HAUPTPATENT Verfahren zur Herstellung von armierten Plastmassenrohren, insbesondere für hohe
Innendrücke und Einrichtung zur Ausübung desselben
Die Herstellung von Rohren aus Plastmassen, besonders aus Epoxyd und Polyesterharzen mit Fiber-, vor allem Glasfiber-Verstärkung ist in der einschlägigen Industrie geläufig.
Jedoch begrenzen die zur Zeit bekannten Technologien, im Hinblick auf die Rentabilität, die Dimensionen erheblich und was noch wichtiger ist, die Innendruckverträglichkeit.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von armierten Plastmassenrohren, insbesondere für hohe Innendrücke, z. B. in unbeschränkter oder vorher festgesetzter Länge, das sich dadurch auszeichnet, dass man auf ein armiertes oder unarmiertes Grundrohr in einem kontinuierlichen Arbeitsgang ein schlauchförmiges Armierungsnetzgewebe, mit oder ohne Oberflächenbehandlung durch adhärierende Mittel, anzieht und unmittelbar anschliessend durch eine fliessende Plastmassenschicht durch Extrusion auf das Armierungsnetzgewebe aufträgt, welche Plastmassenschicht die Fasern des Armierungsnetzgewebes verbindet, die Netzlöcher auffüllt und alsdann teilweise eine Überzugs- schicht formiert und die Plastmasse mit dem Armierungsnetzgewebe homogen verbindet.
Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung von Rohren aus thermoplastischer oder thermoindurenter Materie, wie Poly äthylene, chlorierte Polyäthylene (vulkanisiert), Epoxydharze, Polyesterharze, Polypropylene, Polyurethane, ABS usw., wobei Armierungsnetzgewebe aus Zellulosefäden, Carbonmonofilament, Glasfiber, gerecktes Thermoplast, Polyamid- und Polyurethan-Filamente, Stahlfäden usw. verwendet werden.
Es sei erwähnt, dass die Verstärkung der benutzten Plastikmaterialien mit Armierungsnetzgewebe aus verschiedenen Fibern oder Fäden vor allem den Zweck hat, den Festigkeitsgrad der ursprünglichen Vernetzung der gebrauchten Plastmassen heraufzusetzen (Reissfestigkeit) und die Resistenz gegen den kalten Fluss zu erhöhen, um somit die Verwendung der auf diese Weise hergestellten Rohre aus Plastikmaterialien in Fällen zu ermöglichen, wo die Rohre langen Zeiträumen und hohem Innendruck bis über 100 atü ausgesetzt sind.
Bei der Verschiedenartigkeit der das Rohr bildenden Plastmassen und eventuellen Additive sowie des das Verstärkungsnetz bildenden Materials und ferner der Mittel, welche für die Schaffung einer stabilen Verbindung zwischen dem das Rohr und das Armierungsnetzgewebe bildenden Material nötig sind, werden selbstverständlich die Materialien entspre chend dem in den Rohrleitungen zu transportierenden Flui dum, der Art des Einsatzes und der Zwischenverträglichkeit variiert.
Als Mittel zur Verbindung des Armierungsnetzgewebes mit den Plastmassen können Copolymere aus äthylener und Acrylsäure mit einem Acrylsäuregehalt von nicht weniger als 6% verwendet werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Aus übung des Verfahrens. Dieselbe hat die Kennzeichnung, dass ein Extruderkopf für die Auftragung wenigstens einer Schicht auf ein armiertes oder unarmiertes Grundrohr an der Einlaufstelle für das letztere einen Abgeber für das Armierungsnetzgewebe aufweist und im Bereich der Auslaufstelle des armierten und beschichteten Rohres Kühl- und Transportaggregate vorgesehen sind.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Einrichtung zur Herstellung von armierten Plastmassenrohren in vorher festgesetzten Längen schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Einrichtung zur Herstellung eines durch ein Armierungsnetzgewebe verstärkten Plastmassenrohres,
Fig. 2 eine Draufsicht zur Herstellung eines durch drei Armierungsnetzgewebe verstärkten Plastmassenrohres,
Fig. 3 das in drei Stufen eines fliessenden Arbeitsganges erzeugte mehrschichtige Rohr im Bereich der Entstehungs phase im Längsschnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung weist einen konventionellen Extruder 1 auf, der auf der Einlaufseite für das Grundrohr 2 ein auswechselbares, zweiteiliges, abnehmbares Magazin 3 mit Deckel 3' trägt. Das Magazin 3 ist ringförmig und weist dementsprechend auch einen ringförmigen Aufnahmeraum 4 für ein schlauchförmiges Armierungsnetzgewebe 5 auf, das in Form eines Ringes 15 in das Magazin 3 eingelegt ist. Der ringförmige Netzkörper 15 ist durch ringwulstartige Aufwicklung des Randes am einen Ende des Netzschlauches gebildet. Das hohlzylindrische andere Ende liegt axial in der Ringöffnung und ist durch eine Abknickung
16 oder sonstigen Abschluss geschlossen. Das Magazin 3 weist eine axiale Einführungsöffnung 6 für das Grundrohr 2 und eine anschliessende axiale Durchgangsöffnung 7 für das mit dem Armierungsnetzgewebe 5 versehene Grundrohr 2 auf.
Die Durchgangsöffnung 7 schliesst an den Rohreinlaufkanal 8 des Extruders 1 an. Letzterer ist mit einer Heizung 9 und mit einem Plastmassen-Zuführungskanal 10 versehen, welcher in einen Ringraum 11 einmündet, der den Rohreinlaufkanal 8 mit einem zu diesem koaxialen, erweiterten Auslaufkanal 8' verbindet. 12 ist ein an der Auslaufseite des Extruders auswechselbar eingesetzter Kalibrierlippenring. Auf der Auslaufseite des Extruders 1 schliesst ein Kühl- und Transportaggregat an, welches den Durchlauf und Weitertransport des mit einem Armierungsnetzgewebe 5 verstärkten und mit einem Plastmassenmantel 2' versehenen Grundrohres sichert.
In Fig. 2 und 3 ist veranschaulicht, wie durch stufenweise Wiederholung dieses Arbeitsvorganges in einer einzigen Produktionslinie zusammengefasst, mehrfach armierte und beschichtete Hochdruckrohre aus verschiedenen Plastmassen und Armierungsnetzgeweben in vorher festgesetzten Längen herstellbar sind. Zu diesem Zweck sind nach Fig. 2 mehrere in der Kanalweite zunehmende Extruder 1, 1', 1" mit vorgeschalteten Armierungsnetzgewebe-Beschickungsmagazinen 3, 3', 3" hintereinander angeordnet, wobei zwischen diesen jeweils ein Kühl- und Transportaggregat 13, 13', 13" angeordnet ist. 14, 14', 14" sind an die Zuführungskanäle 10, 10', 10" angeschlossene Zuführungspressen für wahlweise zu verwendende Plastmassen.
Das Grundrohr 2 wird mittels eines konventionellen Extruders erzeugt, der mit einer oder mehreren Schnecken oder einer Stempelpresse arbeitet. Das Grundrohr besteht aus einer im Hinblick auf den Verwendungszweck geeigneten Plastikmasse mit oder ohne beigemischte Armaturfasern.
Das schlauchförmige Armierungsnetzgewebe 5 wird vor der Verwendung, wenn nötig, mit einem Adhäsionsmittel beschichtet, das eine dauerhafte Verbindung zwischen Armierungsnetzgewebe und Plastmassen gewährleistet. Diese Vorbehandlung ist bei Armierungsnetzgeweben aus Metallfäden unerlässlich.
Das Einlegen des Amrierungsnetzgewebes 5 in das Magazin geschieht in folgender Weise:
Das schlauchförmige Armierungsnetzgewebe 5, dessen Enddurchmesser in längs- und quergedehntem Zustand gleich sein muss wie der Durchmesser des Grundrohres 2,. wird in Längsabschnitten bereitgestellt, die etwas über der Länge des Grundrohres 2 liegen sollten. Eines der Enden wird durch Abknickung 16 oder sonstigen Abschluss geschlossen, während das andere, offene Ende durch Aufrollen des Randes zu einem Ringkörper 15 aufgewickelt wird. Der Ringkörper 15 wird nach vorheriger Abnahme des Deckels 3' in das Magazin 3 so eingelegt, dass das geschlossene zylindrische Ende 16 des Armierungsnetzgewebes 5 in die axiale Durchgangsöffnung 7 des Magazins 3 hineinragt. Nach dem Aufsetzen des Magazins 3 auf den Extruder 1 wird die Einrichtung in Betrieb gesetzt.
Hierbei wird das Grundrohr 2 mit der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit durch die Einlauföffnung 6 des Magazins 3 in das schlauchförmige Armierungsnetzgewebe 5 eingeführt. Beim Vorschub des Grundrohres 2 passiert dessen Vorderende den Ringraum 11, in welchem die Ummantelung mit Plastikmasse stattfindet, die mittels Zuführungspresse 14 über den Kanal 10 herbeigeschafft wird.
Durch die Plastikmasse wird ein das Armierungsnetzgewebe bedeckender Mantel 2' gebildet, dessen Wandstärke durch den entsprechend erweiterten Auslaufkanal 8' und den Kalibrierlippenring 12 bestimmt wird.
Bei der Herstellung von mehrfach armierten und beschichteten Rohren wird das in der Stufe I gemäss Fig. 2 und 3 mit einem ersten Armierungsnetzgewebe 5 und einem ersten Mantel 2' versehene Rohr durch eine Kühl- und Transportvorrichtung 13 in eine II. Stufe eingeführt, welche wiederum aus einem Extruder 1' mit vorgeschaltetem Magazin 3' für das Armierungsnetzgewebe und einem Plastmassen Zuführungsaggregat 10', 14' gebildet ist. In der II. Stufe erhält der wiederum als Grundrohr eingeführte Mantel 2' ein zweites Armierungsnetzgewebe 5' und einen zweiten Mantel 2". In der III. Stufe wird das als Grundrohr dienende, mit zwei Armierungsnetzgeweben 5 und 5' und zwei Mänteln 2', 2" versehene, ursprüngliche Grundrohr 2 mit einem dritten Armierungsnetzgewebe 5" und einem dritten Mantel 2"' versehen. Selbstredend besteht die Möglichkeit, in Stufen beliebig viele Mäntel bzw.
Schichten einzutragen.
Die als ringförmige Körper 15 in die Magazine 3 eingelegten Armierungsnetzgewebe 5, 5', 5" weisen in abgewikkelter Form die Länge der herzustellenden Rohre auf. Nach der kontinuierlichen Herstellung eines mehrschichtigen Rohres werden für jedes weitere Rohr die Magazine wieder neu gefüllt oder es werden eine Vielzahl von zur Chargierung dienenden Magazinen bereitgestellt.
Für die Herstellung von Rohren in unbeschränkter Länge werden anstelle der Chargier-Magazine, mit welchen die Rohre mit durch den Magazinwechsel bedingten Unterbrechungen herstellbar sind, Häckel-, Flecht-, Rundstrick- oder ähnliche Armierungsnetzgewebe-Erzeugungsmaschinen eingesetzt. Diese werden so montiert, dass das Armierungsnetzgewebe um das Rohr herum gestrickt, geflechtet oder gehäkelt und auf diese Weise das Rohr in den fortlaufend erzeugten Schlauch eingreifend in Anpassung an die Netzgewebeerzeugungsgeschwindigkeit transportiert wird.
Durch Extrusion wird eine Plastmassenschicht aufgetragen, wobei fliessende (aufgeschmolzene) Plastmassen das schlauchförmige Armierungsnetzgewebe beschichten, so dass die Plastmasse teilweise das Armierungsnetzgewebe durchtränkt bzw. alle einzelnen Faserfäden um die Netzlöcher zwischen den Faserfäden verbindet und formiert dabei teilweise eine Überzugsschicht. Beide Teile der Plastmasse sind homogen zusammengebunden und kommen gleichzeitig in innige Verbindung mit der unterliegenden, vorher formierten Plastmassenrohrschicht.
In Fällen, wo die Oberflächen des Armierungsnetzgewebes zwecks Erzeugung besserer Adhäsivität behandelt sein müssen, bespritzt oder beschichtet man diese mit geeigneten Adhäsivmitteln bevor das Armierungsnetzgewebe in die Mundöffnung des Extruderkopfes eintritt.
Es ist zweckmässig, verschiedene Materialien für jede extrudierte Schicht zu verwenden. Wegen verschiedener Qualitäten und besonders Molekülorientierung, wird dadurch eine zusätzliche Armierung des Rohres geschaffen.
Die zusätzliche Behandlung des fertigen Rohres mit Gamma- oder Bettastrahlen gewährleistet zudem eine zusätzliche qualitative Verbesserung besonders was die Reissfestigkeit und die Reissdehnung betrifft sowie Verminderung von Permeabilität und Innenkorrosionsgefahr.
MAIN PATENT Process for the production of reinforced plastic pipes, especially for high
Internal pressures and means of exercising the same
The production of pipes from plastics, especially from epoxy and polyester resins with fiber, especially glass fiber reinforcement, is common in the relevant industry.
However, the currently known technologies, in terms of profitability, limit the dimensions considerably and, what is even more important, the internal pressure tolerance.
The present invention relates to a method for the production of reinforced plastic pipes, especially for high internal pressures, for. B. in unlimited or previously fixed length, which is characterized by the fact that a tubular reinforcement mesh fabric, with or without surface treatment by adhering means, is drawn onto a reinforced or unarmored base pipe in a continuous operation and then immediately afterwards through a flowing layer of plastic by extrusion onto the Reinforcement mesh is applied, which plastic mass layer connects the fibers of the reinforcement mesh, fills the mesh holes and then partially forms a cover layer and homogeneously connects the plastic with the reinforcement mesh.
This process allows the production of pipes made of thermoplastic or thermo-indurent material, such as polyethylenes, chlorinated polyethylenes (vulcanized), epoxy resins, polyester resins, polypropylenes, polyurethanes, ABS, etc., with reinforcement mesh made of cellulose threads, carbon monofilament, glass fiber, stretched thermoplastic, polyamide and Polyurethane filaments, steel threads, etc. can be used.
It should be mentioned that the reinforcement of the used plastic materials with reinforcement mesh made of different fibers or threads has the main purpose of increasing the degree of strength of the original crosslinking of the used plastic masses (tear strength) and to increase the resistance to the cold flow, thus increasing the use of the to enable pipes made of plastic materials in this way in cases where the pipes are exposed to long periods of time and high internal pressures up to over 100 atmospheres.
Given the diversity of the plastic compounds forming the pipe and any additives as well as the material forming the reinforcing network and also the means which are necessary for creating a stable connection between the material forming the pipe and the reinforcing mesh fabric, the materials are of course corresponding to that in the Pipelines to be transported fluids, the type of use and the intermediate compatibility varies.
Copolymers of ethylene and acrylic acid with an acrylic acid content of not less than 6% can be used as a means of connecting the reinforcement mesh with the plastic compounds.
The invention also relates to a device for performing the method. The same has the identification that an extruder head for the application of at least one layer on a reinforced or unarmoured base pipe at the inlet point for the latter has a dispenser for the reinforcement mesh and cooling and transport units are provided in the area of the outlet point of the reinforced and coated pipe.
In the drawing, an example embodiment of the device for the production of reinforced plastic pipes in predetermined lengths is shown schematically, namely show:
1 shows an axial section through a device for the production of a plastic pipe reinforced by a reinforcement mesh,
2 shows a plan view for the production of a plastic pipe reinforced by three reinforcement mesh fabrics,
3 shows the multilayer pipe produced in three stages of a flowing operation in the region of the formation phase in a longitudinal section.
The device shown in FIG. 1 has a conventional extruder 1 which carries an exchangeable, two-part, removable magazine 3 with a cover 3 'on the inlet side for the base pipe 2. The magazine 3 is ring-shaped and accordingly also has a ring-shaped receiving space 4 for a tubular reinforcement mesh fabric 5 which is inserted into the magazine 3 in the form of a ring 15. The ring-shaped net body 15 is formed by winding the edge at one end of the net tube in the manner of an annular bead. The hollow cylindrical other end lies axially in the ring opening and is bent over
16 or other degree closed. The magazine 3 has an axial insertion opening 6 for the base tube 2 and a subsequent axial through opening 7 for the base tube 2 provided with the reinforcement mesh fabric 5.
The passage opening 7 adjoins the pipe inlet channel 8 of the extruder 1. The latter is provided with a heater 9 and with a plastic mass feed channel 10 which opens into an annular space 11 which connects the pipe inlet channel 8 with an outlet channel 8 'coaxial with it. 12 is a calibrating lip ring that is replaceably inserted on the outlet side of the extruder. On the outlet side of the extruder 1 there is a cooling and transport unit, which ensures the passage and further transport of the base pipe reinforced with a reinforcing mesh fabric 5 and provided with a plastic jacket 2 '.
In Fig. 2 and 3 it is illustrated how, by repeating this process step by step in a single production line, multiple reinforced and coated high-pressure pipes can be produced from various plastics and reinforcement mesh fabrics in predetermined lengths. For this purpose, according to FIG. 2, several extruders 1, 1 ', 1 "with upstream reinforcement mesh fabric loading magazines 3, 3', 3" are arranged one behind the other, with a cooling and transport unit 13, 13 ', 13 ". 14, 14 ', 14" are feed presses connected to the feed channels 10, 10', 10 "for plastic compounds that can be used optionally.
The base pipe 2 is produced by means of a conventional extruder which works with one or more screws or a punch press. The base pipe consists of a plastic compound that is suitable for the intended purpose, with or without added armature fibers.
The tubular reinforcement mesh fabric 5 is coated with an adhesive before use, if necessary, which ensures a permanent connection between the reinforcement mesh fabric and the plastics. This pretreatment is essential for reinforcement meshes made of metal threads.
The reinforcement mesh 5 is inserted into the magazine in the following way:
The tubular reinforcement mesh fabric 5, the end diameter of which in the longitudinally and transversely stretched state must be the same as the diameter of the base pipe 2. is provided in longitudinal sections that should be slightly longer than the length of the base pipe 2. One of the ends is closed by a kink 16 or other closure, while the other, open end is wound up to form an annular body 15 by rolling up the edge. After the cover 3 'has been removed, the ring body 15 is inserted into the magazine 3 in such a way that the closed cylindrical end 16 of the reinforcement mesh 5 protrudes into the axial through opening 7 of the magazine 3. After the magazine 3 has been placed on the extruder 1, the device is put into operation.
Here, the base tube 2 is inserted through the inlet opening 6 of the magazine 3 into the tubular reinforcing mesh fabric 5 at the desired feed rate. When the base pipe 2 is advanced, its front end passes through the annular space 11, in which the sheathing with plastic compound takes place, which is brought about by means of the feed press 14 via the channel 10.
A jacket 2 ′ covering the reinforcement mesh fabric is formed by the plastic compound, the wall thickness of which is determined by the correspondingly expanded outlet channel 8 ′ and the calibration lip ring 12.
In the production of multiple reinforced and coated pipes, the pipe provided in stage I according to FIGS. 2 and 3 with a first reinforcing mesh fabric 5 and a first jacket 2 'is introduced into a second stage by a cooling and transport device 13, which in turn is formed from an extruder 1 'with an upstream magazine 3' for the reinforcement mesh and a plastic mass feed unit 10 ', 14'. In the second stage, the jacket 2 ', which is again introduced as a base pipe, receives a second reinforcement mesh fabric 5' and a second jacket 2 ". In the III. 2 "provided, the original base pipe 2 is provided with a third reinforcing mesh fabric 5" and a third jacket 2 "'. Of course, there is the possibility of adding any number of coats or jackets in stages.
Enter shifts.
The reinforcement mesh fabric 5, 5 ', 5 "inserted as ring-shaped bodies 15 in the magazines 3 have the length of the pipes to be produced in unwound form Large number of magazines serving for charging provided.
For the production of pipes of unlimited length, instead of the charging magazines, with which the pipes can be produced with interruptions caused by the magazine change, chopping, braiding, circular knitting or similar reinforcement mesh production machines are used. These are assembled in such a way that the reinforcement mesh fabric is knitted, braided or crocheted around the pipe and in this way the pipe is transported in the continuously produced hose, engaging in adaptation to the mesh fabric production speed.
A layer of plastic compound is applied by extrusion, with flowing (melted) plastic compounds coating the tubular reinforcement mesh so that the plastic partially soaks the reinforcement mesh or connects all the individual fiber threads around the mesh holes between the fiber threads and thereby partially forms a coating layer. Both parts of the plastic mass are homogeneously bound together and at the same time come into close contact with the underlying, previously formed plastic mass pipe layer.
In cases where the surfaces of the reinforcement mesh fabric have to be treated in order to produce better adhesion, they are sprayed or coated with suitable adhesives before the reinforcement mesh fabric enters the mouth opening of the extruder head.
It is convenient to use different materials for each extruded layer. Due to different qualities and especially molecular orientation, an additional reinforcement of the pipe is created.
The additional treatment of the finished pipe with gamma or Betta rays also ensures an additional qualitative improvement, especially with regard to the tensile strength and elongation at break, as well as a reduction in permeability and the risk of internal corrosion.