Through-the-Weave-TPU-Schlauch: Konstruktion und Leistung

Was Durchgängiger TPU-Schlauch Baumittel

A durchgängiger TPU-Schlauch wird hergestellt, indem geschmolzenes thermoplastisches Polyurethan direkt durch und um ein gewebtes Verstärkungsgewebe extrudiert wird, anstatt separate TPU-Schichten auf die Außen- und Innenseite eines vorgeformten Gewebeschlauchs zu laminieren. Während der Extrusion dringt das TPU vollständig in die Lücken des Gewebes ein, kapselt jedes Garn ein und verschmilzt die innere und äußere Polymerschicht durch das Gewebe selbst zu einer durchgehenden Matrix. Dies unterscheidet sich mechanisch von einem verklebten oder laminierten Schlauch, bei dem die innere und äußere TPU-Schicht im Wesentlichen aus zwei separaten Filmen besteht, die durch Adhäsion an der Stoffoberfläche zusammengehalten werden, wobei das Gewebe als diskrete Schicht dazwischen sitzt.

Das praktische Ergebnis der Through-the-Weave-Konstruktion ist eine Schlauchwand, die sich unter Druck und Biegung wie eine einzelne Verbundstruktur verhält und nicht wie drei gestapelte Schichten, die sich voneinander trennen können. Diese Unterscheidung ist insbesondere bei Hochzyklus- oder Hochdruckanwendungen von Bedeutung, bei denen die Schichttrennung – allgemein Delaminierung genannt – die vorherrschende Fehlerursache bei laminierten Schläuchen geringerer Qualität ist.

Warum die Gewebepenetration die Delaminierung verhindert

Die Delamination in geschichteten Schläuchen beginnt typischerweise an einem mikroskopisch kleinen Hohlraum oder einem schwachen Verbindungspunkt zwischen dem Gewebe und einer der TPU-Schichten und breitet sich unter wiederholten Druckwechseln aus, bis sich in der Schlauchwand eine sichtbare Blase oder Blase bildet. Da bei der Extrusion durch das Gewebe die diskrete Grenzfläche zwischen Stoff und Polymer eliminiert wird – das TPU durchdringt den Stoff und ist nicht mit seinen beiden Flächen verbunden – gibt es keine saubere Trennebene, an der die Delaminierung beginnen könnte.

• Bei laminierten Schläuchen kommt es auf die Klebe- oder Wärmebindungsfestigkeit an der Stoffoberfläche an, die sich unter UV-Einwirkung, chemischem Kontakt und wiederholtem Biegen verschlechtert
• Through-the-Weave-Schläuche beruhen auf einer mechanischen Verzahnung – das ausgehärtete Polymer passt sich physikalisch in die Webstruktur ein –, die weitaus weniger anfällig für eine Verschlechterung der Oberflächenbindung im Laufe der Zeit ist
• Aus diesem Grund wird der Schlauch mit durchgehendem Gewebe vorzugsweise für Anwendungen mit hohem zyklischem Druck eingesetzt, beispielsweise für den Flüssigkeitstransport beim hydraulischen Frakturieren, bei der Entwässerung von Minen und bei der Brandbekämpfung, wo ein Schlauchversagen erhebliche Sicherheits- und Ausfallkosten mit sich bringt

Arten von Verstärkungsgeweben und ihre Auswirkung auf die Leistung

Das Verstärkungsgewebe selbst ist eine wesentliche Variable für die Schlauchleistung, unabhängig von der verwendeten TPU-Mischung. Polyester-Filamentgarn ist aufgrund seines ausgewogenen Verhältnisses von Zugfestigkeit, geringer Dehnung unter Last und Kosten die Standardwahl für allgemeine industrielle und landwirtschaftliche Layflat-Schläuche. Hochfeste Polyester- oder Nylonverstärkungen werden verwendet, wenn höhere Berstdruckwerte erforderlich sind, da die Faserzugfestigkeit – und nicht die TPU-Wandstärke – typischerweise der begrenzende Faktor für den maximalen Arbeitsdruck eines Schlauchs ist.

Die Webdichte, ausgedrückt als Fäden pro Zoll in Kett- und Schussrichtung, beeinflusst auch, wie vollständig das TPU während der Extrusion eindringt – eine zu enge Webart kann Lufteinschlüsse einschließen und das vollständige Eindringen des Polymers verhindern, während eine zu offene Webart den Beitrag des Gewebes zur Berstfestigkeit verringert.

Arbeitsdruck, Berstverhältnis und Dimensionierung

A durchgängiger TPU-Schlauch wird nach zwei verwandten, aber unterschiedlichen Werten bewertet: dem Arbeitsdruck, dem Dauerdruck, bei dem der Schlauch kontinuierlich betrieben werden soll, und dem Berstdruck, dem Druck, bei dem der Schlauch voraussichtlich versagen wird. Renommierte Hersteller legen bei der Konstruktion ein Sicherheitsverhältnis von Berst- zu Arbeitsdruck von mindestens 3:1 fest, und Käufer sollten dieses Verhältnis immer ausdrücklich anfordern, anstatt nur einen Wert für den Arbeitsdruck zu akzeptieren, da ein Schlauch, dessen Nennwert nahe an seinem tatsächlichen Berstpunkt liegt, nur wenig Spielraum für Druckspitzen oder Druckstöße bietet, die in pumpenbetriebenen Systemen häufig vorkommen.

• Standard-Layflat-Schläuche für Landwirtschaft und Bewässerung arbeiten typischerweise im Arbeitsdruckbereich von 6–10 bar
• Industrielle Entwässerungs- und Feuerwehrschläuche arbeiten üblicherweise mit einem Arbeitsdruck von 10–16 bar und einer entsprechend widerstandsfähigeren Verstärkung
• Der Schlauch zum Frakturieren von Flüssigkeiten kann einen Arbeitsdruck von mehr als 20–25 bar aufweisen und verfügt über die stärkste Verstärkung und die dickste durchgehende Wandkonstruktion, die es gibt

Überlegungen zur Chemikalien- und UV-Beständigkeit

Die Auswahl der TPU-Verbindung beeinflusst die Leistung des Schlauchs gegenüber der zu transportierenden Flüssigkeit und der Umgebung, in der er gelagert oder eingesetzt wird. TPU auf Esterbasis bietet eine bessere Beständigkeit gegenüber Ölen und Kohlenwasserstoffen und ist daher die bevorzugte Verbindung für Kraftstoffübertragungs- und Fracking-Flüssigkeitsanwendungen, während TPU auf Etherbasis eine bessere Hydrolysebeständigkeit bietet und im Allgemeinen für längere Wasserübertragungen und Lagerung im Freien, wo der Schlauch wiederholt benetzt und getrocknet wird, bevorzugt wird.

Der Gehalt an UV-Stabilisatoren in der äußeren TPU-Schicht wirkt sich direkt auf die Lebensdauer von Schläuchen aus, die über längere Zeiträume dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, wie beispielsweise landwirtschaftliche Bewässerungsschläuche, die während einer gesamten Vegetationsperiode über offene Felder verlegt werden. Käufer, die einen Schlauch für längere Außeneinsätze spezifizieren, sollten die Einbeziehung von UV-Stabilisator ausdrücklich bestätigen, da es sich um einen Zusatzstoff auf Verbundebene handelt, der in einem grundlegenden Produktdatenblatt nicht sichtbar ist.

Checkliste für Beschaffung und Spezifikation

Da die Qualität der durchgehenden Konstruktion visuell nur schwer zu überprüfen ist, sollten Käufer, die diesen Schlauchtyp beschaffen, eine Prozessdokumentation und Testdaten anfordern, anstatt sich nur auf das Aussehen des fertigen Schlauchs zu verlassen, da ein schlecht ausgeführter durchgehender Schlauch immer noch einem korrekt hergestellten Schlauch ähneln kann, bis er anhaltenden Druckwechseln ausgesetzt wird.

1. Fordern Sie eine Dokumentation des Burst-Arbeitsdruck-Verhältnisses an, nicht nur eine angegebene Arbeitsdruckzahl
2. Stellen Sie sicher, dass Art und Dichte des Verstärkungsgewebes mit dem vorgesehenen Betriebsdruck und Arbeitszyklus übereinstimmen
3. Überprüfen Sie den TPU-Verbindungstyp (auf Ester- oder Etherbasis) anhand der spezifischen zu übertragenden Flüssigkeit und der erwarteten chemischen Belastung
4. Fordern Sie Querschnittsmuster an, die die vollständige Durchdringung des Gewebes zeigen, insbesondere bei Hochdruck- oder sicherheitskritischen Aufträgen
5. Fordern Sie Zyklen- oder Ermüdungstestdaten für Anwendungen an, bei denen es häufig zu Druckbeaufschlagung und Druckentlastung kommt, wie zum Beispiel bei Fracking- oder Entwässerungsvorgängen