ВОССТАНАВЛИВАЕМЫЙ ПРИ НАГРЕВАНИИ РУКАВ Российский патент 1997 года по МПК B29D23/00 B29C61/06 

Изобретение относится к рукаву из восстанавливаемой при нагревании ткани, предназначенному для размещения с внешней стороны удлиненного предмета, например, трубы или кабеля, или места соединения труб или кабелей. В частности это изобретение относится к такому типу рукава, который покрывает изделие, имеющее меняющееся поперечное сечение по длине.

Известно восстанавливаемое при нагревании изделие, пространственную конфигурацию которого можно менять при соответствующей обработке [1] Обычно восстанавливаемые при нагревании изделия содержат дающий при нагревании усадку рукав, выполненный из полимерного материала, имеющего свойство эластичного или пластического "запоминания" своей формы.

Известно восстанавливаемое при нагревании изделие, содержащее восстанавливаемую ткань в сочетании с полимерной матрицей, образованную путем создания прослоек полимерного материала с одной или с двух сторон ткани для того, чтобы она стала непроницаемой [2]
Известна восстанавливаемая при нагревании ткань, содержащая полимерные прослойки и имеющая коэффициент восстановления, как минимум, 40% желательно, как минимум, 50 или 60% которую можно, например, использовать для покрытия предметов с меняющимися или прерывающимися контурами с целью создания механической защиты [3]
Известен восстанавливаемый при нагревании рукав, выполненный из стабильных к нагреванию волокон и волокон, восстанавливаемых при нагревании, сплетенных в ткань, с нанесенным на ее поверхность по меньшей мере с одной стороны полимерным материалом [4]
Техническим результатом изобретения является создание структуры ткани, восстанавливаемой при нагревании, которая обеспечит более высокий коэффициент восстановления и улучшит свойства изделия.

Для достижения технического результата восстанавливаемый при нагревании рукав, выполненный из стабильных к нагреванию волокон и волокон, восстанавливаемых при нагревании, сплетенных в ткань, с нанесенным на ее поверхность по меньшей мере с одной стороны полимерным материалом, имеет стабильных к нагреванию волокон от 1 до 10 на один см, проходящих в ткани в одном направлении, а восстанавливаемых при нагревании волокон от 10 до 20 на один см, проходящих в ткани в другом направлении, и от 1 до 4 на один см восстанавливаемых при нагревании волокон, проходящих в ткани в направлении расположения стабильных к нагреванию волокон, причем все волокна сплетены в ткань, имеющую структуру саржи с коэффициентом восстановления размера при нагреве в одном направлении ткани, равным по меньшей мере 60% Коэффициент восстановления может быть выбран равным по меньшей мере 70% Этот коэффициент выражает изменение размера в процентном отношении к тому же размеру до восстановления. Можно достичь коэффициентов, равных 75 или 78 или даже 80% Такой высокий коэффициент восстановления позволяет использовать рукав в тех областях применения, в которых удлиненные предметы имеют резкие переходы площади поперечного сечения.

Предпочтительно, чтобы восстанавливаемый при нагревании рукав давал усадку, предпочтительно в радиальном направлении.

В качестве примера, рукав можно использовать для покрытия труб, или кабелей, или участков их соединения. Конкретные области применения включают в себя: торцевые заглушки для отопительных труб, в которых один конец рукава должен восстанавливаться на внешней изоляции, а другой конец на стальной трубе гораздо меньшего диаметра; покрытия для механических или фланцевых муфт для труб, и покрытия для соединений труб раструбом. В этих случаях максимальный размер поперечного сечения покрываемого предмета может превышать в 3,5 раза или даже в 4,5 раз минимальный размер покрываемого предмета. Рукав согласно настоящему изобретению, имеющий первоначально по длине равномерное поперечное сечение, можно заставить дать усадку вокруг этих объектов и значительно изменять свои размеры.

Было обнаружено, что конструкция ткани является важным моментом для получения высокого коэффициента восстановления. В частности, было выявлено, что конструкция ткани, в которой волокна сплетены в ткань, имеющую структуру прерывистой саржи 2/4 является самой эффективной. Конфигурация конструкции ткани, имеющей структуру прерывистой саржи 2/4, описывается далее.

Восстанавливаемый при нагревании рукав может быть выполнен в виде оберточного рукава, продольные края которого могут удерживаться вместе для удержания его в замкнутой конфигурации до его восстановления. В качестве примера, перекрывающиеся продольные края оберточного рукава могут закрепляться друг на друга посредством механического соединительного приспособления, проникающего через ткань, например, прострачиванием, соединением скобами или заклепками.

В качестве другого примера на одном продольном краю рукава можно закрепить накладку (которая может содержать ткань той же конструкции, что и рукав, или другой конструкцией, или которая может восстанавливаться или не восстанавливаться при нагревании). Закрепление накладки может осуществляться с помощью механического соединительного приспособления, проникающего через эту накладку и продольный край рукава, или с помощью адгезива. Таким образом, в предпочтительной реализации, как минимум, один продольный край рукава пронизывается механическим соединительным приспособлением, предпочтительно, прострачиванием, соединением скобами или заклепками, которое соединяет этот край: с другим продольным краем, или с накладкой для замыкания рукава.

Механическое приспособление для соединения рукавов из восстанавливаемой при нагревании ткани описано в ЕР, заявка N 0137648, кл. В 29 С 61/06, 1985.

Если один край накладки закрепляется на рукаве, предпочтительно, чтобы накладка была покрыта адгезивом и чтобы адгезив использовался для замыкания оберточного рукава во время его установки.

Восстанавливаемую ткань можно получить путем деформирования ткани, сплетенной из волокон со стабильными размерами. Ее также можно получить путем соединения (предпочтительно сплетения) между собой волокон, которые уже являются восстанавливаемыми. Волокна могут быть поперечно связаны и затем растянуты, чтобы сделать их восстанавливаемыми.

Вместо этого волокна могут быть изначально растянуты и затем поперечно связаны в процессе плетения. Поперечные связи могут быть образованы путем облучения пучком электронов с высокой энергией, химическими реакциями с образованием поперечных связей или с использованием технологии силана.

Образованная ткань покрыта с одной, как минимум, стороны, предпочтительно, с двух сторон, тонким слоем полимерного материала, который может быть термопластиком или эластомером. К числу подходящих материалов относятся: сополимеры этилен винил/ацетата, сополимеры этил акрилата, полиэтилены, содержащие низкие блочные сополимеры полиэтилена, акрилонитрил бутадиен стирена с низкой плотностью и с высокой плотностью и акриловые эластомеры. Другие материалы упоминаются в [2, 3] Предпочтительно, чтобы полимерный материал проходил через всю восстанавливаемую ткань. Предпочтительно, чтобы между восстанавливаемой тканью и полимерным материалом образовывалась композитная структура, как в [2]
Покрытая тонким слоем ткань может быть подвержена обработке для образования поперечных связей. Как и ранее, образование поперечных связей можно достичь облучением пучком электронов с высокой энергией, путем химического процесса или с использованием технологии силана. Этап облучения образует поперечные связи между восстанавливаемыми волокнами ткани и полимерной матрицей и служит дополнением к начальному этапу образования поперечных связей и восстанавливаемых при нагревании волокон.

В случае восстанавливаемых при нагревании ткани и ее волокон можно говорить о неснятом напряжении восстановления волокон и ткани. Напряжение восстановления может даваться, например, для 100% неснятого восстановления (то есть до того, как имело место какое-либо восстановление) или для Х неснятого восстановления, то есть, где (100-Х) восстановления уже имело место. Неснятое напряжение влияет на силу восстановления волокон и ткани, а также на их стойкость к расщеплению после восстановления рукава.

Было обнаружено, что для рукава из ткани желательно, чтобы неснятое напряжение восстановления для 100% неснятого восстановления (то есть когда не имело место восстановление) находилось в диапазоне от 0,185 до 0,3 МПа. Минимальное значение принципиально важно для предотвращения плавления волокон и также для того, чтобы при восстановлении рукава в контакте с объектом, оставалось какое-то остаточное усилие восстановления. Остаточное усилие обеспечивает хороший контакт с объектом даже после охлаждения, и, если рукав покрыт адгезивом или уплотнителем, приводит их в герметизирующий контакт с объектом. Максимальное значение сводит расщепление к минимуму. Также неснятое напряжение восстановления оказывает кольцевое усилие на участок замыкания (перекрытия) оберточного рукава. В зависимости от типа используемого замыкания может оказаться выгодным свести до минимума усилие восстановления ткани для ограничения кольцевого усилия, действующего на участок замыкания.

Поэтому для некоторых областей применения, например, когда для замыкания оберточного рукава используется приклеенная адгезивом накладка, желательно ограничить усилие восстановления ткани до величины 21 Н/50 мм. Это снижает тенденцию накладки сдвигаться относительно обернутого рукава.

Аналогичным образом, желательно, чтобы неснятое напряжение восстановления ткани при 30%-ном неснятом восстановлении (то есть 70%-ном фактическом восстановлении) составляло по меньшей мере 0,0142 МПа (плюс воздействие веса рукава). Как объяснялось выше, это минимальное напряжение восстановления особенно желательно для дающего при нагревании усадку рукава, покрытого адгезивом, или при его покрытии уплотнителем, таким, как мастика, поскольку оно создает достаточное усилие на адгезив или уплотнитель по направлению на покрываемый предмет. Во многих областях применения большие массы уплотнителя размещаются на предмете, например, вокруг места соединения труб, и их нужно протолкнуть рукавом для того, чтобы образовать эффективное законченное герметизированное соединение. Это достигается минимальным неснятым напряжением восстановления величиной 1 Н/50 мм при 30%-ном неснятом восстановлении и минимальным напряжением восстановления 13 Н/50 мм при 100%-ном неснятом восстановлении.

Предпочтительно, чтобы неснятое напряжение восстановления волокон, образующих ткань (при 100%-ном неснятом восстановлении), находилось в диапазоне от 0,1 Н/волокно до 0,2 Н/волокно (для волокон с диаметром 0,4 мм это от 8•10^-4 до 25•10^-4 Н/Текс).

Конструкция ткани согласно изобретению удачно организована для того, чтобы достичь необходимое неснятое напряжение восстановления в дополнение к высокому коэффициенту восстановления величиной, как минимум, 60% предпочтительно, как минимум, 70% или даже до 75 или 80% Поэтому это позволяет получать процесс восстановления по резким переходам размеров и при этом оказывать относительно низкие кольцевые напряжения в месте замыкания оберточного рукава.

Волокна могут быть сделаны восстанавливаемыми при нагревании (например, образованием поперечных связей с последующей деформацией волокон) до или после их включения в состав ткани. Этот начальный этап образования поперечных связей волокон влияет на неснятое напряжение восстановления волокон. Также, как упоминалось выше, второй этап образования поперечных связей можно осуществить после образования тонких слоев. Это влияет на поведение как матрицы, так и рукава, как описано в [2, 3]
Рукав содержит 10-20 восстанавливаемых при нагревании волокон в одном направлении. Это обеспечивает преимущественное направление восстановления рукава и, таким образом, это направление предпочтительно проходит к периферии рукава. Преимущественное направление восстановления может образовывать либо основу, либо уток ткани. Для некоторых областей применения, особенно там, где требуются рукава с большим диаметром, предпочтительно, чтобы оно образовывало основу, что позволяет делать большие рукава на машинах с умеренными размерами.

Таким образом можно получать рукава с диаметром 150 см или даже 300 см.

Предпочтительно, чтобы диаметр восстанавливаемых при нагревании волокон был 0,3-0,5 мм, в особенности около 0,4 мм. Предпочтительно, чтобы восстанавливаемые при нагревании волокна имели Текс от 50 до 200. Каждое восстанавливаемое волокно может содержать например дающее усадку полиэтиленовое волокно. Предпочтительно, чтобы волокна имели прочность на разрыв, как минимум, 0,1 МПа, при их температуре восстановления.

Волокна могут состоять из одной нити, из многих нитей, могут быть свитыми штапельными пряжами или пряжами, образованными фибриллированием (например, из пленки). Предпочтительно, чтобы температура восстановления волокон была 100-150^oС.

Рукав содержит 1-10 стабильных к нагреву волокон на сантиметр в другом направлении, предпочтительно, в направлении основы рукава. Предпочтительным материалом для этих волокон является стекло. Предпочтительно, чтобы было 6 волокон/см, например, 3 пары на сантиметр. Стабильные к нагреванию волокна могут: повысить сопротивление продавливанию рукава, например, в тех областях применения, когда рукав подвергается внутреннему давлению, и определять осевую прочность рукава.

Предпочтительно, чтобы рукав содержал до 4, предпочтительно, от 1 до 2, в особенности 1,5 восстанавливаемых при нагревании волокна на сантиметр в другом направлении, предпочтительно, в направлении основы рукава в дополнение к волокнам в направлении утка рукава.

Их назначение получить гладкую поверхность после восстановления.

В одном варианте реализации ткань согласно этому изобретению включает в себя провод нагревателя для подачи тепла для осуществления восстановления. Предпочтительно, чтобы провод имел зигзагообразную конфигурацию, причем основная часть длины проводов проходит вдоль длины рукава.

Рукав может быть покрыт адгезивом или уплотнителем. Вместо этого или в дополнение к этому можно использовать внутренний уплотняющий рукав, целиком выполненный из адгезива или уплотнителя или покрытый адгезивом или уплотнителем.

На фиг. 1 и 2 показаны схематические чертежи ткани (прерывистая саржа 2/4) согласно изобретению, на фиг. 3 и 4 показан рукав из ткани, размещенный вокруг торца отопительной трубы до и после восстановления.

Фиг. 1 показывает блок-схему ткани, используемую в промышленном производстве. Квадратный блок 6х6 показывает прохождение 6 смежных волокон в каждой основе и каждом утке. На диаграмме уток проходит горизонтально, а основа вертикально. Белый квадрат показывает волокно, проходящее над волокном в другом направлении; это также проиллюстрировано на более наглядной диаграмме на фиг. 2. На фиг. 1 и 2 стабильные к нагреванию или невосстанавливаемые стеклянные волокна обозначены 1, а дающие усадку при нагревании полиэтиленовые волокна обозначены 2. Видно, что в утке, представленном на фиг. 1 горизонтальными рядами, стабильное к нагреванию стеклянное волокно проходит над четырьмя волокнами и потом под двумя волокнами, тогда как полиэтиленовые волокна проходят над двумя волокнами и под одним.

В основе (вертикальные столбцы) восстанавливаемые при нагревании волокна проходят над четырьмя волокнами и потом под двумя. В каждом из тех случаев, когда волокна проходят над четырьмя волокнами, та часть волокон, над которой проходят другие волокна, располагается уступами в примыкающих друг к другу рядах и также в примыкающих друг к другу столбцах.

На фиг. 3 и 4 показано, что отопительная труба имеет внутреннюю стальную трубу 4, внешнюю изоляцию и слой покрытия 6, конец которого срезается, чтобы оголить стальную трубу. Имеется резкий переход 8 в конце срезанной изоляции 6, который необходимо закрыть. Над этим переходом помещается восстанавливаемый при нагревании оберточный рукав из ткани 10, 11 в виде прерывистой саржи 2/4, показанной на фиг. 1 и 2. Стабильная к нагреванию накладка 12 пришивается стежками к одному продольному краю рукава 10. Накладка закрепляется на находящемся под ней рукаве для закрытия обертки. Это закрепление осуществляется с помощью адгезива или механического перекрытия. Затем прикладывается тепло для восстановления рукава. Восстановленные края (помеченные как 11), как видно, контактируют с трубой, покрывая резкий переход.

Пример. Была выбрана следующая моно-нить из высокоплотного полиэтилена НДРЕ для получения восстанавливаемого элемента:
М_n числовой средний молекулярный вес 29,400
М_w средний молекулярный вес 120,800
М_p пиковый молекулярный вес 57,500
D М_w/М_n полидисперсность 4,1
Начальный модуль 3881,1 МПа
Прочность на разрыв (МПа) 534,4 МПа
Относительное удлинение при 21^oС 21%
Диаметр моно-нити 0,38 мм
Волокно имеет следующие свойства, приведенные в таблице.

Волокна высокоплотного полиэтилена НДРЕ были сплетены с невосстанавливаемыми стеклянными волокнами, давая структуру ткани, показанную на фиг. 1. Восстанавливаемые волокна высокоплотного полиэтилена НДРЕ были единственными волокнами в основе. Восстанавливаемые волокна высокоплотного полиэтилена НДРЕ и стеклянные волокна были в утке.

Предпочтительно, чтобы стеклянные волокна имели обозначение ЕС 9 34 teх х 2S152. Обозначение этого типа является стандартными и будет понятно специалистам.

Кратко говоря, оно имеет следующее значение: ЕС означает величину текса связки нитей, х 25 означает число моно-нитей в связке, 152 означает 152 скручиваний в связках на метр.

Плотность основы составляла 15 концов/см, а плотность утка была приблизительно 4,4 на сантиметр (3 стеклянные связки и 1,5 высокоплотного полиэтилена в двух стеклянных связках (1 высокоплотный полиэтилен повторяющийся рисунок). Следовательно, преимущественным направлением усадки была основа.

Ткань делалась в значительной степени непроницаемой путем наложения на нее тонкого слоя полиэтилена с низкой плотностью и с толщиной 0,5 мм с обеих сторон. Наложение слоя производилось при таких температуре, давлении и скорости обработки, что материал проникал в промежутки внутри ткани, но восстановления не происходило.

Полученный композитный материал подвергался этапу облучения мощностью 16 МэВ электронами в воздухе при комнатной температуре в течение периода времени, достаточного для получения требуемого коэффициента восстановления.

Полученный композитный материал имел восстановление, как минимум, 70%
Этот композитный материал использовался для получения оберточного рукава, пригодного для покрытия трубы в сочетании с накладкой перекрытием.

Рукав имел преимущественное направление усадки вокруг своей окружности.

Композитный материал покрывался расплавляющимся при нагревании адгезивом с той стороны, которая будет обращена вовнутрь, когда рукав обертывается вокруг предмета. Толщина слоя наложенного адгезива составляла 1,2 мм.

Использование: в рукавах, которые покрывают изделие, имеющее меняющееся поперечное сечение по длине, размещаются с внешней стороны удлиненного предмета, например, трубы или кабеля, или места соединения труб или кабелей. Сущность изобретения: восстанавливаемый при нагревании рукав выполнен из стабильных к нагреванию волокон, восстанавливаемых при нагревании, сплетенных в ткань, с нанесенным на ее поверхность по меньшей мере с одной стороны полимерным материалом, стабильных к нагреванию волокон от 1 до 10 на один см, проходящих в ткани в одном направлении, восстанавливаемых при нагревании волокон от 10 до 20 на один см, проходящих в ткани в другом направлении, и от 1 до 4 на один см восстанавливаемых при нагревании волокон, проходящих в ткани в направлении расположения стабильных к нагреванию волокон. Все волокна сплетены в ткань, имеющую структуру саржи с коэффициентом восстановления размера при нагреве в одном направлении ткани, равным по меньшей мере 60%. Коэффициент выбран равным по меньшей мере 70%. Волокна сплетены в ткань, имеющую структуру прерывистой саржи 2/4. Рукав выполнен в виде оберточного рукава. Рукав снабжен соединительным приспособлением, закрепленном на одном продольном крае рукава посредством механического прокалывания или прострачивания, или соединения скобами или заклепками с возможностью соединения этого края с другим продольным краем или с накладкой для закрытия рукава. Неснятое напряжение в ткани для 100%-ного неснятого восстановления равно 0,186-0,3 МПа. Неснятое напряжение в ткани для 30% неснятого восстановления равно по меньшей мере 0,0142 МПа. Восстанавливаемые при нагревании волокна выполнены из полиэтилена, а стабильные к нагреванию волокна выполнены стеклянными. 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Восстанавливаемый при нагревании рукав, выполненный из стабильных и нагреванию волокон и волокон, восстанавливаемых при нагревании, сплетенных в ткань, с нанесенным на ее поверхность по меньшей мере с одной стороны полимерным материалом, отличающийся тем, что стабильных к нагреванию волокон 1 10 на один см, проходящих в ткани в одном направлении, а восстанавливаемых при нагревании волокон 10 20 на один см, проходящих в ткани в другом направлении, и 1 4 на один см восстанавливаемых при нагревании волокон, проходящих в ткани в направлении расположения стабильных к нагреванию волокон, причем все волокна сплетены в ткань, имеющую структуру саржи с коэффициентом восстановления размера при нагреве в одном направлении тканья, равным по меньшей мере 60%
2. Рукав по п.1, отличающийся тем, что коэффициент восстановления составляет по меньшей мере 70%
3. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна сплетены в ткань, имеющую структуру прерывистой саржи 2/4. 4. Рукав по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде оберточного рукава. 5. Рукав по п.4, отличающийся тем, что он снабжен соединительным приспособлением, закрепленном на одном продольном крае рукава посредством механического прокалывания, или прострачивания, или соединения скобами или заклепками с возможностью соединения этого края с другим продольным краем или с накладкой для закрытия рукава. 6. Рукав по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что неснятое напряжение в ткани для 100%-ного неснятого восстановления равно 0,185 0,3 МПа. 7. Рукав по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что неснятое напряжение в ткани для 30%-ного неснятого восстановления равно по меньшей мере 0,0142 МПа. 8. Рукав по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что восстанавливаемые при нагревании волокна выполнены из полиэтилена, а стабильные к нагреванию волокна выполнены стеклянными.