DE69202884T2

DE69202884T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus thermoplastischen, mit Fasern steuerbarer Ausrichtung verstärkten Werkstoffen.

Info

Publication number: DE69202884T2
Application number: DE69202884T
Authority: DE
Inventors: Gilles Ausias; Francois Dawans; Jacques Jarrin; Michel Vincent; Emmanuel Vinciguerra
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1991-03-07
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2012-02-27
Also published as: EP0503364B1; FR2673569A1; FR2673569B1; DE69202884D1; JP3225319B2; CA2062283C; JPH04320824A; CA2062283A1; US5307843A; EP0503364A1; ES2075969T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der durch diskontinuierliche Fasern verstärkten Rohre aus thermoplastischen Polymeren, die durch Extrusion erhalten wurden.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren, das es ermöglicht, die Fasern senkrecht zur Achse des Rohres in der Ebene der Rohrwandung zu orientieren und sehr wesentlich die mechanischen Eigenschaften der so hergestellten Rohre zu verbessern. Sie bezieht sich auch auf eine Vorrichtung, die in einem solchen Verfahren verwendbar ist und die durch Verwirklichung dieses Verfahrens hergestellten Rohre.
Die Verbesserung des mechanischen Verhaltens der durch Extrusion plastischer Materialien hergestellten Rohre ist eine konstante Sorge der Hersteller und Benützer dieser Rohre, die sich hauptsächlich durch ihre Berstbeständigkeit und ihr Verhalten beim Fließen unter Innendruck auszeichnen.
In erster Näherung werden die in einem Rohr geringer Dicke bezogen auf seinen Radius unter einem Innendruck P erzeugten Spannungen, gegeben durch die Beziehungen:
wobei
L :Spannung in Längsrichtung
R : Spannung in Radialrichtung
e : Dicke der Rohrwandung
R : mittlerer Radius des Rohres
Die Beanspruchung ist in Radialrichtung etwa zweimal größer als in Longitudinalrichtung.
Für ein homogenes und isotropes Material (d.h. dessen mechanische Eigenschaften unabhängig von der Beanspruchungsrichtung sind) in Form von einem Innendruck P ausgesetzten Rohr stellt sich das Reißen durch Blähen und Bersten des Rohres bei einem Riß ein, der sich in Längsrichtung fortplanzt.
Das einfache Extrudieren plastischer, durch kurze Glasfasern verstärkter Materialien verbessert auf keinen Fall die Leistungen der so hergestellten Rohre. Es ist nämlich bekannt, daß die Fasern dann die Tendenz haben, sich in Fließrichtung zu orientieren und der Verstärkungseffekt ist dann insbesondere in Longitudinalrichtung merklich, d.h. in Richtung, die am wenigsten beaufschlagt wird, während in der Radialrichtung die mechanischen Eigenschaften des Materials nur relativ gering verbessert werden.
Die Notwendigkeit, hauptsächlich die Fasern in Umfangsrichtung zu orientieren, hat oft die Rohrhersteller dazu geführt, kontinuierliche, auf das vorher extrudierte Rohr, beispielsweise durch Wickeln gelegte Fasern, zu verwenden. Bekannt ist beispielsweise die Patentschrift BE-A-684102, bei der man durch Wickeln ein Band kontinuierlicher Fasern auf ein vorher extrudiertes Rohr anordnet und dieses Band mit einer zweiten Schicht Plastik abdeckt, die durch Winkelkopfextrusion abgeschieden wurde.
Ebenfalls ist bekannt die GB-A-1052884, bei der, immer noch auf einem vorher extrudierten Rohr, man eine rohrförmige Litze aus Verstärkungsfasern anordnet und diese Litze mit einer zweiten Plastikschicht durch Winkelkopfextrusion abdeckt. Diese Techniken, die es effektiv ermöglichen, eine Verstärkung der Rohre zu erhalten, bleiben jedoch schwierig in der Verwirklichung, da sie zwei Extruder erfordern, von denen der eine mit Winkelkopf ausgestattet ist, weiterhin eine Wickelmaschine oder eine Litzenmaschine und Vorrichtungen zum Halten des inneren Stützrohres während des Litzen- oder Wickelvorgangs, die relativ komplex sein können, um eine gute Haftung der unterschiedlichen Plastikschichten untereinander sicherzustellen.
Ebenfalls bekannt ist die US-A-3508297-Patentschrift, die den direkten Durchgang einer röhrenförmigen Litze in eine Extrusionsdüse mit Winkelkopf und die Umhüllung dieser Litze durch die Plastikschicht zur Bildung eines verstärkten Rohres beschreibt. Diese Vorrichtung ist ziemlich kompliziert in der Verwirklichung, hauptsächlich, weil sie ein sehr spezifisches Werkzeug erfordert, das den Durchgang des Litzenrohres in der Düse zuläßt und gleichzeitig eine Dichtigkeit gegen das geschmolzene Plastikmaterial und unter Druck, in der Spinnvorrichtung befindlich, zuläßt. Darüber hinaus genannt sind Herstellungs-, Speise- und Wartevorrichtungen für das gelitzte Rohr vor der Extrudiervorrichtung notwendig.
Dieser Typ Verfahren erfordert immer Ausrüstungen und komplementäre Investitionen, die mit der Handhabung der kontinuierlichen Verstärkungsfasern und mit der Notwendigkeit verknüpft sind, eine gute Haftung zwischen den unterschiedlichen Schichten zu haben, die in unterschiedlichen Stadien des Verfahrens abgeschieden wurden.
Diese Nachteile existieren nicht, wenn man diskontinuierliche Fasern zur Verstärkung des plastischen Materials verwendet.
Die durch diskontinuierliche Fasern verstärkten Materialien sind ohne größere Schwierigkeiten nämlich extrudierbar und die GB-A-2182603 Patentschrift beschreibt beispielsweise die Herstellung von Rohren durch konventionelle Extrusion, gefolgt von einer Expansion des Rohres unter Aufbringung eines Innendrucks, der das Rohr gegen eine Formvorrichtung preßt. Das Blähen des Rohres bringt erhebliche Längungen in Längsrichtung und Radialrichtung mit sich, welche die Orientierung eines Teils der Fasern in Umfangsrichtung begünstigen können, jedoch begleitet sind von einer Dekohäsion, was die Grenzfläche zwischen den Fasern und dem Polymermaterial bei atmosphärischem Druck angeht.
Bekannt ist ebenfalls die US-A-3605189-Patentschrift, die eine Rohrdüse klassischer Geometrie verwendet, die jedoch mit einem drehenden Dorn ausgestattet ist.
Ein Scheren in Radialrichtung überlagert sich also einem normalen Scheren in Strömungsrichtung und neigt dazu, die Fasern wenigstens zum Teil in einer Umfangsrichtung senkrecht zur Fließrichtung zu orientieren. In diesem Fall hängt die Orientierung hauptsächlich von der relativen Intensität dieser Scherbewegungen ab. Für eine gegebene Drehgeschwindigkeit des Dorns nimmt der Orientierungseffekt ab, wenn man den Schergrad in Longitudinalrichtung erhöht, indem man beispielsweise den Durchsatz durch die Düse erhöht.
Bekannt ist ebenfalls die US-A-4056591, die am Düsenende eine divergente Zone verwendet, welche sich auszeichnet durch ein Verhältnis der Oberflächen der Ringaustrittsquerschnitte und Eintrittsquerschnitte von mehr als 2. In dieser Vorrichtung ist das im Fließen befindliche Material auf Scherung in der Fließrichtung längs der Wandungen der Düse und auf Querlängung in der divergenten Richtung ausgesetzt. Bei Betrachten der so hergestellten Rohre findet man Fasern, die senkrecht zur Strömung orientiert sind, in der Dicke der Wandung, jedoch in Längsrichtung in der Rohrwand. Diese mechanischen Eigenschaften des Rohrs sind unzureichend.
Eine Verbesserung für dieses Verfahren ist beschrieben in der US-A-4883622-Patentschrift und besteht darin, physikalisch eine Zone geringer Dicke hinsichtlich der Rohrwandung zu trennen, in der sich die Scherung konzentriert. In dieser Zone fließt ein nicht gefülltes Polymer, während in der mittigen Zone das gefüllte Polymer fließt, das mit Querlängung ohne Scherung beausschlagt ist.
Dieser Typ von Coextrusionsvorrichtung ermöglicht es, den Gehalt an orientierten Fasern senkrecht zum Fließen zu erhöhen und damit die Festigkeit des Rohrs zu erhöhen. Wenn man jedoch diese Festigkeit auf die Materialmenge für eine Dickeneinheit bezieht, wird dieses Verfahren weniger interessant aufgrund der Tatsache, daß die nichtgefüllten Umfangsmaterialschichten nicht zur Verstärkung beitragen. Darüber hinaus sind die erhöhten Kosten der Coextrusionsinvestitionen noch nachteilig für dieses Verfahren.
Man hat nunmehr ein neues Herstellungsverfahren für Rohre gefunden, und zwar unter Extrusion eines thermoplastischen mit Fasern gefüllten Harzes, das, indem eine sorgfältige Rezeptur des Materials und eine besondere Geometrie der Düse einander zugeordnet werden, gleichzeitig eine große Funktionseinfachheit mit sich bringt und es ermöglicht, den Widerstand gegen Bersten der einem Innendruck ausgesetzten Rohre zu verbessern, indem Fasern in einer Umfangsrichtung senkrecht zur Fließrichtung orientiert werden.
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren, auf eine Vorrichtung und auf die unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellten Rohre.
Diese Aspekte der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den bei liegenden Figuren beschrieben, unter denen
- Fig.1 schematisch einen Längsschnitt der Endzone einer Düse mit divergentem Teil zeigt; sie dient auch als Bezug zur Erläuterung der verschiedenen Parameter, die die Geometrie dieser Endzone charakterisieren. Fig. 1a ist eine Stirnansicht dieser Zone, begrenzt auf einen Quadranten.
- Fig.2 zeigt einen Längsschnitt der Endzone einer Düse mit einem divergentem Teil, wie beispielsweise in den Beispielen 1 und 2 verwendet (Düse Nr. 1);
- Fig. 3 zeigt im Schnitt ein divergentes Element von einer Geometrie unterschiedlich zu der der Düse der Fig. 2;
- Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Düse mit einem divergenten Teil, modifiziert gemäß der Erfindung, wie in Beispiel 3 verwendet (Düse Nr. 2) . Fig.4a ist eine auseinandergezogene Darstellung des Teils A der Fig. 4.
Allgemein läßt sich das Verfahren nach der Erfindung definieren als ein Herstellungsverfahren von Rohren durch Extrusion eines thermoplastischen mit Fasern gefüllten Materials umfassend
(a) die Speisung, mit einem mit Fasern gefüllten thermoplastischen Material eines Extruders, dessen Düse eine divergente Endzone umfaßt (im folgenden "divergenter Teil" genannt), die für eine klassische Rohrdüse ausgelegt ist, die im folgenden "Trägerdüse" genannt wird;
(b) das Erwärmen auf eine Temperatur, die wenigstens gleich der Erweichungstemperatur dieses gefüllten thermoplastischen Materials ist;
(c) den Durchgang dieses Materials durch die Düse zur divergenten Endzone; dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Endzone einen divergenten Ringströmungsraum umfaßt, der ein Verhältnis As/Ae zwischen seiner Austrittsfläche As und seiner Eintrittsfläche Ae von wenigstens 1,2 und ein Verhältnis zwischen der Länge 1 des Innenrandes des Austrittsringraums dieser divergenten Zone unter Breite e des geraden Querschnitts dieses Ringraums weniger als 5, bevorzugt von weniger als 1,5 hat und daß die Stufe (c) in Anwesenheit wenigstens einer flüssigen Substanz realisiert wird, die nicht kompatibel mit diesem thermoplastischen Material bei den während der Extrusion auftretenden Temperaturen ist, und die Rolle als Schmiermittel dient, wobei das Schmiermittel in Höhe der Außenwand und in Höhe der Innenwand dieses Strömungsraums vorhanden ist.
Die in Betracht gezogenen thermoplastischen Materialien zur Herstellung dieser Rohre gemäß der Erfindung können beispielsweise bestehen aus
Polyethylenen
Polypropylenen
Poly(vinylchlorid)
Polyamiden
1, 4-Butandiol(poly)terephthalat
Ethylenglycol(poly)terephthalat
Poly(vinylidenfluorid)
sowie verschiedenen Kautschuken.
Entsprechend dem verwendeten thermoplastischen Material kann die Extrusionstemperatur beispielsweise von 160 bis 280 ºC betragen.
Im übrigen können die, die verstärkende Charge des thermoplastischen Materials bildenden Fasern beispielsweise aus Glasfasern, aromatischen Polyamiden wie Kevlar (hinterlegte Marke), Kohlenstoff, Bor oder keramischem Material bestehen. Man verwendet oft Glasfasern. Diese Fasern haben im allgemeinen eine Länge von höchstens 1 cm und ihr Verhältnis von Länge/Durchmesser beträgt wenigstens 10. Sie sind dem thermoplastischen Material im allgemeinen in einem Anteil von 5 bis 40 Gew.-%, insbesondere 20 bis 30 Gew.-% einverleibt.
Bezugnahme nun auf die Fig. 1 und 1a : man erkennt, daß der Eintrittsbereich Ae des divergenten Teils, angepaßt an die Düse der Bereich des Ringquerschnitts ist, dessen Innenradius Rie und dessen Außenradius Ree ist; beträgt also (R² ee - R²ie). Genauso ist der Austrittsbereich As des divergenten Teils der Bereich des Ringquerschnitts, der als Innenradius Ris und als Außenradius Res hat; er liegt also bei (R²es -R²is). Das Verhältnis As/Ae beträgt wenigstens 1,2.
Man kann also die charakteristische Größe der Geometrie des divergenten Teils berücksichtigen, die definiert ist durch
Wo As und Ae wie vorher definiert sind und Rs und Re jeweils den mittleren Austrittsradius und den mittleren Eintrittsradius des divergenten Teils bedeuten. Diese Größe beträgt vorzugsweise wenigstens 1,5.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der divergente Teil, angebracht an die Düse der Extrudiervorrichtung die besonderen nachstehend angegebenen Charakteristiken in Verbindung mit den Fig. 1 und 1a aufweisen:
Das Verhältnis zwischen dem Innenradius Ris des Austrittsguerschnitts des divergenten Teils und dem Außenradius Ree des Eintrittsquerschnittes dieses divergenten Teils liegt bei wenigstens 1.
Der durch die Richtung der Achse der Düse mit der Strömungsrichtung 2 des Materials in der divergenten Zone gebildete Winkel θ beträgt wenigstens 60 º. Dieser Winkel kann bis 90 º gehen. Im Falle der in den Fig. 2 und 4 dargestellten divergenten Elemente liegt der Winkel 0 bei und im Falle des divergenten Elements der Fig. 3 liegt der Winkel θ bei 65 º.
An der Grenzfläche zwischen dem mit Fasern gefüllten Polymer und der metallischen Wand der divergenten Düse führt man eine flüssige Substanz geringer Viskosität ein, die nicht mit diesem Polymer bei Extrusionstemperaturen des Polymers kompatibel ist. Diese Substanz, die als Schmiermittel wirkt, kann beispielsweise in einem Anteil von 0,01 bis 2,5 cm³ für 100 g des zu extrudierenden Polymers eingeführt werden.
Die flüssige Schmiermittelverbindung zeichnet sich beispielsweise aus durch eine Viskosität, die 50 mal geringer als die des gefüllten Polymers ist und durch einen Löslichkeitsparameter, der jeweils geringer als der Löslichkeitsparameter des Polymers -4 oder dem Löslichkeitsparameter des Polymers +4 ist. Sie kann insbesondere aus Polyethylenglycol einer mittleren molaren Masse von 400 bis 10.000 bestehen.
Gemäß einer ersten Variante des Verfahrens der Erfindung kann die Schmiermittelzusammensetzung direkt mit dem gefüllten Polymer, beispielsweise in Form von Granulaten, in den Speisefülltrichter der Extrudervorrichtung eingeführt werden. Man soll dafür sorgen, daß die Verteilung an der Oberfläche der Granulate homogen ist, um Ansammlungen dieser Zusammensetzung an verschiedenen Punkten der Extrudiervorrichtung zu vermeiden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung verwendet man eine modifizierte Vorrichtung, die das Einführen der Schmiermittelzusammensetzung an der Verbindungsstelle zwischen der Trägerdüse und der divergierenden Zone ermöglicht. Diese Vorrichtung bildet eine Aufgabe der Erfindung. Sie ist nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Fig. 4 und 4a beschrieben.
Das in dieser Vorrichtung eingesetzte divergierende Element verfügt über die oben in der Beschreibung des Verfahrens der Erfindung definierten geometrischen Eigenschaften, nämlich ein Verhältnis zwischen dem Bereich Ae des Eintrittsringguerschnitts des Strömungsraums und dem Bereich As des Austrittsringguerschnitts dieses Strömungsraums von wenigstens 1,2 und ein Verhältnis zwischen der Länge l des Innenrandes des Ringaustrittsraums der divergenten Zone und der Breite e des geraden Querschnitts dieses Austrittsraums von weniger als 5, bevorzugt weniger als 1,5.
Im übrigen weist die Außenwandung des Strömungsraums des thermoplastischen Materials eine Speisebohrung für die Schmiermittelzusammensetzung 3 auf, verbunden mit einem Verteilerkanal 4, der einen auf diese Außenwand mündenden Austritt 5 umfaßt.
Als Speisebohrung für die Innenwand verwendet man den Kanal 6, der zwischen den klassischen Düsen existiert und der dazu dient, das Innere der extrudierten Rohre auf Atmosphärendruck zu halten. Wie in Fig. 4a zu sehen, ist der Kanal 6 mit dem Verteilerkanal 7 verbunden, der einen Austritt 8 hat, der gegen diese Innenwandung mündet. Im übrigen mündet der Kanal 6 außen über die Halteflügel des Dorns. Dieser letzte Teil der Düse ist in Fig.4 nicht dargestellt.
Um die Dichtigkeit der Anordung aus Düse und divergentem Teil sicherzustellen, insbesondere um die Schmiermittelverluste der Vorrichtung nach außen zu vermeiden, ordnet man im allgemeinen eine Ringdichtung 9 zwischen der Trägerdüse und dem divergenten Teil unter einer Entfernung bezogen auf die Achse der Düse an, die größer als die Entfernung ist, unter der sich der Verteilerkanal 4 befindet.
Die Speisung und der regelmäßige Durchsatz an Schmiermitteln werden durch eine oder mehrere Pumpen, bevorzugt mit zugeteiltem Durchsatz (Zahnradpumpen) sichergestellt.
Wenn man die vorbeschriebene Vorrichtung verwendet, ist es zweckmäßig, das Hochsteigen der Polymere in den Auslässen 5 und 8 zu vermeiden, die es ermöglichen, die Wandung der Düse mit Schmiermittel zu speisen. Man kann die Dicke der Auslaßzonen regeln, indem man auf die Einspannung der divergenten Zone gegen die Trägerdüse einwirkt.
Die Dicke der Auslässe wird in der Größenordnung von etwa 0,1 mm liegen und beim Anlaufen der Anlage ist es zweckmäßig, die divergente Zone zunächst mit Schmiermittel zu speisen, bevor das zum Extrudieren aufgegebene Material noch zu fließen beginnt.
Der Schmiermitteldurchsatz wird dann als Funktion des Durchsatzes des zu extrudierenden thermoplastischen Materials derart geregelt, daß die eingeführte Schmiermittelmenge 0,01 bis 2,5 cm³ pro 100 g thermoplastisches zu extrudierendes Material ausmacht.
Wenn man direkt das Schmiermittel dem zu extrudierenden Material bei seiner Einführung in den Speisetrichter der Extrudiervorrichtung einverleibt oder wenn man eine modifizierte Vorrichtung zum Einführen von Schmiermittel am Übergang zwischen Düse-Träger und divergierenden Element verwendet, bleibt der Anteil an eingeführten Schmiermittel vorzugsweise relativ gering, beispielsweise geringer als 1,5 cm³ pro 100 g thermoplastisches zu extrudierendes Material. Man kann tatsächlich mit steigenden Schmiermittelanteilen auf Instabilitäten in der Strömung treffen, die mit der Unmischbarkeit des Schmiermittels und des Polynermaterials verknüpft sind, insbesondere bei der großen Viskositätsdifferenz untereinander; diese Instabilitäten stellen sich dar als bevorzugte oder intermittierende Ströme des Schmiermittels und des Polymers.
Ein Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung betrifft den Oberflächenzustand der extrudierten Rohre, der überraschend durch die Verwirklichung dieses Verfahrens verbessert wird. Ein mit Fasern gefülltes Polymer, das in Rohrform extrudiert wurde, weist im allgemeinen eine sehr rauhe Oberfläche auf, wobei in gewissen Fällen Fasern an der Oberfläche erscheinen.
Im übrigen sind die Techniken, wie die Oberflächenbearbeitung der divergierenden Zone oder die Oberflächenbehandlung hierfür, um das Gleiten des geschmolzenen Materials zu verbessern, nur sehr kurz wirksam wegen des abrasiven Charakters der Fasern, die die so präparierten Oberflächen verschlechtern oder sogar zerstören.
Das mit Fasern gefüllte extrudierte Polymer, und zwar unter Bedingungen, die dieses Verfahren gemäß der Erfindung charakterisieren, weist eine völlig glatte Oberfläche vom Typ derjenigen auf, die man erhält, indem man ein nicht gefülltes Polymer extrudiert.
Das Einführen des Schmiermittels scheint das Auftreten, an der Wand der Rohre, einer kontinuierlichen nicht gefüllten Polymerschicht zu begünstigen, was den Vorteil bietet, die Glasfasern zu isolieren und die Grenzflächen Glas-Polymer aus dem direkten Kontakt mit den um das Rohr bzw. den Schlauch im Betrieb umgebenden Fluiden zu isolieren und so eine bessere Perennität hiervon sicherzustellen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

BEISPIEL 1

In den Versuchen 1 und 2 verwendet man einen Extruder TROESTER, einen Einschneckenextruder von einem Schneckendurchmesser von 45 mm und einer Länge von 25 D, ausgestattet mit einem Düsen-Rohr, an den man einen divergenten Teil angepaßt hat, wie er in Fig. 2 dargestellt ist und der die folgenden geometrischen Charakteristiken hat:
am Eintritt
Rie : 0,5 cm
Ree : 0,9 cm Ae = 1,759 cm²
Re(mittel): 0,7 cm
am Austritt
Ris : 2,0 cm
Res : 2,2 cm As = 2,638 cm²
Rs(mittel) : 2,1 cm
Winkel θ = 90º
Diese Düse wird mit divergente Düse Nr. 1 bezeichnet.
In den Versuchen 3 und 4 verwendet man die gleiche Extrudiervorrichtung, jedoch ausgestattet mit einer Düse mit traditionellem Rohr.
Im Versuch Nr. 5 verwendet man eine Düse Nr. 1, von der man das divergente Element abgezogen hat. Die Ausgestaltung des Rohres wird dann sichergestellt durch einen Druck, der auf das Innere des Rohres ausgeübt wird, der es dehnt und der es gegen die gestaltgebenden Wandungen unter Vakuum preßt und so die Abkühlung des Materials sicherstellt.
In den Versuchen 1, 3 und 5 extrudiert man bei 210 ºC ein Polypropylen, das mit 30 Gew.-% diskontinuierlicher Glasfasern gefüllt ist.
Dieses Polypropylen hat eine Dichte von 1,14 und einen Fluiditätsindex, gemessen gemäß ASTM-Norm D-1238, von 4g/10 min unter 5 kg. Es wird vertrieben durch die Firma HOECHST unter der Bezeichnung HOSTALEN PPN 7790 GV 2/30.
In den Versuchen 2 und 4 extrudiert man das gleiche Propylen, in das man in einem Mischer mit Schaft, 0,5 cm³ Polyethylenglycol von der Masse 6000 eingearbeitet hat und von einer Schmelztemperatur von 45 ºC für 100 g gefülltes Polypropylen.
In der folgenden Tafel 1 hat man für jeden der Versuche 1 bis 5 die Extrusionsbedingungen und die Charakteristiken, in dem insbesondere die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Rohre, angegeben.
In der Tafel ist ar, ausgedrückt in MPa, der Widerstand des Materials in Radialrichtung, berechnet ausgehend vom gemessenen Berstdruck des mittleren Radius Rs und der Dicke e des Rohres auf der Fortpflanzungsleitung des Bruchs durch die Beziehung: Tafel 1 Extrusionsbedingungen Rohrcharakteristikan Düse Geschwindigkeit Schnecke (U/min) Druck (bar) Temperatur (ºC) Durchsatz (g/mm) Ziehgeschwindigkeit (cm/s) Dicke (mm) Bertsdruck (bar) R (MPa) Aussehen der Oberfläche schlecht gut Düse-Rohr Düse ohne divergenten Teil + Blähen
Aus Gründen des Vergleichs hat man auch die Zugbeständigkeit der in Längsrichtung am Versuchsrohr 3 genommenen Proben bestimmt, für den (Versuch) die Fasern in Längsrichtung orientiert sind. Sie liegt bei 70 MPa. Dieser Wert stellt das für dieses Material erreichbare Maximum dar.
Beim Betrachten der Tafel 1 erscheint klar, daß die Zuordnung einer divergenten Düse und die Verwendung eines mit dem gefülltem Polymer (Versuch 2) inkompatiblen Schmiermittels es ermöglicht, einen Umfangsspannungswert zu erreichen, der diesem Maximum sehr nahe liegt. Man beobachtet im übrigen ein gutes Aussehen der Rohroberfläche.

BEISPIEL 2

In diesem Beispiel, indem an eine mit einer Düse mit divergentem Teil Nr. 1 ausgestattete Extrudervorrichtung, wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet, extrudiert man das gleiche mit Glasfasern gefüllte Polypropylen wie vorher, dem man aber vorher unterschiedliche Anteile von Polyethylenglycol 6000 einverleibt hat.
Die Bedingungen und Ergebnisse der verschiedenen Versuche sind in Tafel 2 angegeben, in der man auf die Versuche 1 und 2 des Beispiels 1 verwiesen hat.
Die in Tafel 2 aufscheinenden Ergebnisse zeigen, daß für einen relativ hohen Schmiermittelgehalt (2cm³/1009) die mechanischen Eigenschaften des Rohres weniger gut wegen Strömungsproblemen sind. Tafel 2 Versuch Düse Extrusionsbedingungen Rohrcharakteristikan Geschwindigkeit Schnecke (U/min) Druck (bar) Temperatur (ºC) Durchsatz (g/mm) Ziehgeschwindigkeit (cm/s) Dicke (mm) Bertsdruck (bar) R (MPa) Umfang Aussehen der Oberfläche schlecht gut

BEISPIEL 3

In diesem Beispiel ist die Extrudiervorrichtung mit einer modifizierten divergenten Düse,so wie sie in den Fig. 4 und A4 (Düse Nr. 2) dargestellt sind, ausgestattet. Die geometrischen Charakteristiken sind die folgenden:
am Eintritt
Rie : 0, 5 cm
Ree : 0,9 cm Ae = 1,759 cm²
Re mittel : 0,7 cm
am Austritt
Ris : 1,8 cm
Res : 2,2 cm A&sub5; = 5,026 cm²
Rs mittel : 2,0 cm
Winkel θ = 90º
Das zu extrudierende Material ist das gleiche mit Glasfasern beladene Polypropylen wie in den Beispielen 1 und 2. Sein Durchsatz in der Düse kann durch die Rotationsgeschwindigkeit der Extruderschnecke geregelt werden.
Die divergente Düse wird mit Schmiermittel (Polyethylenglycol von einer mittleren Molekularmasse 400) über eine Zahnradpumpe FEINPRUF (eingetragenes Warenzeichen) gespeist werden, die entsprechend den Versuchen einen Durchsatz von 0,1 bis 2,5 cm³ für 100 g Polymer sicherstellt. Der Versuch 9 wird ohne Schmiermittel durchgeführt. Tafel 3 Versuch Extrusionsbedingungen Rohrcharakteristikan Schnecken-geschw. (U/min) Druck (bar) Temperatur (ºC) Durchsatz Polymer (g/min) Durchsatz Schmiermittel (cm³/mm) relativer Durchsatz (cm³/100g) Zieh-geschw. (cm/s) Dicke (mm) Bertsdruck (bar) R Umfang (MPa)
Die Extrusionsbedingungen und die Charakteristiken der erhaltenen Rohre sind in der vorstehenden Tafel 3 angegeben.
Die Tafel 3 zeigt gute mechanische Eigenschaften für die Versuche 10 bis 12. Diese laufen, indem sie schlechter werden in dem Ausmaß, wie der Schmiermitteldurchsatz ausgehend von 2 cm³/min zunimmt, für einen Polymerdurchsatz praktisch konstant (gemacht mit 110 g/min) in den Versuchen 13 und 14. Dieser Abbau der mechanischen Eigenschaften ist zurückzuführen auf die jeweiligen Strömungsinstabilitäten des Polymers und des Schmiermittels. Diese Schwierigkeiten schwächen sich ab, wenn man den Relativdurchsatz an Schmiermittel, bezogen auf das Polymer, vermindert, indem man beispielsweise den Durchsatz des Polymers in den Versuchen 15 bis 17 erhöht, in denen die Umfangsspannung von neuem zufriedenstellende Werte annimmt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Rohren durch Extrusion eines thermoplastischen mit diskontinuierlichen Fasern gefüllten Materials durch eine eine divergente Endzone umfassende Düse, dadurch gekennzeichnet, daß diese Endzone einen divergenten Strömungsringraum umfaßt, der ein Verhältnis As/Ae von wenigstens 1,2 zwischen seiner Austrittsfläche As und seiner Eintrittsfläche Ae und ein Verhältnis zwischen der Länge l des inneren Randes des Austrittsringraums der divergenten Zone und der Breite e des geraden Querschnitts dieses Raumes kleiner als 5 hat, und daß der Durchgang dieses thermoplastischen Materials durch diese divergente Endzone realisiert wird in Anwesenheit wenigstens eines Schmiermittels, das aus einer flüssigen Substanz geringer Viskosität, die nicht kompatibel mit dem thermoplastischen Material bei während der Extrusion auftretenden Temperaturen ist, wobei das Schmiermittel auf der Ebene der Außenwand und auf der Ebene der Innenwand dieses Ströinungsringraums oder insgesamt auf diesen vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dein dieses thermoplastische Material gewählt ist aus der Gruppe, die gebildet wird durch die Polyethylene, die Polypropylene, das Poly(vinylchlorid), die Polyamide, das 1,4-Butandiol(poly)terephtalat, das Ethylenglycol (poly)terephtalat, das Poly(vinylidenfluorid) sowie die Kautschuke.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem die Fasern gewählt sind aus der Gruppe, die gebildet ist durch die Glasfasern, aromatische Polyamide, Kohlenstoff, Bor oder keramische Materialien mit mehr als 1 cm Länge und einem Längen/- Durchmesserverhältnis von wenigstens 10 und in dieses thermoplastische Material in einem Anteil von 5 bis 40 Gw% eingebaut sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Innenradius Ris des Austrittsquerschnitts und dem Außenradius Ree des Eintrittsquerschnitts dieser divergenten Zone wenigstens 1 ist, wobei der Winkel e, der durch die Richtung der Achse der Düse mit der strömungsrichtung des Materials in der divergenten Zone gebildet ist, 60 bis 90º beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Länge l des Innenrandes des Austrittsringraums der divergenten Zone und der Breite e des geraden Querschnitts dieses Raums kleiner als 1,5 ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese flüssige Substanz in einem Anteil von 0,01 bis 1,5 cm³ für 100 g dieses thermoplastischen Materials eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Anteil 1,5 cm³ pro 100 g nicht überschreitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese flüssige Substanz aus Polyethylenglycol einer mittleren molaren Masse von 400 bis 10 000 besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schmiermittel im Gemisch mit dein thermoplastischen zu extrudierenden Material bei der Speisung des Extruders eingeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang zwischen der Düse und der divergenten Endzone diese Schmiermittel einerseits gegen die Außenwandung des Strömungsraums für das thermoplastische Material über eine Bohrung 3 geführt wird, die mit einem Verteilerkanal 4 verbunden ist, der einen Austritt 5 umfaßt, der gegen diese Außenwandung und andererseits gegen die Innenwand dieses Strömungsraums des thermoplastischen Materials über den Axialkanal 6 mündet, der im übrigen vorgesehen ist, um das Innere der extrudierten Rohre bei atmosphärischem Druck zu halten, wobei dieser Kanal 6 mit einem Verteilerkanal 7 verbunden ist, der einen gegen diese Innenwand mündenden Austritt 8 umfaßt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9, aus einem divergenten an eine Extruderdüse anpaßbaren Element bestehend und einen divergenten Strömungsraum umfassend, dessen Ringeintrittsquerschnitt eine Fläche und der Ringaustrittsquerschnitt eine Fläche As hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Flächen As/Ae wenigstens 1,2 beträgt, daß das Verhältnis zwischen der Länge l des Innenrandes des Austrittsringraums der divergenten Zone und der Breite e des geraden Querschnitts dieses Raums kleiner als 5 ist und daß dieses divergente Element zum Führen des Schmiermittels gegen die Außenwand dieses Strömungsraums eine mit einem Verteilerkanal 4 verbundene Bohrung 3 hat, die einen Austritt 5 umfaßt, der gegen diese Außenwandung mündet und zum Führen dieses Schmiermittels gegen die Innenwand dieses Strömungsraums einen Axialkanal 6 hat, der mit einem Verteilerkanal 7 verbunden ist, der einen gegen diese Innenwand mündenden Austritt 8 hat.

12. Divergentes Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Länge l des Innenrands des Austrittsringraums der divergenten Zone und der Breite e des geraden Querschnitts dieses Raums kleiner als 1,5 ist.

13. Divergentes Element nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese Austritte 5 und 8 an der Oberfläche dieses divergierenden Elements in Kontakt mit der Außenfläche der Düse vorgesehen sind.

14. Vorrichtung gebildet durch eine Düse, an die ein divergierendes Element gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 angepaßt ist.

15. Vorrichtung gebildet durch einen Extruder mit einer Düse geinäß Anspruch 14.