NO332301B1 - Tilvirkningsmetode samt et plastkomposittror - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å tilvirke flerlags plastbånd ved lodding eller smeltesammenføyning med bruk av infrarøde laserstråler, der · nevnte bånd omfatter et orientert lag som er transparent for strålingen og et lag som absorberer strålingen. Båndene smeltesammenføyes til en forhåndstilvirket bærer med bruk av samme fremgangsmåte. Oppfinnelsen vedrører også et komposittrør som er tilvirket ved å smeltesammenføye nevnte bånd til en kjerne av plast.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for tilvirkning av flerlags plastbånd ved hjelp av elektromagnetisk stråling.

GB 2276584 A omhandler en fremgangsmåte for sammenføyning av en flerlags rørledning og et flerlagselement, der et rør laget av sot (carbon block) er forsterket med lag med polyethylenbånd som er omspunnet rundt røret og omfatter blant annet et lag uten pigment, som er transparent for en elektromagnetisk stråling (ultrarød stråling), mens lag som ligger nærmere til den ytre overflate av røret er delvis absorberende i forhold til elektromagnetisk stråling. De utvendige lagene er smeltesveiset.

For forskjellige anvendelser søkes det ofte å tilvirke en plastenhet som øker den mekaniske styrken til komponentene i enheten.

For eksempel er det kjent å tilvirke plastkomposittstrukturer med høy stivhet og høy mekanisk styrke ved å sammenstille orienterte plastelementer ved lodding eller smeltesammenføyning. Spesielt er det mulig å presse sammen stabler av orienterte plastfibre som holdes ved en temperatur som er nær deres smeltepunkt for med det å holde de smeltede overflatedelene i tett kontakt og binde dem til hverandre ved smeltesammenføyning.

Denne fremgangsmåten er imidlertid tidkrevende å gjennomføre og vanske-lig å kontrollere. Den er dessuten egentlig kun egnet til å tilvirke kompakte plastelementer (se patentsøknaden GB-A-2 253 420).

Også kjent, fra det europeiske patentet EP-B1-0 904 441, er en fremgangsmåte for å tilvirke gittere eller rammer av to oppstilinger av parallelle bånd laget av orientert plastikk, som smeltesammenføyes med bruk av infrarød laser, der de to oppstilingene danner en vinkel på nær 90° mellom seg. Hvert bånd har en tolags oppbygning som omfatter et lag som er transparent for den infrarøde strålingen og et lag som innholder carbon black og som absorberer strålingen.

Denne fremgangsmåten frembringer imidlertid en struktur som forblir fleksi-bel og er ikke egnet til å tilvirke hule legemer som må kunne stå imot trykk.

Ett mål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte som ikke har ulempene knyttet til kjente fremgangsmåter og som er egnet til å tilvirke ugjennom-trengelige, hule legemer som er bestandige mot trykk.

Et annet mål med oppfinnelsen er å lette tilvirkningsoperasjoner når de ut-føres med bruk av smeltesammenføyning.

For dette formål vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for tilvirkning av flerlagsbånd som omfatter det å smeltesammenføye båndene ved hjelp av elektromagnetisk stråling, der båndene omfatter minst ett lag av plastikk som er orientert i minst én retning og som er transparent for denne strålingen samt minst ett lag som delvis absorberer energien som overføres i denne strålingen. I denne fremgangsmåten smeltesammenføyes minst én side av minst ett bånd av enheten som tilvirkes til en forhåndsformet bærer av plast.

Uttrykket "fremgangsmåte for tilvirkning av bånd" er ment å bety en fremgangsmåte der den forhåndformede matrisen og båndene forbindes på en slik måte at de hva angår mekaniske egenskaper fremstår som om de var tilvirket av ett enkelt legeme.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vedrører flerlagsbånd, det vil si bånd tilvirket ved overlagring av minst to lag med forskjellig sammensetning.

I denne fremgangsmåten gjennomføres tilvirkningsoperasjonen ved å smelte fast båndene til hverandre og til den forhåndstilvirkede bæreren. Med "smeltesammenføyning" menes tilvirkningsmetoden som består av å smelte materiale i et tynt lag på overflaten av båndene som skal festes til hverandre og deretter presse båndene sammen inn mot bæreren på en slik måte at de smeltede overflatene kommer i kontakt og det smeltede materialet som de består av trenger inn i hverandre.

Ifølge oppfinnelsen oppnås smeltingen ved å bestråle overflaten til båndene som skal smeltesammenføyes med høyenergistråling.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er denne høyenergistrålingen elektromagnetisk stråling. Bestrålingen kan utføres etter at hvert av de individuelle håndlagene er lagt, under omspinningsoperasjonen eller etter at denne operasjonen er utført over rørets lengde. Den kan også utføres i ett enkelt trinn etter at alle håndlagene er lagt, samtidig med operasjonen med å omspinne det siste båndet eller etter at det siste håndlaget er lagt over hele rørets lengde.

Båndene som anvendes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er tilvirket av en plast. Med "plast" menes et hvilket som helst materiale som omfatter minst én polymer av syntetisk harpiks.

En hvilken som helst type termoplast kan være egnet som plast.

Med "termoplast" menes en hvilken som helst termoplastisk polymer, inklu-dert termoplastiske elastomerer og blandinger av slike. Med "polymer" menes både homopolymerer og kopolymerer (spesielt binære eller ternære kopolymerer). Ikke-begrensende eksempler på slike kopolymerer er ideelle kopolymerer, lineære eller andre blokk-kopolymerer og podede kopolymerer.

En hvilken som helst type termoplastisk polymer eller kopolymer med et smeltepunkt som er lavere enn oppløsningstemperaturen er egnet. Syntetisk termoplast med et smelteområde som er spredd over minst 10 grader Celsius er spesielt egnet. Eksempler på slike materialer er de som har en polydispersjon i sin molekylvekt.

Spesielt er det mulig å anvende polyolefiner, polyvinyl-halider, termoplastiske polyestere, polyketoner, polyamiderog kopolymerer av disse. En blanding av polymerer eller kopolymerer kan også anvendes, som kan en blanding av polymere materialer med uorganiske, organiske og/eller naturlige fyllstoffer, som for eksempel, men uten begrensning, karbon, salter og andre uorganiske derivater samt naturlige eller polymere fibre.

Polyolefiner har gitt gode resultater. Blant polyolefinene er HDPE (High-Density PolyEthylene) foretrukket.

I tilvirkningsmetoden ifølge oppfinnelsen anvendes plastbånd med en flerlags oppbygning. Fortrinnsvis omfatter de minst ett orientert lag. Med "orientert lag" menes et lag av plastikk der minst 20 vekt% av molekylkjedene til polymerene det er dannet av er anordnet i minst én samme retning. De orienterte lagene kan være slik anordnet i flere forskjellige retninger. Hvert av båndene kan således omfatte lag som samtidig er anordnet i mer enn én retning. Alternativt kan båndene også omfatte lag som hvert er orientert i én enkelt retning, som er forskjellig for hvert bånd. Mer foretrukket er at de orienterte lagene i båndene er orientert i én og samme retning.

Ifølge oppfinnelsen er minst ett orientert lag i båndene som anvendes i fremgangsmåten transparent for den elektromagnetiske strålingen som anvendes for smeltesammenføyning. Med "transparent lag" menes et lag som ikke absorberer mer enn 100 J per gram materiale i det transparente laget.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter båndene som anvendes også minst ett lag som delvis absorberer energien som overføres i den elektromagnetiske strålingen. Med "delvis absorbering" menes en absorbering av strål-ingsenergien som ikke er lavere enn 300 J per gram materiale i det absorberende laget.

Ifølge oppfinnelsen smeltesammenføyes én side av minst ett bånd i enheten som tilvirkes også til en bærer av plast. Plasten i bæreren kan være identisk med den i båndendes transparente lag. Imidlertid kan den også omfatte en plastikk som har en annen beskaffenhet enn den i båndendes transparente lag.

Fortrinnsvis utføres smeltesammenføyningen av én side av minst ett bånd i den tilvirkede enheten med bruk av samme elektromagnetisk stråling-baserte smeltesammenføyningsmetode som ble brukt til å binde båndene til hverandre.

Det spiller ingen rolle om plastbæreren som båndene smeltesammenføyes med har en orientert eller ikke-orientert oppbygging.

Fortrinnsvis har ikke plastbæreren en orientert oppbygging.

Antallet bånd som kan smeltesammenføyes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for å tilvirke enheten kan variere sterkt. Det er i alminnelighet foretrukket å smelte sammen et like antall bånd. Spesielt er gunstige resultater oppnådd når minst to bånd smeltesammenføyes. Spesielt gunstige resultater er oppnådd når minst fire bånd smeltesammenføyes. Fortrinnsvis smeltesammenføyes maksimalt åtte bånd.

I en foretrukket utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har den elektromagnetiske strålingen som anvendes en bølgelengde på minst 700 nm. Likeså er det foretrukket å anvende elektromagnetisk stråling med en bølgelengde på maksimalt 1200 nm.

Mest foretrukket er at den elektromagnetiske strålingen er infrarød stråling. En IR-kilde med et kontinuerlig spekter over hele det utstrålte frekvensområdet kan være egnet, spesielt kilder som hovedsaklig stråler i det området av bølge-lengder som ikke absorberes av båndenes transparente lag. Slike IR-kilder er for eksempel de som avgir stråling med en meget kort bølgelengde, for eksempel i området rundt 1000 nm.

De beste resultatene har blitt oppnådd med koherent infrarød stråling av lasertypen. Eksempel på kilder for slik stråling er diodelasere og Nd:YAG-(Neody-mium-doped Yttrium Aluminate Garnet)-lasere.

Ifølge én spesielt nyttig utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vikles båndene rundt en rørformig bærer og smeltesammenføyes. Resultatet som oppnås i tilvirkningsmetoden er i dette tilfellet et rør forsterket av minst ett lag av orienterte plastbånd.

Den rørformige bæreren er hovedsaklig eller i alminnelighet laget av plastikk. Egenskapene til denne plastikken velges fra de som er egnet til smeltesam-menføyning med plastikken i båndenes transparente lag. Fortrinnsvis kan det velges en ikke-orientert plastikk som rørformig bærer.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan beskaffenheten til det materialet som skal absorbere strålingen variere. Det velges fra sammensetninger som lett blander seg med plastikken i de absorberende lagene. Gode resultater er oppnådd med bruk av carbon black. Fortrinnsvis absorberes ikke den elektromagnetiske strålingen fullstendig. Imidlertid er det nødvendig med et absorbsjonsnivå som er tilstrekkelig til å generere varme. I praksis har absorbsjonsnivåer på minst 300 J per gram materiale i det absorberende laget gitt gode resultater.

Én fordelaktig utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som er kompatibel med fremgangsmåtene beskrevet over, omfatter det å tilvirke et rør med omspunnede og smeltesammenføyede bånd på sin utvendige periferi som danner en vinkel i forhold til røret som er i området fra 40 til 70°. Meget gode resultater er oppnådd når denne vinkelen er nær 55°. Hvert båndlag som bindes til det innenfor beliggende håndlaget kan videre innrettes slik at det krysser over sist-nevnte. I praksis er det oppnådd gode resultater når vinkelen i forhold til rørets lengderetning har motsatt fortegn i forhold til den til det innenfor beliggende håndlaget.

Oppfinnelsen vedrører også et plastkomposittrør som omfatter en ikke-orientert plastkjerne rundt hvilken minst to inntilliggende omspinninger av flerlagsbånd er smeltesammenføyet, med nevnte bånd omspunnet og smeltet rundt hverandre, idet minst ett lag i hvert bånd utgjøres av en plastikk som er transparent for den elektromagnetiske strålingen og orientert i minst én retning og idet minst ett annet lag i hvert bånd omfatter et materiale som absorberer denne elektromagnetiske strålingen.

Fortrinnsvis krysser de inntilliggende omspinningene av båndene hverandre, hvilket vil si at de er anordnet på en slik måte at det dannes en vinkel i området fra 80 til 140° mellom dem.

De konkrete ord og uttrykk som er definert ovenfor i forbindelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har samme betydning i forbindelse med kompo- sittrøret. De forskjellige alternative utførelsene av fremgangsmåten beskrevet over kan også være anvendelige i forbindelse med komposittrøret ifølge oppfinnelsen.

Fortrinnsvis er lagene i båndene som omfatter det absorberende materialet orientert i samme retning som de transparente lagene. Orienteringen kan være helt uavhengig av den til de transparende lagene. Alternativt kan det være fordelaktig at de absorberende lagene er orientert i samme retning som de transparende lagene.

I én konkret utførelsesform av røret ifølge oppfinnelsen omfatter det bånd bestående av ett enkelt lag av transparent, orientert materiale anordnet mellom to tynnere lag som omfatter samme plastikk, som er orientert i samme retning, som det transparente laget og som videre innbefatter et materiale som absorberer denne strålingen. I denne utførelsesformen utviser det transparente laget i hvert av båndene fortrinnsvis en absorbsjon av elektromagnetisk stråling med bølge-lengder i området fra 700 til 1200 nm som ikke overstiger 100 J per gram materiale i det transparente laget.

Eksemplene som følger er gitt for det formål å illustrere oppfinnelsen uten på noen måte å begrense oppfinnelsens ramme.

Et tolagsbånd ble først tilvirket ved koekstrudering i en flat innretning (die) med en bredde på 400 mm og en 5 mm høy åpning matet via en halvmåneformet mateblokk koplet til to ekstrudere. Den første ekstruderen var 60 mm i diameter og hadde en riflet valse og en sperreekstruderingsskrue som roterte med 50 omdreininger per minutt og matet ut 50 kg/t av en høydensitets-polyetylen fra Solvay Polyolefin Europe med varebetegnelsen ELTEX<®>PE 100 TUB 121, som er identisk med den kommersielt tilgjengelige harpiksen bortsett fra fravær av pigment for det transparente laget. Den andre ekstruderen var 30 mm i diameter, utstyrt med en polyolefin-skrue som roterte med 10 omdreininger per minutt og matet ut 0,5 kg/t for det absorberende laget. Harpiksen som ble anvendt i den andre ekstruderen fra det absorberende laget var den kommersielt tilgjengelige harpiksen ELTEX<®>PE 100 TUB 121 med et fyllstoff av carbon black.

Tolagsplaten som kom ut fra formen ble deretter sendt gjennom en glatte-kalander ved 50°C og omdannet til et orientert bånd i en termisk behandling ved 1 ved å sende den gjennom en gruppe av seks utjevningsvalser etterfulgt av en trekkeoperasjon i to suksessive pass i et trekkeverktøy med ruller som roterte med økende hastighet (680% trekking i det første passet og 30% i det andre pas set). Det orienterte båndet ble deretter avkjølt, og krympet da omtrent 10% i leng-deretningen.

De orienterte båndene ble deretter manuelt surret rundt en rørkjerne av ELTEX<®>PE 100 TUB 121 høydensitets-polyetylen med en utvendig diameter på 50 mm og en veggtykkelse på 3,2 mm på en slik måte at to suksessive omspinninger krysset i vinkler på henholdsvis +55° og -55° i forhold til rørets akse, med laget som inneholdt carbon black vendt mot røret.

Deretter ble båndene omspunnet rundt hele rørets utvendige overflate, hvorpå båndene ble smeltebundet til hverandre og til røret ved å bestråle hele overflaten av røret omspunnet av båndene med en diodelaser av merke COHERENT<®>, med en effekt på 30 W og bølgelengde 800 nm, hvis stråle var fokusert ved en diameter på 8 mm. Den translatoriske hastigheten for smeltesam-menføyningen og fremdrivning av røret i laserstrålen var 0,72 m/min.

Sprengningstrykket til det oppnådde røret ble deretter sammenliknet med det til et identisk rør som ikke hadde gjennomgått det siste trinnet med å smelte-sammenføye båndene ved hjelp av laserstråling. De oppnådde resultatene var som følger:

Det kan sees at smeltesammenføyningen av båndene har økt sprengningstrykket med 50%.

Siden røret oppnådd med de smeltesammenføyde båndene kun innbefatter én type harpiks, som lokalt omfatter carbon black, er det i alminnelighet mulig å gjenbruke produksjonsrestene i prosessen med å tilvirke den rørformige kjernen.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for tilvirkning av flerlagsbånd, omfattende det å smelte-sammenføye båndene ved hjelp av elektromagnetisk stråling, idet båndene omfatter minst ett lag av plastikk som orienteres i minst én retning og som er transparent for denne strålingen samt minst ett lag som delvis absorberer energien i denne strålingen, og én side av minst ett bånd av enheten som tilvirkes smelte-sammenføyes til en forhåndstilvirket bærer av plastikk.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat i hvert fall to bånd smeltesammenføyes.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat minst ett lag av plasten i båndene orienteres i én enkelt retning.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den elektromagnetiske strålingen har en bølge-lengde i området fra 700 til 1200 nm.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den elektromagnetiske strålingen er laserstråler.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den forhåndstilvirkede bæreren av plast tilveiebrin-ges i form av en ikke-orientert rørformig bærer av plast.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat materialet som absorberer den elektromagnetiske strålingen er carbon black.

8. Plastkomposittrør som omfatter en ikke-orientert kjerne av plastikk rundt hvilken minst to inntilliggende båndtykkelser av flerlagsbånd er smeltesammen-føyet, idet nevnte bånd er omspunnet rundt og bundet til hverandre,karakterisert vedat minst ett lag i hvert bånd er laget av et plastmateri-ale som er transparent for den elektromagnetiske strålingen og orientert i minst én retning, og at minst ett annet lag i hvert bånd omfatter et materiale som absorberer denne elektromagnetiske strålingen.

9. Rør ifølge krav 8, karakterisert vedat lagene som omfatter absorberende materiale også er orientert.

10. Rør ifølge krav 9, karakterisert vedat båndene er dannet av et lag av orientert materiale som er transparent for elektromagnetisk stråling med bølgelengde i området fra 700 til 1200 nm, anordnet mellom to tynnere lag som omfatter den samme plasten orientert i samme retning som det transparente laget og som også omfatter et materiale som absorberer nevnte stråling.