ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение, как правило, в целом относится к адаптируемой к требованиям заказчика, выполненной из композиционного материала системе изоляции труб, предназначенной для применений в промышленных транспортных средствах, автомобилях и транспортных средствах для отдыха, которые предусматривают перемещение текучих сред по трубам и трубопроводам.
[0002] Изолированные трубы в отраслях промышленности и транспорта часто являются специфическими для конкретного применения, и они часто представляют собой компоненты, выпускаемые малыми партиями с ежегодной потребностью до тысячи штук в год. Во многих применениях требуется изготовление изоляции конкретно для заданной геометрии трубы и при требованиях к изоляции, специфических для конкретного применения. Как правило, изоляция не является гибкой или адаптируемой для различных конфигураций. Часто требуется, чтобы изоляция обеспечивала теплоизоляцию, защиту трубы, была астатически приемлемой и долговечной для длительных периодов использования. Современные методы, как правило, требуют оснастки, специфической для компонента, или трудоемких способов размещения и, как правило, не выполняются на заданном уровне в одной или более зон. Часто изоляция трубы является одинаковой на всем компоненте для минимизации сложности наложения, хотя тепловые потери, обнаруживаемые во всей системе, не являются однородными.
[0003] Кроме того, трубопроводы для автомобилей и технологические трубопроводы, как правило, имеют сложные формы, сужения или тому подобное для их направления в надлежащее место выхода, и часто любой отдельный компонент представляет собой специфический компонент. В настоящее время для придания изоляции определенной формы вокруг трубопроводов используют рулонные материалы, намотку или отформованные компоненты. Рулонные материалы, как правило, отрезают по заказу для конкретного компонента и скрепляют посредством кнопок, застежек-«молний» или ремней. Намотанная изоляция часто включает множество слоев намотанных материалов, что связано с чрезвычайно высокой трудоемкостью. Отформованные компоненты представляют собой или традиционные композиционные материалы, или системы с покрытием из металлической фольги, которые требуют оснастки, специфической для компонента.
[0004] Изготовление армированных волокнами композиционных материалов включает смачивание, смешивание или насыщение волокон матрицей, уплотнение, формование и отверждение композиционного материала. Волокно может быть введено в виде сыпучего материала или упорядоченно в виде ткани или ленты. Волокна представляют собой дискретную фазу армированного волокнами композиционного материала. Матрица представляет собой непрерывную фазу и часто получена на основе полимерных материалов. Смачивание, смешивание или насыщение волокон матрицей могут выполняться посредством ряда способов, включая нанесение материала перед уплотнением или во время уплотнения или формования. Системы из армированных волокнами композиционных материалов, как правило, образуют с определенной конфигурацией и уплотняют, используя внешнюю форму, которая может быть или не быть многократно используемой. В данных применениях форму с заданной конфигурацией изготавливают предварительно. Волокно и смолу вводят в формовочную систему, и посредством химической реакции, тепла и/или давления образуют компонент из армированного волокнами композиционного материала. Как правило, это выполняют посредством эластичного мешка, применяемого при вакуумном формовании, автоклава, формования посредством инжекции смолы или формования прессованием.
[0005] При описании формования армированных волокнами композиционных материалов часто целесообразно называть две части формы нижней частью формы и верхней частью формы. В некоторых применениях целесообразно упоминать внутреннюю и наружную части формы. Термины «нижняя» и «верхняя» и «внутренняя» и «наружная» необязательно описывают конфигурацию форм, а используются для обозначения разных поверхностей. При формовании трубчатого компонента можно иметь цилиндрический дорн в качестве нижней части формы и жесткую верхнюю часть формы для придания армированному волокнами композиционному материалу формы дорна.
[0006] Вакуумное формование компонента сложной формы с использованием эластичного мешка, как правило, требует жесткой нижней части формы и предусматривает использование системы из гибкой, воздухонепроницаемой пленки в качестве верхней части формы. Систему герметизируют с обеспечением воздухонепроницаемости, и создают вакуум для создания давления для уплотнения композиционного материала во время отверждения.
[0007] При формовании в автоклаве используются верхняя и нижняя части формы, которые обе являются жесткими, при этом каждая часть образует одну сторону отформованного компонента. В данном процессе волокнистый наполнитель и матрицу размещают между формовочными плитами и создают вакуум. Как правило, используют тепло и давление для отверждения компонента.
[0008] При способе «Формования посредством инжекции смолы» (RTF) используются верхняя и нижняя части формы, которые обе являются жесткими. При RTF-формовании волокнистый наполнитель размещают в форме и форму закрывают. Матрицу впрыскивают в закрытую форму, и компонент отверждается.
[0009] Формование прессованием представляет собой процесс формования, при котором пластик размещают непосредственно в нагретой металлической пресс-форме, размягчают под действием тепла и посредством прессования обеспечивают придание ему формы пресс-формы при смыкании пресс-формы. Формование прессованием начинается при определенном количестве пластика или желатина, размещенного сверху или введенного в пресс-форму. После этого материал нагревают до податливого состояния в пресс-форме и посредством нее. Вскоре после этого гидравлический пресс осуществляет поджим податливого пластика к пресс-форме, в результате чего получают отформованную деталь, сохраняющую форму внутренней поверхности пресс-формы. Формование прессованием представляет собой способ, который используется в крупносерийном производстве, предусматривает применение высокого давления и пригоден для формования сложных армированных стекловолокном высокопрочных деталей.
[0010] Несмотря на то, что высокая степень сжатия во время формования может обеспечить создание сильно уплотненного композиционного материала при минимальном объеме пустот для максимизации прочности, это не всегда необходимо или желательно. В некоторых случаях приемлемый уровень характеристик может быть достигнут без высокой степени сжатия, и другие параметры, такие как затраты, сложность и длительность изготовления, могут быть оптимизированы. В применениях, в которых желательна тепло- или звукоизоляция, более высокий уровень объема пустот может в реальности быть предпочтительным.
[0011] Исторически применение композиционных армированных волокнами материалов ограничивалось деталями, выпускаемыми крупносерийно и/или имеющими высокую стоимость. Затраты на оборудование для формования должны окупаться или за счет большого объема выпуска деталей, или за счет высокой стоимости деталей, производимых малыми партиями.
[0012] Как следствие уровня технических знаний и оборудования, необходимых для получения традиционных армированных волокнами композиционных материалов, они наиболее часто используются теми, кто имеет высокую квалификацию в данной отрасли. Можно предположить, что армированные волокнами композиционные материалы могли бы применяться более широко, если бы их было легче использовать.
[0013] В последнее время был разработан ряд обертывающих лент из композиционных материалов. Несмотря на то, что они устраняют потребность в форме, состоящей из двух частей, обертывающие ленты имеют ряд проблем, включая неоднородное сжатие, неодинаковую толщину, прерывистое покрытие вдоль длины, непрочность краев ленты и плохой внешний вид.
[0014] Армированные волокнами композиционные материалы используются как для изготовления самих труб, так и в качестве средства упрочнения обычных пластиковых и металлических труб. Трубы из армированных волокнами композиционных материалов могут быть изготовлены посредством обычных способов формования и пултрузии. Обычные трубы наиболее часто упрочняют посредством наматываемых армированных волокнами композиционных материалов.
[0015] Пултрузия представляет собой непрерывный процесс формования, посредством которого армирующие волокна насыщают жидкой полимерной смолой и формуют и протягивают через нагретую головку для формования непрерывного компонента, такого как труба.
[0016] Штамповка металла представляет собой процесс, в котором плоский или катаный лист металла помещают в штамповочный пресс, в котором поверхности оснастки сжимают вместе для придания листовому металлу заданной формы. Штамповку металла, как правило, используют для формования покрытий из металлической фольги, используемых при изоляции труб и коробов.
[0017] Каждая из данных операций формования требует специального оборудования и производственной базы, таких как пресс-формы, компрессионное оборудование или вакуумное оборудование, и они, как правило, требуют специфических компонентов для каждого изготавливаемого изделия. Таким образом, каждая отличающаяся от других конфигурация выхлопной трубы требует специфического комплекта форм, каждая из которых приводит к существенным затратам на оснастку. Кроме того, каждый раз при смене конфигурации должен быть создан новый комплект формовочных плит.
[0018] Кроме того, способы, используемые в настоящее время для создания выхлопных систем, имеют различные ограничения. Например, изоляционные покрытия имеют склонность разрываться или легко истираться, если их зацепить. Обработка волокон на основе смол не позволяет включать добавки, такие как пигменты и тому подобное. Реологические свойства волокон на основе смол ограничены свойствами, получаемыми в процессе производства волокон на основе смол. Кроме того, количество смолы, которое может быть использовано для стабилизации и упрочнения системы, ограничено волокнами на основе смол.
[0019] Следовательно, было бы желательно разработать систему изоляции труб, которая может быть адаптирована к требованиям заказчика и которая обеспечивает возможность простого наложения на трубы с различной геометрией и легкой адаптации к типу и уровню предусмотренной изоляции, легко обеспечивает возможность создания изменяющейся изоляции вдоль трубы, позволяет легко модифицировать типы и распределение матриц в системе изоляции, обеспечивает возможность простого добавления поверхностных покрытий, простого крепления к трубе и отверждения без использования наружных частей форм.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] Варианты осуществления настоящего изобретения направлены на удовлетворение вышеуказанных потребностей и/или достижение других преимуществ посредством обеспечения устройств и способов для создания адаптируемой к требованиям заказчика, изоляционной системы из самоформующегося армированного волокнами композиционного материала, которая выполнена с возможностью наложения на компонент и содержит по меньшей мере один конструкционный армирующий слой, при этом упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой выполнен с возможностью обеспечения конструкционной опоры, изоляции или защиты для компонента; самоформующееся волокнистое покрытие, выполненное с возможностью полного закрывания упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и обеспечения сжатия вокруг упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и, по меньшей мере частично, вокруг компонента без приложения внешних сил, и раствор жидкой полимерной матрицы, выполненный с возможностью нанесения на упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой и самоформующееся волокнистое покрытие, размещенные, по меньшей мере частично, на компоненте и с возможностью отверждения для формирования посредством этого изоляционной системы из армированного волокнами композиционного материала. Как правило, в некоторых вариантах осуществления предусмотрена адаптируемая к требованиям заказчика изоляционная система из самоформующегося армированного волокнами композиционного материала, которая может быть легко наложена на отдельные трубы или эффективно применяться для конфигураций компонентов, изготавливаемых в больших объемах. Система включает в себя очень гибкое, самоформующееся покрытие, по меньшей мере один конструкционный армирующий слой или волокнистый базовый слой, одну или более матричных систем с высокой степенью адаптируемости к требованиям заказчика, возможное, но необязательное поверхностное покрытие и средство зажима, которым всем придается определенная форма на трубе и которые все отверждаются на трубе на одном этапе без помощи наружных частей форм.
[0021] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой содержит конструкционные волокна, волокна на основе смол и/или эластичные волокна, при этом конструкционные волокна включают стекловолокна, углеродные, полимерные, керамические, металлические, минеральные и/или натуральные волокна, и волокна на основе смол включают волокна на основе полиэтилентерефталата (РЕТ), полиамида (РА), полифениленсульфида (PPS), полифениленового эфира/полифениленоксида (РРЕ), полиэтиленимина (PEI), полиэфирэфиркетона (РЕЕК), фторсодержащих полимеров, таких как политетрафторэтилен (PTFE), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), поливинилиденфторид (PVDF) и/или сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE).
[0022] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой содержит плетеные волокнистые материалы, трикотажные волокнистые материалы, тканые волокнистые материалы и/или нетканые волокнистые материалы.
[0023] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой содержит полимерные пленки, металлические пленки, металлизированные полимерные пленки, фольгу, армированные волокнами пленки и/или армированную волокнами фольгу.
[0024] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления самоформующееся волокнистое покрытие содержит плетеные волокнистые материалы, трикотажные волокнистые материалы, тканые волокнистые материалы и/или нетканые волокнистые материалы.
[0025] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления самоформующееся волокнистое покрытие содержит конструкционные волокна, волокна на основе смол и/или эластичные волокна, при этом конструкционные волокна включают стекловолокна, углеродные, полимерные, керамические, металлические, минеральные и/или натуральные волокна, и волокна на основе смол включают волокна на основе полиэтилентерефталата (РЕТ), полиамида (РА), полифениленсульфида (PPS), полифениленового эфира/полифениленоксида (РРЕ), полиэтиленимина (PEI), полиэфирэфиркетона (РЕЕК), фторсодержащих полимеров, таких как политетрафторэтилен (PTFE), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), поливинилиденфторид (PVDF) и/или сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE).
[0026] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления раствор жидкой полимерной матрицы содержит дисперсию измельченного термопластичного полимера в органическом или неорганическом растворителе.
[0027] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления раствор жидкой полимерной матрицы содержит одну или более добавок, выбранных из группы, содержащей поверхностно-активные вещества, эмульгаторы, диспергаторы, реологические модификаторы и функциональные добавки.
[0028] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления раствор жидкой полимерной матрицы содержит термореактивный полимер, при этом термореактивный полимер содержит алкидные, амино-, эпоксидные, фенольные, полиимидные, полиуретановые или силановые полимеры.
[0029] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления раствор жидкой полимерной матрицы выполнен с возможностью втекания внутрь самоформующегося волокнистого покрытия и его, по меньшей мере частичной, пропитки для создания армированного волокнами композиционного материала.
[0030] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления раствор жидкой полимерной матрицы выполнен с возможностью втекания внутрь упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и его, по меньшей мере частичной, пропитки для образования многослойного армированного волокнами композиционного материала.
[0031] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления изоляционная система из композиционного материала дополнительно содержит один или более слоев из металлической фольги или из металлической армированной волокнами фольги, выбранных из группы, содержащей алюминий, алюминий, армированный стекловолокном, нержавеющую сталь, никель и олово.
[0032] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления изоляционная система из композиционного материала дополнительно содержит поверхностное покрытие, адаптируемое к требованиям заказчика и выполненное с возможностью нанесения на самоформующееся волокнистое покрытие и с возможностью отверждения, при этом адаптируемое к требованиям заказчика поверхностное покрытие содержит один или более полимеров, измельченных в сухом состоянии и растворенных в растворителе, и эмульгатор.
[0033] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления раствор жидкой полимерной матрицы затекает между упомянутым по меньшей мере одним конструкционным армирующим слоем и самоформующимся волокнистым покрытием во время отверждения для создания механической и химической связи между слоями системы из композиционного материала.
[0034] В некоторых вариантах осуществления система из композиционного материала используется для изоляции в системах трубопроводов и выхлопных системах автомобилей, транспортных средств для отдыха и в системах трубопроводов и выхлопных системах в промышленности. По существу, данная система может способствовать удерживанию внутреннего тепла содержимого трубы. Кроме того, система может обеспечить защиту окружающих компонентов от экстремальных температур труб при одновременной защите трубы от ржавчины, коррозии и повреждения. Применения изоляции могут включать изоляционные покрытия выхлопных патрубков, изоляционные покрытия труб, покрытия для оборудования или двигателей (например, покрытия для турбин), покрытия для оружейных стволов и тому подобное.
[0035] В некоторых вариантах осуществления изоляционная система из композиционного материала также может быть использована для применений в строительстве, в которых система из композиционного материала используется для обеспечения возможности увеличения или выдерживания нагрузки на конструкцию системы. В данных применениях внутренняя часть формы может оставаться или может быть удалена после обработки. Примеры данного применения включают упрочнение труб в случае труб низкой прочности, таких как воздуховоды, трубы систем отопления, вентиляции и кондиционирования, трубы для перемещения текучих сред и трубы охлаждения.
[0036] В некоторых вариантах осуществления система из композиционного материала используется для изоляции промышленных труб и трубопроводов, которые обеспечивают перемещение горячих или холодных текучих сред, для удерживания тепла, изоляции от тепла и защиты рабочих и окружающей среды. Текучие среды могут включать жидкости, газы и смеси жидкостей и газов, и смеси или жидкостей, или газов, или как жидкостей, так и газов, с твердыми веществами.
[0037] В некоторых вариантах осуществления система из композиционного материала может быть использована в операциях создания покрытий. Таким образом, система из самоформующегося композиционного материала может обеспечить жесткую защиту внутренних компонентов от повреждений, вызываемых внешними факторами, такими как погодные условия, абразивный износ, воздействие тупых предметов или тому подобное.
[0038] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления система из композиционного материала может содержать трубчатые слои изоляционных, конструкционных армирующих и/или покрывающих материалов. Трубчатые элементы могут иметь шов или могут быть бесшовными. В других вариантах осуществления слои могут быть образованы посредством разрезания и сшивания материалов или другого способа соединения для создания самоформующейся системы. В других вариантах осуществления данные материалы могут быть изготовлены с заданной формой.
[0039] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления система из композиционного материала может включать в себя по меньшей мере один волокнистый базовый слой или конструкционный армирующий слой, наложенный рядом с предметом, для которого выполняют изоляцию или покрытие. Базовый слой или конструкционный армирующий слой может представлять собой плетеную, трикотажную, тканую и/или нетканую или сформированную иным образом, волокнистую основу. В некоторых вариантах осуществления могут быть добавлены один или более базовых слоев или конструкционных армирующих слоев.
[0040] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления могут быть размещены слои локализованной изоляции для локального улучшения изоляционной способности. Локализованная изоляция может быть размещена рядом с трубой или коробом, между другими конструкционными армирующими слоями/базовыми слоями или между конструкционным армирующим слоем/базовым слоем и покрытием. Слои локализованной изоляции могут представлять собой нетканый, тканый, трикотажный, плетеный или другой волокнистый материал и могут иметь любой размер, который меньше полного покрытия для трубы или короба. Локализованная изоляция может содержать материалы, способствующие адгезии и/или размещению/наложению. Локализованная изоляция может содержать матрицу или другие добавки.
[0041] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления система из композиционного материала может включать в себя самоформующееся волокнистое покрытие, такое как трикотажное покрытие. Самоформующееся волокнистое покрытие может содержать конструкционные волокна, эластичные волокна и/или волокна на основе смол. Самоформующееся волокнистое покрытие может содержать от 0% до 75% волокон на основе смол в зависимости от заданного применения. Самоформующееся волокнистое покрытие может содержать от 0% до 10% эластичных волокон. Внутренний слой материала самоформующегося волокнистого покрытия может быть выполнен с возможностью трансформации во время отверждения для создания «крючка», который будет заделан в один или более нижележащих слоев. Как правило, самоформующееся волокнистое покрытие является эластичным, пружинообразным и смещается к его исходной конфигурации для обеспечения сжатия вокруг упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и, по меньшей мере частично, вокруг компонента без приложения внешних сил. В частности, самоформующееся волокнистое покрытие может расширяться от его исходной конфигурации для обеспечения его соответствия размерам компонента или охвата компонента и любых конструкционных армирующих слоев на компоненте, но будет «смещаться» к его исходной конфигурации, в результате чего создается сжимающая сила вокруг охваченного по меньшей мере одного конструкционного слоя и компонента. Самоформующееся волокнистое покрытие может содержать стекловолокна, керамические, металлические, натуральные, металлические волокна и/или волокна на полимерной основе в различных комбинациях.
[0042] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления покрытие может включать в себя плетеный, тканый или нетканый материал или любые комбинации из 2 или более из данных материалов. Во время отверждения материал покрытия приобретает заданную форму и сохраняет целостность структуры. Покрытие может содержать конструкционные волокна, эластичные волокна и/или волокна на основе смолы. Покрытие может содержать стекловолокна, керамические, натуральные, металлические, минеральные волокна и/или волокна на полимерной основе в различных комбинациях.
[0043] В некоторых вариантах осуществления система из самоформующегося армированного волокнами композиционного материала содержит покрытие и один или более базовых слоев или конструкционных армирующих слоев из волокнистого материала, которые могут быть химически и/или физически соединены вместе.
[0044] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления могут быть предусмотрены один или более слоев из фольги или армированной волокнами фольги рядом с конструктивным элементом, на который наносится покрытие. В случаях применения при высоких температурах и воздействии коррозионно-активных сред это может уменьшить коррозию трубы или короба. Данный слой будет иметь очень малый объем пустот и имеет минимальное расширение и сжатие во время нагрева и охлаждения, что может обеспечить минимизацию переноса текучих сред во время циклического изменения температуры. Слой фольги может также образовывать барьер между объектом и матрицей.
[0045] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления могут быть предусмотрены слои из фольги между другими слоями для улучшения изоляции. Слой фольги также может защищать изоляцию от износа, вызываемого вибрацией системы.
[0046] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления наружный слой может представлять собой слой фольги для улучшения теплоизоляционных или защитных свойств. В данных применениях покрытие и слой фольги будут самоформующимися.
[0047] В некоторых вариантах осуществления один или более слоев системы из композиционного материала могут быть пропитаны матрицей.
[0048] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой или базовый слой может быть пропитан матрицей.
[0049] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления матрица может иметь один и тот же состав в множестве слоев.
[0050] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления матрица может иметь разные составы в разных слоях.
[0051] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления матрица может быть нанесена в виде раствора, дисперсии, эмульсии.
[0052] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления будет применяться в виде раствора термопластичного полимера на основе растворителя, состоящего из измельченного термопластичного полимера и одного или более веществ из поверхностно-активного вещества или добавки. Измельченные термопластичные полимеры могут включать один или более из полиэтилентерефталата (РЕТ), полиамида (РА), полифениленсульфида (PPS), полифениленового эфира/полифениленоксида (РРЕ), полиэтиленимина (PEI), полиэфирэфиркетона (РЕЕК), фторсодержащих полимеров, таких как политетрафторэтилен (PTFE), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), поливинилиденфторид (PVDF) и/или сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), но не ограничены ими. Растворитель может быть органическим или неорганическим. Раствор термопласта может включать в себя одну или более функциональных добавок. Кроме того, раствор термопластичного полимера на основе растворителя затекает в один или более слоев материала. Полимерное волокно, как правило, содержит полимер с удельной вязкостью, обеспечивающей возможность вытяжки и формования полимера в волокно. Однако, в отличие от использования волокна, применение измельченного полимера в данной системе позволяет воздействовать на индекс текучести расплава полимера (ʺMFIʺ), что создает возможность использования большего диапазона MFI, чем было бы возможно в случае волокна. В некоторых вариантах осуществления измельченный полимер с высоким MFI используется для обеспечения легкости затекания расплавленного полимера между слоями системы из композиционного материала. В других вариантах осуществления измельченный полимер с низким MFI используется для большей механической прочности.
[0053] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления различные эмульгаторы могут быть добавлены к раствору полимера на основе растворителя для содействия образованию стабильного раствора. Иллюстративные эмульгаторы включают анионные поверхностно-активные вещества (например, сульфаты, сульфонаты и сакрозинаты), неионогенные поверхностно-активные вещества (например, полиэтиленгликоль (Triton X-100), этоксилированные линейные спирты, этоксилированные алкилфенолы, сложные эфиры жирных кислот, производные аминов и амидов или тому подобное), катионогенные поверхностно-активные вещества (например, линейные алкиламины и алкиламмоний, соединения амидов и сложных эфиров, соединения аминов и простых эфиров, оксиамины или тому подобное), амфортерные поверхностно-активные вещества (например, пропионовые кислоты, кватернизованные соединения), фторированные поверхностно-активные вещества (например, перфторированные карбоксилаты и сульфонаты и тому подобное).
[0054] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления жидкая полимерная матрица может применяться в виде раствора термореактивного полимера. Термореактивные полимеры могут включать одни или более из алкидных, амино-, эпоксидных, фенольных, полиэфирных, полиимидных, полиуретановых, силикатных или силановых. Раствор термореактивного полимера может включать в себя один или более органических или неорганических растворителей. Раствор термореактивного полимера может включать в себя одну или более функциональных добавок. Кроме того, раствор термореактивного полимера на основе растворителя проходит внутрь одного или более слоев материала.
[0055] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления матричный раствор может быть нанесен распылением, нанесен щеткой, нанесен в виде покрытия, нанесен валиком, нанесен погружением или нанесен иным образом на один или более из слоев системы из композиционного материала после ее размещения. Матрица может содержать по меньшей мере один термопластичный, термореактивный или другой полимерный материал. Растворитель может быть органическим или неорганическим.
[0056] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления матричный раствор может быть введен в один или более из слоев перед их размещением. Матрица может содержать по меньшей мере один термопластичный, термореактивный или другой полимерный материал. Растворитель может быть органическим или неорганическим.
[0057] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления матричный раствор наносят на скомплектованный компонент посредством нанесения погружением, нанесения щеткой, нанесения распылением или аналогичных способов. Проникновение регулируют посредством химического состава, поверхностного натяжения, механического усилия, вибраций, турбулентности и/или ультразвуковых волн, подводимых к ванне.
[0058] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления матрица будет проходить через 2 или более слоев и создавать зону контакта поверхностей в композиционном материале. Зона контакта поверхностей может иметь волокна из одного или обоих слоев, которые проходят в или через зону контакта поверхностей.
[0059] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления поверхность композиционного материала может включать в себя поверхностное покрытие, адаптируемое к требованиям заказчика. Поверхностное покрытие, адаптируемое к требованиям заказчика, может представлять собой систему на основе термопластичного или термореактивного полимера или другой пригодный материал. Поверхностное покрытие, адаптируемое к требованиям заказчика, также может включать в себя одну или более функциональных добавок.
[0060] В некоторых вариантах осуществления одна или более функциональных добавок могут быть добавлены к матрице или поверхностному покрытию. Функциональные добавки могут включать красители, добавки для повышения стойкости к абразивному износу, огнезащитные добавки, добавки для изменения поверхностного натяжения, наполнители, упрочняющие добавки, средства для изменения температуры стеклования, такие как бентонитовая глина, добавки для теплозащиты, такие как керамические материалы, отражающие инфракрасное излучение, и/или добавки для создания различных текстур или придания различного внешнего вида системе из композиционного материала, такие как диоксид титана, но не ограничены ими. Другие добавки могут включать смазочные материалы, УФ-стабилизаторы, противомикробные средства, антиоксиданты и тому подобное. Красители могут включать высокотемпературные керамические пигменты, металлические пигменты, земляные пигменты из глины, углеродные пигменты, синтетические пигменты и другие пигменты для придания цвета и/или изменения степеней непрозрачности полимерной системы, но не ограничены ими. Добавки для улучшения защиты от абразивного износа могут включать оксид железа, керамические материалы, силикаты и металлы, но не ограничены ими. Огнезащитные добавки могут включать гидроксид алюминия, оксиды сурьмы, хлорированные соединения, оксиды сурьмы и фосфорорганические соединения, но не ограничены ими. Наполнители могут включать стеклянные шарики, порошковый диоксид кремния, целлюлозу, глины, кремнезем, тальк, диатомит, известь и другие инертные материалы, но не ограничены ими. Добавки для изменения поверхностного натяжения могут включать фторуглероды, смачивающие добавки и силикон, но не ограничены ими. Упрочняющие добавки могут включать измельченное углеродное волокно, стекловолокно, металлические и арамидные волокна, но не ограничены ими.
[0061] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления тепло подводят к компоненту после завершения размещения для отверждения системы. Тепло может содействовать отверждению и/или ускорить отверждение системы из композиционного материала. Тепло также может способствовать прохождению полимера в слои и между слоями.
[0062] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления скомплектованный компонент размещают в печи для ускорения отверждения.
[0063] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления наружные элементы, получаемые формованием, могут быть отформованы в системе посредством формовочных плит, наложенных перед отверждением, так, как требуется для конечного применения. Наружные элементы, получаемые формованием, могут включать плоские зоны для создания зазора, отверстия для прохода и другие элементы.
[0064] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления наружные элементы, получаемые формованием, могут быть отформованы на скомплектованном компоненте после отверждения.
[0065] В некоторых вариантах осуществления или в комбинации с любыми из вышеприведенных вариантов осуществления изоляционная система из композиционного материала поддается ремонту. По существу, если система износится, подвергнется разрывам или тому подобному, она может быть легко отремонтирована без замены изоляции из композиционного материала. Кроме того, система из самоформующегося композиционного материала может служить в качестве средства для ремонта при повреждении системы изоляции или покрытия любого типа. Таким образом, смесь для ремонта может быть поставлена монтажной организации или конечному пользователю для завершения ремонта. Смесь может представлять собой раствор термопластичного или термореактивного полимера. Термопластичные системы могут включать в себя один или более полимеров, измельченных в сухом состоянии, которые в кристаллическом или полукристаллическом виде растворены или диспергированы иным образом в неорганическом или органическом растворителе. Добавки могут быть включены в смесь для ремонта для обеспечения ремонта, который приемлем как физически, так и эстетически. Добавки могут включать любые из добавок для матрицы. Таким образом, монтажная организация или конечный пользователь сможет нанести смесь для ремонта посредством щетки, валика, скребка, распыления или тому подобного так, чтобы смесь для ремонта заполнила и покрыла поврежденную зону системы. После нанесения смеси для ремонта может быть подведено тепло для отверждения смеси для ремонта. Тепло может быть подведено посредством термофена, печи или тому подобного. Во время отверждения смесь для ремонта может проходить в различные слои изолятора и сплавлять их в месте для заделки поврежденного участка, образованного в изоляторе.
[0066] Как будет понятно для среднего специалиста в данной области техники любая комбинация из данных одного или более слоев системы из композиционного материала может быть использована в зависимости от требований, связанных с применением, таких как термостойкость, воздухопроницаемость, стойкость к абразивному износу, внешний вид или тому подобное, заданных исходя из выполняемых операций при создании изоляции и/или покрытия.
[0067] Варианты осуществления изобретения относятся к устройствам и способам выполнения системы из композиционного материала, содержащей: возможные конструкционные армирующие слои или базовые слои из армирующих волокон, которые могут содержать или не содержать волокна на основе смол; матрицу на полимерной основе, которая может быть предварительно нанесена на материал, нанесена во время размещения или после размещения; покрытие, которое может содержать или не содержать волокна на основе смол и которое обеспечивает уплотнение без приложения внешней силы.
[0068] Признаки, функции и преимущества, которые были рассмотрены, могут быть обеспечены независимо в разных вариантах осуществления настоящего изобретения или могут быть скомбинированы с другими вариантами осуществления, дополнительные детали которых можно увидеть при рассмотрении нижеследующего описания и чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0069] После описания вариантов осуществления в общих чертах далее делается ссылка на сопровождающие чертежи, в которых:
[0070] фиг.1 иллюстрирует вид в перспективе изоляционной системы из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0071] фиг.2 иллюстрирует вид в перспективе с вырезом изоляционной системы из композиционного материала с межповерхностным слоем и поверхностным покрытием в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0072] фиг.3 иллюстрирует вид в перспективе изоляционной системы из композиционного материала вокруг трубы с сужением в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0073] фиг.4 иллюстрирует вид в перспективе изоляционной системы из композиционного материала с плетеным покрытием/оплеткой в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0074] фиг.5 представляет собой вид с торца изоляционной системы из композиционного материала с зажимом в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0075] фиг.6а иллюстрирует поперечное сечение системы из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0076] фиг.6b иллюстрирует поперечное сечение системы из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0077] фиг.6с иллюстрирует поперечное сечение изоляционной системы из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0078] фиг.6d иллюстрирует поперечное сечение изоляционной системы из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0079] фиг.7 иллюстрирует изображение в разрезе процесса отверждения системы из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения; и
[0080] фиг.8а иллюстрирует вид в перспективе системы из самоформующегося армированного волокнами композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения;
[0081] фиг.8b иллюстрирует поперечное сечение системы по фиг.8а из самоформующегося композиционного армированного волокнами материала;
[0082] фиг.9а иллюстрирует вид с вырывом изоляционной системы из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения; и
[0083] фиг.9b иллюстрирует вид с вырывом изоляционной системы из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0084] В дальнейшем варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны с большей полнотой со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показаны некоторые, но не все варианты осуществления изобретения. Действительно, изобретение может быть реализовано во многих разных вариантах и не должно рассматриваться как ограниченное вариантами осуществления, приведенными в данном документе; скорее, данные варианты осуществления приведены с тем, чтобы данное раскрытие изобретения соответствовало применяемым требованиям законодательства. Там, где это возможно, подразумевается, что любые термины, выраженные в единственном числе в данном документе, охватывают также множественное число и наоборот, если четко не утверждается иное. Кроме того, в используемом в данном документе смысле слова в единственном числе должны означать «один или более», даже несмотря на то, что выражение «один или более» также используется в данном документе. Кроме того, когда в данном документе утверждается, что что-то «базируется на» чем-то другом, оно может базироваться также на одной или более прочих вещах. Другими словами, если явным образом не указано иное, в используемом в данном документе смысле выражение «базируется на» означает «базируется по меньшей мере частично на». Аналогичные ссылочные позиции везде относятся к аналогичным элементам.
[0085] Варианты осуществления, представленные в данном документе, направлены на изоляционные системы из композиционного материала, выполненные с возможностью использования в качестве изоляции, опорных конструкций, покрытия и/или средств защиты для одного или более компонентов. «Компоненты» в используемом в данном документе смысле могут относиться к деталям машин, элементам конструкций, механическим системам/компонентам, которые требуют изоляции, опорным конструкциям/конструкционным упрочняющим элементам, покрытию или тому, что требует защиты тем или иным образом. В некоторых вариантах осуществления компонент представляет собой полый трубчатый элемент, трубу, короб, шланг, цилиндрическую/трубчатую секцию, полый элемент с соответствующим поперечным сечением и прямолинейной/криволинейной осью, фитинг, используемый в трубных узлах, клапаны, используемые в трубных узлах, или тому подобное. В некоторых вариантах осуществления компонент выполнен с возможностью транспортирования, удерживания, перемещения, направления, контроля и/или регулирования потока текучих сред (жидкостей, газов), псевдоожиженных материалов, суспензий и тому подобного. В некоторых вариантах осуществления компонент может относиться к трубопроводам и коробам, трубопроводам нагрева и охлаждения, линиям подачи текучих сред и паропроводам, выполненным с возможностью использования в промышленных применениях и соответствующих системах нагрева/охлаждения. В некоторых вариантах осуществления компонент выполнен с возможностью использования в выхлопных системах, трубках охлаждения двигателя, воздухозаборных системах и в других случаях применения в автомобилях. Например, компонент может представлять собой компонент выхлопной системы, содержащий полый трубчатый элемент или трубу, выполненный (-ую) с возможностью перемещения выхлопных газов (или других текучих сред) из одного места в другое. В качестве другого примера компонент может представлять собой трубу или компонент трубного узла/фитинга, выполненный с возможностью транспортирования текучей среды в промышленности или в здании.
[0086] В некоторых вариантах осуществления изоляционная система из композиционного материала в используемом в данном документе смысле может относиться к изоляции из композиционного материала или покрытию, которая выполнена с возможностью использования на одном или более компонентах или по меньшей мере на части наружной поверхности одного или более компонентов. В некоторых вариантах осуществления изоляционная система из композиционного материала в используемом в данном документе смысле может относиться к изолированному компоненту, содержащему изоляцию из композиционного материала или покрытие, предусмотренную по меньшей мере на части компонента, которая должна быть изолирована. В этой связи изоляционная система из композиционного материала может относиться к изолированному компоненту или до, или во время или после сборки и/или до, во время или после обработки/отверждения изоляционного композиционного материала, предусмотренного на компоненте. Изоляция в используемом в данном документе смысле может относиться к теплоизоляции компонента, конструкционной опоре/упрочняющей системе для компонента, покрытию одной или более поверхностей компонента для защиты компонента от факторов окружающей/производственной среды, покрытиям для оптимизации энергопотребления, звуковой изоляции и/или электрической изоляции. Как правило, изоляционная система из композиционного материала находит применение при теплоизоляции для регулирования теплопроводности, теплового излучения или теплопередачи в целом между компонентом и текучей средой, транспортируемой или перемещаемой посредством компонента. Однако изоляционная система из композиционного материала может также обеспечивать регулирование теплопередачи между компонентом и окружающей средой.
[0087] Изоляционная система из композиционного материала, описанная в данном документе, может быть использована в самых разных случаях применения и на самых разных компонентах, включая изоляционные покрытия выхлопных труб, изоляционные покрытия труб, покрытия для оборудования или двигателей (такие как покрытия для турбин), жесткие противопожарные барьерные панели, покрытия для оружейных стволов, отверждаемые при нагревании композиционные текстильные материалы, накладки/заплаты, соединяемые с вышеуказанными компонентами, и/или тому подобное. Изоляционные системы из композиционных материалов могут быть выполнены с возможностью изоляции трубопроводов и коробов в автомобилях, на промышленных предприятиях, в жилых домах, в транспортных средствах для отдыха. Применения изоляционной системы из композиционного материала в автомобилях включают выхлопные системы, трубки охлаждения двигателей и воздухозаборные системы. В данном случае изоляция может быть использована для выхлопных систем для поддержания высокой температуры выхлопных газов для эффективного сжигания, для сохранения тепла для эффективной работы систем внутренней эмиссии, для защиты окружающих/близко расположенных компонентов и/или для защиты людей, которые могут иметь контакт с трубами. Промышленные применения настоящего изобретения могут включать изоляцию выхлопных газов и горячих и холодных текучих сред.
[0088] В частности, изоляционная система из композиционного материала по настоящему изобретению выполнена с возможностью сохранения и поддержания целостности конструкции при ее использовании вместе с компонентами, работающими при высоких температурах и/или работающими при больших колебаниях температур, и/или в случаях применения, связанных с работой при высоких температурах и/или больших колебаниях температур, подобных выхлопным системам и другим применениям, предусматривающим использование горячих текучих сред. Изоляционная система из композиционного материала также может быть выполнена с возможностью выдерживания экстремальных условий окружающей среды и также может быть выполнена с возможностью защиты компонента от или минимизации ржавчины и коррозии, деформации, износа и усталости, ухудшения состояния поверхности, трещин и/или других повреждений. Кроме того, изоляционная система из композиционного материала может быть выполнена с возможностью защиты окружающих устройств/элементов от высоких температур самого компонента и от высокотемпературных текучих сред, выпускаемых из компонента.
[0089] В некоторых вариантах осуществления изоляционная система из композиционного материала и, в частности, изоляция или покрытие из композиционного материала может изготавливаться в соответствии с требованиями заказчика при сохранении преимуществ массового производства, является гибкой и адаптируемой и может быть выполнена с возможностью изоляции самых разных компонентов с разными формами, контурами, размерами, условиями эксплуатации и требованиями к изоляции. Как правило, данная адаптация к требованиям заказчика может быть обеспечена до, во время и/или после сборки изоляции из композиционного материала и компонента. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изоляционная система из композиционного материала представляет собой изоляцию из самоформующегося армированного волокнами композиционного материала. Как правило, изоляция из композиционного материала содержит по меньшей мере один конструкционный армирующий слой (также упоминаемый в некоторых случаях как один или более конструкционных армирующих слоев). В некоторых вариантах осуществления изоляция из композиционного материала дополнительно включает в себя слой матрицы для придания жесткости и прочности и/или для обеспечения адгезии, соединения или связи данных одного или более конструкционных армирующих слоев. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изоляционная система из композиционного материала включает в себя наружный покрывающий слой или наружный конструкционный армирующий слой, выполненный с возможностью придания прочности при сжатии, так что наружная часть формы будет необязательной для уплотнения структуры изоляции из композиционного материала на компоненте. В таких вариантах осуществления слои изоляции из композиционного материала и матрица композиционного материала могут стать сцепленным композиционным материалом при обработке или отверждении изоляционной системы из композиционного материала.
[0090] В одном таком варианте осуществления изоляционная система из композиционного материала по настоящему изобретению представляет собой адаптируемую к требованиям заказчика, изоляционную систему из самоформующегося армированного волокнами композиционного материала, которая может быть просто наложена на отдельный компонент или эффективно применяться для конфигураций деталей, выпускаемых в большом объеме. В этой связи, изоляционная система из композиционного материала может содержать очень гибкое самоформующееся покрытие, по меньшей мере один конструкционный армирующий слой, один или более слоев матрицы, обладающей высокой способностью к адаптации к требованиям заказчика, или раствор жидкой полимерной матрицы, поверхностное покрытие и/или средство зажима, которое предусмотрено на компоненте (например, трубе или коробе) и подвергнуто обработке/отверждению на компоненте при отсутствии потребности в наружных частях форм. В данной инновационной системе два или более слоев изоляции из композиционного материала могут быть сплавлены вместе посредством межповерхностного слоя матрицы для обеспечения жесткого слоя/покрытия вокруг компонента.
[0091] Изоляционная система из композиционного материала и варианты ее осуществления будут подробно описаны далее в связи с фиг.1-8. Фиг.1 иллюстрирует вид в перспективе изоляционной системы 10 из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1, изоляция из композиционного материала наложена на наружную сторону компонента 30. В некоторых вариантах осуществления компонент 30 может представлять собой трубу 30, такую как выхлопная труба. В данном случае труба 30 может служить в качестве внутренней части формы. Несмотря на то, что она проиллюстрирована в виде трубы с круглым поперечным сечением, компонент 30 может иметь любое соответствующее многоугольное или криволинейное поперечное сечение. По существу, компонент 30 или труба может представлять собой полый трубчатый элемент соответствующей длины, проходящий вдоль прямолинейной или криволинейной оси. Кроме того, поперечное сечение компонента 30, образованное перпендикулярно к оси компонента, может быть постоянным на всей его длине, или размеры и/или форма поперечного сечения могут изменяться вдоль длины компонента 30. Как правило, компонент 30, такой как труба 30, может иметь наружную поверхность 30а и внутреннюю поверхность 30b, ограничивающие толщину Т. Наружная поверхность 30а может быть расположена снаружи со стороны среды, окружающей компонент 30. При этом противоположная внутренняя поверхность 30b может формировать канал для текучей среды. Несмотря на упоминание компонента 30, следует понимать, что компонент 30 может относиться к одному или более компонентам 30, таким как одна или более труб, детали для соединения труб или тому подобное.
[0092] Изоляционная система 10 из композиционного материала дополнительно содержит изоляцию 20 из композиционного материала, размещенную непосредственно вблизи наружной поверхности 30а компонента 30. Однако в зависимости от заданного применения изоляция 20 из композиционного материала может быть размещена на по меньшей мере части наружной поверхности 30а, по меньшей мере части внутренней поверхности 30b и/или по меньшей мере части боковых сторон, которые находятся на концах внутренней и наружной поверхностей компонента 30. В некоторых вариантах осуществления изоляция 20 из композиционного материала может быть размещена на по меньшей мере части одного или более компонентов 30.
[0093] В завершение, как проиллюстрировано на фиг.1, изоляционная система 10 из композиционного материала может дополнительно содержать элементы для крепления, такие как зажимы 40 или другие средства крепления, которые могут быть выполнены с возможностью надежного удерживания системы из композиционного материала на секции/части компонента 30. Зажимы 40 могут представлять собой зажимы, затягиваемые посредством винтов или храпового механизма, ленточные хомуты, скобы, тросы или другие средства крепления. В других вариантах осуществления зажимы 40 могут быть стянуты проволочными скрутками или затянуты вокруг компонента 30 при размещении изоляции 20 из композиционного материала между зажимами 40 и компонентом 30. Любое число зажимов 40 может быть использовано в зависимости от требований. Зажимы 40 могут быть размещены, например, на наружном слое изоляции 20 из композиционного материала, размещенной на компоненте 30, или до, или во время, или после обработки/отверждения изоляции 20 из композиционного материала.
[0094] В некоторых вариантах осуществления наружный видимый слой изоляции 20 из композиционного материала может включать в себя самоформующееся волокнистое покрытие, такое как трикотажное покрытие или плетеное покрытие, и возможное, но необязательное, адаптируемое к требованиям заказчика, поверхностное покрытие, отвержденное на нем. Самоформующееся волокнистое покрытие выполнено с возможностью охвата упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и обеспечения сжатия вокруг упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и, по меньшей мере частично, вокруг компонента без приложения внешних сил. Как правило, самоформующееся волокнистое покрытие является эластичным, пружинообразным и смещается к его исходной конфигурации для обеспечения сжатия вокруг упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и, по меньшей мере частично, вокруг компонента без приложения внешних сил. В частности, самоформующееся волокнистое покрытие может расширяться от его исходной конфигурации для обеспечения его соответствия размерам компонента или охвата компонента и любых конструкционных армирующих слоев на компоненте, но будет «смещаться» к его исходной конфигурации, в результате чего создается сжимающая сила вокруг охваченного по меньшей мере одного конструкционного слоя и компонента. Самоформующееся волокнистое покрытие, такое как трикотажное покрытие или плетеное покрытие, может быть образовано вязанием на кругловязальных или основовязальных машинах. Самоформующееся волокнистое покрытие может быть связано с требуемым размером или связано с бóльшим размером и отрезано и сшито с требуемыми размерами. В некоторых вариантах осуществления наружный видимый слой изоляции 20 из композиционного материала включает в себя самоформующееся волокнистое покрытие, содержащее плетеное покрытие и возможное, но необязательное, адаптируемое к требованиям заказчика поверхностное покрытие, отвержденное на нем. Плетеное покрытие может быть сплетено с требуемым размером или сплетено с бóльшим размером и отрезано и сшито с требуемыми размерами. В некоторых вариантах осуществления наружный видимый слой может представлять собой тканый материал. В некоторых вариантах осуществления наружный видимый слой может представлять собой нетканый материал.
[0095] В некоторых вариантах осуществления наружный видимый слой изоляции 20 из композиционного материала может содержать адаптируемое к требованиям заказчика, поверхностное покрытие, которое включает в себя одну или более добавок для дополнительной защиты от абразивного износа, таких как волокнистая целлюлоза, порошкообразный диоксид кремния, оксид железа, добавок для теплозащиты, таких как перлит и вермикулит, добавок, препятствующих прилипанию, для предотвращения накопления пыли, таких как политетрафторэтилен (PTFE), добавок для создания различных текстур, таких как стеклянные шарики, добавок для создания внешнего вида, таких как высокотемпературные керамические красители, и/или добавок для обеспечения дополнительной прочности, таких как металлы, измельченные волокна или углеродное волокно.
[0096] Несмотря на то, что вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.1, показывает изоляцию 20 из композиционного материала (которая может включать в себя адаптируемое к требованиям заказчика поверхностное покрытие и трикотажное покрытие), следует понимать, что система из композиционного материала может иметь любую конфигурацию и может быть использована в самых разных применениях.
[0097] Фиг.2 иллюстрирует вид в перспективе с вырезом изоляционной системы 50 из композиционного материала в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Данное изображение подробно показывает один из многочисленных вариантов осуществления изобретения, несмотря на то, что компонент 30, зажимы 40 и изоляция 20 из композиционного материала, предусмотренная в изоляционной системе 50 из композиционного материала, могут быть по существу аналогичны описанным в отношении изоляционной системы 10 из композиционного материала, проиллюстрированной на фиг.1. Фиг.2 дополнительно включает вид с вырезом изоляции 20 из композиционного материала. Как рассмотрено ранее, изоляция из композиционного материала может содержать по меньшей мере один конструкционный армирующий слой, один или более межповерхностных слоев из матрицы (например, образованных нанесением раствора жидкой полимерной матрицы на упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой и самоформующееся волокнистое покрытие, размещенное, по меньшей мере частично, на компоненте и отвержденное на нем), покрытие и/или поверхностное покрытие. Фиг.2 иллюстрирует изоляцию 20 из композиционного материала с базовым слоем 60 или базовым конструкционным армирующим слоем 60, трикотажное покрытие 80 или второй конструкционный армирующий слой, межповерхностную зону 70 из матрицы между базовым слоем 60 и трикотажным покрытием 80 и поверхностное покрытие 90, предусмотренное поверх трикотажного покрытия 80. Базовый слой 60 может представлять собой один плетеный базовый слой 60 или трикотажный слой 60. Несмотря на то, что упоминается трикотажное покрытие 80, следует понимать, что покрытие 80 может представлять собой плетеное покрытие/оплетку.
[0098] В некоторых вариантах осуществления базовый слой 60 может быть образован из материалов, стойких к высоким температурам и предназначенных для изоляции, включая алюмо-боросиликатное стекло (Е-стекло), термостойкое магний-алюмосиликатное стекло (S-стекло), базальт, диоксид кремния, оксидированный полиакрилонитрил, углеродное волокно, минерал и/или керамические материалы, но возможные материалы не ограничены вышеуказанными. Каждый из данных термостойких материалов может быть использован в зависимости от требований к изоляционной системе из композиционного материала, связанных с применением. В частности, каждый материал может быть классифицирован для использования при более высокой и/или более низкой постоянной рабочей температуре в зависимости от применения.
[0099] В некоторых вариантах осуществления плетеные структуры (такие как единичные плетеные слои или множество плетеных слоев) могут быть использованы в базовом слое 60, поскольку они, как правило, могут обеспечить профили с большей толщиной, чем трикотажные материалы или тканые материалы. Кроме того, плетеная структура обеспечивает возможность легкой обработки зон вокруг компонентов 30, таких как колена трубопроводов или тому подобное. Например, растягивание плетеного слоя вдоль длины выхлопной трубы 30 при размещении приводит к стягиванию плетеного слоя вокруг трубы 30 или любого нижележащего слоя на прямом и изогнутом участках.
[00100] В некоторых вариантах осуществления базовый слой 60 или конструкционный армирующий слой 60 пропитан таким же раствором межповерхностной матрицы, что и покрытие 80, и межповерхностная зона 70 из матрицы образуется между ними во время и/или после обработки/отверждения. Раствор жидкой полимерной матрицы выполнен с возможностью нанесения на упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой и самоформующееся волокнистое покрытие, размещенные, по меньшей мере частично, на компоненте, и с возможностью отверждения для формирования посредством этого изоляционной системы из армированного волокнами композиционного материала, которая имеет межповерхностную зону 70 из матрицы. Межповерхностная зона 70 из матрицы может формировать непрерывную матрицу между слоями 60 и 80, пропитанными матрицей. После нанесения раствора межповерхностной матрицы базовый слой 60, пропитанный матрицей, и трикотажное покрытие, пропитанное матрицей, также называют волокнистыми слоями. Данная межповерхностная зона 70 из матрицы между слоями 60 и 80 создает многослойную изоляцию 20 из композиционного материала, которая содержит 2 конструкционных армирующих слоя (60, 80), представляющих собой пропитанные волокнистые слои с непрерывной матрицей на всей их протяженности, и межповерхностную зону из матрицы между данными 2 волокнистыми слоями (60, 80). По существу, межповерхностные зоны 70 из матрицы могут быть образованы на любой поверхности контакта конструкционного слоя/волокнистого слоя и межповерхностной матрицы, например, между наружной поверхностью 30а компонента 30 и базовым слоем/волокнистым слоем 60, между базовым слоем 60 и трикотажным покрытием/волокнистым слоем 80, на наружной поверхности волокнистого слоя 80 и тому подобных местах. Межповерхностная зона 70 из матрицы между пропитанным базовым слоем 60 и трикотажным покрытием 80, проиллюстрированными на фиг.2, служит для соединения волокнистых слоев 60 и 80.
[00101] В некоторых вариантах осуществления базовый слой 60 может быть пропитан матрицей, отличающейся от матрицы, пропитывающей покрытие 80. Различные матричные системы могут быть применены в зависимости от конечного использования. В случаях применения при высоких температурах базовый слой 60 может быть пропитан матрицей, выдерживающей высокие температуры, поскольку он находится ближе всего к трубе или коробу. В случаях применения при низких температурах базовый слой 60 может быть пропитан матрицей, гибкой при низких температурах. В зависимости от состава различных матричных систем межповерхностный слой 70 может присутствовать или отсутствовать.
[00102] В некоторых вариантах осуществления раствор межповерхностной матрицы наносят распылением, щеткой, устройством для нанесения покрытия, валиком, погружением или наносят иным способом на базовый слой 60 и/или трикотажное покрытие. В других вариантах осуществления матричный раствор вводят в базовый слой 60 и/или трикотажное покрытие 80 перед размещением базового слоя 60 и трикотажного покрытия 80. В других вариантах осуществления межповерхностный слой 70 матрицы образован посредством диффузии матричного раствора из слоя 90, нанесенного снаружи посредством нанесения щеткой, распылением или погружением.
[00103] В некоторых вариантах осуществления раствор жидкой межповерхностной матрицы, используемый в изоляции 50 из композиционного материала, может представлять собой раствор термопластичного полимера и в других вариантах осуществления - раствор термореактивного полимера. В некоторых вариантах осуществления он может содержать растворы как термопластичного, так и термореактивного полимеров. Он также может включать в себя некоторое количество функциональных добавок.
[00104] В некоторых вариантах осуществления самоформующееся волокнистое покрытие, такое как трикотажное покрытие 80, состоит из трикотажного полотна, которое надевается на базовый слой 60 и окружает его, и оно выполнено с возможностью обеспечения сжатия и выполнено с возможностью сохранения его структурной целостности во время отверждения/обработки и во время эксплуатации компонента. Кроме того, как дополнительно проиллюстрировано на фиг.2, изоляционная система из композиционного материала может дополнительно содержать адаптируемое к требованиям заказчика, поверхностное покрытие 90. В некоторых вариантах осуществления адаптируемое к требованиям заказчика, поверхностное покрытие 90 может представлять собой систему на полимерной основе. Поверхностное покрытие на полимерной основе может представлять собой систему на основе термопластичного или термореактивного полимера.
[00105] В некоторых случаях при обработке/отверждении часть адаптируемого к требованиям заказчика, поверхностного покрытия 90 может затекать в нижерасположенные слои системы из композиционного материала, в результате чего будут получены слои, которые механически и химически соединены друг с другом и будет создан жесткий многослойный композиционный материал. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере часть адаптируемого к требованиям заказчика, поверхностного покрытия 90 может быть по-прежнему видна на трикотажном покрытии 80 после отверждения. По существу, адаптируемый к требованиям заказчика, внешний вид или наружные слои с дополнительной защитой от абразивного износа, прочностью, элементами, препятствующими прилипанию, и другими текстурами могут быть получены в зависимости от заданного применения. В некоторых вариантах осуществления зажимы 40, такие как ленточные зажимы из нержавеющей стали, могут быть предусмотрены для крепления системы из композиционного материал к трубе 30 до, во время или после обработки/отверждения, хотя могут быть использованы и другие средства крепления, такие как ленты, скрепляемые проволочными скрутками, или тому подобное. В некоторых вариантах осуществления необходимость в зажимах отсутствует.
[00106] Фиг.3 иллюстрирует вид в перспективе изоляционной системы 100 из композиционного материала вокруг трубы 110 или компонента 110 с сужением в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения. Как проиллюстрировано, выполнена труба 110 с сужением, изогнутая под углом 90 градусов. Изогнутая труба 110 с сужением включает в себя изоляцию 120 из композиционного материала, прикрепленную к ней. Как проиллюстрировано, слои изоляции 120 из самоформующегося композиционного материала могут быть надеты на изогнутую трубу 110 с сужением и натянуты так, что не будет избыточного скопления материала с внутренней стороны изгиба и не будет избыточного скопления материала в месте сужения. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.3, например, большее отверстие 140 в трубе 110 может представлять собой отверстие с диаметром 6 дюймов (152,4 мм). В этом же примере меньшее отверстие 150 трубы 110 может представлять собой отверстие с диаметром 4 дюйма (101,6 мм). Даже при данном сужении и изгибе под углом 90 градусов система из композиционного материала может быть размещена на трубе и плотно натянута без чрезмерного скопления материалов и/или при отсутствии необходимости в специальном формовочном оборудовании для получения имеющей хорошую форму и ровной изоляции.
[00107] Фиг.4 иллюстрирует вид в перспективе изоляционной системы 200 из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.4, изоляция 220 из композиционного материала размещена на трубе 210 с плетеным покрытием 230 и двумя зажимами 240. Плетеное покрытие 230 может быть пропитано раствором или термопластичной, или термореактивной матрицы.
[00108] Фиг.5 иллюстрирует вид с торца изоляционной системы 250 из композиционного материала в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения. Торец выхлопной трубы 260 (например, выхлопной трубы с диаметром 4 дюйма (101,6 мм)) проиллюстрирован с изоляцией 280 из самоформующегося композиционного материала, наложенной на участок трубы. Как проиллюстрировано, система 280 из самоформующегося композиционного материала имеет зажим 270 на одном конце изоляции 280 из композиционного материала. Как отмечено выше, изоляционная система 280 из композиционного материала может содержать один или более слоев. В, как правило, многослойном устройстве слои будут видны с торца системы. Однако, как проиллюстрировано на фиг.5, матричный раствор и одна или более добавок могут присутствовать за счет обработки или могут быть добавлены в концы системы для создания имеющей хорошую форму, торцевой части 290 изоляционной системы 280 из композиционного материала. Таким образом, раствор полимерной матрицы после отверждения будет виден в торцевой части 290 и по существу будет покрывать торцевую часть 290 оболочкой, чтобы защитить и скрыть слои системы из композиционного материала.
[00109] Фиг.6а-6d иллюстрируют поперечные сечения волокнистых конструкционных армирующих слоев и распределение промежуточной матрицы в поперечном сечении в различных вариантах осуществления. Проникновение матричного раствора может быть обеспечено посредством различных способов нанесения матрицы, и матричный раствор может пропитывать упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой. Данная последовательность фигур имеет целью иллюстрацию небольшой выбранной совокупности из многочисленных конфигураций, которые могут быть легко получены посредством данной адаптируемой к требованиям заказчика, изоляционной системы из самоформующегося армированного волокнами композиционного материала.
[00110] Фиг.6а иллюстрирует поперечное сечение одного варианта осуществления изобретения. В данном варианте осуществления на трубе 310 имеются волокнистые слои 320, 330 и 350. Плетеный слой 320 расположен на наружной поверхности трубы 310 или компонента. Второй плетеный слой 330 размещен поверх первого плетеного слоя 320. Межповерхностный слой 340 матрицы находится между вторым плетеным слоем 330 и трикотажным покрытием 350. Поверхностное покрытие 360 может быть предусмотрено поверх трикотажного покрытия 350 в качестве самого наружного слоя. В данном случае промежуточная матрица является, как правило, непрерывной от поверхностного покрытия 360 и проходит через второй плетеный слой 330 и/или первый плетеный слой 320. Данный вариант осуществления обеспечивает прочную изоляционную систему из многослойного композиционного материала с очень хорошей долговечностью. Несмотря на то, что система проиллюстрирована с тремя волокнистыми слоями и зонами с одной промежуточной матрицей, следует понимать, что может быть использовано большее или меньшее число волокнистых слоев (или одинаковых, или разных волокнистых слоев) с одной или более промежуточными зонами из матрицы (или с одинаковыми, или с разными матричными растворами). Например, один вариант осуществления изоляции из композиционного материала может содержать по меньшей мере один конструкционный армирующий/волокнистый слой, по меньшей мере одну зону с промежуточной матрицей и/или по меньшей мере одно поверхностное покрытие.
[00111] В одном примере варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.6а, первый плетеный слой 320 и второй плетенный слой 330 могут представлять собой плетеные слои из Е-стекла, в то время как трикотажное покрытие 350 может быть заменено плетеным покрытием 350. Кроме того, основа 340 промежуточной матрицы может представлять собой термопластичную основу, и поверхностное покрытие 360 может аналогичным образом представлять собой термопластичное поверхностное покрытие. Следовательно, в данном примере изоляционная система из композиционного материала включает в себя 2 слоя оплетки из Е-стекла, плетеное покрытие, термопластичную матрицу и термопластичное поверхностное покрытие. Для комплектования или размещения два слоя оплетки (320, 330) из Е-стекла могут быть размещены на трубе 310 и последовательно обрезаны. После этого плетеное покрытие 350 может быть надето или размещено поверх плетеных слоев (320, 330) и туго натянуто. Плетеное покрытие 350, как правило, выполнено с возможностью обеспечения сжатия во всей системе и создания гладкой поверхности без каких-либо выпуклостей или морщин. При этом зажимы могут быть установлены на каждом конце изоляции из композиционного материала, и любой материал за пределами зажимов может быть обрезан. Открытые концы 310 трубы могут быть затем закупорены, и весь комплект или вся изоляционная система из композиционного материала может быть затем погружена в раствор термопластичной матрицы, оптимизированный для нанесения погружением. Изоляционная система из композиционного материала может быть погружена в течение промежутка времени, достаточного для проникновения матричного раствора, по меньшей мере в плетеное покрытие 350, по меньшей мере в слой 330 и/или слой 320 оплетки из Е-стекла. Отвержденная изоляционная система может быть затем извлечена и очищена. Термопластичное поверхностное покрытие 360 может быть также нанесено щеткой на покрывающий материал 350 для обеспечения внешнего покрытия поверхности, обладающего высокой отталкивающей способностью. Комплект может быть дополнительно очищен перед размещением его в печи для дополнительного отверждения при заданной температуре в течение заданного промежутка времени. После отверждения комплект может быть извлечен и может быть обеспечена возможность его охлаждения перед установкой изолированной системы/комплекта с отвержденным композиционным материалом в машине/системе для эксплуатации. В данном варианте осуществления изоляционная система из композиционного материала выполнена с возможностью отверждения с плотным и жестким прилеганием вокруг трубы без морщин. Матрица может затекать внутрь и между поверхностным покрытием и 2-м слоем из плетенного Е-стекла для формирования двухслойного армированного волокнами композиционного материала с промежуточной зоной 340. 2-й слой из плетеного материала 330, как правило, имеет непрерывную матрицу, проходящую от поверхностного покрытия 360 через 2-й слой 330.
[00112] В еще одном примере изоляционная система из композиционного материала может быть в основном аналогична системе, описанной выше, но может включать в себя 4 слоя оплетки из Е-стекла, трикотажное покрытие и термопластичную матрицу. Для комплектования три слоя оплетки из Е-стекла могут быть последовательно размещены и обрезаны. После этого трикотажный покрывающий материал может быть надет поверх плетеных слоев и туго натянут. Аналогичным образом, зажимы могут быть после этого установлены на каждом конце изоляции из композиционного материала, и материал, находящийся снаружи зажимов, может быть обрезан. Открытые концы трубы затем могут быть закупорены, и весь комплект может быть погружен в раствор термопластичной матрицы, оптимизированный для нанесения погружением, в течение определенного заданного промежутка времени для обеспечения проникновения матричного раствора в 3-й, самый наружный слой оплетки из Е-стекла. После этого комплект может быть помещен в печь и подвергнут отверждению. После отверждения компонент может быть извлечен, и может быть обеспечена возможность его охлаждения. В данном случае матрица, как правило, проходить внутрь и между покрытием и 3-м слоем из плетеного Е-стекла для формирования двухслойного армированного волокнами композиционного материала.
[00113] Фиг.6b иллюстрирует поперечное сечение изоляционной системы из композиционного материала в соответствии с другим вариантом осуществления данного изобретения. В данном варианте осуществления на трубе 310 имеются волокнистые слои 320, 330 и 350. Плетеный слой 320 размещен на наружной поверхности трубы 310 или компонента. Второй плетеный слой 330 размещен поверх первого плетеного слоя 320. Межповерхностный слой 340 матрицы находится между вторым плетеным слоем 330 и трикотажным покрытием 350. В данном варианте осуществления может отсутствовать поверхностное покрытие. Данный вариант осуществления, как правило, обеспечивает получение изоляционной системы хорошего качества из многослойного композиционного материала при более низких затратах, в частности, по сравнению с предыдущим вариантом осуществления.
[00114] В одном примере варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.6b, первый плетеный слой 320 и второй плетенный слой 330 могут представлять собой плетеные слои из Е-стекла. Кроме того, основа 340 промежуточной матрицы может представлять собой термопластичную основу. Следовательно, в данном примере изоляционная система из композиционного материала включает в себя 2 слоя оплетки из Е-стекла (320, 330), трикотажное покрытие 350 и термопластичную промежуточную матрицу 340. Для размещения/комплектования первый слой оплетки 320 из Е-стекла может быть размещен на трубе 310 и обрезан. Второй слой оплетки 330 из Е-стекла может быть затем размещен поверх первого слоя 320 и обрезан. Раствор термопластичной матрицы может быть нанесен распылением на поверхность оплетки 330 из Е-стекла. После этого трикотажное покрытие 350 может быть надето поверх плетеных слоев (320, 330) и туго натянуто. Затем зажимы могут быть установлены на каждом конце изоляции из композиционного материала, и материал снаружи зажимов может быть обрезан. После этого термопластичная матрица может быть нанесена распылением на поверхность покрытия 350. Труба и зажимы могут быть очищены перед отверждением комплекта в печи. Комплект может быть извлечен, и может быть обеспечена возможность его охлаждения. В данном варианте осуществления изоляционная система из композиционного материала выполнена с возможностью отверждения с плотным прилеганием вокруг трубы без морщин. Термопластичная матрица может затекать внутрь и между покрытием 350 и 2-м слоем из плетенного Е-стекла 330 для формирования двухслойного армированного волокнами композиционного материала со слоем 340 промежуточной матрицы. 2-й слой из плетеного материала 330, как правило, имеет непрерывную матрицу, проходящую от покрытия 350 через 2-й слой 330.
[00115] Фиг.6с иллюстрирует поперечное сечение изоляционной системы из композиционного материала в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения. Данный вариант осуществления может содержать по меньшей мере два волокнистых слоя 380 и 350. В данном варианте осуществления труба 350 покрыта одним слоем изоляции 380 из нетканого материала. Непосредственно снаружи изоляции 380 из нетканого материала находится покрытие 350. Покрытие 350 может быть трикотажным, плетеным, нетканым или представлять собой комбинацию из данных материалов. Покрытие 350 может дополнительно содержать раствор промежуточной матрицы или промежуточную матричную основу, которая служит для соединения нетканого изоляционного слоя 380 и покрытия 350 при отверждении/обработке. Кроме того, поверхностное покрытие 360 может быть предусмотрено поверх покрытия 350. Данный вариант осуществления, как правило, обеспечивает получение очень хорошей изоляции для трубы 310, в частности, при выполнении вышеупомянутых слоев с заданной толщиной.
[00116] В одном примере варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.6с, первый плетеный слой 380 может представлять собой плетеный слой из Е-стекла, в то время как покрытие 350 может представлять собой плетеное покрытие 350. Следовательно, изоляционная система из композиционного материала в данном примере включает в себя один слой оплетки 380 из Е-стекла, плетеное покрытие 350 и матрицу из термореактивного полимера. Во время размещения/комплектования оплетка из Е-стекла может быть размещена на трубе 310 и обрезана. После этого плетеное покрытие 350 может быть размещено поверх слоя 380. Плетеное покрытие 350 естественным образом сжимается и образует изоляцию, плотно прилегающую к трубе 310. Затем зажимы могут быть установлены на каждом конце изоляции из композиционного материала, и материал, находящийся снаружи зажимов, может быть обрезан. Термореактивная матрица после этого может быть нанесена щеткой на покрытие перед размещением комплекта в печи. В данном случае изоляционная система из композиционного материала может затвердевать с плотным прилеганием к трубе 310 без морщин. Термореактивная матрица, как правило, равномерно распределяется по всему плетеному покрытию 350, но в некоторых случаях может не проходить в плетеный слой 380. Как правило, равномерное распределение термореактивной матрицы по всему поперечному сечению по меньшей мере плетеного покрытия 350 обеспечивается после отверждения в печи.
[00117] Фиг.6d иллюстрирует поперечное сечение изоляционной системы из композиционного материала в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения. В данном варианте осуществления труба 310 может быть покрыта слоем 320 металлической фольги. Данный вариант осуществления может содержать три волокнистых слоя 330, 340 и 360. Первый плетеный слой 330 может быть размещен на слое 320 металлической фольги. Второй плетеный слой 340 размещен поверх первого плетеного слоя 330. Слой 350 промежуточной матрицы может находиться между вторым плетеным слоем 340 и трикотажным покрытием 360. Поверхностное покрытие (непроиллюстрированное) может также быть предусмотрено поверх трикотажного покрытие 360 в зависимости от требований, связанных с применением. В данном примере промежуточная матрица, как правило, является непрерывной, начиная от трикотажного покрытия 360, и проходит через второй плетеный слой 340 и/или первый плетеный слой 330. Данный вариант осуществления обеспечивает получение очень хорошей изоляционной системы со слоем, соседним с трубой 310, который обеспечивает высокую степень защиты.
[00118] В одном примере варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.6d, первый плетеный слой 330 может представлять собой слой изоляции из предварительно отрезанного нетканого материала из Е-стекла, в то время как трикотажное покрытие 360 может быть заменено плетеным покрытием 360 из Е-стекла. Кроме того, промежуточная матричная основа 350 может представлять собой раствор термопластичной матрицы. Следовательно, изоляционная система из композиционного материала в данном примере включает в себя слой 320 алюминиевой фольги, слой 330 изоляции из предварительно отрезанного нетканого материала из Е-стекла, плетеное покрытие 360 из Е-стекла и раствор термопластичной матрицы, при этом второй плетеный слой может отсутствовать. Во время размещения слой алюминиевой фольги может быть размещен плотно вокруг трубы 310 посредством наматывания фольги вокруг трубы 310 и загибания любых краев. Фольга может быть без покрытия или с покрытием на одной или обеих поверхностях для ускорения адгезии и/или для защиты фольги от воздействия окружающей среды. После этого первый слой оплетки 330 из Е-стекла может быть размещен поверх фольги 320 и обрезан. Второй слой оплетки 340 из Е-стекла при необходимости может быть размещен поверх первого слоя 330 и обрезан. Затем плетеное покрытие 360, как правило, размещают поверх слоев изоляции. Плетеное покрытие 360, как правило, естественным образом сжимается и образует изоляцию, плотно прилегающую к трубе 310 вокруг нее. После этого зажимы могут быть установлены, и любые концы материала могут быть обрезаны. Концы трубы 310 могут быть закупорены, и весь комплект может быть погружен в раствор термопластичной матрицы, оптимизированный для нанесения погружением. Комплект может быть извлечен и очищен перед его размещением в печи для отверждения при заданной температура в течение определенного промежутка времени. В данном случае изоляционная система из композиционного материала выполнена с возможностью отверждения с плотным прилеганием вокруг трубы без морщин. Термопластичная матрица выполнена с возможностью прохождения через покрытие 360 и оба слоя оплетки из Е-стекла (330, 340). Как правило, термопластичная матрица является непрерывной от покрытия 360 до фольги 320 и проходит через все слои изоляционной системы, также образуя по меньшей мере один промежуточный слой 350. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления вся система из композиционного материала, то есть компонент со слоями изоляции, может быть размещена (размещен) в печи предпочтительно при заданной температуре, составляющей, например, приблизительно 560°F (293,33°С), в течение заданного промежутка времени, например, в течение одного часа для отверждения/термообработки. В других вариантах осуществления только часть системы из композиционного материала может подвергаться тепловому отверждению в каждый момент времени при использовании печи, термофена или тому подобного. В других вариантах осуществления отверждение термореактивной матрицы может быть обеспечено в некоторых случаях путем нагрева комплекта до заданной температуры (например, температуры в диапазоне от приблизительно 400°F (204,44°С) или 700-800°F (371,11-426,67°С) и тому подобной) для обеспечения сшивания отдельных цепей полимера.
[00119] Фиг.7 иллюстрирует поперечное сечение еще одного варианта осуществления до и после отверждения/обработки. В данном варианте осуществления изображение 402 слева показывает изоляционную систему 402 с базовым изолирующим/конструкционным армирующим слоем 420, межповерхностным слоем 430, покрытием 440 и поверхностным покрытием 460. Справа показано распределение промежуточной матрицы в той же конфигурации после отверждения/обработки, например, посредством нагрева трубы 410 вместе с изоляцией из композиционного материала до заданной температуры для воздействия на отверждение промежуточной матричной основы и волокнистых слоев. В данном случае матрица, как правило является непрерывной от наружной стороны до внутренней стороны изоляционной системы из композиционного материала. Например, отверждение термореактивной матрицы может быть обеспечено в некоторых случаях путем нагрева комплекта до заданной температуры (например, температуры в диапазоне от приблизительно 400°F (204,44°С) или 700-800°F (371,11-426,67°С) и тому подобной) для обеспечения сшивания отдельных цепей полимера.
[00120] Фиг.8а показывает вариант осуществления изоляционной системы 10 из композиционного материала с элементом, полученным формованием. Труба 800 или компонент 800 проиллюстрирована (проиллюстрирован) с изоляцией 810 из композиционного материала. На стороне изоляции 810 из композиционного материала часть или по меньшей мере участок наружной поверхности изоляции 810 из композиционного материала может быть отформована/отформован с плоской частью 810. Например, перед отверждением может быть наложена плоская формовочная плита (непроиллюстрированная), которая может быть затем удалена позже после отверждения. Несмотря на то, что проиллюстрирована плоская поверхность, любой заданный криволинейный контур может быть отформован в качестве отформованной части 820 вдоль по меньшей мере части изоляции 810 из композиционного материала посредством использования устройства с комплементарной (-ым) поверхностью/контуром. Отформованная часть, например, спрямленная зона 820 выполнена с возможностью обеспечения требуемого внешнего зазора во время эксплуатации. Фиг.8b показывает поперечное сечение изоляционной системы 10 из композиционного материала и, в частности, отформованный элемент 820 вдоль сечения АА на фиг.8а.
[00121] Фиг.9а-9b показывают варианты осуществления изобретения с локализованными изолированными частями. Локализованная изоляция может быть использована для адаптации эксплуатационных характеристик изоляционной системы из композиционного материала в локальных зонах так, как желательно в конкретных применениях. Фиг.9а иллюстрирует вид с вырывом одного варианта осуществления изоляционной системы 950а из композиционного материала. Изоляционная система 950а из композиционного материала может содержать изоляцию 920 из композиционного материала на трубе 900 с локализованным изолирующим матом 910а, размещенным в соответствующем месте, например, на наружном колене трубы 900. Фиг.9а иллюстрирует систему с удаленной частью изоляции 920 из композиционного материала, чтобы показать местоположение локализованного изолирующего мата 910а между трубой 900 и изоляцией 920 из композиционного материала.
[00122] В одном примере варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.9а, изоляция 920 из композиционного материала включает в себя первый плетеный слой из оплетки из Е-стекла, трикотажное покрытие из Е-стекла и термопластичную основу. Во время размещения локализованный изолирующий мат 910а из нетканого материала может быть прикреплен к трубе посредством отверждающегося адгезива. После этого оплетка из Е-стекла может быть надета на трубу и локализованный мат. Поскольку оплетка из Е-стекла обладает большой приспособляемостью, она, как правило, плотно охватывает трубу 900 и локализованный мат 910. Затем может быть размещено трикотажное покрытие. Трикотажное покрытие, как правило, обеспечивает сжатие всей системы, включая части с локализованным матом 910а, и выполнено с возможностью создания гладкой поверхности без каких-либо выпуклостей или морщин. После этого могут быть установлены зажимы, и материал снаружи зажимов может быть обрезан. Открытые концы трубы могут быть закупорены, и весь комплект может быть погружен в раствор термопластичной матрицы, оптимизированный для нанесения погружением, в течение заданного промежутка времени для гарантирования того, что матричный раствор проникнет в оплетку из Е-стекла, но не в локализованный изолирующий мат. Затем компонент может быть извлечен и очищен перед отверждением в печи. В данном варианте осуществления изоляционная система из композиционного материала, как правило, отверждается с плотным и жестким прилеганием вокруг трубы 900. Матрица может быть выполнена с возможностью прохождения через покрытие и в оплетку из Е-стекла. Как правило, покрытие и оплетка из Е-стекла выполнены с возможностью скрепления вместе с четкими граничными поверхностями между слоями. Термопластичная матрица, как правило, является непрерывной от покрытия до оплетки из Е-стекла. В данном варианте осуществления мат может быть пропитан термопластичной матрицей, если это желательно для определенного применения.
[00123] Фиг.9b иллюстрирует вид с вырезом другого варианта осуществления изоляционной системы 950b из композиционного материала. Изоляционная система 950b из композиционного материала может содержать изоляцию 920 из композиционного материала на трубе 900 с локализованным изолирующим рукавом 910b, размещенным в соответствующем месте, например, на наружном колене трубы 900. Фиг.9b иллюстрирует систему 950b с удаленной частью изоляции 920 из композиционного материала, чтобы показать местоположение локализованного изолирующего рукава 910b между трубой 900 и изоляцией 920 из композиционного материала. Локализованный изолирующий рукав может представлять собой плетеный рукав из диоксида кремния. В некоторых вариантах осуществления локализованный изолирующий рукав может быть размещен рядом с трубой 900 вдоль колена и выполнен с такими размерами, чтобы рукав 910b заканчивался, не доходя до концов слоев, расположенных над ним.
[00124] Несмотря на то что определенные иллюстративные варианты осуществления были описаны и показаны на сопровождающих чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются только иллюстративными и не ограничивают широкое изобретение и что данное изобретение не должно быть ограничено конкретными показанными и описанными конструкциями и схемами расположения, поскольку возможны различные другие изменения, комбинации, исключения, модификации и замены помимо приведенных в предыдущих абзацах. Специалистам в данной области техники будет понятно, что различные адаптации и модификации только что описанных вариантов осуществления могут быть выполнены без отхода и сущности изобретения. Таким образом, следует понимать, что в пределах объема охраны приложенной формулы изобретения изобретение может быть реализовано на практике иначе, чем конкретно описано в данном документе.
Изобретение относится созданию изоляции и покрытия из композиционного материала. Система из композиционного материала может быть отверждена для образования любых заданных форм для операций создания изоляции и покрытия. Система из композиционного материала содержит один или более слоев, которые при отверждении могут создавать жесткий многослойный композиционный материал. Данные один или более слоев системы из композиционного материала могут включать по меньшей мере один конструкционный армирующий слой, который представляет собой плетеную, трикотажную или нетканую волокнистую основу, промежуточный слой матрицы и адаптируемое к требованиям заказчика поверхностное покрытие. Адаптируемое к требованиям заказчика поверхностное покрытие может представлять собой раствор полимера на основе растворителя, который включает в себя различные добавки, которые могут включать цветные пигменты, добавки для дополнительной защиты от абразивного износа, добавки для теплозащиты и/или добавки для создания различных текстур или внешнего вида системы из композиционного материала. Изобретение обеспечивает создание изменяющейся изоляции вдоль трубы, добавление поверхностных покрытий, крепление к трубе и отверждение без использования наружных частей форм. 13 з.п. ф-лы, 14 ил.
1. Изоляционная система из формуемого армированного волокнами композиционного материала, которая выполнена с возможностью наложения на компонент и содержит:
по меньшей мере один конструкционный армирующий слой, при этом упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой выполнен с возможностью обеспечения конструкционной опоры, изоляции или защиты для упомянутого компонента;
формуемое волокнистое покрытие, выполненное с возможностью полного закрывания упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и обеспечения сжатия вокруг упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и, по меньшей мере частично, вокруг упомянутого компонента без приложения внешних сил; и
раствор жидкой полимерной матрицы, выполненный с возможностью нанесения на упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой и упомянутое формуемое волокнистое покрытие, размещенные, по меньшей мере частично, на упомянутом компоненте, и с возможностью отверждения при нагревании для формирования посредством этого упомянутой изоляционной системы из армированного волокнами композиционного материала.
2. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой содержит конструкционные волокна, волокна на основе смол и/или эластичные волокна, при этом
конструкционные волокна включают стекловолокна, углеродные, полимерные, керамические, металлические, минеральные и/или натуральные волокна; и
волокна на основе смол включают волокна на основе полиэтилентерефталата (РЕТ), полиамида (РА), полифениленсульфида (PPS), полифениленового эфира/полифениленоксида (РРЕ), полиэтиленимина (PEI), полиэфирэфиркетона (РЕЕК), фторсодержащих полимеров, таких как политетрафторэтилен (PTFE), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), поливинилиденфторид (PVDF) и/или сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE).
3. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой содержит плетеные волокнистые материалы, трикотажные волокнистые материалы, тканые волокнистые материалы и/или нетканые волокнистые материалы.
4. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой упомянутый по меньшей мере один конструкционный армирующий слой содержит полимерные пленки, металлические пленки, металлизированные полимерные пленки, фольгу, армированные волокнами пленки и/или армированную волокнами фольгу.
5. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой формуемое волокнистое покрытие содержит плетеные волокнистые материалы, трикотажные волокнистые материалы, тканые волокнистые материалы и/или нетканые волокнистые материалы.
6. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой формуемое волокнистое покрытие содержит конструкционные волокна, волокна на основе смол и/или эластичные волокна, при этом
конструкционные волокна включают стекловолокна, углеродные, полимерные, керамические, металлические, минеральные и/или натуральные волокна; и
волокна на основе смол включают волокна на основе полиэтилентерефталата (РЕТ), полиамида (РА), полифениленсульфида (PPS), полифениленового эфира/полифениленоксида (РРЕ), полиэтиленимина (PEI), полиэфирэфиркетона (РЕЕК), фторсодержащих полимеров, таких как политетрафторэтилен (PTFE), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), поливинилиденфторид (PVDF) и/или сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE).
7. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой раствор жидкой полимерной матрицы содержит дисперсию измельченного термопластичного полимера в органическом или неорганическом растворителе.
8. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой раствор жидкой полимерной матрицы содержит одну или более добавок, выбранных из группы, содержащей поверхностно-активные вещества, эмульгаторы, диспергаторы, реологические модификаторы и функциональные добавки.
9. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой раствор жидкой полимерной матрицы содержит термореактивный полимер, при этом термореактивный полимер содержит алкидные, амино-, эпоксидные, фенольные, полиимидные, полиуретановые или силановые полимеры.
10. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой раствор жидкой полимерной матрицы выполнен с возможностью втекания внутрь формуемого волокнистого покрытия и его, по меньшей мере частичной, пропитки для создания композиционного армированного волокнами материала.
11. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой раствор жидкой полимерной матрицы выполнен с возможностью втекания внутрь упомянутого по меньшей мере одного конструкционного армирующего слоя и его, по меньшей мере частичной, пропитки для образования многослойного армированного волокнами композиционного материала.
12. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, дополнительно содержащая один или более слоев из металлической фольги или из армированной волокнами металлической фольги, выбранных из группы, содержащей алюминий, алюминий, армированный стекловолокном, нержавеющую сталь, никель и олово.
13. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, дополнительно содержащая поверхностное покрытие, выполненное с возможностью нанесения на формуемое волокнистое покрытие и с возможностью отверждения, при этом поверхностное покрытие содержит один или более полимеров, измельченных в сухом состоянии и растворенных в растворителе, и эмульгатор.
14. Изоляционная система из композиционного материала по п.1, в которой раствор жидкой полимерной матрицы затекает между упомянутым по меньшей мере одним конструкционным армирующим слоем и упомянутым формуемым волокнистым покрытием во время отверждения при нагревании для создания механической и химической связи между слоями системы из композиционного материала.
| US 2010154917 A1, 24.06.2010 | |||
| Л.И | |||
| Бондалетова "Полимерные композиционные материалы", 2013 | |||
| СПОСОБ РЕМОНТА УЧАСТКА ТРУБЫ, СПОСОБ РЕМОНТА ТРУБЫ, СПОСОБ РЕМОНТА ОБЪЕКТА, СИСТЕМА ДЛЯ РЕМОНТА ТРУБЫ И ОТРЕМОНТИРОВАННАЯ ТРУБА (ВАРИАНТЫ) | 2005 |
|
RU2380606C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ РЕМОНТА ТРУБ | 2008 |
|
RU2438065C2 |
| US 20130306186 A1, 21.11.2013 | |||
| ЖАРОСТОЙКИЙ ИЗОЛЯЦИОННЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 2003 |
|
RU2303744C2 |
