NO334518B1

NO334518B1 - Fremgangsmåte for fremstilling av et flerlags beskyttende plastrør

Info

Publication number: NO334518B1
Application number: NO20034769A
Authority: NO
Inventors: Claude Dehennau; Pierre Matz
Original assignee: Strumann Werner Egeplast
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2014-03-31
Also published as: ATE365105T1; BE1014146A3; EA004977B1; US20040213935A1; DE60220791D1; NO20034769L; EA200301186A1; JP4246999B2; PL206954B1; KR20040015130A; EP1397248B1; PT1397248E; ES2289106T3; EP1397248A1; US20070107830A1; DE60220791T2; PL367021A1; KR100901747B1; DK1397248T3; JP2004531677A

Abstract

Flerlags plastrør og dets fremgangsmåte for fremstilling, idet røret er beskyttet mot forringelse av sine egenskaper når det anvendes og når det håndteres, og er tildannet fra et rørformet polymert underlag beskyttet av to beskytende lag som hvert omfatter en polymer sammensetning av ikke orientert struktur, idet det første lag er forlikelig med den polymere sammensetning av det underliggende plastmaterialet og det andre lag er et ytre lag som også tjener som ferdigbehandlingsbelegg. Et forsterkende lag tildannet fra taper omfattende en orientert polymer sammensetning kan innføres mellom underlaget og det første beskyttende lag.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av et flerlags plastrør som er beskyttet mot forringelse av sine egenskaper når det anvendes og når det håndteres.

Rør som må motstå høye mekaniske belastninger, som f.eks. rør med stor diameter og/eller rør som er utsatt for høyt indre trykk, kan produseres lønnsomt fra duktilt støpejern. Plastrør blir imidlertid i et antall tilfeller foretrukket fremfor støpejern på grunn av at de er mye lettere og de fremviser bemerkelsesverdig korrosjonsmotstand.

For å motstå høye mekaniske spenninger like godt som støpejern må konvensjonelle plastrør ha en større veggtykkelse, som øker deres pris og gjør dem mindre konkurransedyktige sammenlignet med duktile støpejernsrør.

Patent US5474822 beskriver et flerlags rør i hvilket et indre lag fremstilt av ikke-orientert plastmateriale er beskyttet av to plastlag som også er ikke-orientert, den nevnte flerlagsstrukturen oppnås ved koekstrudering.

Plastrør har videre ofte en lav krypefasthet under langvarig påkjenning. Det er imidlertid i tilfellet av visse anvendelsestyper for styrken av disse rør, f.eks. sprengningsstyrken, viktig at denne styrke ikke forringes etter en lang bruks-periode, som enkelte ganger kan strekke seg over flere tiår.

Flere metoder har blitt tatt i betraktning for å løse dette problem. Den første metode bestod i å produsere rør hvis plastmateriale er biaksialt orientert i retninger parallelt til og perpendikulært til røraksen.

Den biaksiale orienteringsoperasjon kan imidlertid bare utføres på rør som er forformet ved ekstrusjon, noe som gjør prosessen til en porsjonsvis prosess og øker omkostningene ved denne. Videre, for å opprettholde den biaksiale orientering av materialet under tilpasning av koplinger må det tas spesielle forholdsregler, som innebærer bruk av mange spesielle koplinger. Den forsterkning som oppnås ved bruk av denne metode er imidlertid høyst spesielt effektiv i lengderetningen, men løser bare meget partielt problemet av motstand til de radiale krefter som representerer de maksimale påkjenninger ved noen anvendelser, f.eks. transport av trykksatte fluider. Hittil har anstrengelsene for å gjøre den biaksiale orienter-ingsprosess kontinuerlig ennå ikke fullt ut båret frukt på grunn av de teknologiske begrensninger og den vesentlige omkostningsbyrde som de medfører, sammenlignet med den fremdeles utilstrekkelige trykkøkning som oppnås.

En ytterligere metode har vært å anbringe forsterkninger på plastrør, som f.eks. en kontinuerlig vikling av fibere (f.eks. glassfibere) impregnert med en termoplastisk eller termoherdende harpiks (COFITS). Denne metode er imidlertid heller ikke uten mangler, ettersom disse viklinger generelt er sprø og i sterk grad øker densiteten av det resulterende forsterkede rør og dets pris. Effektiviteten av disse forsterkninger forblir videre ikke alltid konstant over tid og det er ofte vanskelig å resirkulere røret ved slutten av dets levetid, på grunn av innlem-melsen i rørets polymer av fremmedstoff som er vanskelig å separere.

Også kjent er US patent A-4 093 004 som viser prinsippet med forsterkende underlag fremstilt av forskjellige materialer (papp, papir, gummi, trevirke eller plast) ved hjelp av orientert polyolefintape. Det oppnådde forsterkede rør har imidlertid ikke tilstrekkelig motstand i omgivelser som omfatter organiske løsnings-midler, som f.eks. dem som f.eks. finnes i de klebestoffblandinger som anvendes for å feste koplinger til røret. I tillegg er den tid som røret befinner seg ved høy temperatur skadelig for opprettholdelsen av orienteringen av forsterkningstapen og følgelig skadelig for bestandigheten av den gode mekaniske styrke av røret.

Med hensyn til rør som har minst ett beskyttende/forsterkende lag fremstilt av orientert plastmateriale er også dokumentene WO 92/01885 og US 5 520 223 kjent. Dokumentet WO 92/01885 beskriver forsterkede rør som anvender viklinger av orienterte taper og å beskytte disse viklinger ved hjelp av en kappe som blir direkte koekstrudert over disse viklingene. Dokumentet US 5 520 223 beskriver et metallrør som har et indre belegg basert på orientert polymer.

Formålet for oppfinnelsen er å løse de problemer som oppstår ved de ovennevnte kjente forsterkningssystemer, mens produksjonsomkostningene opprettholdes innenfor grenser som er akseptable og konkurransedyktige med duktile støpejernsrør.

For dette formål vedrører oppfinnelsen

Fremgangsmåte for fremstilling av et flerlags plastrør som er beskyttet mot forringelse av sine egenskaper når det anvendes og når det håndteres, kjennetegnet ved at a) et første beskyttende lag påføres et rørformet underlag basert på en polymer sammensetning ved vikling av minst en tykkelse av taper av ikke-orientert polymer sammensetning som er forlikelig med den polymere sammensetning av det underliggende plastmaterialet; og b) et andre beskyttende lag omfattende en ikke-orientert polymer sammensetning påføres så ved overekstrusjon og danner det ytre

ferdigbehandlingsbelegg,

hvori nevnte underlag:

- enten omfatter en polymer sammensetning med biaksialt orientert struktur - eller omfatter en polymer sammensetning av ikke-orientert struktur og som bærer på overflaten et forsterkende lag tildannet fra minst to tykkelser av forsterkende taper omfattende en orientert polymer sammensetning.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å fremstille et flerlags rør, dvs. et rør tildannet fra et rørformet underlag dekket med i det minste de beskyttende lag, idet det ytterste lag danner et kontinuerlig overflatelag.

Det rørformede underlag er en hul gjenstand i form av et rør. Det består i det minste delvis av en polymer blanding.

Betegnelsen "polymer blanding" er forstått å bety et hvilket som helst materiale omfattende i det minste et plastmateriale basert på en polymer fremstilt av syntetisk harpiks.

Alle typer av plastmateriale kan være egnet. Plastmaterialer som er meget egnet faller innenfor kategorien termoplastmaterialer.

Betegnelsen "termoplastmateriale" angir en hvilken som helst termoplastisk polymer, inklusive termoplastiske elastomerer, og blander derav. Betegnelsen "polymer" angir både homopolymerer og kopolymerer (særlig binære og ternære kopolymerer), Eksempler på slike polymerer er på en ikke-begrensende måte: tilfeldige kopolymerer, blokkopolymerer og podekopolymerer.

En hvilken som helst type termoplastisk polymer eller kopolymer hvis smeltepunkt er under spaltningstemperaturen er egnet. Syntetiske termoplastmaterialer som har et smelteområde spredt over minst 10 °C er særlig egnet. Eksempler på slike materialer inkluderer dem som fremviser polydispersitet i sin molekylvekt.

Spesielt kan det anvendes polyolefiner, polyvinylhalogenider, termoplastiske polyestere, polyketoner, polyamider og kopolymerer derav. En blanding av polymerer eller kopolymerer kan også anvendes, som en blanding av polymere materialer med uorganiske, organiske og/eller naturlige fyllstoffer som f.eks., men ikke begrensende, karbon, salter, og andre uorganiske derivater, glassfibere, naturlige mineralfibere eller polymere fibere. Det er også mulig å anvende fler-lagsstrukturer bestående av overliggende lag bundet sammen, omfattende minst en av polymerene eller kopolymerene beskrevet ovenfor.

Ofte anvendte polymerer er polyvinylklorid og høydensitet polyetylen. Utmerkede resultater er blitt oppnådd med polyvinylklorid.

Uttrykket "beskyttet mot forringelse" er forstått å angi et rør hvis styrkeevne under sine omgivelsesbetingelser forsterkes ved omhyllingen av røret med minst et lag av materiale særlig egnet for å motstå disse betingelser.

Som et eksempel på omgivelsesbetingelser som kan være skadelige for bibeholdelsen av egenskapene av de ubeskyttede rør, kan nevnes høy temperatur og nærværet av organiske løsningsmidler.

De beskyttende lag er spesifikt de spesielle lag som er nevnt ovenfor og som øker styrkeevnen av røret under sine omgivelsesbetingelser.

Disse beskyttende lag omfatter hvert en polymerblanding av ikke-orientert struktur, dvs. en blanding som polymerer bare omfatter dem hvis molekylkjeder ikke har noen spesiell orientering.

Ifølge oppfinnelsen er det første beskyttende lag forlikelig med den polymere blanding av det underliggende plastmaterialet. Betegnelsen "forlikelig" betyr at den polymere blanding hvorav det beskyttende lag består, er inert fra det kjemiske standpunkt vis a vis det underliggende plastmaterialet og den fysiske blanding av det beskyttende lag er slik at den i smeltet tilstand lett kan blande seg inn i det underliggende plastmaterialet uten å gi anledning til segregasjons-fenomener. Forlikeligheten kan også innebære lett klebing av et lag til det andre.

Eksempler på polymere blandinger egnet for det første beskyttende lag er dem som omfatter polyvinylhalogenider og polyolefiner. Polyvinylklorid har gitt utmerkede resultater.

Det andre beskyttende lag er et avslutningslag, dvs. et ytre lag som fikserer de ytre dimensjoner av røret og karakteren og finish av dets overflate. Det andre

beskyttende lag kan ha en sammensetning identisk til eller forskjellig fra sammensetningen av det første lag. Spesielt kan det andre beskyttende lag fremstilles av det samme polymere materialet som materialet i det første lag. Polyvinylklorid har også gitt gode resultater i sammensetningen av dette andre beskyttende lag.

Ifølge en første spesiell utførelsesform av røret ifølge oppfinnelsen omfatter underlaget en polymer blanding av biaksialt orientert struktur.

Betegnelsen "biaksialt orientert" skal forstås å angi en polymerstruktur hvor minst 20 vekt% av molekylkjedene av polymerene som er involvert i dets sammensetning er arrangert i to forskjellige retninger. Foretrukket er de to retninger gjensidig perpendikulære. En hvilken som helst type av termoplastisk polymer som lett kan underkastes at dets molekylære kjeder orienteres kan velges for polymerer med orienterte kjeder. Eksempler på slike polymerer er polyolefiner, polyvinylhalogenider, polyamider og kopolymerer derav.

Når underlaget ikke omfatter en orientert polymer blanding, er en andre fordelaktig variant av røret ifølge oppfinnelsen den hvori et forsterkende lag består av at minst to tykkelser av forsterkende tape omfattende en orientert polymer blanding er plassert mellom underlaget og det første beskyttende lag. Ifølge denne andre variant av oppfinnelsen, er det den orienterte karakter av den polymere blanding i den forsterkende tape som forsyner røret med effektiv forsterkning.

Betegnelsen "forsterket rør" skal forstås å bety et rør hvori de iboende mekaniske egenskaper av basis-materialblandingen som røret består av er modifisert ved nærvær av en ytterligere materialsammensetning som er forskjellig fra dette basismaterialet og som ved sitt nærvær øker den mekaniske styrke. Basismaterialblandingen er en polymer blanding som representerer minst 40 vekt% av den totale vekt av det forsterkede rør. Basis-polymerblandingen er den som finnes i underlaget. Den ytterligere materialblanding dannes av sammensetningen av det forsterkende lag.

Uttrykket "orientert polymer blanding" betyr i dette tilfellet at den polymere blanding omfatter minst en orientert polymer.

Det forsterkende lag kan omfatte en enkel orientert polymer blanding. Alternativt kan det også omfatte en blanding av flere polymersammensetninger og eventuelt ikke-polymere tilsetningsstoffer, idet i det minste en av polymerene i laget er orientert. Polymeren kan være en hvilken som helst termoplastisk polymer som kan være til stede i tapen i orientert form, dvs. at den har i det minste 20 vekt% av sine bestanddels-molekylkjeder beliggende i den samme retning. Foretrukket er orienteringsretningen langs lengden av tapen. En hvilken som helst termoplastisk polymer som lett kan underkastes at dens molekylære kjeder orienteres kan velges for den orienterte polymer. Generelt anvendes en orientert polymer hvis karakter er den samme som for de polymerer som vanlig anvendes for fremstilling av rør som må motstå trykk. Fordelaktige eksempler på slike polymerer i tilfellet av et underlag fremstilt av høydensitet polyetylen (HDPE) er ikke begrensende multimodale HDPE harpikser og tverrbindbare harpikser.

De to tykkelser av forsterkende tape vikles omkring underlaget på en slik måte at den andre tykkelse fullstendig dekker den første tykkelse omkring underlaget.

Når røret er forsterket med orientert tape består et fordelaktig alternativ til den andre variant beskrevet ovenfor i at den første tykkelse av tape i det forsterkende lag er klebende bundet til underlaget, dvs. festet til den sistnevnte ved hjelp av et klebestoff av den vanlig egnede type.

Det er også spesielt fordelaktig at de forskjellige tykkelser av det forsterkende lag videre er bundet til hverandre slik at hele røret gis maksimal kohesjon.

I alle situasjonene angitt ovenfor er for en fordelaktig utførelsesform av røret at dets første beskyttende lag dannes av minst en tykkelse av ikke-orientert tape viklet omkring røret.

Blant de rørvarianter som er beskrevet i det foregående er en særlig fordelaktig utførelsesform den hvori det første beskyttende lag er bundet til den underliggende polymere blanding.

Det andre beskyttende belegg kan påføres ved overekstrusjon ved bruk av hvilken som helst overekstrusjonsmetode kjent i og for seg, spesielt de over-ekstrusjonsmetoder som anvendes innenfor industrien for fremstilling av plastrør. Et eksempel på disse metoder er bruk av en hul ringformet dyse hvori gjennom røret passerer i midten, idet den nevnte dyse tillater at en kontrollert mengde av polymer sammensetning avsettes jevnt og kontinuerlig omkring omkretsen av røret.

En fordelaktig variant av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for oppnå-else av et rør som er forsterket og beskyttet mot mekaniske påkjenninger består i å gjennomføre de følgende operasjoner: a) først påføres et forsterkende lag tildannet av minst to tykkelser av tape omfattende en orientert polymer sammensetning på et underlag omfattende en polymer sammensetning av ikke-orientert struktur, ved å vikle tapen på en slik måte at tapen i en spesiell tykkelse i forhold til tapen i den tilstøtende tykkelse ligger i en lignende vinkel, men med motsatt fortegn, i forhold til aksen av røret;

b) det første beskyttende lag påføres så; og

c) til slutt påføres det ytre avsluttende belegg.

I denne definisjon angir uttrykket "liknende vinkel" en vinkel som er i det

minste lik den samme vinkel mindre enn 5 graders vinkel. Uttrykket "liknende vinkel" inkluderer også en vinkel som er nærmest lik den samme vinkel pluss 5 graders vinkel. Foretrukket betyr dette uttrykk en vinkel som er i det minste lik den samme vinkel minus 2 graders vinkel. Det inkluderer også foretrukket en vinkel som er mest lik den samme vinkel pluss to graders vinkel.

Påføringen av de to beskyttende lag gjennomføres på samme måte som forklart ovenfor i tilfellet av fremstillingen av det ikke-forsterkede rør.

I varianten av fremgangsmåten for fremstilling av et beskyttet og forsterket rør er det videre særlig fordelaktig å forhåndsbelegge den forsterkende tape med klebestoff. I dette tilfellet kan det være fordelaktig å anvende et polymert klebestoff som aktiveres termisk etter at det er påført, ved å gjennomføre de følgende operasjoner i rekkefølge: a) tapen i det forsterkende lag forhåndsbelegges med det termisk aktiver-bare polymere klebestoff; b) denne forsterkende tape påføres ved å vikle den omkring underlaget; c) det første beskyttende lag påføres; d) klebestoffet på det forsterkende lag aktiveres ved bestråling av røret

med infrarød stråling når røret tildannes; og

e) det ytre avsluttende belegg påføres.

Operasjonen med forhåndsbeleggingen kan gjennomføres umiddelbart før

påføring av den forsterkende tape, eller ellers ved et senere tidspunkt med en hvilken som helst tid før fremstillingen av røret. Likeledes kan operasjonen gjennomføres på en side av tapen eller på begge sider. Den gjennomføres foretrukket på en av sidene.

Denne metode gjør det fordelaktig mulig å påføre den forsterkende tape uten å oppvarme den på forhånd og deretter lett å kontrollere varmestrømmen som tilføres ved infrarød strålingen gjennom det første beskyttende lag slik at den ikke ødelegger orienteringen av den polymere sammensetning av den forsterkende tape.

Som en variant kan klebestoffet på den forsterkende tape også aktiveres i flere separate trinn, etter hver påføring av en tykkelse av tape, ved påfølgende bestrålinger av røret med infrarød stråling mens røret tildannes.

Det er også mulig å aktivere dette klebestoff i flere separate trinn etter at en gruppe av flere påfølgende tykkelser av forsterkende tape er blitt påført.

I det minste et av de beskyttende lag som en variant også bindes til den underliggende struktur ved hjelp av et klebestoff. Dette klebestoff kan f.eks. aktiveres ved infrarød bestråling.

Det følgende eksempel er gitt for å illustrere oppfinnelsen uten på noen måte å begrense dens ramme.

En 360 mm bred tape av orientert polyvinylklorid (PVC) ble fremstilt ved å trekke en 400 mm film av ikke-orientert SOLVIN<®>266RC PVC med et trenings-forhold på 400 % ved hjelp av en laboratoriekalender. Etter trekkingen hadde denne tape en tykkelse på 400 u,m, en elastisitetsmodul på 5 GPa og en strekk-styrke på 175 MPa.

Deretter ble denne strimmel belagt på en side med et varmeaktiverbart vannoppløselig polymert klebestoff av LU PH EN® D200A type.

Den belagte tape ble viklet omkring et rør fremstilt av POLVA<®>PVC med en ytre diameter på 50 mm, et ytre diameter/veggtykkelsesforhold på 34 og en vanlig kvalitet fra et standpunkt for dets trykkstyrke (nominelt akseptabelt trykk 0,75 MPa). Viklingen ble gjennomført slik at det ble dannet to lag som hvert krysset i en vinkel på 55 grader til aksen av røret. Den ytre overflate av tapen viklet omkring røret ble så oppvarmet til 75 °C i 5 sekunder.

Det oppnådde rør ble så dekket med et ytterligere lag av SOLVIN<®>266RC PVC, hvortil det på forhånd var blitt tilført klebestoffer, i form av en 400 \ im tykk ikke-orientert tape som fullstendig dekket røret og som var forhåndsbelagt med LUPHEN<®>D200A klebestoffet. Tilsetningsstoffene omfattet en blanding av et tinnholdig stabiliseringsmiddel av karboksylattypen (3 vekt% i forhold til PVC), et bearbeidingshjelpestoff (1 vekt% polymetylmetakrylat) og et smøremiddel (1 vekt%) bestående av en blanding av kalsiumstearat, parafinvoks og oksidert polyetylenvoks. Klebestoffet ble så aktivert under de samme betingelser som beskrevet ovenfor i tilfellet med den orienterte tape.

Det oppnådde rør ble så dekket med et avsluttende belegg fremstilt av SOLVIN<®>266RC PVC (en kvalitet vanlig anvendt for rør med 300 um tykkelse) hvortil de samme tilsetningsstoffer som dem som er beskrevet ovenfor ble tilsatt, ved å føre røret gjennom en ringdyse, og deretter gjennom en dimensjoneringsanordning og inn i en kjøletank fylt med vann ved romtemperatur.

Sprengningstrykkmålingene ble gjennomført ifølge ISO 9080 standard på et kontrollrør, fremstilt av POLVA<®>PVC og som verken var beskyttet eller forsterket, og følgelig ikke var i samsvar med oppfinnelsen, og på rør forsterket og beskyttet ifølge oppfinnelsen og ga da de følgende resultater:

Det kan sees at rørene ifølge oppfinnelsen har et vesentlig bedre sprengningstrykk en et ikke-forsterket rør. Det er endog mulig å spare 25 vekt% av materialet i forhold til et konvensjonelt rør, ikke desto mindre ved å øke sprengningsstyrken med 15 % (forsterket og beskyttet POLVA<®>rør med tykkelse 3,2 mm).

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et flerlags plastrør som er beskyttet mot forringelse av sine egenskaper når det anvendes og når det håndteres,karakterisert vedat: a) et første beskyttende lag påføres et rørformet underlag basert på en polymer sammensetning ved vikling av minst en tykkelse av taper av ikke-orientert polymer sammensetning som er forlikelig med den polymere sammensetning av det underliggende plastmaterialet; og b) et andre beskyttende lag omfattende en ikke-orientert polymer sammensetning påføres så ved overekstrusjon og danner det ytre ferdigbehandlingsbelegg, hvori nevnte underlag: - enten omfatter en polymer sammensetning med biaksialt orientert struktur - eller omfatter en polymer sammensetning av ikke-orientert struktur og som bærer på overflaten et forsterkende lag tildannet fra minst to tykkelser av forsterkende taper omfattende en orientert polymer sammensetning.

2. Fremgangsmåte ifølge det foregående krav for fremstilling av et rør som er forsterket mot mekaniske belastninger, karakterisert vedat a) først påføres et forsterkende lag tildannet fra minst to tykkelser av taper basert på en orientert polymer sammensetning på et underlag basert på en ikke-orientert polymer sammensetning ved vikling av taper på en slik måte at tapene i en spesiell tykkelse sammen med tapene i den tilstøtende tykkelse danner en lignende vinkel men med motsatt fortegn, i forhold til aksen av røret; b) det første beskyttende lag påføres så; og c) til slutt påføres det ytre ferdigbehandlingsbelegg.

3. Fremgangsmåte ifølge det foregående krav, karakterisert vedat den første tykkelse av det forsterkende laget er klebende bundet til underlaget.

4. Fremgangsmåte ifølge det foregående krav, karakterisert vedat de følgende operasjoner gjennomføres i rekkefølge: a) tapene i det forsterkende lag forhåndsbelegges på én av sine sider med et termisk aktiverbart polymert klebestoff; b) disse forsterkende taper påføres ved å vikle dem omkring underlaget; c) det første beskyttende lag påføres; d) klebestoffet i det forsterkende lag aktiveres ved bestråling av røret med infrarød stråling mens røret formes; og e) det ytre ferdigbehandlingsbelegg påføres.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat de følgende operasjoner gjennomføres i rekkefølge: a) tapene i det forsterkende lag forhåndsbelegges med et termisk aktiverbart polymert klebestoff; b) disse forsterkende taper påføres ved vikling omkring underlaget av hver av de påfølgende tapetykkelser mens samtidig det forhåndspåførte klebestoff aktiveres i flere separate trinn etter hver påføring av en tykkelse av taper eller av en gruppe med forskjellige påfølgende tykkelser av disse taper, ved suksessiv bestråling av røret med infrarød stråling mens røret formes; c) det første beskyttende lag påføres; og d) det ytre ferdigbehandlingsbelegg påføres.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det første beskyttende lag er klebende bundet til den underliggende polymere sammensetning.