SE505937C2 - Flerskiktat rör - Google Patents

Description

505 937 2 diametrar. Rörets ytterdiameter är ca 110 mm eller större och dess väggtjocklek ca 10 mm eller större. Vid bestäm- ning av RCP-egenskaperna hos rör i samband med förelig- gande uppfinning har ytterdiametern och väggtjockleken _ valts till 110 mm resp 10 mm. Medan rörets utsida befinner sig vid omgivningstryck (atmosfärstryck) trycksätts röret invändigt, och det invändiga trycket i röret hàlles kon- stant vid ett tryck av 0,5 MPa övertryck. Rörets ena ände, den s k initieringszonen, kyls. Ett antal skivor har mon- terats på en axel inuti röret för att förhindra en de- kompression under testen. En knivprojektil skjuts under välspecificerade former mot röret nära dess ena ände i den s k initieringszonen för att åstadkomma en snabbt löpande axiell spricka. Initieringszonen är försedd med ett anhåll för att undvika onödig deformation av röret. Testutrust- ningen inställes på sådant sätt att sprickinitiering sker i det aktuella materialet och ett antal tester utföres med varierande temperatur. Den axiella spricklängden i mät- zonen, med total längd av 4,5 diametrar, mätes för varje prov och avsättes mot den uppmätta temperaturen. Om spricklängden överstiger 4 diametrar bedömes sprickan propagera. Om röret klarar provet vid en viss temperatur, sänks temperaturen successivt tills man når en temperatur, vid vilken röret inte längre klarar provet, utan sprick- propageringen överstiger 4 ggr rördiametern. Den kritiska temperaturen (T ) är den lägsta temperatur vid vilken krit röret klarar provet. Ju lägre den kritiska temperaturen är, desto bättre är det, eftersom det innebär en vidgning av rörets användbarhet. Det är önskvärt att den kritiska temperaturen ligger vid omkring -5°C eller lägre.

Det skall i detta sammanhang nämnas att vissa plast- material har så dåliga RCP-egenskaper (hög Tkrit) att värdet på Tkr. överstiger den normala mätgränsen för it Tkrit som är +23°C. I sådana fall används för syftet med föreliggande uppfinning schablonmässigt ett Tkrit-värde av +23°C för dessa material vid beräkning av det nedan be- skrivna, viktade medelvärdet för Tkrit. 505 937 _ 3 För bimodal polyetenplast avsedd för rör med krav på motståndskraft mot RCP ligger Tkrit allmänt i området från ca 0°C till ca -25°C, medan Tkrit för polypropenplast lig- ger över ca +23°C.

En annan metod att bestämma RCP-egenskaperna för ett tryckrör av plast är att i stället bestämma det kritiska trycket, Pkrit. skrivna metoden, men i stället för att hålla trycket konstant och successivt sänka temperaturen, håller man Metoden överensstämmer med den ovan be- temperaturen konstant vid 0°Ci2°C och ökar successivt trycket i röret. Det högsta tryck, vid vilket röret fort- farande klarar provet, kallas för det kritiska trycket, Pkrit. Metoden med bestämning av Pkrit är mindre föredra- gen i materialutvecklingssammanhang, eftersom det provade röret vanligen måste utsättas för så höga tryck som 1 MPa eller mer, vilket medför risker och svårigheter. Metoden med bestämning av T föredrages därför och används vid krit föreliggande uppfinning.

Det skulle innebära en stor fördel om man kunde åstadkomma tryckrör av plastmaterial med förbättrad mot- ståndskraft mot snabb sprickpropagering, RCP. Det skulle vara särskilt fördelaktigt om man kunde åstadkomma tryck- rör av plastmaterial med en Tkrit lägre än -5°C, företrä- desvis lägre än -l5°C.

Man har vid föreliggande uppfinning funnit att tryck- rör av plastmaterial med förbättrad motståndskraft mot snabb sprickpropagering kan uppnås genom att utforma rören av flera skikt av olika polyolefinplastmaterial.

Enligt uppfinningen kan man, genom att utforma ett rör av på lämpligt sätt valda och kombinerade skikt av olika plastmaterial åstadkomma en motståndskraft mot snabb krit hos det flerskiktade röret, som är bättre än det viktade medelvärdet av Tkrit för enskiktade rör av de enskilda plastmaterialen som sprickpropagering, mätt som T ingår i det flerskiktade röret. 5()5 9157 4 Enligt en särskilt föredragen aspekt av uppfinningen åstadkommes ett flerskiktat rör av polyolefinplast, varvid rörets motståndskraft mot snabb sprickpropagering, mätt som T är bättre än den för ett rör av samma dimension uppbyäëttav något av de ingående, enskilda plastmateria- len.

Uppfinningens närmare kännetecken framgår av de efterföljande patentkraven.

Med "viktat medelvärde", flerskiktat rör, B och C, varvid dessa skikt utgör t ex xA%, xB% resp xC% B + xc = 100%), det Tkrit-värde som bestämmes för enskiktade rör av A, B och Tkritv, avses härvid för ett som är uppbyggt av exempelvis skikten A, av rörets vikt (xA + x erhålles om Tkrit C, vilka rör vardera har samma dimensioner som det fler- krit-värden viktas i motsvarighet till den viktandel varmed A, B och C ingår i Det viktade medelvärdet för ovannämnda exempel blir därvid skiktade röret, och därefter dessa T det flerskiktade röret och adderas till varandra.

A°TkritA + “B Tkrits + xc'Tkr gande uppfinning gäller att T (x ite)/100. Enligt förelig- krit för det flerskiktade röret (T ) är lägre än det nämnda, viktade medel- kritTot värdet, Tkritv.

För ett flerskiktat rör enligt uppfinningen med n stycken skikt, varvid den kritiska temperaturen för ett krit 1 och vikten av skiktet i i, kan sambandet mellan det flerskiktade rörets kritTot) och det viktade medelvärdet kritiska temperatur (T av de kritiska temperaturerna för enskiktade rör av de visst skikt betecknas T betecknas x enskilda material som ingår i det flerskiktade röret, allmänt anges med formeln TkritTot < 505 957 Enligt en särskilt föredragen aspekt av föreliggande uppfinning åstadkommes vid uppfinningen en motståndskraft mot RCP, mätt som Tkrit, ett av de ingående materialen, dvs T som är bättre än den hos vart och kritT0t för det fler- skiktade röret enligt uppfinningen är lägre än den kri- tiska temperaturen (Tkrit 1) för vart och ett av de mate- rial som ingår i de olika skikten hos det flerskiktade röret. Detta förhållande kan allmänt uttryckas genom föl- jande samband: Tkritwat < Tkrit 1 där i kan anta värden från 1 till n.

Tryckrören enligt uppfinningen är utformade av poly- olefinplast, i synnerhet polyetenplast och polypropen- plast.

Med polyetenplast eller etenplast avses en plast baserad på polyeten eller på sampolymerer av eten, vari etenmonomeren utgör den största delen av massan. Polyeten- plast kan sålunda utgöras av homopolymerer eller sampoly- merer av eten, varvid sampolymererna kan vara ympsampoly- merer eller sampolymerer av eten och en eller flera, andra, med eten sampolymeriserbara monomerer. Polyeten- plasten kan vara av lågtryckstyp (HDPE, MDPE, LLDPE), dvs framställd med användning av koordinationskatalysator vid lågt tryck. En särskilt föredragen typ av polyetenplast är s k bi- eller multimodal polyeten, dvs polyeten vars molekylviktfördelningskurva uppvisar två eller flera toppar eller maxima.

På motsvarande sätt som för polyetenplast ovan avses med polypropenplast eller propenplast en plast baserad på polypropen eller på sampolymerer av propen, vari propenmo- nomeren utgör den största delen av massan. Polypropenplas- ten kan sålunda utgöras av homopolymerer eller sampolyme- rer av propen, varvid sampolymererna kan vara ympsampoly- merer eller sampolymerer av propen och en eller flera, 505 957 6 andra, med propen sampolymeriserbara monomerer.

Såsom nämnts ovan, har man vid föreliggande uppfin- ning upptäckt att RCP-egenskaperna förbättras om röret utformas i flera skikt av olika polymerer. Med uttrycket "olika polymerer" avses härvid såväl polymerer med olika grundmonomerer, såsom polyetenplast kontra polypropen- plast, som olika kvaliteter av samma grundpolymer, som skiljer sig tillräckligt åt, exempelvis med avseende på RCP-värdet, dvs som har olika Tkrit. Skillnaden i Tkrit bör härvid vara minst 5°C, företrädesvis minst lO°C.

I sin enklaste utformning omfattar röret enligt upp- finningen två skikt av olika polymerer, såsom ett skikt av polyetenplast och ett skikt av polypropenplast. Det före- drages dock att röret är uppbyggt av fler än två polymer- skikt, såsom tre eller flera skikt. Mest föredraget för närvarande är röret enligt uppfinningen uppbyggt av tre skikt, såsom exempelvis ett inre skikt av polyetenplast, ett mellanliggande skikt av propenplast och ett yttre skikt av polyetenplast. De olika polymerskikten kan vara anordnade intill varandra eller kan man, om så är önsk- värt, anordna ett tunt mellanskikt mellan polymerskikten.

Dessa mellanskikts bidrag vid beräkning av det viktade medelvärdet av de kritiska temperaturerna för de enskilda skiktmaterialen är ofta så litet att det kan försummas.

De olika skikten i röret kan ha samma eller olika tjocklek. Så t ex kan skiktet eller skikten av den ena polymeren ha en tjocklek, medan skiktet eller skikten av den andra polymeren kan ha en annan, större eller mindre tjocklek. Om det förekommer flera skikt av en polymer kan även dessa skikt ha samma eller olika tjocklek.

Uppfinningen är vidare inte begränsad till flerskik- tade rör, som består av en kombination av två olika poly- mermaterial. Även kombinationer av tre eller flera poly- mermaterial omfattas av uppfinningen.

Den förbättrade motståndskraft mot RCP som erhålles vid uppfinningen kan utnyttjas på olika sätt. 505 937 7 Enligt en aspekt kan man vid rör av ett polymermate- rial med relativt låg motståndskraft mot RCP (hög Tkrit) förbättra denna motståndskraft till en förhållandevis låg kostnad genom att kombinera det ursprungliga polymermate- rialet med ett skikt av ett annat polymermaterial med högre motståndskraft mot RCP (lägre Tkrit). De båda poly- mermaterialen kan därvid föreligga som två eller flera, alternerande skikt. En utföringsform av intresse i detta sammanhang är att utnyttja billigt polymeravfallsmaterial, s k "scrap", som ett skikt och kombinera detta med ett eller flera skikt av bättre polymermaterial med lägre T I krit Vid kombination av polymermaterial med olika T föredrages det vid uppfinningen att materialet med ïšgše Tkrit anordnas åtminstone på utsidan av röret.

Enligt en annan och särskilt föredragen aspekt uppnås en motståndskraft mot RCP som är högre än den hos de in- gående, enskilda materialen. Genom att kombinera skikt av exempelvis polyetenplast och polypropenplast är det sålun- da möjligt vid uppfinningen att åstadkomma rör med en mot- ståndskraft mot RCP som är bättre än motståndskraften hos såväl den ingående polyetenplasten som hos den ingående polypropenplasten. Detta är överraskande och innebär en särskild fördel med uppfinningen.

De flerskiktade rören enligt uppfinningen framställs på i och för sig känt sätt genom t ex extrudering eller formsprutning, företrädesvis genom samextrudering. För en närmare beskrivning av sådana förfaranden kan exempelvis hänvisas till D. Djordjevic, "Coextrusion", Rapra Review Reports, vol. 6, No. 2, 1992, p. 51-S3.

För att ytterligare underlätta förståelsen av uppfin- ningen ges nedan några exempel. Exemplen på uppfinningen är endast avsedda att vara belysande och skall inte tolkas såsom begränsande för uppfinningen. I exemplen avser alla delar och procentangivelser vikt, såvida ej annat anges. 5(¶)5 957 Exempel 1 Flerskiktsrör med en ytterdiameter av 110 mm och ett diameter/väggtjockleksförhàllande (SDR) av 11 extruderades med en konventionell Cincinnati Milacron CMS 60 rörextru- der med skruvdiameter 60 mm och 2 konventionella sido- extrudrar med skruvdiametrar av 50 resp 30 mm, samtliga anslutna till ett flerskiktsverktyg av konventionell ut- formning med möjlighet att extrudera 1-5 skikt med varie- rande godstjocklek och skiktsammansättning. Driftinställ- ningarna anpassades efter respektive materialleverantörs anvisningar och uppsatta skiktfördelningskrav. Maximala smältatemperaturer uppmättes till mellan ca 200 och 240°C.

Linjehastigheten var ca 0,5-1,0 m/min. Rören kalibrerades och kyldes via en konventionell nedströmsutrustning fràn Cincinnati.

Efter 2 veckors konditionering testades rören i en RCP S4-testrig, som ursprungligen var tillverkad vid Imperial College, London, men modifierats för att uppfylla nya krav enligt ISO/DIS 13477 (revision ISO/TC/138/SC4 WG RCP - DOC N048). Provningarna utfördes i överensstämmelse med ISO/DIS 13477 (revision ISO/TC/138/SC4 WG RCP - DOC N048).

De provade materialkombinationerna samt provningsre- sultaten framgår av Tabell 1 och 2. 505 937 ucmfimcm .mofivmwfim Hfiwnm :www .N xumscmn .w\< mfiflmouom :www .H »w»«H~>xmmcfl:m«Hn nëhom >ø cwvwwfiønmvwu N Nmm ^H@-~ mmuz |flmcøomnn umfiæxofioemos = ^H»0vfiHm>xucuEfiHwmM0 >m Cmvmhfiommuwufimcwflmos m o\< om\om m Pwv ßmflw mn |fiflm>xuou >m cmpsnwfioa n umcowvmxfifi :mmm mfiflwfluvmnucfl Hmm Uumm>m :oo Huëocøeëmm |cwuo w»xfl> m.m mocmfi |Hm:wccfl uwsæfioasmm m omfi Høvvmfia :oo uo>flxm una uwe m Hofi 4: næfiomosczcwaonmäfiøa m HUCOflH-.UX ufifimmmmunuxoæuv unw «.o H.o oma ^H@@«~ mm cw»w>Ho@w»w»fiwcwømn; 4 m.O H.O mmm w.o omm AN «.o ^u.om~V~.o Noa AH w.o w.O ^U°OmNvw.O flom AH ^=fia oH\mV Acfie oH\mV Acfle øH\mv ^me\m, mcfic Qws Hmfln .omfi wfi> .cmfi øfi> Qomfi ufi> pwpfimcwo -xow»wm -wpmz Hwmmz mmßz Nmßz fl Hfiwflflà 505 937 10 Tabell 2 Prov Materialkombinatipn TkritTot Tkritv nr (utsida-insida) Vikt% (°C) (°C) 1 A-B-A 34-54-12 <-25 +5,5 2 A-E-B-E-A 34-1-54-1-10 <-25 +6,0 3 A-B-A 24-58-18 -33 +7,0 4 " 18-68-14 -23 +11 5 " 13-80-7 -19 +15 6 A-B 20-80 -21 +15 7 " 29-71 <-25 +12 8 " 50-50 <-25 +4 9 B-A 67-33 >+23* +11 10 A-D-A 35-46-19 <-30 -13 11 F-B-F-B-F 29-1-50-2-18 8 +15 12 A-F-A 26-53-21 -6 +O,9 13 A-H-A 24-59-17 <-30 -21 14 “ 19-63-18 <-30 -21 15 A-B-H-B-A 19-1-67-1-12 -30 -21 *ytterlagret splittrades 505 957 11 Tabell 2 (forts) Referensprover Prov Materialkombination TkritT°t nr (utsida-insida) Vikt% (°C) 19 A 100 -15 20 A-A-A-A-A 19-4-55-4-18 -15 21 B 100 >+23 22 C 100 >+23 23 D 100 -10 24 E 100 +10 25 F 100 15 26 F-F-F 7-86-7 14 27 " 14-72-14 16 28 " 24-52-24 14 30 H 100 -25 Vid ett studium av försöksresultaten noteras att TkritTot för de flerskiktade rören enligt uppfinningen är lägre, och ofta avsevärt lägre än det viktade medelvärdet för Tkrit (Tkritv) för de ingående enskilda materialen.

Sålunda understiger T för prov nr 1, 2, 3, 7 och 8 kritTot -25°C trots att inget av de ingående materialen har en Tkrit lägre än -15°C. Detta får anses mycket överraskande och innebär en avsevärd teknisk fördel genom att använd- barheten för rören utökas väsentligt.

Vidare kan nämnas att materialen B och C uppvisar mycket låg motståndskraft mot RCP och ändå kan man med dem få mycket goda resultat för flerskiktsrör.

I detta sammanhang skall prov nr 9, som är ett jämfö- rande prov, noteras. Vid detta prov splittrades ytterskik- tet (material B) vid provningen och några meningsfulla mätningar kunde knappast genomföras. Av denna anledning har TkritTot satts till >+23°C, vilket är högre än Tkritv (+lO°C). Detta prov kan jämföras med resultatet för prov nr 7, som innehåller en ändå högre halt av material B 505 937 12 (71%) men som trots detta har ett värde pà TkritTot under -25°C. Detta indikerar att det ibland även är aV viktigt att materialskikten anordnas i en viss ordning och närmare bestämt så att materialet med lägst Tkrit anordnas åtminstone pà rörets utsida.

I övrigt visar resultaten i Tabell 2 att TkritTot blir lägre vid ökande halt av material med làg Tkrit (se t ex prov nr 3-5 och 6-8). Vidare visar t ex prov nr ll jämfört med prov nr 28 att även relativt tunna mellan- liggande skikt av ett annat material kan åstadkomma en avsevärd förbättring av Tkrit, och detta trots att materialet i de mellanliggande skikten har sämre Tkrit än materialen i de övriga skikten.

Claims (8)

505 957 13 PATENTKRAV

1. Flerskiktat rör av plast av minst två skikt av olika plastmaterial med motståndskraft mot snabb sprick- propagering, k ä n n e t e c k n a t därav, att plast- materialen utgöres av polyolefinplast, och att röret har en motståndskraft mot snabb sprickpropagering uttryckt som rörets kritiska temperatur, som är lägre än det viktade medelvärdet av de kritiska temperaturerna för enskiktade rör av de enskilda plastmaterial som ingår i det flerskik- tade röret och med samma dimension som detta, varvid de kritiska temperaturerna för de enskiktade rören av de enskilda plastmaterialen skiljer sig åt minst 5°C och varvid den kritiska temperaturen för ett rör är den lägsta temperatur vid vilken en i röret initierad spricka pro- pagerar en sträcka i röret av högst 4 ggr rörets diameter vid en tryckskillnad mellan rörets insida och utsida av 0,5 MPa.

2. Rör enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att röret har en kritisk temperatur som är lägre än hos alla de ingående plastmaterialen var för sig.

3. Rör enligt kravet l eller 2, k ä n'n e t e c k - n a t därav, att det har en kritisk temperatur understi- gande -5°C, företrädesvis lägre än -l5°C, mätt på ett rör med en ytterdiameter av 110 mm och en väggtjocklek av 10 mm.

4. Rör enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t därav, att skikten utgöres av minst en plast, som väljs bland polyetenplast och polypropenplast.

5. Rör enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att skikten inbegriper minst två skikt av polyeten- plast, vars kritiska temperaturer skiljer sig åt med minst l0°C.

6. Rör enligt kravet 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a t därav, att skikten inbegriper minst två skikt av polypropenplast, vars kritiska temperaturer skiljer sig åt med minst l0°C. 505 957 14

7. Rör enligt något av de föregående kraven, k ä n - n e t e c k n a t därav, att plastmaterialet med den lägsta kritiska temperaturen är anordnat åtminstone på utsidan av röret.

8. Rör enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att det inbegriper minst tre skikt, och att mate- rialet med den lägsta kritiska temperaturen är anordnat på rörets utsida och insida.