FI79970B - FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV KOMPOSITPRODUKTER. - Google Patents

Description

7997079970

Menetelmä komposiittituotteiden valmistamiseksi Förfarande för framställning av kompositprodukter Tämä keksintö koskee menetelmää yhteensidottujen komposiittituotteiden valmistamiseksi useista yhteensopimattomista materiaaleista ekstruoimalla ensimmäisen muovin virtaus suuttimen läpi profiilin muodostamiseksi, muodostamalla epäsäännöllisiä ulokkeita ja ontelolta käsittävä kuviointi profiilin pinnalle, lisäämällä profiilimuovin kanssa yhteen-sopimatonta toista materiaalia oleva juokseva päällyste karhealle pinnalle siten, että se ympäröi ulokkeet ja tunkeutuu onteloihin ja kovettamalla päällystemateriaali. Komposiitti-tuotteet voivat olla johtoja, putkia, levyjä tai nauhoja.This invention relates to a method of making bonded composite products from a plurality of incompatible materials by extruding a flow of a first plastic through a nozzle to form a profile, forming an overlapping so that it surrounds the protrusions and penetrates the cavities and curing the coating material. Composite products can be wires, pipes, plates or tapes.

Se ominaisuuksien moninaisuus, joka erityyppisillä muoveilla voidaan saavuttaa, johtaa loogisesti yrityksiin valmistaa kappaleita, joissa laminaatteja tai komposiittikerroksia käyttämällä yhdistyy kaksi tai useampia erilaisia ominaisuuksia. Siten on jo kauan oltu selvillä siitä, että olisi toivottavaa voida valmistaa putki, jossa lasikuituvahviste-tun lämpökovettuvan hartsin keveys, hyvä lujuus ja jäykkyys yhdistyy termoplastisen muovin kuten polyetyleenin joustavuuteen ja kemikaaleja ja kulutusta kestäviin ominaisuuksiin.The variety of properties that can be achieved with different types of plastics logically leads to attempts to make parts in which two or more different properties are combined using laminates or composite layers. Thus, it has long been known that it would be desirable to be able to make a tube in which the lightness, good strength and rigidity of a glass fiber reinforced thermosetting resin are combined with the flexibility and chemical and wear resistant properties of a thermoplastic such as polyethylene.

Koska edellinen ei kestä hyvin kemikaaleja, erityisesti rasittavissa ja kuluttavissa oloissa, ja jälkimmäinen ei ole kovin jäykkä, erityisesti kovassa kuumuudessa, on polyety-leenivuorattu lasikuituvahvistettu lämpökovettuva muovi esimerkki tuotteesta, joka tarjoaisi kiinnostavan ominaisuuksien yhdistelmän.Because the former is not very resistant to chemicals, especially under stressful and abrasive conditions, and the latter is not very rigid, especially in extreme heat, polyethylene-lined fiberglass-reinforced thermosetting plastic is an example of a product that would offer an interesting combination of properties.

Yritykset tällaisen tuotteen aikaansaamiseksi ovat kuitenkin suurelta osaltaan epäonnistuneet. Ensiksikin on havaittu, että polaariset hartsit kuten polyesteri, jota yleisesti käytetään lasikuituvahvistetuissa muoveissa, eivät helposti sitoudu ei-polaarisiin termoplasteihin kuten poly-olefiineihin. Sen tähden esimerkiksi polyetyleenivuorattua 79970 2 "lasikuitu" putkea on pidetty hankalana toteuttaa, koska vuoraus voi lämpölaajenemisen johdosta tai vakuumioloissa painua kokoon ja erottua irti muodostaen haitallisen tukoksen putkeen tai aiheuttaen vuorauksen halkeamisen tai rikkoontumisen. Käytöstä riippuen myös muita ei-toivottuja tilanteita voi syntyä silloin kun vuoraus ja ulkokuori eivät ole riittävän sitoutuneita. Esimerkiksi toinen kerros voi laajenemisen tai venymisen vaikutuksesta päättyä putken päissä pidemmälle tai lyhyemmälle kuin toinen tehden vaikeaksi asianmukaisten liitosten muodostamisen.However, attempts to produce such a product have largely failed. First, it has been found that polar resins such as polyester, which is commonly used in glass fiber reinforced plastics, do not readily bind to non-polar thermoplastics such as polyolefins. Therefore, for example, a polyethylene lined 79970 2 "fiberglass" tube has been found difficult to implement because the liner may collapse and detach due to thermal expansion or under vacuum conditions, forming a harmful blockage in the tube or causing the liner to crack or break. Depending on the use, other undesirable situations may also arise when the liner and outer shell are not sufficiently bonded. For example, one layer may terminate longer or shorter at the ends of the tube due to expansion or elongation than the other, making it difficult to form proper joints.

Eräitä yrityksiä on tehty sitoutumisen parantamiseksi koneistamalla tai lyömällä urakuvio sille pinnalle, johon viereinen muovi tunkeutuu. Mutta tämäkään tekniikka ei aikaansaa riittävää sitoutumista ilman onteloitua tai alleleikat-tua muotoa, joka on vaikea aikaansaada automaattisissa prosesseissa, joita yleensä mielellään käytetään muovikappaleiden valmistuksessa, jotka siten sopivat suulakepuristusmene-telmiin.Some attempts have been made to improve engagement by machining or hitting a groove pattern on the surface to which the adjacent plastic penetrates. But even this technique does not provide sufficient bonding without a hollow or undercut form, which is difficult to achieve in automated processes commonly used in the manufacture of plastic bodies, which are thus suitable for extrusion processes.

Jonkin verran kemiallista sitoutumista voidaan aikaansaada erikoistekniikalla kuten avoimella liekillä tai koronapur-kauksella käsittelemällä. Nämä liitostekniikat ovat kuitenkin vaikeita, epäluotettavia (varsinkin kun pinta on sileä) ja pyrkivät menettämään vaikutuksensa ajan mittaan tehden tuotteen sen vanhetessa epäluotettavaksi ja epävarmaksi.Some chemical bonding can be accomplished by special techniques such as open flame or corona discharge treatment. However, these bonding techniques are difficult, unreliable (especially when the surface is smooth) and tend to lose their effect over time, making the product unreliable and insecure as it ages.

Brittiläisessä patenttijulkaisussa 1 229 938 on selostettu alkukappaleen mukainen menetelmä. Siinä profiilin pinnalle muodostetut epäsäännölliset ulokkeet ja ontelot on aikaansaatu lämmittämällä ainakin profiilin pinta plastiseen tilaan jonka jälkeen hienojakoinen materiaali, kuten jauhettu tai kuitumainen termoplastinen materiaali, tai sulassa tilassa oleva hiukkasmainen metalli, esimerkiksi sinkkiä, puhalletaan mainittuun plastisoituun pintaan. Tällä menetelmällä pystytään tietysti jonkin verran parantamaan päällys-British Patent Publication 1,229,938 discloses a method according to the preamble. In it, irregular protrusions and cavities formed on the surface of the profile are provided by heating at least the surface of the profile into a plastic space after which a fine material such as powdered or fibrous thermoplastic material or molten particulate metal, e.g. zinc, is blown into said plasticized surface. This method can, of course, somewhat improve the coating

IIII

teen kiinnittymistä profiilin pintaan, mutta samalla valmis tusprosessin työvaiheet lisääntyvät ja valmistuskustannukset nousevat.I attach to the surface of the profile, but at the same time the work steps in the manufacturing process increase and the manufacturing costs increase.

3 79970 Tämän keksinnön tarkoituksena on voittaa edellä mainitut vaikeudet ja haitat ja aikaansaada menetelmä yhteensidottu-jen komposiittituotteiden valmistamiseksi tehokkaalla ja hinnaltaan kilpaulukykyisellä tavalla suulakepuristamalla.It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned difficulties and disadvantages and to provide a method for manufacturing bonded composite products in an efficient and cost-effective manner by extrusion.

Lisäksi tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, jolla kaksi yhteensopimatonta muovikerrosta voidaan muodostaa komposiittiputkiksi, joilla on sellainen mekaaninen sitoutumisaste, joka tekee ne turvallisiksi, luotettaviksi ja rakenteellisesti terveiksi.It is a further object of the present invention to provide a method by which two incompatible plastic layers can be formed into composite pipes having a degree of mechanical bonding that makes them safe, reliable and structurally sound.

Nämä tarkoitukset ja muut edut saavutetaan menetelmällä komposiittituotteiden valmistamiseksi useista yhteensopimatto-mista materiaaleista, joilla tarkoitetaan sellaisia joilla on hyvin pieni affiniteetti sitoutua toisiinsa tai jotka tekevät sen vastahakoisesti. Menetelmä tunnetaan siitä, että karhea epäsäännöllinen pinta muodostetaan koekstruoimalla toinen virtaus, ensimmäiseen virtaukseen, profiilin pintakerrokseksi sulavaa muovia suuttimen läpi, johon toiseen virtaukseen on sekoitettu vieras aine, joka pystyy rikkomaan muovin homogeenisen rakenteen, sekä antamalla siten muodostuneen pintakerroksen murtua poistuessaan suuttimesta, alennetun paineen sekä suuttimen pintaa vasten esiintyvästä kitkasta johtuvien leikkausjännitysten vaikutuksesta.These objects and other advantages are achieved by a method of making composite products from a plurality of incompatible materials, by which is meant those which have a very low affinity to bind to each other or which do so reluctantly. The method is characterized in that a rough irregular surface is formed by coextruding a second stream, into the first stream, into a profile surface layer of molten plastic through a nozzle mixed with a foreign substance capable of breaking the homogeneous structure of the plastic, and allowing the resulting surface layer to break out of the nozzle. due to shear stresses due to friction against the nozzle surface.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa käytetään toisessa virtauksessa kaasua muodostavaa ainetta, jolloin korkeasta lämpötilasta ja paineen putoamisesta suuttimen aukossa johtuen aiheutetaan kaasua muodostavan aineen laajeneminen siten että tyhjät tilat murtuvat.In one embodiment of the invention, a gas-forming substance is used in the second flow, whereby due to the high temperature and the pressure drop in the nozzle opening, the expansion of the gas-forming substance is caused so that the voids are broken.

Keksintö voidaan sen jatkokehitysmuodossa suorittaa jäähdyttämällä suutinalue lähellä ulkoaukkoa siten, että suutin 4 79970 on kylmempi kuin sulavirtaus, näin aiheuttaen toiseen muo-vivirtaukseen tietty kitka ja leikkausjännitys. Johtuen vieraasta aineesta, joka rikkoo muovivirtauksen homogeenista rakennetta, tämä virtaus pyrkii repeilemään ja murtumaan muodostaen siten karhean pinnan. Näin ollen voidaan havaita, että vieraan aineen ei tarvitse olla kaasua muodostavaa ainetta, vaan se voi olla mitä tahansa ainetta, joka aikaansaa heikkoutta muovin rakenteeseen niin että se murtuu.In its further development, the invention can be carried out by cooling the nozzle area close to the outer opening so that the nozzle 4 79970 is colder than the melt flow, thus causing a certain friction and shear stress in the second plastic flow. Due to the foreign matter disrupting the homogeneous structure of the plastic flow, this flow tends to tear and break, thus forming a rough surface. Thus, it can be seen that the foreign substance need not be a gas-forming substance, but can be any substance that causes weakness in the structure of the plastic so that it breaks.

Sitä voidaan myös modifioida ottamalla sellaista vierasta ainetta mukaan toiseen kerrokeen, jolla on affUnisuutta toiseen muoviin, ja koska se jää toiseen kerrokseen istutetuksi, se aikaansaa jonkin verran adheesiota toiseen muovi-päällysteeseen .It can also be modified by incorporating such a foreign substance into the second layer that has an affinity for the second plastic, and because it remains implanted in the second layer, it provides some adhesion to the second plastic coating.

Ensimmäinen virtaus voidaan ekstruoida profiilimuodossa kuten sylinterimäisenä putkena tai se voi muodostaa tasaisia arkkeja tai pitkiä kapeita nauhoja, jotka voidaan kiertää kierteisesti muodostamaan komposiittiputken sisäkerroksen.The first stream may be extruded in a profile shape such as a cylindrical tube or may form flat sheets or long narrow strips which may be helically wound to form the inner layer of the composite tube.

Tätä tekniikkaa voidaan käyttää muodostamaan komposiitti-tuotteita hyvin monista keskenään yhteensopimattomista materiaaleista. Esimerkiksi ei-polaarisiin polyolefiineihin, joita on vaikea sitoa muihin tuotteisiin, ja joihin voidaan muodostaa karhea pinta tämän keksinnön menetelmän mukaisesti, kuuluvat sellaiset yleiset muovit kuten polyetyleeni ja polypropyleeni.This technique can be used to form composite products from a wide variety of incompatible materials. For example, non-polar polyolefins which are difficult to bind to other products and which can be formed on a rough surface according to the process of this invention include common plastics such as polyethylene and polypropylene.

Esimerkkejä toisesta materiaalista, joka saatetaan haluta yhdistää edelliseen, mutta joka usein on yhteensopimaton sen kanssa, ovat betoni, polaariset lämpökovettuvat hartsit kuten polyesteri, ja eristeaineet kuten solupolyuretaa-ni, -polyvinyylikloridi, -fenoli ja solupolystyreeni.Examples of another material that may be desired to be combined with the former, but which is often incompatible with it, include concrete, polar thermosetting resins such as polyester, and insulators such as cellular polyurethane, polyvinyl chloride, phenol, and cellular polystyrene.

Keksintö voidaan paremmin ymmärtää oheisesta sen erään suoritusmuodon kuvauksesta, joka kohdistuu sylinterimäisen kom- 5 79970 posiittiputken valmistukseen, samalla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa:The invention can be better understood from the accompanying description of an embodiment directed to the manufacture of a cylindrical composite tube, with reference to the accompanying drawings, in which:

Kuva 1 on leikkauskuvanto ekstruusiopäästä, jota voidaan käyttää menetelmässä komposiittiputkien valmistamiseksi;Figure 1 is a sectional view of an extrusion head that can be used in a method of making composite pipes;

Kuva 2 on osaleikkauskuvanto muoviprofiilista sen tullessa ulos kuvan 1 suutinpäästä;Figure 2 is a partial sectional view of the plastic profile as it exits the nozzle end of Figure 1;

Kuva 3 esittää kaaviomaisesti myöhempää vaihetta menetelmässä muodostettaessa komposiittiputkea kuvassa 2 esitettyä profiilia käyttäen;Figure 3 schematically shows a later step in the method of forming a composite pipe using the profile shown in Figure 2;

Kuva 4 esittää osaleikkauskuvantoa komposiittiputkesta, joka on muodostettu kuvien 1, 2 ja 3 esittämällä menetelmällä ja laitteella;Figure 4 shows a partial sectional view of a composite pipe formed by the method and apparatus shown in Figures 1, 2 and 3;

Kuva 5 on perspektiivikuvanto, joka esittää tällaisen kompo-siittiputken rakennetta; jaFigure 5 is a perspective view showing the structure of such a composite pipe; and

Kuva 6 esittää toista menetelmää, jossa tätä keksintöä käytetään muodostamaan komposiittiputkia kierrekiertämisellä.Figure 6 shows another method in which the present invention is used to form composite pipes by threading.

Kuvassa 1 esitetty ekstruusiopää on sitä tyyppiä, jota tyypillisesti käytetään yhdistettynä suulakepuristimeen, joka on suunniteltu syöttämään kuumaa sulatettua muovia suuttimeen. Kuvan 1 suuttimen rungossa 2 on tuloaukko 4 suulakepuristimesta, ja se yhdistyy pääkulkutiehen 6. Esitetyssä suutti-messa käytetään perforoituja renkaita 8 ja 28 edelleense-koittamaan ja homogenoimaan niiden läpi virtaavaa ainetta, ja pääkanava 6 kapenee kapeammaksi pökkileikkaukseltaan tasaisemmaksi osaksi 10 ja johtaa suutinkanavaan 12, joka myös on poikkileikkaukseltaan tasamittaisen sylinterimäinen.The extrusion head shown in Figure 1 is of the type typically used in conjunction with an extruder designed to feed hot molten plastic to the die. The nozzle body 2 of Figure 1 has an inlet 4 from the extruder and connects to the main passage 6. The nozzle shown uses perforated rings 8 and 28 to further mix and homogenize the material flowing therethrough, and the main channel 6 narrows into a narrower nozzle section 10 which is also cylindrical of uniform cross-section.

Samalla kun suutinkanava 12 on, tavallisessa sylinterimäisen putken tapauksessa, koko ympärysmitaltaan jaktuva, kanavia 6 6 79970 voi olla yksi tai kaksi tai kolme tai neljä tai useampia sijoitettuna samanrakentaisina säteettäisin välein akselin ympärille.While the nozzle channel 12 is, in the case of a conventional cylindrical tube, distributed over its entire circumference, the channels 6 6 79970 may be one or two or three or four or more arranged in the same radial spacing around the axis.

Esitetty suutin on varustettu toisella kanavalla 14, joka johtaa vaakasuoran kanavan 16 kautta perforoituun renkaaseen 18 ja supistuvaan osaan 20 ja lopuksi syöttöaukkoon 22, joka on välittömästi pääkanavan 10 lähtoaukon ulkokehän vieressä ylävirran päässä suutinkanavan 12 ulkokehällä.The nozzle shown is provided with a second channel 14 leading through a horizontal channel 16 to a perforated ring 18 and a shrink portion 20 and finally to a feed opening 22 immediately adjacent the outer periphery of the outlet of the main channel 10 upstream of the outer periphery of the nozzle channel 12.

Esitetty suutin on varustettu myös kolmannella kanavalla 24, joka johtaa lähtöaukkoon 26 välittömästi suutinkanavan 12 sisäkehän edellä. Kuitenkin tässä kuvatun suositellun suoritusmuodon yhteydessä tämä kolmas kanava on suljettu eikä sitä käytetä.The nozzle shown is also provided with a third channel 24 leading to the outlet opening 26 immediately before the inner circumference of the nozzle channel 12. However, in the preferred embodiment described herein, this third channel is closed and not used.

Käytössä sulaa muovia kuten polyetyleeniä syötetään suulakepuristimen sylinteristä suutinpäähän tuloaukkoon 4, jossa perforoitu levy 28 aikaansaa virtauksen jakaantumisen useisiin kanaviin aikaansaaden lisäsekoittumisen ja homogenoitu-misen, minkä jälkeen se kulkee pääkanavaan 6 toisen perfo-roidun renkaan 8 kautta ja lopuksi kanavan 10 läpi suutin-kanavaan 12, josta se tulee ulos lähtöaukossa 30, kuten tässä esimerkissä jatkuvana tai päättymättömänä ympyrären-kaana tai putkena.In use, molten plastic such as polyethylene is fed from the extruder cylinder to the nozzle head inlet 4 where the perforated plate 28 provides flow distribution to multiple channels for further mixing and homogenization, then passes through the second channel perforated ring 8 into the main channel 6 and finally , from which it exits at the outlet 30, as in this example as a continuous or endless circle or tube.

Kuten alan ammattimies hyvin tietää, tämän tyyppinen suula-kepuriste johdetaan tyyppillisesti sitten kalibraattorin ja jäähdytyshauteen läpi suulakepuristeen oikeiden dimensioiden ja muodon säilyttämiseksi samalla kun muovin annetaan jäähtyä ja kovettua siihen pisteeseen asti, jossa se on tarpeeksi jäykkää pysyäkseen muodossaan. Sen tähden jäähdytystä ja kalibrointia ei tässä ole esitetty.As is well known to those skilled in the art, this type of extrudate is typically then passed through a calibrator and cooling bath to maintain the correct dimensions and shape of the extrudate while allowing the plastic to cool and cure to a point where it is rigid enough to remain in shape. Therefore, cooling and calibration are not shown here.

Tässä kuvatussa suoritusmuodossa toinen sulan muovin virtaus (ideaalisesti toisesta suulakepuristimesta), joka myösIn the embodiment described herein, a second flow of molten plastic (ideally from a second extruder) that also

IIII

7 79970 on polyetyleeniä, mutta sisältää suuruusluokaltaan 0,5-3 tai 4 % siihen sekoitettua kaasua muodostavaa ainetta, johdetaan kanavien 14 ja 16 kautta ja homogenointiritilästä 18 lähtöaukkoon 22 jossa se tulee koekstruoiduksi ulkokerroksena kanavasta 10 virtaavaan päävirtaukseen.7,79970 is polyethylene, but contains on the order of 0.5-3 or 4% of a gas-forming substance mixed therewith, is passed through channels 14 and 16 and from the homogenization grate 18 to an outlet 22 where it becomes coextruded as an outer layer into the main stream flowing from channel 10.

On huomattava, että johtuen muovin viskoosisuudesta, sen kitkasta suuttimen kanavien seinämiä vastaan ja niissä olevista supistuksista, tarvitaan huomattava paine aikaansaamaan virtaus lähtöaukkoon 30. Polyetyleenin viskositeetista riippuen tämä paine saattaa olla niinkin korkea kuin noin 200 - 400 kg/cm2 tuloaukossa suuttimeen kohdassa 22, jolloin se laskee kuljettaessa kanavaa 12 pitkin kohtaan juuri ennen lähtöaukkoa 30, jossa se putoaa äkkinäisesti noin nollaan. Lämpötilat suuttimen läpi 4:stä 30:een ovat tyypillisesti alueella 210 - 230°C.It should be noted that due to the viscosity of the plastic, its friction against the walls of the nozzle channels and the constrictions therein, considerable pressure is required to provide flow to the outlet 30. Depending on the viscosity of the polyethylene, this pressure may be as high as about 200-400 kg / cm 2 at the nozzle it drops as it travels along the channel 12 to a point just before the outlet 30, where it suddenly drops to about zero. Temperatures through the nozzle from 4 to 30 are typically in the range of 210 to 230 ° C.

Tällaiset korkeat lämpötilat aiheuttaisivat muuten kaasua muodostavan aineen höyrystymisen ja laajenemisen, mutta suuttimessa vallitsevat suuret paineet estävät sitä tekemästä niin. Kuitenkin, kun ekstruoitu aine saavuttaa lähtö- tai suutinaukon 30, vapautuu paine äkkiä ja pidätetty kaasua muodostava aine ulkokerroksessa, joka tulee kanavista 14, 16 ja 20, höyrystyy ja laajenee korkean lämpötilan vaikutuksesta ja tuloksena äkkiä vapautuneesta paineesta muodostaen suuren määrän pieniä murtuneita kuplia ekstruoidun putken koko ulkopinnalle.Such high temperatures would otherwise cause the gas-forming material to evaporate and expand, but the high pressures in the nozzle prevent it from doing so. However, when the extruded material reaches the outlet or nozzle orifice 30, the pressure is suddenly released and the trapped gas-forming material in the outer layer coming from the channels 14, 16 and 20 evaporates and expands under high temperature and the resulting suddenly released pressure to form a large number of small broken bubbles on the entire outer surface.

Samalla kun kaasua muodostava aine aikaansaa tyhjiä tiloja ulkokerrokseen, joista jotkut puhkeavat tai murtuvat auki, kanavan 12 seinämän kitka ulkokerroksen pintaa vasten muodostaa leikkausjännityksiä polyetyleeniin, mikä myös aiheuttaa tyhjien tilojen murtumisen.While the gas generating agent creates voids in the outer layer, some of which burst or rupture open, the friction of the wall of the channel 12 against the surface of the outer layer creates shear stresses in the polyethylene, which also causes the voids to rupture.

On havaittu, että tämä tapahtuu varsinkin silloin kun kanavan 12 seinämät jäähdytetään lämpötilaan, joka on alle nor- β 79970 maalisti vallitsevan (ts. alle sulavirtauksen lämpötilan). Syntyvät leikkausjännitykset aiheuttavat tyhjien tilojen puhkeamisen ja tyhjien tilojen välisten yhdyssiltojen rikkoontumisen. Tuloksena syntyy pintaan epäsäännöllisten ulokkeiden ja onteloiden muodostama kuvio, jossa esiintyy paljon alleleikattuja profiileja johtuen muovin takaisin-kimmahdus- tai "takaisinnapsahdus"-reaktiosta sen elastisessa tilassa.It has been found that this occurs especially when the walls of the duct 12 are cooled to a temperature below the norm- β 79970 painfully prevailing (i.e. below the melt flow temperature). The resulting shear stresses cause the rupture of empty spaces and the rupture of the bridges between the empty spaces. The result is a pattern of irregular protrusions and cavities on the surface with a large number of undercut profiles due to the back-bounce or "bounce" reaction of the plastic in its elastic state.

Siten, toisin kuin suulakepuristetun muoviprofiilin tyypillisesti tasaisessa pinnassa, tällä tavalla valmistetussa putkessa on äärimmäisen karhea pinta, jossa on tuhansia hyvin pieniä ulokkeita ja syvennyksiä, joista jotkut ovat muodoltaan sisäänkääntyneitä tai sisäänvedettyjä, kuten viitenumerolla 40 kuvassa 2 on esitetty.Thus, unlike the typically flat surface of an extruded plastic profile, a tube made in this manner has an extremely rough surface with thousands of very small protrusions and recesses, some of which are inverted or retracted in shape, as shown at 40 in Figure 2.

Koska nämä kaksi virtausta ovat samaa (tai ainakin yhteensopivaa) ainetta, tapahtuu olennainen tai jopa täydellinen näiden kahden kerroksen sulautuminen, jolloin putkenseinämän 32 paksuus tulee olemaan olennaisesti homogeeninen ja rakenteellisesti yhtenäinen.Since the two flows are the same (or at least compatible) substance, a substantial or even complete fusion of the two layers takes place, whereby the thickness of the pipe wall 32 will be substantially homogeneous and structurally uniform.

Olemme yllättäen havainneet, että tällainen karhea pinta muodostaa ideaallisen välineen sellaisten materiaalien sitomiseksi mekaanisesti putken 32 ulkopintaan, joita muuten olisi vaikea tai mahdoton sitoa kemiallisesti, kuten polaaristen lämpökovettuvien hartsien, esim. sen tyyppisen epoksin tai polyesterin, jota käytetään lasikuituvahvistei-sessa muovissa.We have surprisingly found that such a rough surface provides an ideal means for mechanically bonding materials to the outer surface of the tube 32 that would otherwise be difficult or impossible to chemically bond, such as polar thermosetting resins, e.g., epoxy or polyester of the type used in glass fiber reinforced plastic.

Kuvassa 3 esitetään kaaviomaisesti kuinka kuvassa l esitetyn kaltainen putki voidaan muuttaa komposiittiputkeksi levittämällä ensin kerros lämpökovettuvaa hartsia ja sitten kuitusidos tai toinen kerros 50 (käyttäen putkiteknologiassa hyvintunnettua tekniikkaa), joka voi muodostua esimerkiksi lämpökovettuvilla epoksi- tai polyesteri hartseilla kyllästetystä lasikuidusta 52.Figure 3 shows schematically how a tube such as that shown in Figure 1 can be converted to a composite tube by first applying a layer of thermosetting resin and then a fiber bond or a second layer 50 (using techniques well known in tube technology) which may be formed of glass fiber impregnated with thermosetting epoxy or polyester resins.

Il 9 79970Il 9 79970

Vaihtoehtoisesti lämpökovettuvan hartsin ja lasikuitujen seos voidaan "vetopuristaa" sisäputken 32 päälle tunnetulla tavalla, jolloin sisäputki viedään vetopuristimen läpi ja sille levitetään ulompi hartisikerros, ja suoritetaan kovetus. Myös muita tekniikkoja voidaan käyttää, kuten hartsin ja lasikuitujen seoksen ruiskuttamista ulkopintaan samalla kun putkea siirretään eteenpäin.Alternatively, the mixture of thermosetting resin and glass fibers can be "drawn" onto the inner tube 32 in a known manner, passing the inner tube through a drawing press and applying an outer resin layer thereto, and curing. Other techniques can also be used, such as spraying a mixture of resin and fiberglass onto the outer surface while moving the tube forward.

Käytettäköönpä sitten mitä päällystystekniikkaa tahansa, tuloksena on komposiittiputki, johon kuuluu polyolefiinia (tässä polyetyleeniä) oleva sisäkerros, joka on hyvin tunnettu kemiallisesta kestävyydestään ja kulutuskestävyydestään ja pystyy suojaamaan lasikuituvahvisteisen polyesterikerrok-roksen. Toisaalta lasikuituvahvisteinen polyesterikerros on painoltaan kevyt tapa aikaansaada olennainen rengaslujuus, iskunkestävyys, jäykkyys ja lujuus, joita taipuisammalla ja joustavammalla polyetyleenillä ei voitaisi saada.Whatever coating technique is used, the result is a composite pipe comprising an inner layer of polyolefin (here polyethylene) which is well known for its chemical and abrasion resistance and is capable of protecting a glass fiber reinforced polyester layer. On the other hand, a fiberglass-reinforced polyester layer is a lightweight way to provide substantial ring strength, impact resistance, stiffness, and strength that could not be obtained with more flexible and flexible polyethylene.

Käyttämällä tässä kuvattua tekniikaa sitoutuvat lisäksi nämä kaksi kerrosta, joita normaalisti olisi vaikea sitoa yhteen, siitä huolimatta lujasti mekaanisesti yhteen johtuen sisäputken 32 karheasta epäsäännöllisestä pinnasta. Sisäputkesta ulospistävät epäsäännölliset ulokkeet upottuvat ulkokerroksen 50 sen päällä olevaan hartsiin ja osa polyesterihartsis-ta tunkeutuu sisäputken sisäänkääntyneisiin tai sisäänvedettyihin onteloihin, kuten kuvan 4 esityksestä voidaan nähdä.In addition, using the technique described herein, the two layers, which would normally be difficult to bond together, are nevertheless firmly mechanically bonded together due to the rough irregular surface of the inner tube 32. The irregular protrusions protruding from the inner tube sink into the resin of the outer layer 50 and a portion of the polyester resin penetrates the folded or retracted cavities of the inner tube, as can be seen from the representation in Figure 4.

Kuva 5 esittää rakenteeltaan sellaista putkea, jossa karhea-pintainen 40 polyesterivuorattu putki 32 on päällystetty ulkopuolelta useilla kerroksilla lasikuituvahvisteista polyesteriä, kuten 50.Figure 5 shows a tube structure in which a rough-surfaced polyester-lined tube 32 is coated on the outside with a plurality of layers of fiberglass-reinforced polyester, such as 50.

Vaikka edellä on kuvattu komposiittiputkea, jonka karhea ulkopinta on päällystetty toisella kerroksella, voitaisiin kuvassa 1 esitettyä suutinta käyttää muodostamaan karhea ra 10 79970 kenne putken sisäpintaan 34 johtamalla polyetyleenivirtaus, johon on sekoitettu kaasua muodostavia aineita, kanavasta 24 lähtöaukkoon 26 samanlaisella menetelmällä kuin edellä kuvattu.Although a composite pipe having a rough outer surface coated with a second layer has been described above, the nozzle shown in Figure 1 could be used to form a rough rafter on the inner surface 34 of the pipe by passing a gaseous polyethylene stream from channel 24 to outlet 26 by a method similar to that described above.

Tällaista rakennetta voitasiin käyttää esimerkiksi kiinnittämään sisäputki polyetyleenivaipan sisäpuolelle, kun rengas tila on tarkoitus täyttää eristevaahdolla.Such a structure could be used, for example, to attach the inner tube to the inside of the polyethylene sheath when the ring space is to be filled with insulating foam.

Kokeista edellisellä tekniikalla on saatu tuloksena esimerkkejä tyypillisistä valmistusoloista, näiden tulosten ollessa esitetty taulukossa I.Experiments with the prior art have resulted in examples of typical manufacturing conditions, these results are shown in Table I.

Esimerkiksi esimerkissä 1 käytettiin sisäkerroksena HD-polyetyleeniä, jonka sulavirtausindeksi (MFI) oli 0,5 (mitattuna 190°C/5 kg) ja tiheys 0,95, ja sulamislämpötila 220°C, valmistettaessa putkea, jonka sisähalkaisija oli 130 mm ja seinämäpaksuus 4,5 mm. Koekstruoidulle ulkokerrokselle, joka oli HD-polyetyleeniä, jonka sulavirtausindeksi oli 0,8 (190°C/2,16 kg) ja tiheys 0,95, 0,8%:lla atsodikarbona-midi-kaasua muodostavaa ainetta, ja sulamislämpötila 225°C, saatiin teksturoitu pinta, joka oli noin 0,5 mm paksu, huippukorkeuden ollessa keskimäärin 1,7 mm.For example, in Example 1, HD polyethylene having a melt flow index (MFI) of 0.5 (measured at 190 ° C / 5 kg) and a density of 0.95 and a melting temperature of 220 ° C was used as an inner layer to make a pipe with an inner diameter of 130 mm and a wall thickness of 4 .5 mm. For a coextruded outer layer of HD polyethylene with a melt flow index of 0.8 (190 ° C / 2.16 kg) and a density of 0.95 with 0.8% azodicarbonamide gas-forming agent and a melting point of 225 ° C , a textured surface about 0.5 mm thick was obtained, with an average peak height of 1.7 mm.

n 79970 nn 79970 n

H 3 tfl w> M »o m MH 3 tfl w> M »o m M

jj § n ^ o% o* ό jjj *-^g z a || 23 33 «3 2 22jj § n ^ o% o * ό jjj * - ^ g z a || 23 33 «3 2 22

Il --- m SS j « « 'V ms o 2» “V ! S8i§ ;_ s 1. ,. . .Il --- m SS j «« 'V ms o 2 »“ V! S8i§; _ s 1.,. . .

*& 5-¾ r» .3 E * e E f* ή lii jJi ^r-·* & 5-¾ r ».3 E * e E f * ή lii jJi ^ r- ·

^ ÖB «G^ ÖB «G

-I-I

§ Ift* 33 S3 33 33 S 33 .lii" γ~ί : : n | Jill 5» :-» s-» s » „ ._!§ Ift * 33 S3 33 33 S 33 .lii "γ ~ ί:: n | Jill 5»: - »s-» s »„ ._!

hl l· SS SJ SS SS S SShl l · SS SJ SS SS S SS

3 g O^cT o'o' cTo* o'o' o' o' ^ H -..-..1 i - - — - I.·— ·ψτ (k ui tr j g HO< °° Ϊ M p S%° s- | 8 | φ ________——-—5- j3 g O ^ cT O'o 'cTo * O'o' o 'o' ^ H -..- .. 1 i - - - - I. · - · ψτ (k ui tr jg HO <°° Ϊ M p S% ° s- | 8 | φ ________——-— 5- j

3 3 m f* ci n j I3 3 m f * ci n j I

P ^ £%_, o·* os O e' a IP ^ £% _, o · * os O e 'a I

; k 0 IQS' -« «n s 1 Λύ "v ^_f_L .; k 0 IQS '- «« n s 1 Λύ "v ^ _f_L.

a O O SO 00 — ^ ^ «- Φ r- O Cl O d *“a O O SO 00 - ^ ^ «- Φ r- O Cl O d *“

Σϊ S g (5 S Sn2 o S g SΣϊ S g (5 S Sn2 o S g S

^ ® e § § £ E c K E c 3 § o ω +j □ QQ E E jj EEg B Q vo i'-" ~~ ^ S S ^ W ? ~ V ri ^ a sws a dw< a Il H «3 a a H «> s H § 1! 12 79970^ ® e §§ £ E c KE c 3 § o ω + j □ QQ EE jj EEg BQ vo i'- "~~ ^ SS ^ W? ~ V ri ^ a sws a dw <a Il H« 3 aa H «> S H § 1! 12 79970

Vaikka edellisessä suositellussa suoritusmuodossa käsitellään kaasua muodostavan aineen käyttöä koekstruoidussa toisessa kerroksessa, joka muodostaa ulkokerroksen polyetylee-nisisävuoraukselle, on mahdollista saavuttaa olennaisesti sama vaikutus käytettäessä muuta vierasta ainetta (jolla tarkoitetaan tätä ainetta, joka ei ole homogeeninen muovivir-tauksen kanssa) kuten hienojakoisia hiukkasia, vesipisaroita (vaikkakin jotkut pitävät myös vettä kaasua muodostavana aineena) ja muun tyyppisiä täyteaineita tai kuituja, jotka rikkovat virtauksen homogeenisen rakenteen ja antavat sille huonommat virtausominaisuudet, niin että kun muovi virtaa suuttimen läpi, ulkokerros murtuu ja rikkoutuu karheaksi epäsäännölliseksi pinnaksi leikkausjännitysten vaikutukses-sesta. Tässä suhteessa täyteaineet, joilla on pieni affii-niteetti ei-polaarisiin polyolefiinihartseihin, toimivat lähes samalla tavalla kuin kaasukuplat, kun sula polymeeri tulee ulos suutinaukosta, ja aiheuttavat myös tyhjiä tiloja ulkokerroksen pintaan.Although the previous preferred embodiment deals with the use of a gas-forming agent in a coextruded second layer forming an outer layer for a polyethylene inner liner, it is possible to achieve substantially the same effect when using another foreign substance (meaning this substance not homogeneous with plastic flow) such as fine particles, water particles. (although some also consider water as a gas-forming agent) and other types of fillers or fibers that disrupt the homogeneous structure of the flow and give it poorer flow properties so that as the plastic flows through the nozzle, the outer layer ruptures and breaks into a rough irregular surface due to shear stresses. In this respect, fillers with low affinity for non-polar polyolefin resins act in much the same way as gas bubbles when the molten polymer exits the nozzle orifice, and also create voids on the surface of the outer layer.

Jatkokehitysmuodossa voidaan käyttää polaaristen polymeerien, kuten PVC:n, hiukkasia, koska näillä on hyvä kemiallinen affiniteetti lämpökovettuviin hartseihin ja ne siten muodostavat tälle ulkokerrokselle alueita, jotka voivat sitoa ulkokerroksen (tässä tapauksessa polyesterikerroksen).In a further development form, particles of polar polymers such as PVC can be used because they have a good chemical affinity for thermosetting resins and thus form regions on this outer layer that can bind the outer layer (in this case the polyester layer).

Vaikka suositeltu suoritusmuoto kuvaa putkea, joka on valmistettu ekstruoimalla polyetyleenisylinteri sisävuorauksen muodostamiseksi, joka sitten päällystetään ulkopuolelta la-sikuituvahvisteisella polyesterillä ruiskuttamalla, vetopu-ristamalla, tai kierteisellä kiertämisellä, on myös mahdollista valmistaa kuvassa 6 esitetyn kaltainen putki, jossa ensimmäinen ekstruoitu virtaus muodostaa ohuen, tasaisen ja kapean nauhan 60, joka kierretään kierteisesti sylinterin 62 ympärille sylinterimäisen putkipituuden 64 muodostamiseksi. Tämä tekniikkaa on erityisen käyttökelpoi-Although the preferred embodiment illustrates a tube made by extruding a polyethylene cylinder to form an inner liner which is then coated on the outside with glass fiber reinforced polyester by injection, compression molding, or helical twisting, it is also possible to make a flat tube similar to that shown in Figure 6. and a narrow strip 60 helically wound around the cylinder 62 to form a cylindrical tube length 64. This technique is particularly useful

IIII

13 79970 nen kun halutaan valmistaa suurihalkaisijainen putki, jonka seinämät kuitenkin ovat suhteellisen ohuet, rakenne, joka ilman tukea olisi taipuvainen painumaan kokoon.13 79970 when it is desired to produce a large-diameter pipe, the walls of which, however, are relatively thin, a structure which, without support, would tend to collapse.

Jos nauha 60 ekstruoidaan edellä kuvatun menetelmän mukaisesti käyttäen murtuvaa ulkokerrosta, putken 64 ulkokerros saa samanlaisen karhean rakenteen, joka sitten voidaan päällystää jäykemmällä materiaalilla kuten lasikuituvahvis-teisella polyesterillä, jota on kuvattu viitenumerolla 66. Lisäkerrokset on esitetty viitenumeroilla 68 ja 69.If the strip 60 is extruded according to the method described above using a frangible outer layer, the outer layer of the tube 64 obtains a similar rough structure which can then be coated with a stiffer material such as fiberglass reinforced polyester described at 66 and 69. Additional layers are shown at 68 and 69.

Vaikka suositeltu suoritusmuoto kuvaa menetelmää polyetylee-nivuorauksen päällystämiseksi toisella muovilla kuten polyesterillä, saattaa olla tarpeellista käyttää myös muita materiaaleja, jotka normaalisti sitoutuisivat huonosti tasaiseen polyetyleenivuoraukseen, esim. betonia tai savea. Siten vaikka suositeltua suoritusmuotoa on kuvattu yhteenso-pimattomien muovien (joilla tässä tarkoitetaan huonoa affiniteettia tai vastahakoisuutta sitoutumiseen) sitomiseen liittyen, tällä menetelmällä karhean pinnan muodostamiseksi voi olla hyös muita samankaltaisia käyttömuotoja muodostettaessa komposiittikappaleita, joiden ei tarvitse olla sy-linteriprofiileja kuten putki.Although the preferred embodiment describes a method of coating a polyethylene liner with another plastic such as polyester, it may be necessary to use other materials that would normally poorly bond to a uniform polyethylene liner, e.g., concrete or clay. Thus, although a preferred embodiment has been described for bonding incompatible plastics (which herein refers to poor affinity or reluctance to bond), this method of forming a rough surface may benefit from other similar uses in forming composite bodies that do not need to have cylinder profiles such as tubular profiles.

Edellä kuvatuilla menettelyillä on mahdollista valmistaa rakenteeltaan karheapintainen muoviprofiili suhteellisen nopealla, automaattisella ja hinnaltaan edullisella suulake-puristuksella, ja yhdistelmällä tämä rakenteeltaan karhea pinta kovettumattomassa tilassa olevan toisen muovikerroksen kanssa on mahdollista aikaansaada komposiittiputki tai muu kappale, jossa yhdistyvät kahden erityyppisen muovin ominaisuudet. Vaikeuksilta, jotka liittyvät kahden yhteensopimattoman muovin sitomiseen, vältytään, ja saadaan turvallinen, luotettava ja kestävä tuote.With the procedures described above, it is possible to produce a plastic profile with a rough surface by relatively fast, automatic and inexpensive extrusion, and by combining this rough surface with a second plastic layer in the uncured state, it is possible to provide a composite pipe or other body combining two different types of plastic. Difficulties in bonding two incompatible plastics are avoided and a safe, reliable and durable product is obtained.

79970 1479970 14

Luonnollisesti on selvää, että menetelmää ja sillä saatua tuotetta voidaan modifioida ja vaihdella tässä esitetystä keksinöllisestä ajatuksesta irtaantumatta.Of course, it will be appreciated that the process and product obtained therefrom may be modified and varied without departing from the inventive idea set forth herein.

IlIl

Claims (5)

1. Menetelmä yhteenstelottujen komposiittituotteiden valmistamiseksi useista yhteensopimattomista materiaaleista ekst-ruoimalla ensimmäisen muovin virtaus suuttimen (2) läpi profiilin (32) muodostamiseksi, muodostamalla epäsäännöllisiä ulokkeita ja ontelolta (40) käsittävä kuviointi profiilin (32) pinnalle, lisäämällä profiilimuovin kanssa yhteensopi-matonta toista materiaalia oleva juokseva päällyste (50) karhealle pinnalle siten, että se ympäröi ulokkeet ja tunkeutuu onteloihin (40) ja kovettamalla päällystemateriaali (50), tunnettu siitä, että karhea epäsäännöllinen pinta muodostetaan koekstruoimalla toinen virtaus, ensimmäiseen virtaukseen, profiilin (32) pintakerrokseksi sulavaa muovia suuttimen (2) läpi, johon toiseen virtaukseen on sekoitettu vieras aine, joka pystyy rikkomaan muovin homogeenisen rakenteen, sekä antamalla siten muodostuneen pintakerroksen murtua poistuessaan suuttimesta, alennetun paineen sekä suuttimen pintaa vasten esiintyvästä kitkasta johtuvien leikkausj ännitysten vaikutuksesta.A method of making composite composite products from a plurality of incompatible materials by extracting a flow of first plastic through a nozzle (2) to form a profile (32), forming irregular protrusions and a pattern of cavity (40) on the surface of the profile (32), adding a profile-compatible material flowing coating (50) on a rough surface so that it surrounds the protrusions and penetrates the cavities (40) and curing the coating material (50), characterized in that the rough irregular surface is formed by coextruding the second stream into the first stream, melting the profile (32) (2) through which a foreign substance capable of breaking the homogeneous structure of the plastic is mixed with the second flow, and by allowing the surface layer thus formed to break as it exits the nozzle, under reduced pressure and frictional forces against the nozzle surface; the impact of the changes. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vieras aine kuuluu ryhmään, joka käsittää kaasua muodostavan aineen ja hiukkasmaisen täyteaineen, jolloin hiukkasmainen täyteaine kuuluu ryhmään, joka käsittää jauhemaisen mineraalin ja jauhemaisen PVC:n.A method according to claim 1, characterized in that the foreign substance belongs to the group comprising a gas-forming substance and a particulate filler, wherein the particulate filler belongs to the group comprising a powdered mineral and a powdered PVC. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pintakerroksen murtuminen aikaansaadaan kaasua muodostavan aineen laajenemisen aiheuttavan korkean lämpötilan, korkean ekstruusiopaineen yhtäkkisen alenemisen suuttimen suuaukossa sekä suutinta jäähdyttämällä aiheutettujen leikkausjännitysten yhdistelmällä. 16 79970A method according to claim 1, characterized in that the rupture of the surface layer is achieved by a combination of a high temperature causing the expansion of the gas-forming substance, a sudden decrease in the high extrusion pressure at the nozzle orifice and shear stresses caused by cooling the nozzle. 16 79970 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muoviprofiilin (32) pintakerros on ei-polaarista termoplastista polyolefiinia ja toinen materiaali on polaarista lämpökovettuvaa hartsia.A method according to claim 1, characterized in that the surface layer of the plastic profile (32) is a non-polar thermoplastic polyolefin and the second material is a polar thermosetting resin. 5. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että profiili (32) on sylinterimäinen polyetyleeni-putki ja päällyste (50) on kierteisesti kierretty lasikuitu-vahvistettu polyesteri (52).Method according to claim 1, characterized in that the profile (32) is a cylindrical polyethylene tube and the coating (50) is a helically twisted glass fiber-reinforced polyester (52).