit des Kunststoffrohres zu verringern, wobei die Stoßfestigkeit gemessen wird, indem das Kunststoffrohr einem H50 Fallgewichtstoßtest gemäß EN1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C unterzogen wird.
Kunststoffrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr eine Stoßfestigkeit von mehr als 150 Nm, gemessen in einem H50 Fallgewichtstoßtest gemäß EN1411 (1996) bei einer Temperatur von 0°C, aufweist und wobei die Kohäsionsfestigkeit der äußeren Schutzschicht, ausschließlich jeglicher Schwächungslinien, wenigstens an den Enden des Rohres größer ist als die Lösefestigkeit der Haftverbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern Polyethylen aufweist.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schutzschicht ein Propylen-Homopolymer oder -Copolymer aufweist.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern im wesentlichen frei von Antioxidationsmitteln und/oder UV-Stabilisatoren ist.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schutzschicht ein Titandioxid-Füllmittel aufweist.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schutzschicht eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 1,0 mm aufweist.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Rohres und der Dicke der Schutzschicht im Bereich von 150 bis 400 liegt.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohäsionsfestigkeit der äußeren Schutzschicht gemessen durch einen Halbzuglöseversuch, im Bereich von 5 MPa bis 10 MPa liegt.
Kunststoffrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfestigkeit der äußeren Schutzschicht im Bereich von 15 MPa bis 25 MPa liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohres mit einem inneren Kern und einer äußeren Schutzschicht, die von diesem zum Freilegen einer Fläche des inneren Kerns abziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt: das Koextrudieren geschmolzener Kunststoffmaterialien, die den inneren Kern und die äußere Schutzschicht bilden, aus einer Extruderdüse, das Zusammenbringen der geschmolzenen Kunststoffmaterialien im noch warmen Zustand und das Abkühlenlassen derselben, derart, daß beim Abkühlen die äußere Schutzschicht mit dem inneren Kern verbondet ist, von diesem jedoch zumindest an den Enden des Rohres abgezogen werden kann, um eine Fläche des inneren Kerns freizulegen, die zum Elektroschmelzschweißen geeignet ist, wobei die Abmessungen des Rohrs und der Schutzschicht derart sind, daß das Verhältnis des Außendurchmessers des Rohres zur Dicke der Schutzschicht wenigstens 70, vorzugsweise wenigstens 100, beträgt, die Kohäsionsfestigkeit der äußeren Schutzschicht, ausschließlich jeglicher Schwächungslinien, wenigstens an den Enden des Rohres größer ist als die Lösefestigkeit der Haftverbindung zwischen der äußeren Schutzschicht und dem inneren Kern, und die Festigkeit der Haftverbindung zwischen dem inneren Kern und der äußeren Schutzschicht im Bereich von 0,2 N/mm bis 2,52 N/mm liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern Polyethylen und die äußere Schutzschicht ein Propylen-Homopolymer oder -Copolymer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzene Kunststoffmaterialien im Druckbereich einer Extruderdüse in Kontakt miteinander gebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern und die äußere Schutzschicht bei einer Temperatur zwischen 150°C und 220°C zusammengebracht werden.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung in einem Kunststoffrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 11, oder zum Verbinden zweier Kunststoffrohre nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit dem Abziehen der äußeren Schutzschicht von dem Bereich oder den Bereichen des Rohres, die freigelegt werden sollen, um eine Fläche des inneren Kerns zum Elektroschmelzschweißen freizulegen, Anordnen eines Elektroschweißkopplers über dem freigelegten Bereich oder den Bereichen des Rohres oder der Rohre und Aktivieren des Elektroschweißkopplers zum Verschmelzen des Bereichs oder der Bereiche des Rohrs oder der Rohre mit diesem.
Kunststoffrohr nach Anspruch 2, bei dem der H50 Stoßversuch bei einer Temperatur von -20°C ausgeführt wird.
Kunststoffrohr nach Anspruch 3, bei dem der H50 Stoßversuch bei -20°C ausgeführt wird.