CZ306739B6

CZ306739B6 - Vícevrstvá plastová trubka

Info

Publication number: CZ306739B6
Application number: CZ2008-170A
Authority: CZ
Inventors: Tomáš Novotný; Pavel Novotný
Original assignee: LUNA PLAST, a.s.
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2017-06-07
Also published as: CZ2008170A3

Abstract

Vícevrstvá plastová trubka obsahuje nejméně tři osově soustředné a vzájemně pevně spojené vrstvy materiálů na bázi polyethylenu s rozdílnou molekulární a nadmolekulární strukturou. Vnitřní vrstva má tloušťku rovnající se 1/10 až 1/4 celkové tloušťky stěny trubky a je z homopolymeru ethylenu s unimodální distribucí molárních hmotností o hustotě 0,94 až 0,95 g/cm.sup.3.n. a modulem pružnosti v tahu při 23 .degree.C nejméně 0,8 GPa. Střední vrstva má tloušťku rovnající se 1/2 až 7/10 celkové tloušťky stěny trubky a je z homopolymeru ethylenu s bimodální distribucí molárních hmotností o hustotě nejméně 0,95 g/cm.sup.3.n.a modulem pružnosti v tahu při 23 .degree.C nejméně 0,9 GPa a pevností v tahu na mezi kluzu při 23 .degree.C nejméně 22 MPa. Vnější vrstva má tloušťku rovnající se 1/5 až 3/10 celkové tloušťky stěny trubky a je z kopolymeru ethylenu s .alfa.-olefinem vybraným ze skupiny zahrnující propen, 1-buten, 1-hexen a 1-okten s bimodální distribucí molárních hmotností o hustotě 0,94 až 0,96 g/cm.sup.3.n. a modulem pružnosti v tahu při 23 .degree.C nejméně 0,8 GPa.

Description

Vynález se týká vícevrstvé plastové trubky se zvýšenou odolností vůči poškození a použitelné zejména pro tlakové rozvody vody a plynů.

lo Dosavadní stav techniky

Již po několik posledních desetiletí jsou plasty zavedeným a osvědčeným materiálem pro výrobu trubek. Dominantním materiálem tlakových trubek rozvodů vody a plynu se postupem doby stal vysoko hustotní polyethylen (HDPE). Přes své nesporné výhody však vykazují polyethylenové 15 trubky také určité nevýhody. Jejich nejzávažnější nevýhodou je citlivost na mechanické poškození jejich povrchu, které způsobuje iniciaci trhlin a v konečném důsledku výrazné zkrácení jejich životnosti. Obvyklým technickým opatřením, které zamezuje povrchovému poškození trubek je jejich ukládání do pískového lože. Toto řešení je však ekonomicky značně náročné.

Novější způsob ochrany trubek před jejich poškozením umožňujícím využití nových postupů kladení potrubí bez pískového obsypu, jakými jsou např. ukládání pluhováním, ukládání protlakem nebo tzv. relining, je založen na aplikaci vnější ochranné vrstvy z lehčeného polyethylenu nebo modifikovaného rázuvzdorného polypropylenu. Vnější ochranná vrstva není spojena s materiálem trubky. Tento způsob ochrany je sice účinný, avšak přináší určité komplikace při svařo25 vání trubek, kdy je nezbytné ochranný obal v místě svaru za pomoci speciálních přípravků odstranit.

Řešení konstrukce trubky s ochrannou vrstvou pevně spojenou s materiálem trubky popisuje patentová přihláška EP 0 869 304. V tomto případě dvouvrstvá trubka vyrobená koextruzí sestává 30 z vnější vrstvy ze sesíťovaného sílaném roubovaného polyethylenu a vnitřní vrstvy z vysokohustotního polyethylenu. Nevýhodou tohoto řešení je technicky komplikované spojování potrubí, protože sesíťovaný polyethylen se nedá svařovat.

Vícevrstvé trubky se zvýšenou odolností proti vzniku trhlin při mechanickém namáhání popisuje 35 přihláška vynálezu CZ 2003-1038 (EP 2000/00203671). Minimálně dvouvrstvé trubky sestávají z hlavní vrstvy a tenčí vnitřní vrstvy materiálů na bázi polyethylenu, které se liší svou hodnotou FNCT (Full Notched Creep Test), přičemž materiál vnitřní a s výhodou dalších vrstev vykazuje vyšší hodnotu FNCT než materiál vrstvy hlavní. S výhodou mohou být trubky opatřeny vnější vrstvou ze sesíťovaného polyethylenu, nebo ze stejného materiálu, jaký je aplikován na vrstvu 40 vnitřní. Nevýhodou tohoto řešení je, že vrstva s nižší hodnotou FNCT a tedy méně odolná proti šíření trhliny iniciované povrchovým vrypem je buď přímo vnější vrstvou trubky (v případě dvouvrstvé trubky) a trubka pak může být poškozena ve svém nejslabším místě, neboje překryta odolnějším materiálem s vyšší hodnotou FNCT (u třívrstvé trubky), avšak podle specifikace chráněného konstrukčního provedení trubky může být tato vnější vrstva pouze 0,3 mm silná a nemůže 45 tedy poskytovat dostatečnou ochranu vůči účinkům mechanického poškození. Z technické praxe je totiž dostatečně známo, že při manipulaci s plastovými trubkami často dochází ještě před jejich ukládáním k poškození vnějšího povrchu trubek vrypy až do hloubky větší než je 1/10 tloušťky stěny trubky.

Výše uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky odstraňuje třívrstvá plastová trubka podle vynálezu.

- i .

CZ 306739 Β6

Podstata vynálezu

Podstata vynálezu vícevrstvé plastové trubky, které odstraňuje výše uvedené nevýhody spočívá v tom, že vícevrstvá plastová trubka sestává z nejméně tří osově soustředných a vzájemně pevně spojených vrstev z materiálů na bázi polyethylenu lišících se molekulární a nadmolekulámí strukturou, přičemž vnitřní vrstva má tloušťku rovnající se 1/10 až 1/4 celkové tloušťky stěny trubky aje z homopolymeru ethylenu s unimodální distribucí molárních hmotností o hustotě 0,94 až 0,95 g/cm³ a modulem pružnosti v tahu při 23 °C nejméně 0,8 GPa, střední vrstva má tloušťku rovnající se 1/2 až 7/10 celkové tloušťky stěny trubky aje z homopolymeru ethylenu s bimodální distribucí molárních hmotností o hustotě nejméně 0,95 g/cm³ a modulem pružnosti v tahu při 23 °C nejméně 0,9 GPa a pevností v tahu na mezi kluzu při 23 °C nejméně 22 MPa a vnější vrstva má tloušťku rovnající se 1/5 až 3/10 celkové tloušťky stěny trubky aje z kopolymeru ethylenu s α-olefinem vybraným ze skupiny skládající se z propenu, 1-butenu, 1-hexenu a 1-oktenu s bimodální distribucí molárních hmotností o hustotě 0,94 g/cm³ až 0,96 g/cm³ a modulem pružnosti v tahu při 23 °C nejméně 0,8 GPa.

Dále jsou uvedená další možná provedení vynálezu, která jeho podstatu účelně rozvíjejí nebo konkretizují.

Materiál vnitřní vrstvy trubky obsahuje nejvýše 3 % hmotn. pigmentu na bázi TiO₂ nebo ZnO, materiál střední vrstvy trubky obsahuje 1 až 3 % hmotn. pigmentu na bázi sazí.

Vrstvy trubky jsou spojeny v tavenině při společném toku taveniny materiálů vytlačovacím nástrojem při jejich výrobě koextruzí.

Vynález vychází z osvědčeného principu vrstveného materiálu, tzv. „sandwich, ve kterém se vzájemnou kombinací materiálových vlastností dociluje takových užitných vlastností výrobku, které jsou jiným způsobem dosažitelné jen obtížně, nebojsou zcela nedosažitelné. Každá z uvedených tří vrstev má díky vhodně zvolenému materiálu svou specifickou funkci a zajišťuje trubce určité užitné vlastnosti.

Materiál vnitřní vrstvy trubky je houževnatý, díky své unimodální distribuci molárních hmotností obsahuje nižší podíl krystalické fáze než materiál střední vrstvy a vytváří hladký a lesklý vnitřní povrch trubky. Hladký a lesklý povrch minimalizuje hydrodynamické tlakové ztráty při dopravě vody a kromě toho také zlepšuje hygienické vlastnosti trubek, neboť hydrofobní lesklý povrch omezuje usazování řas a bakterií uvnitř potrubí. Materiál vnitřní vrstvy trubky (i) je s výhodou pigmentován bíle a umožňuje tak snadnou vizuální kontrolu stavu potrubních systémů a detekci poruch pomocí vlečené kamery.

Materiál střední vrstvy trubky se vyznačuje díky své molekulární struktuře vysokým obsahem krystalické fáze, z čehož vyplývá i jeho vysoká pevnost a tuhost. Materiál střední vrstvy zajišťuje trubce vysokou odolnost vůči vnitřnímu předáku.

Materiál vnější vrstvy trubky z kopolymeru ethylenu s bimodální distribucí molárních hmotností se vyznačuje extrémně vysokou houževnatostí a odolností vůči šíření trhliny. Materiál svrchní vrstvy zajišťuje trubce maximální odolnost vůči negativním vlivům mechanického poškození při manipulaci a ukládání potrubí na její životnost. Vlastnosti použitého materiálu neumožňují šíření trhlin iniciovaných povrchovým poškozením např. škrábanci (vrubový efekt) do nitra stěny trubky, které je častou příčinou selhání jednovrstvých trubek z HDPE.

Výhodou vynálezu je vyvážený soubor užitných vlastností trubky, které předčí vlastnosti trubek vyráběných podle doposud zavedených technických řešení, především však jsou trubky podle uvedeného vynálezu odolné následkům mechanického poškození vnějšího povrchu až do hloubky 20 % tloušťky trubky. Trubky podle vynálezu je tedy možné ukládat všemi známými bezvýkopo

CZ 306739 Β6 vými postupy včetně technologie protahování do starých potrubních vedení, tzv. relining, kdy je trubka vystavena zvláště vysokému riziku poškrábání jejího povrchu. Při pokládce do výkopu pak trubku podle vynálezu není nutné ukládat do pískového lože, ale k jejímu obsypu je možné bez rizika použít vytěženou zeminu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vodovodní trubka tlakové třídy PN 16 o vnějším průměru 110 mm a tloušťce 10,0 mm (SDR=11) byla vyrobena koextruzí podle vynálezu. Tloušťka vnitřní vrstvy činila 1,0 mm, tloušťka střední vrstvy činila 6,5 mm a tloušťka vnější vrstvy činila 2,5 mm. Jako materiál vnitřní vrstvy byl použit vysokohustotní polyethylen výkonové třídy PE 80 s unimodální distribucí molámích hmotností, hustotou (dle ISO 1183) 0,946 g/cm³, který vykazoval modul pružnosti v tahu (dle ISO 527-1) 850 MPa a obsahoval 0,8% hmotn. anatasové titanové běloby. Jako materiál střední vrstvy byl použit vysokohustotní polyethylen výkonové třídy PE 100 s bimodální distribucí molámích hmotností, hustotou (dle ISO 1183) 9,51 g/cm³, který vykazoval modul pružnosti v tahu (dle ISO 527-1) 1100 MPa, pevnost v tahu (dle ISO 527-1) 25 MPa a obsahoval 2,25 % hmotn. sazí. Na vnější vrstvu trubky byl využit kopolymer ethylenu a 1-hexenu výkonové třídy PE 80 s bimodální distribucí molámích hmotností, hustotou (dle ISO 1183) 0,943 g/cm³, který vykazoval modul pružnosti v tahu (dle ISO 527-1) 800 MPa a byl modře pigmentovaný (odstín královská modř).

Jako kontrolní vzorek sloužila trubka tlakové třídy PN 16 o vnějším průměru 110 mm a tloušťce 10,0 mm (SDR=11) vyrobená ze stejného typu polyethylenu jako střední vrstva trubky podle vynálezu, tedy z vysokohustotního polyethylenu výkonové třídy PE 100 s bimodální distribucí molámích hmotností, hustotou (dle ISO 1183) 9,51 g/cm³, který vykazoval modul pružnosti v tahu (dle ISO 527-1) 1100 MPa, pevnost v tahu (dle ISO 527-1) 25 MPa a obsahoval 2,25 % hmotn. sazí.

Obě trubky, trubka podle vynálezu a trubka referenční byly podrobeny zkoušce pomalého šíření trhliny podle ISO 13479. Přířezy trubek byly na povrchu opatřeny 4 rovnoběžnými podélnými vruby tvaru V o hloubce 2,0 mm a s úhlovou roztečí 90°. Vruby byly do trubek vyfrézovány kuželovou frézou s vrcholovým úhlem 90°, poloměr vrcholu činil 0,1 mm. Vrubované trubky byly testovány na odolnost vůči vnitřnímu předáku při teplotě 80 °C a vnitřním přetlaku 9,2 bar (tj. 0,92 MPa). Měřena byla doba do porušení trubek.

Tabulka 1: Výsledky testu odolnosti vůči pomalému šíření trhliny podle ISO 13479

Zkoušená trubka Doba do porušení trubky (80 °C, 9,2 bar)

Trubka podle vynálezu 8600 hodin

Referenční trubka 2300 hodin

Průmyslová využitelnost

Vícevrstvá plastová trubka se zvýšenou odolností vůči poškození podle vynálezu je využitelná ve stavebnictví jako prvek venkovních a vnitřních vodovodů, tlakových kanalizací a venkovních a vnitřních plynovodů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vícevrstvá plastová trubka, vyznačená tím, že sestává z nejméně tri osově soustředných a vzájemně pevně spojených vrstev z materiálů na bázi polyethylenu lišících se molekulární a nadmolekulární strukturou, přičemž vnitřní vrstva má tloušťku rovnající se 1/10 až 1/4 celkové tloušťky stěny trubky a je z homopolymeru ethylenu s unimodální distribucí molárních hmotností o hustotě 0,94 až 0,95 g/cm³ a modulem pružnosti v tahu při 23 °C nejméně 0,8 GPa, střední vrstva má tloušťku rovnající se 1/2 až 7/10 celkové tloušťky stěny trubky a je z homopolymeru ethylenu s bimodální distribucí molárních hmotností o hustotě nejméně 0,95 g/ cm³a modulem pružnosti v tahu při 23 °C nejméně 0,9 GPa a pevností v tahu na mezi kluzu při 23 °C nejméně 22 MPa a vnější vrstva má tloušťku rovnající se 1/5 až 3/10 celkové tloušťky stěny trubky a je z kopolymeru ethylenu s α-olefinem vybraným ze skupiny skládající se z propenu, 1butenu, 1-hexenu a 1-oktenu s bimodální distribucí molárních hmotností o hustotě 0,94 g/cm³ až 0,96 g/cm³ a modulem pružnosti v tahu při 23 °C nejméně 0,8 GPa.
2. Vícevrstvá plastová trubka podle nároku 1, vyznačená tím, že materiál vnitřní vrstvy trubky obsahuje nejvýše 3 % hmotn. pigmentu na bázi TiO₂ nebo ZnO; a že materiál střední vrstvy trubky obsahuje 1 až 3 % hmotn. pigmentu na bázi sazí.
3. Vícevrstvá plastová trubka podle nároku 1 nebo 2, vyznačená tím, že vrstvy trubky jsou spojeny v tavenině při společném toku taveniny materiálů vytlačovacím nástrojem při jejich výrobě koextruzí.