塑料中空體，特別是塑料管的製作方法

2023-10-17 21:23:09 1

專利名稱：塑料中空體，特別是塑料管的製作方法
塑料中空體，特別是塑料管 本發明涉及一種塑料中空體，特別是塑料管。
已知塑料管有著各種實施方式。例如它們可用於輸送液體和氣 體。但是它們也可以滿足建築物理學任務的需要，或可以用於使電纜 或類似物通過其中。
基於標準化的標稱直徑，用常規聚合材料製造的管道具有大的壁 厚。實施這種壁厚的設計尤其要考慮下列因素如材料的性質、各自的 操作壓力、操作溫度、安裝條件、對於形變的安全性、期望的使用壽 命等。大的管道壁厚在流動效率、管重量以及材料成本方面具有缺陷。 特別是由於壁厚的原因管的生產速率同樣受到限制。
在EP0360758B1中已知例如作為排水管的具有由圓柱體層相互連 結的管壁結構的塑料管。管中所有的層包括聚酯樹脂，即一種剛性體 (Duromer)。內層僅由經固化的聚酯樹脂組成，而管道外層則是由固 化的聚酯樹脂和填充物如石英砂的混合物形成。內層和外層間的層除 了聚酯樹脂外還可以包括不同比例的填充物和/或玻璃纖維。
已知的管道通過離心鑄造工藝製得，這同樣在EP0360758B1中有 公開。在本發明內容中將其引作參考。
該工藝的本質特徵是為了形成各層，要將基礎原料一一即可固 化的聚酯樹脂、填充物以及玻璃纖維一一以不同的質量比通過所謂的 給料器供入到旋轉模中。通過固化樹脂，管隨後具有穩定性。
由此可以製備得具有6米及以上長度的管(管件)。管直徑可以 很小(如10或30釐米)，但是同樣也可以達數米。
各層的數量和組成尤其可以取決於管的尺寸和其用途。現有技術 示例性描述了液體在壓力條件下流過其中的"壓力管"與例如前面提 及的排水管的"無壓管"兩者間的區別。
在大多數應用中管置於地下，並且受到不同機械應力的作用。這 使得必須讓這種本身堅固的管道具有一定的彈性，以例如避免衝擊應 力下造成的破壞。
在現有技術中，通過使管道的各層除了聚酯樹脂外還具有不同的 其他成分，從而就兼顧到了這些標準。依據EP0360758B1， 一些層由
聚酯樹脂製成，其他一些由聚酯樹脂和玻璃纖維構成，還有一些由聚 酯樹脂、玻璃纖維和填料構成。通過在製備過程中改變模具的旋轉， 可以在最終固化前使各個層密實。
除此之外，例如塑料壓力軟管也是公知的。其合成材料為如聚酯。 為了達到加固的目的，可以通過混入芳醯胺織物作為配筋(加固體)。
具有由芳醯胺構成的配筋(加固體)纖維的聚烯烴管，或者具有 鋼絲加固的聚烯烴管同樣屬於現有技術。
本發明的目的在於提供一種所述類型的塑料管道，它應顯示出在 高材料強度下有著有利的延展性、抵抗形變的安全性，以及長期強度， 以便可用於不同領域。
現有技術中已知的是由塑性體(Plastomer)構成的塑料管。這裡， "塑性體"代表了未交聯的並因此而具有塑性或可塑性的熱塑性材 料。因此，這些熱塑性材料與前文所提到的、緻密(engmaschig)交 聯且固化的熱固性塑料的通稱的"剛性體(Duromer)"是不同的。但 是，由比如聚氯乙烯，聚丙烯或者聚乙烯的熱塑性塑料製成的這些管， 只具有相對小的強度，並且無法較為經濟的用作在諸如市政供水和汙 水排放這類較大型的管。同時，所需的大壁厚也是不利因素。
相反的是，在本發明的大部分一般實施方案中，本發明設計了這 樣的塑料中空體，特別是塑料管，這種管的管壁是由互相連結的圓柱 狀層構成，其中至少一層由剛性體組成，並且至少一層另外的層由塑 性體組成。
相應地，本發明的塑料管可以設計成複合管，其中熱固性塑料層 和熱塑性塑料層交替排列。
通過這種方法，熱固性塑料的有益特性可以和熱塑性塑料的有益 特性協同增效地結合起來。
可固化的合成樹脂(例如可固化的聚酯樹脂)可以作為剛性體來 構成相應的層。
塑性體可以是選自下列的熱塑性塑料聚乙烯(PE)，聚丙烯 (PP)，聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯(PS)，聚苯醚(PPO)，聚 苯硫醚(PPS )，聚苯碸(PSO， PES )，聚醯亞胺(PI)，聚醯胺(PA)， 聚曱醛(POM),聚丁烯(PB)，聚對苯二曱酸乙二醇酯(PETP)。 根據一個實施方案，塑料管(比如常規的基於聚酯樹脂的離心塑
料管)由多個層構成，例如3至20層，其中由剛性體構成的層規則或 無規則地交替分布在塑性體構成的層之間或正好相反。每層的厚度可 以為O.lmm至50mm，其可以限制在< 10mm或< 2mm。
優選使塑料管的外層或內層由塑性體構成。較外部的塑性體層可 以針對衝擊應力提供良好保護，而較內的塑性體層則可以降低摩擦並 且對於通過管道傳輸的飲用水來說也是沒有問題的。
本發明不單單局限為使用不同的材料對來構造各層。更多情況下 還可以同時進行進一步優化。比如4吏一個或多個層具有配筋(加固 體)。這種配筋可以比如由熱塑性和高拉伸的帶材組成。這些帶材上 可以施塗以偶聯劑(Haftvermittler)，用以使其與周圍的塑料材料的 粘結性最優化。這些帶材可以是扁平帶或者是模壓帶(Profilb紐der)。 備選或累積地，也可使用纖維作為配筋。這些纖維可以是短切纖維。 它們可以隨機或者有序的混入並分散於各層的塑料材料中。其中的關 鍵是要使得纖維材料或帶材與包覆的塑料材料相結合。
根據ISO 527測定，加固材料的拉伸強度(231C下測定)>250MPa。 加固體的彈性模量應至少是需加固層的1.5倍，最好是至少>5或>10 倍。
加固體也可以是螺旋狀的，網狀的，網格狀的，篩狀的或者條帶 狀的。加固材料可以是經紡的或者經編結的。扁平的或者模壓成形的 部分也可以由層疊粘結的條或帶材構成。預成形的加固體可以置於已 經成形的管道層之上，或者被壓入其中。相反的，也可以例如由網狀 加固體出發加工成圓柱體形，並接著用所需的塑料"浸漬"該結構體， 這樣加固體中或加固部件之間的空隙就被填充物至少部分地填滿.根 據本發明一個重要的實施方案，要給至少一層熱固性層配筋，或者加 固體在兩種熱固性層之間。
在這種情況下，熱塑性加固材料，例如高拉伸強度聚乙烯也是合 適的。同樣合適的還有例如聚丙烯，聚醯胺和其他在權利要求4中提 到的材料。加固體或加固層也可由多種加固元素，例如多種柵格網絡 構成，並且用於構成塑料管的多個層。為了使配筋與周圍的塑料材料 之間獲得良好的結合，加固體內的開孔(Durchbrechung )或相鄰的加 固部件之間的間隙的大小應能使相應的粘性形式的塑料材料能滲入並 刻完全包裹住加固體。但是也可以選擇"柵格間距"，以便管壁材料
在應用時能抵抗最大的內部壓力。
從外向內看，可以例如構成以下的層結構，其中包含有剛性體的
層以下稱為D，而包含有塑性體的層以下稱為P。B代表配筋(加固體)。
加固體部分或全部分布在內部或外部相鄰的層內。 實例1 P畫D畫D-B國D-P國D隱P畫P-D 實例2 P-D-P-B-D-P-D-P 實例3 P-D-D-P-D-P 實例4 P-P-D-B-P-D-P-D 實例5 P-D-D-D-P-D-D畫P。
各層可以通過摩擦和/或材料連接相互結合在一起。這種摩擦結合 可以例如在相鄰的D層之間以如下方式很容易的實現，其中在離心法 中依次施加這些D層，使得在隨後的熱固性塑料固化過程中可以使相 鄰的層材料連接。離心法技術也為已知(例如EP 0 360 758 Bl)。其 內容也引入作為參考。
通過在兩個層之間施加偶聯劑也可以使得含有不同塑料的兩個層 之間實現摩擦結合。這對於D層和P層的連接尤其有效，但也可以應 用在P層的相互連結上。類似地，如上所述對於B層同樣如此。這種 偶聯劑可以是，比如，粘結膜或者所謂的熔膜。作為偶聯劑也可以使 用化學偶聯劑，比如可聚合的聚酯或者橡膠衍生物。它們可以例如作 為粘性粉末的形式塗覆在層的表面，然後再施加下一層。由於熱固性 塑料在固化時放熱，偶聯劑的粘結作用會最優化。馬來酸肝也可以作 為偶聯劑，其優選用來粘合D層和P層或者B層。
相鄰層之間的粘合也可以通過表面熱處理(加熱)或者高能輻射 來實現。粘合物質也可以由比如LLDPE (線型低密度聚乙烯)和PP (聚丙烯)的混合物組成。在加熱過程中，LLDPE會和相鄰的PE層 例如發生熱合(VerschweiBung )，而物質中的PP成分會與另 一相鄰 的PP層實現良好的連接。
通過前面所述的例子可以看出，含有相同塑料基材的層可以設計 成含有不同的其他組分的不同形式。因此，由剛性體構成的至少一層 可以含有至少一種下列成分石英砂，基於Si02、 MgO、 CaO、 A1203、 MgC03、 CaC03、 Al(OH)3、 CaS04、 BaS04、滑石、高呤土或者是它 們混合物的填料，玻璃纖維。根據前述的第一個實施例來進一步闡述本發明，現示例性說明如下
實施例la， P1-D1國D2畫B-D3誦P廣D3國P廣P2-D4
且
D1:由1重量份的固化聚酯樹脂和3重量份的石英砂組成的層。 D2:由1重量份的固化聚酯樹脂和2重量份的顆粒尺寸〈(Umm的
碳酸鈣填料組成的層。
B:由高拉伸強度PE帶組成的加固體，其具有柵格狀圓筒形，表
面塗有含丙烯酸酯和馬來酸酐的無規三元共聚物。
D3:由1重量份的固化聚酯樹脂和0.3重量份長度〈60mm的玻璃
纖維組成的層。
Pi:由聚丙烯組成的層。
P2:由聚苯硫瞇組成的層。
D4:由固化聚酯樹脂組成的層，該層D4中的聚酯樹脂與其他D層 中的聚酯樹脂區別如下
D4層中的彈性模量(根據IS0 527測定)為200MPa，而其他的D 層彈性模量為2500MPa。 D4層的斷裂伸長率(根據IS0527， IS0178) 為約50%，其他層僅為約5%。在實施例la中，內側可以有利地緊跟 另一P層(Pl)。
剛性體壁層起到了承載管(剛性)和從外將負荷施加到管子上的 作用。因此，外部的剛性體層是非常重要的。在中間層或者內層中的 上述方式的加固體可以明顯提高內部抗壓強度。內壓可以為20 bar且 更大。而"內層"和"外層"在這裡分別指代的是管壁厚中心(中間 層)的兩側。
特別是當其設計有內和/或外的包覆層時，塑性體壁層起保護其免 受機械沖擊的作用。它們具有足夠的衝擊韌性和耐磨性。由於塑性體 材料對飲用水無害性，特別有利地用作內層。同時熱塑性材料還可以 耐受化學試劑，紫外光，光和溫度。
根據開頭所述的離心法塗覆D層，而P層可通過不同的方式插入。 B層的構造已經描述過。
在第一個實施方式中，熱塑性塑料層是由軟管構成，該軟管藉助 於偶聯劑熱裝在已經制好的熱固性塑料層上。
在第二個實施方式例中，同樣也是從已經至少有一層在使用熱固
性塑料條件下在離心法中得到的層的情況出發的。該層也可以是"軟" 的。接著將擠出的、預先褶皺的熱塑性塑料製成的管導入模具中。隨
後使管"伸展(aufspringen)",並由此重新呈現圓柱形，並且使其 形成所需尺寸使得外層貼附在先前已經成型的熱固性塑料層的內面 上。如果外層還是"柔軟，，的(未固化)，則這種結合力是特別強的。 在此實施方式中，D層和P層之間的粘合通過偶聯劑來支持。接下來 的D層又可通過離心法施加。
在笫三個實施方式中，熱塑性塑料噴塗到已成形的層上。噴塗可 以從外開始也可以從內進行，用以構成外的或內的其他層。
在第四個實施方式中，將熱塑性塑料注射到位於先前已經構成的 熱固性塑料層和與此間隔的模板之間的環狀空間中。接著撤掉模板。
在第五個實施方式中，為了構成熱塑性的包覆層(被覆層)，將 熱塑性膜熱裝或纏繞在現有層上。這裡，塑料薄膜或薄片的纏繞可以 採用直接擠出到現有層的方式進行。同樣，也可以將熱塑性外殼材料 直接以環形擠出在管體上。
在第六個方案中，熱塑性層通過"燒結，，施加。為此，要將熱塑 性材料以粉末狀材料塗覆並接著在溫度作用下熔融。
本發明範疇內還可用填料或其他成分來完善含有熱塑性塑料的 層。這些"其他組分，，包括，例如玻璃纖維，紡紗或者其他配筋材料。 同樣，熱塑性層，特別是外層包覆層還可以發泡，從而能同時形成絕 熱層。
相鄰兩層之一的表面可以被型壓，例如起絨，由此便利於粘結/固定。
同現有技術製得的塑料管相比，本發明所述的"複合管"即使在 小的壁厚條件下也具有高的長期內部抗壓強度。另外需要強調的是該 管體具有有益的延展特性，同時還有足夠的徑向和軸向強度，此外還
有防擴散性，斷裂韌性以及抗化學物質性。根據各管的使用要求可以 計算和調整各層的壁厚。同樣的，對於可能的加固體種類、層數和厚 度也可以如此。例如，管的延展性可以總體上通過不同的柵格狀配筋 的網眼間距來改變。
如果加固材料是具有開孔的圓筒狀，即有網狀的護套結構，則其 就可以類似於第二實施方式地(如上所述)導入。當褶皺的圓筒伸展
後，加固體就可以至少部分的混入到可變形的剛性體層中。
本發明同時還提出了設計其他功能性中間層的可能，比如，對於 氧氣或者水蒸氣的阻隔層等。
權利要求
1.塑料中空體，特別是塑料管，其壁由相互連接的圓柱體狀層構成，其中至少一個層是通過離心法由剛性體製成的層，並且至少一個層由塑性體組成。
2. 根據權利要求l中的塑料中空體，其中剛性體為固化的合成樹脂。
3. 根據權利要求l中的塑料中空體，其中剛性體為固化的聚酯樹脂。
4. 根據權利要求l中的塑料中空體，其中塑性體是選自下列的熱 塑性塑料聚烯烴、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚苯醚、 聚苯硫醚、聚亞苯基碸、聚醯亞胺、聚醯胺、聚甲醛、聚丁烯、聚對 苯二曱酸乙二醇酯。
5. 根據權利要求l的具有多個層的塑料中空體，其中由剛性體組 成的層規則或不規則地交替分布在由塑性體組成的層之間。
6. 根據權利要求l的具有多個層的塑料中空體，其中由塑性體組 成的層規則或不規則地交替分布在由剛性體組成的層之間。
7. 根據權利要求l的塑料中空體，其中至少一層包含加固體。
8. 根據權利要求l的塑料中空體，其中至少一個由剛性體組成的 層含有加固體。
9. 根據權利要求l的塑料中空體，其中至少一層包含螺旋狀、網 狀或柵格狀、篩狀或條狀的加固體。
10. 根據權利要求7的塑料中空體，其中加固體由柵格狀圓柱體 構成。
11. 根據權利要求1的塑料中空體，其中至少一層設計為網狀或 柵格狀形式，並且網絡或柵格中的開孔至少部分地為塑料材料填充。
12. 根據權利要求l的塑料中空體，其中各層靠摩擦力彼此連接。
13. 根據權利要求1的塑料中空體，其中通過偶聯劑靠摩擦力彼 此連接。
14. 根據權利要求1的塑料中空體，其中至少一層由剛性體組成 的層含有至少一種以下的其他組分石英砂，基於SK)2、 MgO、 CaO、 A1203、 MgC03、 CaC03、 Al(OH)3、 CaS04、 BaS04、滑石、高嶺土或 者它們混合物的填料，玻璃纖維。
15. 根據權利要求l的塑料中空體，其外被覆層由塑性體組成。
16. 根據權利要求l的塑料中空體，其內被覆層由塑性體組成。
17. 根據權利要求7的塑料中空體，其中加固體具有至少一種以 下的形式帶材、長絲、型材、柵格、纖維。
18. 根據權利要求7的塑料中空體，其中加固體由選自下列的至 少一種材料組成PE、 PP、 PET、 PA。
19. 根據權利要求7的塑料中空體，其中，加固體塗覆以至少一 種下列材料偶聯劑、PE、 PP。
全文摘要
本發明涉及一種塑料中空體，特別是塑料管，其壁由相互連接的圓柱體狀層構成，其中至少一個層是通過離心法由剛性體製成的層，並且至少一個層由塑性體組成。
文檔編號B29C41/22GK101111365SQ200580047618
公開日2008年1月23日 申請日期2005年10月27日 優先權日2004年12月3日
發明者G·博克, J·米思林傑, R·博爾思 申請人:諾奇克恩公司