专利名称：用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强管的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的方法和装置，在此，可含有填料的液态的能时效硬化的树脂与玻璃纤维和用于时效硬化的添加剂一起，还可能与沙子一起加入到旋转的底模中。
在WO00/43185中描述了一种离心浇铸的玻璃纤维增强管的快速制备方法，在该法中底模的温度至少为40℃。
如在WO00/43185中所公开的，沙子层通常在管壁的中间(在中间区域)。虽然这种具有沙子层的玻璃纤维塑料管在管的外层部分有低的塑料含量，例如35％的聚酯，但在管的内层部分塑料的含量可提高至70％。对于具有较大的直径和额定压力的管，玻璃纤维-塑料或玻璃纤维-聚酯层的厚度可以是这么厚，以致所产生的热量不能以足够的量排出，而导致太强烈的温度上升。
基于此本发明的任务是，提出一种用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强管的方法和装置，用这种方法和装置即使以较低的底模温度也可能进行快速的时效硬化。
另外本发明使得下述情况成为可能，即可制备具有较大直径和用于较大压力的离心浇铸的玻璃纤维增强管，在此阻止了下述情况的发生，即来自合成树脂的反应的温度变得太高，时效硬化进行得太快而使得凝结变得太差。
这一任务可根据本发明用具有权利要求1或15的特征的方法和具有权利要求16的特征的装置而解决。根据本发明在权利要求19中给出了具有由玻璃纤维，合成树脂，沙子和添加剂构成的多个层的离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管。
根据本发明的用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的方法中，可含有填料的液态的可时效硬化的树脂与玻璃纤维和用于时效硬化的添加剂一起，还可能与沙子一起加入到旋转着的底模中。根据底模温度，在原料的加入过程中添加剂在数量和种类上逐渐地相适应，以使得当最后部分原料被加入时，管的外层部分开始凝结。在凝结时管的外层部分的温度低于内层部分的温度，在加入所有的原料后，凝结首先从管的内层部分开始。
已经证明，当底模温度在40℃以下时，快速时效硬化也是可能的。在此重要的是应用高反应性的聚酯树脂，并且催化剂，加速剂和抑制剂的添加剂要与底模的温度和管的壁厚准确地相一致。
为了达到快速的时效硬化和同时良好的凝结，重要的是在原料加入过程中逐渐地改变添加剂的量。在此要注意的是，当所有的原料都加入时，树脂的凝结正好开始。当外层部分的凝结开始时，产生热量，这样也提高了管内层的温度。在此，添加剂要这样的确定，以使得时效硬化不进行的那么快，否则将使得凝结变得太差或玻璃纤维的浸渍不够充分。
所以在一个方法方案中，添加剂是这样调节的，以使得凝结在所有的原料都加入后的三分钟后才开始。这样能保证原料在管中均匀的分布。
另外为了在管的外层开始凝结后加热底模可用至少50℃的热水喷洒到底模上。
在管的内层部分的温度可通过外层部分所产生的热量而上升到50-70℃。所以应使用抑制剂以控制管的内层部分的反应。过去在制备玻璃纤维增强了的塑料管时在应用抑制剂时反复出现问题。在此重要的是，准确在检验证实必需的抑制剂的量，因为不然就要使得管子不够充分的时效硬化。催化剂的量和种类必须与抑制剂的量相一致。
优选的抑制剂的量为阻止热量产生的量约38-60％。
优选地用在管子的外层部分的反应催化剂混合物多于用在内层部分的。
在一个优越的方法方案中，用这样一种催化剂泵，其以较低的引发温度(Anspringtemperatur)将一种催化剂或一种催化剂混合物用在管的外层部分，而另一种催化剂或另一种催化剂混合物用到管的内层部分。
在一个方法方案中，在该方案中应用沙子和优选地用聚酯树脂作为塑料，在此应用多层沙子层，这样在热计算时热分配到多个沙子层。热计算用于下述目的，在玻璃纤维-聚酯层中所产生的热量向沙子层传输，并且阻止温度变得太高。沙子层优越地导致，在其下的玻璃纤维-聚酯层有更好的凝结，并且减少聚酯树脂的含量。聚酯含量的减少起到了降低在玻璃纤维层中的温度提高的作用。
聚酯树脂的热函在计算中起重要作用。对于非柔韧的聚酯树脂，其热函在250-370J/g数量级。对于非常柔韧的树脂，其热函为150-200J/g。下面给出一些对于具有树脂热函为290J/g的聚酯-混合物的例子，在此原料的温度为20℃。
玻璃纤维含量(％)放热的温度(℃)0 18130 15540 14450 12160 116沙子含量(％)放热的温度(℃)60 11670 9980 78当应用具有填料的聚酯树脂时，可有利地使用具有大约350J的热函的聚酯树脂。在管内壁应用填料也是适宜的。
为了达到良好的凝结，应该用75-100mm长的纤维。这样可提高粗纱含量到70％。
在不同的层中的沙子分配应如此进行，即除了管壁的中间区域的沙子层外，没有一层具有的厚度大于外径的0.0025，并且不大于壁厚的20％。沙子层应不含有粗纱(玻璃丝)。当添加入沙子时，沙子对于树脂应是过量的。这样沙子非常均匀的流动，这样就覆盖了在粗纱层中的不均匀性。这样就减少了对覆盖层树脂的需求。
在最后的沙子层后必须有作为阻挡层的至少2mm厚的粗纱层存在。在此玻璃纤维的含量必须低于40％。
具有玻璃纤维加筋的单独层是优选的大于外径的0.005倍。除了阻挡层外，具有玻璃纤维加筋的层厚在切线方向为1.5-3.5mm之间。
为了达到良好的凝结，必须准确调节与喷射时间相关的在各个单个层中的凝胶时间。
根据本发明的用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的装置中，原料从注射机被加入到旋转的底模中。注射机是在一个固定的位置可移动的，然而在此离心浇铸机是安装在一个车上的，车横向的与注射机在同一平面上是可移动的。用热水来加热底模，在此注射装置是安装在固定位置的，并且其不能与底模一起可移动的，水在每个底模下被收集到单独的集水槽中，集水槽是可与底模一起移动的，并且被进一步导入固定的流槽中。
下面用实施例和附图描述本发明，在此图是用来解释本发明的，然而本发明并不被这些细节所局限。其中
图1至图7示出了对于不同的层和不同的抑制剂量具有不同的壁厚的模具和管的时间与温度变化曲线，图8示出了一个在根据本发明的方法工作的用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的注射机上的混合机装置设置示意图，图9示出了用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的具有加工处理站A-H的装置的结构示意图，图10示出了用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的具有加工处理站A-G的装置的结构示意图，图11至图13示出了不同的额定宽度和额定压力的管的结构和图14为在管内部和底模外部的时间和温度变化图。
图1-7在不同的层中从被加热的模具的底部所算出的温度变化图。
图1示出了没有抑制剂的温度变化图。模具温度为52℃，在50℃下大约一分钟后开始出现胶凝。
图2示出了应用0.38％抑制剂，以纯树脂的量计算，而得到较长的胶凝时间。
图3示出了通过使用抑制剂在上部的胶凝只有在大约四分钟后才出现。
图4示出了应用0.61％的抑制剂，以纯树脂量计算，所得到的胶凝时间不长于图3所示的情况。
图5示出了当用太多的抑制剂时不产生热量。
图6示出了当催化剂的量减少量时的类似的反应。
图7示出了当模具温度提高时产生了热量。在实际工作中相当于用热水喷射到底模上。
图8示出了在注射机上所必需的混合机的设置示意图。M-1是最前端的混合机，在此用二个催化剂泵P-1和P-2将催化剂混入到树脂中。M-2是将加速剂，例如Co-加速剂混入到纯树脂中的混合机。M-3是将加速剂混入到内壁树脂(在管的内壁覆盖层中作为主要成分的纯树脂)中的混合机。M-4是在注射机后部的混合机，在此将抑制机混入到纯树脂中。
图9示出了具有8个加工处理站的装置的结构。图9(a)说明了注射，图9(b)说明了提取。
下面的实施例说明了该装置的工作方式。
在混合机M-2中将含有1％Co的Co-加速剂添加入纯树脂中。
在混合机M-3中添加入0.5％的Co-加速剂。
在混合机M-4中添加入0.5％的由10％丁基邻苯二酚构成的抑制剂。
一种DN800PN10的管子[额定直径800mm，额定压力9.8bar]将如下制备该管具有下列结构的7层，从外层算起1.沙子层
2.长纤维加筋层3.短纤维加筋层4.沙子层5.长纤维加筋层6.具有短纤维加筋的阻挡层7.覆盖层。
在所有这些层中都用了1.5％的催化剂，在此用了如下列出的不同比例的丙酮-乙酰基-过氧化物(AAP)和过苯甲酸叔丁酯(TBPB)层AAP TBPBCo在M-2中1 50％ 50％0.5％2 40％ 60％0.7％3 30％ 70％0.7％4 50％ 50％0.8％5 30％ 70％0.6％6 25％75％0.5％7 20％ 80％-AAP比TBPB的反应性更大。它具有更低的引发温度。
注射时间为6分钟，底模温度为35℃。在加入原料后，车将底模带到图9中的F站，在此4分钟后所有层都已经胶凝，与此同时用70℃的热水喷洒30秒钟。
底模在F站5分钟后被带到G站，4分钟被带到H站，在此立即用70℃的水喷洒20秒钟。在H站准备抽取。4分钟后底模被带到D站，在此热的管子被抽取出。
底模回到E站，并且加热到35℃，制备DN800的新管。
在每个底模下有接收热-或冷水的接水容器。在每个站有固定的位置可用热-或冷水喷洒。
接水容器中的水不分离冷-和热水收集到一个固定的流槽中，通过管道流回到水处理装置。
树脂反应要控制调节得这么快，以致在管中的外层部分的反应温度升到大约70℃，内层部分升到90-110℃。用热水喷洒可防止较低的底模温度阻止外层部分的反应。
根据示意图9，对于使用多个底模可得出下面的工作方式。假如DN600底模进入喷射站E，DN800底模必须在G站中，假如DN500底模在E站中，DN800底模必须在G站中。假如DN400底模在E站中，那么DN800底模在H站中。根据在车上的底模的起始温度、底模的热容量和底模的质量，可在需要时在F至H站中使用热水或冷水。
根据图9的装置的八个站使得下述情况成为可能，即管子总是在D站时被抽取出。然而假如只有七个站，那么DN800管子必须在G站时抽取出，其他种类的管子必须在C站时抽取出。这样D站被用来喷射。
下面描述根据本发明的管的结构，如其在图11中所说明的。计算时假定，第1-3层所产生的热量被钢底模所吸收。对于4-8层，每米管子产生5800J的热量。管子的热容量是70.6J/℃.米管，使温度上升值为82℃。覆盖层树脂的热函为170J/g。如果没有热量损失，比热为1.8J/g，℃时可得出温度上升值为94℃。其最高温度可达到约102℃，而允许温度值为110℃。术语“圆形粗纱”(umf.Roving)主要指的是切线方向的粗纱定向。粗纱长度为60mm。
当应用具有填料的聚酯树脂时，那么其应有350J的热函。在内管壁使用填料也是适宜的，参见图11中的第4-6层。
图12中说明了根据本发明的一种管子的第二个实施例的结构。该种管是一种DN2000(额定宽度2000mm)，PN16(额定压力15.7bar)，SN10000(额定硬度10000N/m2)的多层管。粗纱长度是60mm。
图13中说明了根据本发明的一种管子的第三个实施例的结构。该种管是一种DN2400(额定宽度2400mm)，PN10(额定压力9.8bar)，SN5000(额定硬度5000N/m2)的多层管。粗纱长度100mm。
如上所述，要根据喷射时间准确地调整在各个单个层中的胶凝时间。图13中所说明的管需23分钟的喷射时间，这表明，在室温下对于第1层的胶凝时间必须是至少23分钟，不管底模和原料是否是在室温下。第2层的喷射时间为2.5分钟。这意味着，这层的胶凝时间为至少20.5分钟。类似地对于每一层必须进行计算。对于每一层必须在实验室测试的基础上重新计算添加剂的量。
图14说明了管内部和底模外部的温度测量结果。测量结果与计算值很好的相一致。
权利要求
1.一种用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的方法，在此可含有填料的液态的可时效硬化的树脂与玻璃纤维和用于时效硬化的添加剂一起，可能还与沙子一起被加入到旋转的底模中，其特征在于，在加入原料期间添加剂在数量和种类上根据底模的温度逐渐相适应，以致当原料的最后部分加入时，管的外层部分开始胶凝，在胶凝时外层部分的温度低于内层部分的温度，并且在所有原料加入后，管的内层部分的胶凝才开始。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所有的原料都加入后至少三分钟才开始外层部分的胶凝。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在管的外层开始胶凝后，用至少50℃的热水喷洒到底模上。
4.根据权利要求1-3之一的方法，其特征在于，使用一定数量的抑制剂，这个量为可阻止热量产生的量的38％-61％。
5.根据权利要求1-4之一的方法，其特征在于，在管的外层部分所用的催化剂混合物的反应性大于管的内层部分所用的催化剂混合物。
6.根据权利要求1-5之一的方法，其特征在于，抑制剂添加入加料装置的一个混合机中。
7.根据权利要求1-6之一的方法，其特征在于，加速剂在加料装置的前端的第二个混合机(M-2)中添加到纯树脂中。
8.根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于，加速剂在前端第三个混合机(M-3)中添加到内壁树脂中。
9.根据权利要求1-8之一的方法，其特征在于，抑制剂在后端的混合机(M-4)中添加到纯树脂中。
10.根据权利要求1-9之一的方法，在此使用二个催化剂泵，其特征在于，用一个泵以较低的引发温度将催化剂或催化剂混合物使用到管的外层部分，另一个用于管的内层部分。
11.一种用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的方法，在此可含有填料的液态的可时效硬化的树脂与玻璃纤维，沙子和用于时效硬化的添加剂一起加入到旋转的底模中，在原料加入期间添加剂在数量和种类上根据底模温度逐渐相适应，以致当原料的最后部分加入时，管的外层部分的胶凝开始，其特征在于，对于达到硬度所必需的一定量的沙子分配到多层中，以致除了阻挡层外所有的玻璃纤维层都在沙子层之间，在这些层中在离心力的作用下通过沙子层的压缩而提高了粗纱的含量。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，除了在管壁中间的沙子层(中间区域)外，各个单独的沙子层不大于管的壁厚的15％。
13.根据权利要求11或12的方法，其特征在于，除了中间区域的沙子层外，各个单独的沙子层不大于外径的0.0025倍。
14.根据权利要求11-13之一的方法，其特征在于，用玻璃纤维加筋了的各个层不大于外径的0.005倍。
15.根据权利要求11-14之一的方法，其特征在于，除了阻挡层外，用玻璃纤维加筋了的层在切线方向是小于1.5mm，不大于3.5mm。
16.一种用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的装置，在该装置中，原料从喷射机中加入到旋转的底模中，喷射机在一个固定的位置处是可移动的，然而离心机是安装在车上的，该车与喷射机在横向的同一平面上可移动，用热水来加热底模，其特征在于，喷射装置安装在一个固定位置，不能与底模一起移动，在每个底模下用一个单独的接水槽收集水，接水槽是可与底模一起移动的，接着将水导入一固定的流槽内。
17.根据权利要求16的装置，其具有用于将原料加入到底模的喷射机，在此在前端的一个混合机(M-1)用来加入催化剂，其特征在于，在喷射机后端也有一混合机(M-4)，其用于将其他的添加剂加入到纯树脂中。
18.根据权利要求17的装置，其特征在于，在喷射机的前端至少还有另外一个混合机(M-2或M-3)。
19.具有由玻璃纤维、可含有填料的合成树脂、玻璃纤维、沙子和添加剂制成的多层的离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管，其特征在于，为了达到一定硬度所必需的一定量的沙子分配在多层中，以致除了阻挡层外，所有的玻璃纤维层都在沙子层之间，在这些层中在离心力的作用下通过沙子层的压缩而提高了粗纱的含量。
20.根据权利要求19的塑料管，其特征在于，除了在管壁中间(中间区域)的沙子层外，各个沙子层不大于管的壁厚的15％。
21.根据权利要求19或20的塑料管，其特征在于，除了中间区域的沙子层外，各个沙子层不大于外径的0.0025倍。
22.根据权利要求19-21之一的方法，其特征在于，用玻璃纤维加筋了的各个单独层不大于外径的0.005倍。
23.根据权利要求19-22之一的塑料管，其特征在于，除了阻挡层外，用玻璃纤维加筋了的各层在切线方向小于1.5mm，不大于3.5mm。
全文摘要
本发明涉及到一种用来制备离心浇铸的玻璃纤维增强了的塑料管的方法和装置，在此含有填料的液态的可时效硬化的树脂与玻璃纤维和用于时效硬化的添加剂一起，还可能与沙子一起加入到旋转的底模中。在加入原料期间，添加剂在数量和种类上根据底模温度逐渐相适应，以致当原料的最后部分加入时，管子的外层部分开始胶凝。在胶凝时外层部分的温度低于内层部分的温度，在所有的原料都加入后，管的内层部分的胶凝才开始。
文档编号B29C41/46GK1426346SQ01808680
公开日2003年6月25日 申请日期2001年4月26日 优先权日2000年4月27日
发明者B·卡尔斯卓姆, E·维尔奎斯特 申请人:C－泰克有限公司