DE3018194C2

DE3018194C2 - Verfahren zum Herstellen von Rohren oder Behältern aus Kunststoff

Info

Publication number: DE3018194C2
Application number: DE3018194A
Authority: DE
Inventors: Günter 5210 Troisdorf Simons
Original assignee: Henze GmbH
Current assignee: Henze GmbH
Priority date: 1980-05-13
Filing date: 1980-05-13
Publication date: 1985-01-17
Also published as: US4353763A; DE3018194A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Rohre und Behälter aus chemisch beständigen Kunsi· stoffen, die zur Verwendung in der chemischen Industrie bestimmt sind, werden üblicherweise nach dem sogenannten Wickelverfahren durch schraubenlinienförmiges Umwinden eines Domes mit einer oder mehreren Lagen eines Flachbandes aus Kunststoff derart hergestellt, daß die benachbarten Kanten des oder der Flachbänder, die sich überlappen oder aneinanderstoßen, z. B. durch Zusammenpressen des Kunststoffes im erweichten Zustand zu einem Rohr mit glatter Innenoberfläche verschweißt werden, das sich nach dem Abkühlen vom Dorn abziehen läßt.

Das Wickelverfahren läßt sich grundsätzlich auch zur Herstellung von Rohren und Behältern aus Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Kunststoff anwenden. Da dieser Werkstoff mit einer Dichte von 1.78 g · cm~^J im Vergleich zu bekannten Massenkunststoffen sehr teuer ist. ergeben sich jedoch allein schon unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten Grenzen für den Einsatz dieses Werkstoffes.

Da der PVDF-Werkstoff gegenüber den bekannten Massenkunststoffen jedoch über eine hervorragende thermische Stabilität und über eine äußerst bemerkenswerte Beständigkeit gegenüber den verschiedeneren chemischen Einflüssen sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen verfügt und darüber hinaus eine außerordentlich hohe Lebensdauerbeständigkeit hat. besteht ein beachtliches Interesse, insbesondere großvolumige Rohre und Hohlkörper für spezielle Verwendungszwecke in der chemischen Industrie aus dem Werkstoff PVDF wirtschaftlich herzustellen.

Es wurde versucht, ein Rohr oder eine Platte aus PVDF-Kunststoff mit einer Wanddicke von 4 mm mittels glasfaserverstärkter Kunststoffe zu bewehren und durch diese Kombination teuerer und billigerer Werkstoffe ein Fertigprodukt zu erstellen. Eine solche Lösung hat sich jedoch nicht als brauchbar erwiesen, da derartige Konstruktionen aus PVDF- und GJK-Kunststoffen in der chemischen Industrie insbesondere in Temperaturbereichen von etwa 343⁼K bis 413⁼K bzw.

is etwa 70⁼C bis 140⁼C eingesetzt werden und im Einsatz zum Teil sehr großen Wechseltemperaturen von 293⁼ K bis etwa 413'K. das heißt von etwa 20^:C bis 140^cC. ausgesetzt sind. Es hat sich nämlich gezeigt daß die Lebensdauer und Gebrauchstüchigkeit einer solchen Werkstoffkombination durch die hohen Wechseitemperaturen beträchtlich eingeschränkt werden. Verdeutlicht wird dies insbesondere dadurch, daß PVDF-Kunststoff einen mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 12 · 10-³K~^: hat. während dieser Wert beim glasfaserverstärkten Polyesterharz bei 3.6 bis 2.0 · 10-⁵K-' liegt. Die Ausdehnung und vor allem der Schrumpf des PVDF-Kunststofies kann daher das 3- bis öfache der entsprechenden Werte des glasfaserverstärkten Polyesterharzes betragen, so daß die GFK-Schicht durch das stärkere Ausdehnungs- und Schrumpfverhaltert des PVDF-Kunststoffes aufgeweitet wird und sich nach einem bestimmten Zeitraum von dem thermoplastischen Innenliner aus PVDF-Kunststoff löst.

Zur Verbesserung der Haftfähigkeit von Laminatstrukturen auf der Grundlage von thermoplastischen Fluorpolymerisaten, insbesondere von Polyvinylidenfluorid (PVDF). auf einer metallischen oder aus einem anderen Kunststoffmaterial bestehenden Oberfläche ist es auch bereits bekanntgeworden (GB PS 20 21 041 und DE-OS 29 18 923). einen solchen Schichtstoff so herzustellen, daß auf eine Folie aus PVDF-Kunststoff. die zuvor an einer Oberfläche durch Wärme erweicht worden ist. ein Stoff aus Polyesterfasern durch Heißpressen oder Kalandrieren unter einem erhöhten Druck aufgebracht wird. Der so gebildete Schichtstoff aus einer PVDF-Schicht und einem daran befestigten Stoff aus Polyesterfasern soll dann mitteis eines geeigneten Haftklebers an den zu schützenden Unterlagen oder Substraten befestigt werden. Da dies jedoch erst nach Fertigstellung des Schichtstoffes geschieht, ergibt sich keine ausreichend feste und innige Verbindung zwischen dem Schichtmaterial und der Unterlage bzw. dem Substrat, die in der Lage wäre, den insbesondere in der chemischen Industrie an derartigen Behältern auftretenden hohen Temperaturwechselbeanspruchungen standzuhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres oder eines Hohlkörpers aus thermoplastischen Kunststoffen zur Verwendung in der chemischen Industrie zu schaffen, das einerseits die geforderte Lebensdauerbeständigkeit gegenüber chemischen Einflüssen und gegenüber Temperaturwechselbeanspruchungen besitzt, andererseits aber auch in einem wirtschaftlich vertretbaren Rahmen hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angeführten

Maßnahmen gelöst.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß durch das gleichzeitige Extrudieren des PVDF-Bandes und des Polypropylenbandes auf den Wickeldorn und das Einführen des Polyestergewebes zwischen diese beiden thermoplastischen Kunststoffe in der Extrusionswärme in einem einzigen Arbeitsablauf die beiden thermoplastischen Kunststoffe durch das Polyestergewebe innig miteinander verzahnt werden und bei der anschließenden Abkühlung beide gleichzeitig auskristallisieren, um so eine äußerst feste und von Wärmespannungen freie temperaturwechselbeständige Verbindung miteinander einzugehen.

Dadurch, daß der PVDF-Kunststoff zunächst in Band- oder Streifenform nach dem Wickelverfahren um einen beheizten Dorn derart gewunden wird, daß sich die benachbarten Kanten des PVDF-Bandes überlappen und durch Druck miteinander verbinden, kann bei Verwendung eines PVDF-Bandes geringer Dicke von z. B. etwa 2 bis 5 mm an dem herzustellenden Rohr oder Behälter in kostensparender Weise ein praktisch gegenüber den meisten anorganischen Säuren und Basen beständiger Innenliner wirtschaftlich hergestellt werden, der durch die gegenseitige Verschweißung der benachbarten Kanten des schraubenlinienförmig gewickelten PVDF-Bandes zudem absolut dicht ist und durch das anschließende Umwickeln mit einem Polyestergewebe und mit einem Außenmantel aus dem wesentlich billigeren Polypropylen (PP)-Kunststoff einen idealen Stützmantel erhält, wobei durch das Einbringen des Polyestergewebes als Haftvermittler in zuverlässiger Weise dafür gesorgt wird, daß auftretende Scherkräfte nicht nur auf eine der verschiedenen Kunststofflager! einwirken, sondern von der gesamten Rohr- oder Behälterwandung aufgenommen werden. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Polypropylens weicht dabei mit einem Wert von 15 · 10-⁵K^-1 nur geringfügig von dem mittleren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des PVDF von 12 · 10-⁵K-'ab, wodurch die Gefahr eines Lösen^ des PVDF-Innenliner von dem PP-Außenmantel selbst bei sehr hohen Temperatur-Wecnseibeanspruchungen vermieden wird.

Eine besonders intensive Verbindung zwischen dem Innenliner aus PVDF-Kunststoff, dem als Haftvermittler verwendeten Polyestergewebe und dem Stützmantel aus Polypropylen-Kunststoff wird dadurch erreicht, daß der Dorn beim Umwickeln mit dem PVDF-Band auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher als die Schmelztemperatur der PVDF-Kristalle von 45ΓΚ bzw. 178° C ist.

Um auch bei extremen Temperatur-Wechselbeanspruchungf.n eventuelle Unterschiede im Schrumpfund Ausdehnungsverhalten der kombinierten Werkstoffe durch zusätzliches Aufheizen oder Kühlen ausgleichen zu können, können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in einem zusätzlichen Arbeitsgang auf die gesamte Polypropylen-Oberfläche des Wickelkörpers extrudierte Polypropylen-(PP)-Rohre aufgewickelt und verschweißt werden, die dann noch mit einer geschlossenen Außenlage aus einem PP-Band umwickelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum schraubenlinienförmigen Wickeln eines Rohres oder Behälters aus nvJireren Lagen von Kunststoffstreifen oder -bändern, die sus Soritzdüsen von Kunststoff-Extrudern austreten.

F i g. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung von F i g. 1,

Fig.3 einen weiteren Arbeitsgang bei der Herstellung eines Rohres oder Behälters nach dem Wickelverfahren auf einer Vorrichtung von F i g. 1 und 2 und

Fig.4 einen schematischen Längsschnitt durch das Rohr oder den Behälter gemäß Schnittlinie IV-IV von Fig. 3.

Die in der Zeichnung gezeigte Wickelvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Hohlzylinderdorn 1. der von Rollen 2 gestützt wird, von denen mindestens eine den Dorn 1 in Richtung des Pfeiles la von Fig. 1 antreibt. Die Rollen 2 sind auf einem Schlitten 3 angebracht, der in der Längsachse des Domes 1 beweglich ist und sich mit einer Geschwindigkeit verschieben läßt, die auf die Wickelgeschwindigkeit und die Breite eines Kunststoffstreifens 4 abgestimmt ist. der aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) besteht und von der Extruderdüse 5 eines PVDF-Extruders 6 zugeführt wird.

Der in Richtung des Pfeiles la angetriebene Dorn 1 nimmt den aus der Extruderdüse 5 c*:s Extruders 6 austretenden bandförmigen Streifen 4 voi, PVDF-Kunststoff auf. wobei der Kunststoffstreifen 4 durch eine Andruckvorrichtung 7 gegen den Umfang des Domes 1 gedrückt wird.

An eier gegenüberliegenden Seite des Wickeldornes 1 befinden sich je eine Zuführvorrichtung 8 für ein Polyester-Gewebeband 9 und für ein weiteres Kunststoffband 10, das aus der Düse 11 eines zweiten Kunststoffextruders 12 austritt und aus Polypropylen (PP)-Kunststoff besteht. Sowohl das Polyestergewebeband 9 als auch das Polypropylen-Band 10 werden durch je eine Andruckvorrichtung 13 bzw. 14 an den Dorn 1 angedrückt.

Die Zuführvorrichtung 0 für das Polyester-Gewebeband 9 ist am Umfang des Domes 1 so angeordnet, daß das Polyester-Gewebeband 9 nach etwa 1,5 Umdrehungen des Domes 1 auf die Außenseite des bereits aufgebrachten PVDF-Bandes 4 gelangt, um sodann von dem anschließend zugeführten Polypropylen-Band 10 überdenkt zu werden.

Wie in F i g. 3 und 4 gezeigt ist, können in einem weiteren Arbeitsgang auf die gesamte Polypropylen-Oberfläche des nach dem Verfahren von F i g. 1 u;_;d 2 hergestellten Wickel-Hohlkörpers Polypropylen-Rohre 15 mit einem Außendurchmesser von etwa 20 mm bis etwa 50 mm aufgewickelt und verschweißt werden. Die Rohre 15 sind an beiden Enden offen und im übrigen endlos miteinander verbunden. An den beiden Rohrenden werden später Armaturen angebracht, um Kühl- oder Heizkreisläufe anzuschließen. Hierdurch ist es möglich, das aus dem PVDF-Band 4 hergestellte und durch das Polyestergewebe 9 und das außenliegende Polypropylen-Eana IU verstärkte Rohr oder Behälter zu kühlen oder zu beheizen. Damit ist ein gleichmäßiges Ausdehnen und Schrumpfen auch bei hohen Temperatur-Wechselbeanspruchungen gewährleistet, und der abweichende Ausdehnungskoeffizient des Polypropylen-Kunststoffes gegenüber dem A-isdehnungskoeffizienten des PVDF-Kunststoffes kann dadurch in einfacher Weise ausgeglichen werden. Anschließend werden die Rohre 15 mit einem Polypropylen-Band 16 umwickelt, dss eine geschlossene Außenhaut bildet und die Rohre 15 gegen Beschädigungen schützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Rohren oder Behältern zur Verwendung insbesondere in der chemischen Industrie mit einer auch bei hohen Temperaturen oberhalb etwa 423^;K bzw. 150⁼C laugen- und säurebeständigen Innenschicht aus Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Kunstsioff und mit einer Äußenschicht aus Kunststoff mit einer geringeren chemischen Beständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der PVDF-Kunststoff in Band- oder Streifenform extrudiert und nach dem Wickelverfahren um einen beheizten Dorn schraubenlinienförmig gewunden wird, wobei die benachbarten Kanten des PVDF-Bandes; überlappt und durch Druck miteinander verbunden werden, daß der Dorn beim Umwikkeln mit dem PVDF-Band auf eine Temperatur höher als die Schmelztemperatur der PVDF-Kristalle von 451 -' K bzw. 178⁼ C erwärmt wird, daß beim Wikkeln des Pt'DF-Bandes ein Polyestergewebe auf die PVDF-Schichi: aufgebracht wird, und daß mit dem Aufbringen des Polyestergewebes auf dieses ein Band von thermoplastischem Polypropylen (PP)-Kunststoff extrudiert. um die darunter befindliche Polyestergewebelage herumgewickelt und an den aneinanderstoßenden oder einander überlappenden Kanten verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Arbeitsgang auf die gesamte Polypropylen-Oberfläche des Wickelkörpers extrudierte Polypropylen-(PP)-Rohre aufgewickelt und verschweißt werde α

3. Verfahren nach Acspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die PP-Rohre mit :ner geschlossenen Außenlage aus einem PP-Band (16) umwickelt werden.