WO2004031269A1 - Method for producing a weldable moulded part consisting of a plastic material - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for producing a weldable moulded part consisting of a plastic material based on a polyolefin which can be cross-linked by ionised radiation, especially a polyethylene or a copolymer thereof. According to the invention, before the moulded part is moulded, the plastic material is treated with a maximum dose of 20 kGy of ionised radiation.

Description

Verfahren zum Herstellen eines schweißbaren Formstückes aus KunststoffProcess for producing a weldable molded part made of plastic

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines schweißbaren Formstückes aus Kunststoff auf der Basis eines mit ionisierter Strahlung vernetzbaren Polyolefins, insbesondere eines Polyäthylens oder eines Copolymers davon, wobei der Kunststoff mit einer ionisierten Strahlung in einer Dosis kleiner 30 kGy behandelt wird.The invention relates to a method for producing a weldable molded part made of plastic based on a polyolefin which can be crosslinked with ionized radiation, in particular a polyethylene or a copolymer thereof, the plastic being treated with ionized radiation in a dose of less than 30 kGy.

Stand der TechnikState of the art

Beim Fügen von Rohren und anderen Formstücken aus Kunststoff spielen Schweißverbindungen insbesondere im Zusammenhang mit Wasserleitungsinstallationen eine besondere Rolle. Schweißverbindungen setzen allerdings ein bestimmtes rheologisches Verhalten der Schmelze voraus. Ist die Schmelze zu dünnflüssig, so fließt der aufgeschmolzene Kunststoff aus der Schmelzzone zumindest teilweise ab, was zu Fehlstellen in der Anbindung führt, wenn die Formstabilität des Werkstückes im Erwärmungsbereich nicht überhaupt verlorengeht. Zu dickflüssige Schmelzen gefährden wiederum die Materialanbindung in der Fügezone, weil die Verschweißung grundsätzlich auf der Vermischung der Schmelzanteile der zu fügenden Werkstücke beruht. Dies bedeutet, daß Kunststoffe mit einem vergleichsweise hohen Schmelzindex nicht verwendet werden, obwohl ihre mechanischen Eigenschaften ihren Einsatz als Rohre oder Armaturen bei Wasserleitungsinstallationen empfehlen. Dies gilt insbesondere für Polyäthylene und deren Copo- lymere, sowie andere vernetzbare Polyolefine, die aufgrund des vergleichsweise hohen Schmelzindexes für Schweißverbindungen ungeeignet sind. Diese Polyolefine können zur Steigerung der mechanischen Festigkeit mit Hilfe ionisierter Strah- lung vernetzt werden, doch verlieren sie mit der Vernetzung ihre für das Schweißen notwendigen thermoplastischen Eigenschaften.When joining pipes and other plastic fittings, welded connections play a special role, particularly in connection with water pipe installations. However, welded joints require a certain rheological behavior of the melt. If the melt is too thin, the melted plastic flows out of the melting zone at least partially, which leads to defects in the connection if the shape stability of the workpiece in the heating area is not lost at all. Too viscous melts in turn endanger the material connection in the joining zone, because the welding is basically based on the mixing of the melting parts of the workpieces to be joined. This means that plastics with a comparatively high melt index are not used, although their mechanical properties recommend their use as pipes or fittings in water pipe installations. This applies in particular to polyethylenes and their copolymers, as well as other crosslinkable polyolefins, which are unsuitable for welded joints due to the comparatively high melt index. These polyolefins can be used to increase the mechanical strength with the aid of ionized rays. be networked, but with the network they lose their thermoplastic properties necessary for welding.

Um bei Gasleitungen aus Polyäthylen die extrudierten Gasrohre mit gießtechnisch hergestellten, T-förmigen Verbindungsstücken einfacher verschweißen zu können, ist es bekannt (EP 256 825 A2), den höheren Schmelzindex der gießtechnisch hergestellten Verbindungsstücke durch eine Bestrahlung mit Gammastrahlen in einer Dosis zwischen 10 und 30 kGy an den niedrigeren Schmelzindex der extrudierten Gasrohre anzugleichen, um die zu verbindenden Enden der Rohre und des Verbindungsstückes mit Hilfe einer gemeinsamen Heißplatte zu erwärmen und anschließend zu verschweißen, bevor das Polyäthylen durch eine Bestrahlung in einer Dosis von 200 bis 300 kGy entsprechend vernetzt wird. Nachteilig ist allerdings, daß die Strahlungsdosis von der Eindringtiefe der Strahlung in die Werkstückwandung abhängt und daher zu ungleichmäßigen Schmelzbedingungen über die Wanddicke führt. Außerdem kann mit der Bestrahlung größerer Werkstücke der Bestrahlungsaufwand vergleichsweise groß ausfallen.In order to be able to weld the extruded gas pipes more easily with T-shaped connecting pieces produced by casting technology, it is known (EP 256 825 A2), the higher melt index of the connecting pieces produced by casting technology, by irradiation with gamma rays in a dose between 10 and 30 Adjust kGy to the lower melt index of the extruded gas pipes in order to heat the ends of the pipes and the connecting piece to be connected with the help of a common hot plate and then to weld them before the polyethylene is crosslinked accordingly by radiation in a dose of 200 to 300 kGy. However, it is disadvantageous that the radiation dose depends on the penetration depth of the radiation into the workpiece wall and therefore leads to uneven melting conditions over the wall thickness. In addition, the irradiation of larger workpieces can be comparatively large.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe der Schmelzindex von Formstücken aus Kunststoff der eingangs geschilderten Art auf einen für Schweißverbindungen vorteilhaften Wert abgesenkt werden kann, ohne eine Abhängigkeit von der geometrischen Form und den Wanddicken der Formstücke in Kauf nehmen zu müssen.The invention is therefore based on the object of specifying a method by means of which the melt index of plastic fittings of the type described at the outset can be reduced to an advantageous value for welded joints without having to accept the dependence on the geometric shape and the wall thicknesses of the fittings to have to.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Kunststoff vor dem Formen des Formstückes mit einer ionisierten Strahlung in einer Dosis von höchstens 20 kGy bestrahlt wird.The invention solves this problem in that the plastic is irradiated with ionized radiation in a dose of at most 20 kGy before the molding is formed.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die thermoplastischen Eigenschaften des mit geringer Dosis bestrahlten Kunststoffes erhalten bleiben, so daß es hinsichtlich der Beeinflussung des Schmelzindexes nicht darauf ankommt, ob der Kunststoff vor oder nach dem Ausformen des Formstückes bestrahlt wird. Es kann daher der Kunststoff vor dem Formen des Formstückes bestrahlt werden, was die Herstellung von Formstücken erlaubt, die keiner nachträglichen Sonderbehandlung bedürfen, um die Schweißbarkeit zu erreichen. Mit der Behandlung des Kunststoffes als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Formstücken werden zusätzliche, sonst nicht mögliche Vorteile erzielt. So wird ein gleichmäßig niedriger Schmelzindex für das Formstück unabhängig von der späteren Form und Größe des Formstückes sichergestellt. Die Bestrahlung des üblicherweise als Granulat vorliegenden Kunststoffes bringt eine vergleichsweise geringe Temperaturbelastung des Granulats mit sich, was besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Oxydationsprozessen überflüssig macht. Durch die strahlungsbedingten Teilvernetzung des Kunststoffes werden dessen Klebeeigenschaften verringert, so daß mit einer nur geringen Verschmutzung der eingesetzten Formwerkzeuge gerechnet werden kann. Außerdem kann aufgrund einer unterschiedlichen Strahlungsdosis über die Schütthöhe des zu bestrahlenden Kunststoffgranulates eine vergleichsweise große Molekulargewichtsverteilung erreicht werden, was sich vorteilhaft auf die späteren mechanischen Eigenschaften des Formstückes auswirkt.The invention is based on the finding that the thermoplastic properties of the plastic irradiated with a low dose are retained, so that it is not important with regard to influencing the melt index whether the plastic is irradiated before or after the molding is molded. It the plastic can therefore be irradiated before the molding is formed, which allows the production of moldings which do not require any special treatment to achieve weldability. With the treatment of the plastic as a starting material for the production of molded parts, additional, otherwise not possible advantages are achieved. This ensures a uniformly low melt index for the molded part, regardless of the later shape and size of the molded part. Irradiation of the plastic, which is usually present as granules, entails a comparatively low thermal load on the granules, which makes special measures to avoid oxidation processes superfluous. Due to the radiation-related partial crosslinking of the plastic, its adhesive properties are reduced, so that only a slight contamination of the molds used can be expected. In addition, due to a different radiation dose over the bed height of the plastic granules to be irradiated, a comparatively large molecular weight distribution can be achieved, which has an advantageous effect on the later mechanical properties of the molded part.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist es für das Absenken des Schmelzindexes auf ein für das Schweißen vorteilhaftes Maß von wesentlicher Bedeutung, die Energiedosis der Strahlenbehandlung entsprechend zu beschränken. Obwohl sich naturgemäß eine Abhängigkeit vom jeweils zu behandelnden Kunststoff ergibt, muß die Energiedosis der Bestrahlung nach oben mit 20 kGy begrenzt werden. Für die meisten Anwendungsfälle hat sich eine Dosis zwischen 12 und 16 kGy als zielführend herausgestellt, wobei ein im Hinblick auf Schweißverbindungen vorteilhaftes rheologisches Verhalten der Schmelze sichergestellt wird, und zwar unter einer teilweisen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.As has already been stated, it is essential for lowering the melt index to a level which is advantageous for welding, that the energy dose of the radiation treatment is limited accordingly. Although there is naturally a dependency on the plastic to be treated in each case, the energy dose of the radiation must be capped at 20 kGy. For most applications, a dose between 12 and 16 kGy has proven to be expedient, whereby a rheological behavior of the melt which is advantageous with regard to welded joints is ensured, with a partial improvement in the mechanical properties.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines schweißbaren Formstückes aus Kunststoff näher erläutert, und zwar wird die Abhängigkeit des entlang eines Ordners eines karthesischen Koordinatensystems aufgetragenen Schmelzindexes von der entlang der Abszisse aufgetragenen Energiedosis der ionisierten Strahlung gezeigt.The method according to the invention for producing a weldable molded part made of plastic is explained in more detail with reference to the drawing, namely the Dependence of the melt index plotted along a folder of a Cartesian coordinate system on the energy dose of the ionized radiation plotted along the abscissa is shown.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Es wurde zunächst ein Polyäthylen-Oktencopolymer mit einem Oktengehalt von 10 Gew.%, einer Dichte von 0,94 g/cm³, einem Schmelzpunkt von 142 °C und einem Schmelzindex MFI (190/5) von 2,6 g/10 min einer Bestrahlung mit beschleunigten Elektronen in einer Dosis von 16 kGy ausgesetzt. Der Schmelzindex konnte dabei von 2,6 g/10 min auf 0,26 g/10 min gesenkt werden. Das bestrahlte Granulat ließ sich problemlos in üblicherweise zu Rohren mit einem Nenndurchmesser von 18 mm und einer Wanddicke von 2 mm extrudieren. Aus dem gleichen, aber unbestrahlten Granulat wurden ebenfalls Rohre gleicher Abmessung extrudiert. Während bei einem Schweißversuch mit den Rohren aus dem unbestrahlten Granulat die dünnwandigen Rohre beim Aufbringen der nötigen Schweißtemperatur in sich zusammenfielen, konnten die Rohre aus dem bestrahlten Granulat in herkömmlicher Weise ohne Einschränkungen mit Muffenformstücken verschweißt werden.There was first a polyethylene octopolymer with an octane content of 10 wt.%, A density of 0.94 g / cm ³ , a melting point of 142 ° C and a melt index MFI (190/5) of 2.6 g / 10 min exposed to accelerated electron radiation at a dose of 16 kGy. The melt index was reduced from 2.6 g / 10 min to 0.26 g / 10 min. The irradiated granulate could easily be extruded into tubes with a nominal diameter of 18 mm and a wall thickness of 2 mm. Tubes of the same size were also extruded from the same, but unirradiated granulate. While the thin-walled pipes collapsed when the required welding temperature was applied to the pipes made from the non-irradiated granulate, the pipes made from the irradiated granulate could be welded to socket fittings in a conventional manner without restrictions.

Zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des Schmelzindexes von der Bestrahlungsdosis wurde das Granulat aus Polyäthylen-Oktencopolymer mit unterschiedlichen Energiedosen bestrahlt. Der über der jeweiligen Bestrahlungsdosis aufgetragene Schmelzindex MFI (190/5) der aus diesen unterschiedlich bestrahlten Granulaten hergestellten Rohren ergibt die Kurve 1 , die veranschaulicht, daß im Bereich einer Energiedosis der Bestrahlung zwischen 12 und 15 kGy die Schmelzindexe in einem für Schweißverbindungen vorteilhaften Wertebereich kleiner 0,5 g/10 min liegen. Bei diesen Energiedosen der Bestrahlung bleiben die thermoplastischen Eigenschaften erhalten, womit bei einer Steigerung der Energiedosen über 20 kGy nicht mehr gerechnet werden kann. In order to illustrate the dependence of the melt index on the radiation dose, the granulate made of polyethylene-octopolymer was irradiated with different energy doses. The melt index MFI (190/5) of the tubes produced from these differently irradiated granules shows the melt index plotted over the respective radiation dose, which shows that, in the range of an energy dose of the radiation between 12 and 15 kGy, the melt indexes are smaller in a range of values advantageous for welded joints 0.5 g / 10 min. With these energy doses of radiation, the thermoplastic properties are retained, so that an increase in the energy doses above 20 kGy can no longer be expected.

Claims

Patentansprüche: claims:

1. Verfahren zum Herstellen eines schweißbaren Formstückes aus Kunststoff auf der Basis eines mit ionisierter Strahlung vernetzbaren Polyolefins, insbesondere eines Polyäthylens oder eines Copolymers davon, wobei der Kunststoff mit einer ionisierten Strahlung in einer Dosis kleiner 30 kGy behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff vor dem Formen des Formstückes mit einer ionisierten Strahlung in einer Dosis von höchstens 20 kGy bestrahlt wird.1. A method for producing a weldable molded part made of plastic based on a polyolefin which can be crosslinked with ionized radiation, in particular a polyethylene or a copolymer thereof, the plastic being treated with ionized radiation in a dose of less than 30 kGy, characterized in that the plastic is irradiated with ionized radiation in a dose of at most 20 kGy before the molding is formed.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit einer Dosis zwischen 12 und 16 kGy bestrahlt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the plastic is irradiated with a dose between 12 and 16 kGy.