PL247485B1

PL247485B1 - Warstwowa rura poliolefinowa oraz sposób wykonania rury poliolefinowej

Info

Publication number: PL247485B1
Application number: PL425076A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Fortuna
Original assignee: Tt Plast T Fortuna T Bugaj Spolka Jawna
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2025-07-14
Also published as: PL425076A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest warstwowa rura (1) poliolefinowa, wykonana metodą koekstruzji z tworzyw poliolefinowych, która składa się z co najmniej dwóch warstw różnych tworzyw poliolefinowych, połączonych przy pomocy kompatybilizatora w sposób nadający jej monolityczną strukturę, przy czym zewnętrzna warstwa polipropylenowa (3) stanowi 2 - 30% grubości rury (1). Wewnętrzna warstwa (2) rury (1) wykonana jest z polietylenu. Kompatybilizator do zewnętrznej warstwy polipropylenowej (3) albo do wewnętrznej warstwy (2) polietylenowej dodaje się w ilości 1 - 30%. Rura (1) może zawierać też warstwę (4), będącą kompatybilizatorem. Zgłoszenie dotyczy też sposobu wykonania przedmiotowej rury poliolefinowej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest warstwowa rura poliolefinowa oraz sposób wykonania rury poliolefinowej, charakteryzującej się monolityczną strukturą, stosowana do budowy ciśnieniowych sieci przesyłowych wody, a także do wykonania instalacji osłonowych, napowietrznych, wewnątrz obiektowych oraz do układania w ziemi.

Polietyleny, jako materiały budowlane i instalacyjne stosowane są od blisko 70 lat, a ich przetwarzanie na rury i armaturę do wody pitnej rozpoczęto na większą skalę już w latach sześćdziesiątych.

Sieci przesyłowe wody i gazu wykonywane były często z materiałów, których jakość wg obowiązujących dziś kryteriów i standardów uznana zostałaby, z różnych względów, za nieodpowiednią. Powodowało to nie tylko awarie, wzrost kosztów eksploatacji, ale i niedostateczną jakość wody pitnej.

Tworzywo stosowane do tej pory do produkcji rur ciśnieniowych było surowcem pierwotnym, ewentualnie zawierającym dodatki własnych nawrotów technologicznych, które w myśl obowiązujących przepisów i znormalizowanych zaleceń nie są traktowane jako recyklat i mogą być stosowany w większości aplikacji.

Ocena rur wykonanych według powyższego opisu, które uległy uszkodzeniom lub awariom wykazywała często, że jedną z przyczyn obserwowanej zawodności rur było stosowanie do ich produkcji surowców wtórnych, odpadowych lub polietylenów różnych typów.

Uszkodzenia te wynikały głównie z pękania wiązań w tworzywie polimerowym w obszarze osłabienia, powiększając w ten sposób rozmiar szczeliny.

Wzrost szczeliny na tym etapie był, co prawda, powolny, z prędkością narastającą monotonicznie i może występować w tworzywach polimerowych przy stałym obciążeniu.

Mimo wielu niewątpliwych zalet polietylenu, jako materiału na rury ciśnieniowe, ma on również pewne wady, które dyskwalifikują go w bardzo wielu zastosowaniach.

Do podstawowych z nich należy stosunkowo mała, w porównaniu z innymi tworzywami jak na przykład polichlorek winylu czy polipropylen, wytrzymałość na działanie ciśnienia, zwłaszcza w podwyższonej temperaturze, przez co, z zasady, rury polietylenowe nie mogły być stosowane do budowy rurociągów pracujących w podwyższonej temperaturze.

Z uwagi na bardzo małą wartość energii powierzchniowej polietylen nie wykazuje adhezji do większości innych materiałów. Cecha ta jest zaletą w wielu innych zastosowaniach, jednak uniemożliwiało to wzmocnienie tworzywa i nie było możliwe uzyskanie efektu przenoszenia naprężeń przez wzmocnienie. W związku z tym nie była możliwa poprawa właściwości wytrzymałościowych przez wprowadzenie do tworzywa, powszechnie wykorzystywanych do wzmacniania innych polimerów, napełniaczy aktywnych na przykład włókna szklanego.

Jak wykazały prace badawcze, właściwości mechaniczne kompozytów zwiększają wraz ze wzrostem współczynnika kształtu napełniacza i zmniejszeniem jego wymiaru poprzecznego. Wówczas zwiększa się powierzchnia właściwa napełniacza i wzrasta suma sił oddziaływań między osnową polimerową a jego drobinami napełniacza. Spowodowało to poszukiwanie napełniaczy o strukturze odpowiadającej skali nanometrycznej i rozpoczęcie prac nad wytwarzaniem nanokompozytów.

Celem wynalazku było opracowanie takiej wielowarstwowej rury poliolefinowej, w której warstwy o małej wzajemnej adhezji zostaną połączone w całość, łącząc w sobie zalety polietylenu oraz polipropylenu oraz opracowaniu sposobu wytwarzania takiej rury.

Cel wynalazku osiągnięto poprzez połączenie ze sobą nierozłącznie wewnętrznej warstwy polietylenowej z polietylenu i zewnętrznej warstwy polipropylenowej.

Ścianka warstwowej rury poliolefinowej ma wewnętrzną warstwę z polietylenu zawierającą kompatybilizator w postaci związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30% i zewnętrzną warstwę z polipropylenu.

Ścianka warstwowej rury poliolefinowej ma wewnętrzną warstwę z polietylenu i zewnętrzną warstwę z polipropylenu zawierającą kompatybilizator w postaci związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30% polietylen z domieszką związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30%.

Ścianka warstwowej rury poliolefinowej między wewnętrzną warstwą z polietylenu i zewnętrzną warstwą z polipropylenu zawiera trzecią warstwę stanowiącą kompatybilizator w postaci związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30% polietylen z domieszką związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30%.

Zewnętrzna warstwa stanowi 2-30% grubości ścianki rury i może być zbrojona 10% dodatkiem ciętego włókna szklanego.

Związkiem jonomerowym zawartym w kompatybilizatorze, jest kopolimer etylenu i kwasu akrylowego.

Związkiem maleinowym zawartym w kompatybilizatorze, jest bezwodnik kwasu maleinowego.

Związkiem silanowym są krzemiany organiczne.

Warstwową rurę poliolefinową wykonuje się w ten sposób, że metodą koekstruzji łączy się wewnętrzną warstwę z polietylenu zawierającą kompatybilizator i zewnętrzną warstwę z polipropylenu.

Warstwową rurę poliolefinową wykonuje się w ten sposób, że metodą koekstruzji łączy się wewnętrzną warstwę z polietylenu i zewnętrzną warstwę z polipropylenu zawierającą kompatybilizator.

Zewnętrzna warstwa warstwowej rury poliolefinowej stanowi 2-30% grubości ścianki rury i może być dodatkowo zbrojona włóknem szklanym.

Warstwową rurę poliolefinową wykonuje się też w ten sposób, że metodą koekstruzji wprowadza się trzecią warstwę stanowiącą kompatybilizator, przy czym użyty kompatybilizator zawiera polipropylen albo polietylen z domieszką związków jonomerowych w postaci kopolimeru etylenu i kwasu akrylowego lub związków maleinowych w postaci bezwodnika kwasu maleinowego lub związków silanowych w postaci krzemianów organicznych w ilości 1-30%. Kompatybilizator stanowiący pośrednią warstwę dodaje się w ilości 1-30%.

Wynalazek przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rurę w półprzekroju osiowym, gdzie kompatybilizator zawiera jedna z warstw, a fig. 2 przedstawia rurę w półprzekroju osiowym z kompatybilizatorem wprowadzonym metodą koekstruzji jako warstwa pośrednia.

Przykład I

Warstwową rurę 1 poliolefinową wykonuje się metodą koekstruzji łącząc w głowicy koekstruzyjnej uplastyczniony w temperaturze około 240°C polietylen i uplastyczniony w temperaturze około 270°C polipropylen napełniony 15% dodatkiem ciętego włókna szklanego.

Stanowiący wewnętrzną warstwę 2 rury 1 polietylen modyfikuje się 20% dodatkiem jonomeru w postaci kopolimeru etylenu i kwasu akrylowego.

Proces uplastyczniania tworzywa na każdą z warstw prowadzi się za pomocą wytłaczarki jednoślimakowej o standardowym układzie uplastyczniającym, przeznaczonej do przetwórstwa tworzyw poliolefinowych.

Po wytłoczeniu rura 1 podlega kalibracji za pomocą kalibratora podciśnieniowego i chłodzeniu wodą w wannie chłodzącej znajdującej się za kalibratorem.

Przykład II

Warstwową rurę 1 poliolefinową wykonuje się metodą koekstruzji łącząc w głowicy koekstruzyjnej uplastyczniony w temperaturze około 240°C polietylen i uplastyczniony w temperaturze około 265°C polipropylen.

Stanowiący zewnętrzną warstwę 3 rury 1 polipropylen zmodyfikuje się 25% dodatkiem związków silanowych w postaci organicznych krzemianów, w mieszalniku.

Przykład III

Warstwową rurę 1 poliolefinową wykonuje się metodą koekstruzji łącząc w głowicy koekstruzyjnej uplastyczniony w temperaturze około 240°C polietylen jako wewnętrzną warstwę 2, uplastyczniony w temperaturze około 250°C polipropylen szczepiony bezwodnikiem kwasu maleinowego jako trzecią warstwę 4 oraz uplastyczniony w temperaturze około 265°C polipropylen napełniony 10% dodatkiem ciętego włókna szklanego.

Proces uplastyczniania tworzywa na każdą z warstw prowadzony jest za pomocą osobnej wytłaczarki jednoślimakowej o standardowym układzie uplastyczniającym, przeznaczonym do przetwórstwa tworzyw poliolefinowych.

Po wytłoczeniu wyrób podlega kalibracji za pomocą kalibratora podciśnieniowego i chłodzeniu wodą w wannie chłodzącej znajdującej się za kalibratorem.

Wykonana według wynalazku warstwowa rura poliolefinowa charakteryzuje się dodatnimi cechami, takimi jak:

1. Wyższa sztywność obwodowa;

2. Wyższa wytrzymałość na działanie ciśnienia wewnętrzne;

3. Wyższa odporność na odkształcenie pod wpływem działania sił osiowych;

4. Mniejsza wartość współczynnika rozszerzalności cieplnej;

5. Większa wytrzymałość w podwyższonej temperaturze;

6. Odporność na propagację pęknięć wywołaną uszkodzeniami i wadami na ściance zewnętrznej;

7. Większa od rur polipropylenowych odporność na działanie czynników chemicznych;

8. Mniejsza podatność na pełzanie;

9. Możliwość nadania wyrobowi właściwości antyelektrostatycznych;

10. Możliwość wykorzystania do wytłaczania warstwy zewnętrznej recyklatu.

Claims

1. Warstwowa rura poliolefinowa wykonana z tworzyw poliolefinowych, znamienna tym, że ścianka rury (1) ma wewnętrzną warstwę (2) z polietylenu zawierającą kompatybilizator w postaci związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30% i zewnętrzną warstwę (3) z polipropylenu albo wewnętrzną warstwę (2) z polietylenu i zewnętrzną warstwę (3) z polipropylenu zawierającą kompatybilizator w postaci związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30% polietylen z domieszką związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30% albo między wewnętrzną warstwę (2) z polietylenu i zewnętrzną warstwą (3) z polipropylenu zawiera trzecią warstwę (4) stanowiącą kompatybilizator w postaci związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30% polietylen z domieszką związków jonomerowych lub związków maleinowych lub związków silanowych w ilości 1-30% przy czym zewnętrzna warstwa (3) stanowi 2-30% grubości ścianki rury (1) i może być zbrojona 10% dodatkiem ciętego włókna szklanego.

2. Warstwowa rura według zastrz. 1, znamienna tym, że związkiem jonomerowym zawartym w kompatybilizatorze, jest kopolimer etylenu i kwasu akrylowego.

3. Warstwowa rura według zastrz. 1, znamienna tym, że związkiem maleinowym zawartym w kompatybilizatorze, jest bezwodnik kwasu maleinowego.

4. Warstwowa rura według zastrz. 1, znamienna tym, że związkiem silanowym są krzemiany organiczne.

5. Sposób wykonania warstwowej rury poliolefinowej, znamienny tym, że metodą koekstruzji łączy się wewnętrzną warstwę (2) z polietylenu zawierającą kompatybilizator i zewnętrzną warstwę (3) z polipropylenu albo wewnętrzną warstwę (2) z polietylenu i zewnętrzną warstwę (3) z polipropylenu zawierającą kompatybilizator, przy czym zewnętrzna warstwa (3) stanowi 2-30% grubości ścianki rury i może być dodatkowo zbrojona włóknem szklanym albo między wewnętrzną warstwę (2) z polietylenu lub z i zewnętrzną warstwę (3) z polipropylenu rury (1), metodą koekstruzji wprowadza się trzecią warstwę (4), stanowiącą kompatybilizator, przy czym użyty kompatybilizator zawiera polipropylen albo polietylen z domieszką związków jonomerowych w postaci kopolimeru etylenu i kwasu akrylowego lub związków maleinowych w postaci bezwodnika kwasu maleinowego lub związków silanowych w postaci krzemianów organicznych w ilości 1-30%.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że kompatybilizator stanowiący trzecią warstwę (4) dodaje się w ilości 1-30%.

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że mieszaninę zawierającą polipropylen albo polietylen z domieszką związków jonomerowych lub związków maleinowych stanowiącą kompatybilizator tworzący trzecią warstwę (4) wykonuje się bezpośrednio podczas procesu koekstruzji.

8. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że mieszaninę zawierającą polipropylen albo polietylen z domieszką związków jonomerowych lub związków maleinowych stanowiącą kompatybilizator tworzący trzecią warstwę (4) wykonuje się w mieszalniku.

PL 247485 Β1

9. Sposób według zastrz. 4 albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że do mieszaniny polipropylenu tworzącej zewnętrzną warstwę (3) dodaje się włókno szklane.

10. Sposób według zastrz. 5 albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, znamienny tym, że kom patybi li zator tworzący trzecią warstwę (4) metodą koekstruzji wprowadza się pomiędzy polietylenową wewnętrzną warstwę (2) i zewnętrzną warstwą (3).