[0001] Die Erfindung betrifft eine faserverstärkte Kunststoffstruktur

(Verbundwerkstoff), Mittel, die aus der erfindungsgemäßen faserverstärkten

Kunststoffstruktur gefertigt sind, sowie deren Verwendung. [0002] Derartige Kunststoffstrukturen sind Werkstoffe, die aus Verstärkungsfasem bestehen, welche in einer Kunststoffmatrix eingebettet sind. Diese finden in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten in Form von kurzfaserverstärkten,

langfaserverstärkten oder endlosfaserverstärkten Bauteilen Verwendung.

[0003] Die Untergruppe der glasfaserverstärkten Kunststoffe ist ein Verbund aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Polyesterharz, Epoxidharz oder Polyamid, und Glasfasern. Glasfaserverstärkte Kunststoffe sind Standardwerkstoffe in der Industrie. Rohre dieser Art sind in der DIN genormt und kommerziell erhältlich.

[0004] Im Bereich alkalischer Medien werden überwiegend glasfaserverstärkte Kunststoffe eingesetzt, um alkalische Flüssigkeiten aufzunehmen oder zu

transportierten. Diese sind in der Regel mit einem thermoplastischen Material, wie z.B. Polypropylen, als chemische Schutzschicht, versehen. Diese chemische Schutzschicht ist auf denjenigen Oberflächen vorhanden, die mit den alkalischen Lösungen in Berührung kommen und soll die glasfaserverstärkten Kunststoffe schützen. Diese zusätzliche Schutzschicht ist vor allen Dingen dann erforderlich wenn die alkalischen Lösungen Temperaturen von > 40°C aufweisen und damit ihre ätzende Wirkung verstärkt wird und Oberflächen angriffen und zerstört werden.

[0005] Bei Temperaturen unterhalb von 40°C und geringen

Laugenkonzentrationen kann auf eine thermoplastische Chemieschutzschicht verzichtet werden und diese wird stattdessen aus der Kunststoffmatrix selbst erzeugt. [0006] Der Nachteil der im Stand der Technik bekannten glasfaserverstärkten Kunststoffe ist nun, dass bei Beschädigung der Chemieschutzschicht, die Glasfasern freigelegt werden und einem chemischen Angriff durch Lauge direkt ausgesetzt sind.

[0007] Glas ist ein chemisch hochresistenter Werkstoff, der jedoch nicht laugebeständig ist und massiv von Lauge angegriffen und zerstört wird. Durch die Zerstörung der Verstärkungsfaser wird der gesamte Verbundwerkstoff angegriffen, denn die mechanische Festigkeit des Verbundes wird durch die Verstärkungsfasern erreicht. Der Wegfall der mechanischen Festigkeit führt zum Versagen des Werkstoffes, da der Druck- und Temperaturbelastung, die beispielsweise beim Betrieb einer Industrieanlage herrscht, kein Widerstand mehr entgegengesetzt wird.

[0008] Ein glasfaserverstärktes Kunststoffrohr nach dem Stand der Technik ist beispielsweise aus DE 10 2008 033 577 A1 bekannt. Diese Schrift lehrt insbesondere ein Kunststoffrohr, das hinsichtlich Dichtigkeit, Steifigkeit, Formstabilität und Abrasion im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Eigenschaften aufweist. Dabei wird die Rohrwand gebildet durch mindestens eine im Schleuder- und/oder

Schleudergussverfahren hergestellte Schleuderschicht und mindestens eine im Wickelverfahren hergestellte Wickelschicht. Derartige Rohre weisen zwar verbesserte Eigenschaften auf, sind aber sehr aufwendig herzustellen.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb einen alternativen Verbundwerkstoff zur Verfügung zu stellen, bei dem sowohl der Matrixwerkstoff als auch der Faserwerkstoff bei Temperaturen > 60°C resistent gegenüber alkalischen Medien ist, und somit die Wahrscheinlichkeit des Eintretens des oben beschriebenen Versagensfalls vermindert wird. Die Erfindung hat sich ebenfalls zur Aufgabe gemacht entsprechende Mittel und Verwendungen des Verbundwerkstoffes bereitzustellen.

[0010] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Verbundwerkstoff umfassend Verstärkungsfasern und einen diese umgebende Matrix aus einem Matrixwerkstoff, wobei der Matrixwerkstoff ein Epoxidharz und/oder ein Furanharz enthält und die Verstärkungsfasern Polyphenylensulfid enthalten.

[0011] Das Epoxidharz (Kurz EP-Harz) reagiert mit einem Vernetzungspartner, im Allgemeinen als Härter bezeichnet, zu einem duroplastischen Verbundwerkstoff. Das EP-Harz basiert auf unterschiedlichen Ansätzen, bevorzugt für den verwendeten Einsatz sind eine Bisphenol A- oder Novolak-Basis. Die Härtersysteme basieren bevorzugt auf Aminsystemen, wobei sowohl aliphatische wie auch aromatische Amine eingesetzt werden. Es können aber auch Anhydridhärter verwendet werden.

[0012] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Verbundwerkstoff ergänzend die Zusatzstoffe, die die Verbundwerkstoffeigenschaften beeinflussen. Diese werden aus der Gruppe der Stabilisatoren Haftvermittler und Gleitmittel ausgewählt und sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Modifizierer basieren überwiegend auf aliphatischen oder aromatischen Glycidyl Ethern. Es werden aber auch aliphatische Epoxy Ester Harze oder, Polyepoxide Harze zur Eigenschaftseinstellung verwendet. Als Beschleuniger fungieren Imidazol-basierte Systeme. [0013] Dabei umfasst der Verbundwerkstoff bevorzugt 0,05 bis 35 Gewichtsteile an Zusatzstoffen. Diese können entweder im Matrixwerkstoff und/oder im

Faserwerkstoff enthalten sein. Erfindungsgemäß umfasst der Matrixwerkstoff 95 bis 100 % Gewichtsteile Harz und 0 bis 5 % Gewichtsteile Zusatzstoffe. Der

Faserwerkstoff umfasst vorteilhaft 65 bis 100 % Gewichtsteile Polyphenylensulfid und 0 bis 35 % Gewichtsteile Zusatzstoffe.

[0014] Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff gegenüber > 20 %- konzentrierten alkalischen Medien resistent, wobei es sich bei dem alkalischen Medium insbesondere um > 20 % NaOH handelt. Es versteht sich von selbst, dass der Verbundwerkstoff auch eine Resistenz gegenüber anderen Chemikalien aufweist.

[0015] Der Verbundwerkstoff der vorliegenden Erfindung ist bei Temperaturen > 60°C resistent gegenüber NaOH und anderen alkalischen Medien.

[0016] Die vorliegende Erfindung umfasst auch Mittel zur Aufnahme und/oder dem Transport von alkalischen Flüssigkeiten, umfassend den erfindungsgemäßen

Verbundwerkstoff. Dabei handelt es sich vorteilhaft um Rohre oder Behälter.

[0017] Dabei werden die Rohre und Behälter nach einem dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aus dem Verbundmaterial hergestellt. Die bekannten Verfahren sind im Einzelnen:

- Wickelverfahren: Beim Wickelverfahren werden drehende (Wickeldorn) und hin- und hergehende (Support) Bewegungen miteinander kombiniert, um die mit Harz getränkten Fasern nach einem bestimmtem Wickelmuster auf dem Dorn ablegen zu können. Dieses Verfahren kann sowohl mechanisiert wie auch händisch ausgeführt werden, wobei unterschiedliche Faserstrukturen, wie z.B. Endlosfäden wie Rovings, Vliese aus Kurzfasern, Wirrfasermatten aus Kurz- und Langfasern, Gewebe oder Gestricke, eingesetzt werden können

- Flechtverfahren: Beim Flechtverfahren werden die Verstärkungsfasern von einer verschiebbaren Flechtmaschine mit einem rotierenden Flechtkopf auf einem

feststehenden Kern abgelegt. Dadurch wird auf dem stationären Kern eine

gewebeartige Struktur erzeugt, die in einem nachfolgenden Verfahren mit dem

Matrixharz imprägniert werden.

- Schleuderverfahren: Beim Schleuderverfahren wird der Faserverstärkung in Form von z.B. Vliesen oder Geweben vorher eingelegt oder gemeinsam mit dem Harz und eventuellen Zusatzstoffen durch die Lanze, einem beweglichen Beschickungsarm; als Kurzfaser in die Schleuderform eingebracht. Durch die Zentrifugalkraft beim Schleudern entstehen Hohlkörper mit Verstärkungsmittelreichen Außenschichten und harzreichen, chemikalienbeständigen Innenschichten.

[0018] Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff findet vor allen Dingen

Verwendung als Werkstoff für Rohrleitungen und/oder Behälter, wobei die

Rohrleitungen und/oder die Behälter mit alkalischen Medien in Kontakt gebracht werden. Auch bei erhöhten Temperaturen von > 60°C der alkalischen Medien finden die Rohrleitungen und Behälter Anwendung.

[0019] In einer bevorzugten Verwendung des Verbundwerkstoffs wird dieser in Vorrichtungen eines Elektrolyse-Verfahrens verwendet, in welchem alkalische Medien hergestellt und/oder zugeführt werden. Dabei ist die Verwendung vor allem bei Zu- und Abläufen, sowie in den Reaktionskammern von Elektrolysezellen denkbar.

[0020] Weitere Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen

Verbundwerkstoffes werden nachstehend ausgeführt. Dies sind beispielsweise Vorrichtungen eines Laugeaufkonzentrierungsverfahrens, in dem die Konzentrationen alkalischer Medien verändert werden oder Vorrichtungen eines Verfahrens der Metallgewinnung, in dem alkalische Medien zugeführt und/oder verwendet werden, wobei es sich hierbei vorteilhaft um eine Aluminiumgewinnung aus Bauxit handelt. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung ganz allgemein auf Vorrichtungen von Verfahren, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, in denen alkalische Medien zugeführt und/oder verwendet werden.

[0021] Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand eines

Ausführungsbeispiels detailliert erläutert und umfasst eine Untersuchung zur

Beständigkeit von Rohrwerkstoffen in heißer Natronlauge.

[0022] Bei den im Versuch eingesetzten Rohrwerkstoffen handelt es sich um Faserverstärkte Kunststoffe. Es sollten zuerst die reinen Grundkomponenten untersucht werden. Die Matrixwerkstoffe sind Epoxid-, Vinylesterharze und andere Harztypen, die sich in ihrer Struktur unterscheiden. Als Fasermaterialien sind unterschiedliche Glas- und Polymerfasern wie z.B. AR-Glas, Polyamidfaser,

Polyphenylensulfidfasern vorgesehen. Prüfkörper aus Reinharz und Fasern werden von handelsüblichen Herstellern geliefert. Die quadratischen Prüfkörper haben 30 mm Kantenlänge. Die einzelnen Faserstoffe (ohne Harz) werden, wie handelsüblich ausgeliefert, eingesetzt.

[0023] Die Prüfkörper und Fasern werden in 32 Gew% NaOH-Lösung in PFA- Dosen mit Schraubdeckeln in einem Trockenschrank bei 90°C 10 Tage lang gelagert, um eine Grundbeständigkeit der eingesetzten Proben zu ermitteln. Im Anschluss an diese 10 Tage wurde die Temperatur auf 250 °C erhöht. Die wässerige 32 Gew% NaOH Lösung wurde dabei vollständig zu trockener 100% NaOH verdampft. Dadurch wurden sämtliche Probekörper dem Konzentrationsbereich von 32% bis 100% bei einer Temperatur von bis zu 250°C ausgesetzt.

[0024] Ein Teil der Proben wurde durch die hohe Temperatureinwirkung und/oder dem chemischen Angriff zerstört. Die erfindungsgemäßen Werkstoffe, also die Matrixwerkstoffe Epoxydharze und Furanharze sowie die Verstärkungsfasern aus Polyphenylensulfid haben jedoch den extremen Bedingungen des Versuchsaufbau stand gehalten und sind somit der Ausgangsaufgabenstellung vollkommen gerecht geworden..

[0025] Vorteile, die sich aus der Erfindung ergeben:

Verbundwerkstoff mit guter Alkalibeständigkeit

Verbundwerkstoff bei hohen Temperaturen, auch in Gegenwart von alkalischen Medien beständig