ГИБКАЯ ПОЛИМЕРНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ АРМИРОВАННАЯ ТРУБА Российский патент 2023 года по МПК F16L11/00 B32B1/08 B32B27/28 B32B27/32 B32B7/10 B32B7/12 

Настоящее изобретение относится к гибким многослойным полимерным трубам, используемым в различных областях хозяйственно-экономической деятельности, в том числе в теплоснабжении, для транспортировки сред при переменных температурах до 135°С и давлении свыше 0,4 МПа. В частности, труба согласно изобретению может быть использована в системах теплоснабжения с температурным графиком теплоснабжения в диапазоне от 70°С до 130°С и рабочим давлением 1,6 МПа.

Известно, что полифениленсульфид (ПФС) представляет собой один из наиболее термостойких и термостабильных термопластичных материалов. Изделия из этого материала могут непрерывно функционировать в диапазоне температур от -60°С до +220°С и выдерживать кратковременный нагрев до 260-270°С. В то же время полифениленсульфид обладает исключительной химической стабильностью и низким водопоглощением (до 0,02%). Указанные свойства позволяют использовать полифениленсульфид для производства различных изделий, включая трубы для тепло- и водоснабжения.

Из предшествующего уровня техники (CN108727819, опубликованный 2 ноября 2018 г.) известны трубы, изготовленные из полифениленсульфида (ПФС), армированного углеродным волокном, обладающие такими характеристиками, как высокая прочность, малая удельная масса, хорошая ударная вязкость, хорошая теплопроводность, износостойкость, износостойкость, коррозионная стойкость, усталостная прочность, простота изготовления, дешевизна обработки полуфабриката. Однако углеродное волокно хрупкое и имеет низкое сопротивление трению, что снижает гибкость и прочность труб вследствие возникновения дефекта армирующих волокон. Кроме того, по своей природе полифениленсульфид - довольно жесткий материал, характеризующийся модулем упругости в диапазоне 3,2-3,5 ГПа.

Для достижения гибкости и требуемой прочности трубы для транспортировки высокотемпературных сред под давлением можно использовать многослойные трубы, включающие по меньшей мере один слой композиции на основе полифениленсульфида, отличающейся большей гибкостью, чем полифениленсульфид без добавок, с покрытием из слоя другого, менее жесткого полимера.

В случае многослойных труб важно создать связь между слоями, чтобы обеспечить кольцевую жесткость (формоустойчивость) труб и свести к минимуму риск разрушения стенки внутреннего слоя при изгибе трубы в результате ее намотки или сборки, а также обеспечить передачу нагрузок, развивающихся в одном из слоев трубы, другим слоям трубы, в том числе армирующим слоям, если таковые имеются в стенке трубы.

Одна из подобных многослойных труб описана, например, в EP 0679825 A1, опубликованном 2 ноября 1995 г. Внутренний слой этой трубы выполнен из полифениленсульфида (ПФС), тогда как внешний слой выполнен из полиамида. Для достижения надежной связи между слоями внешняя поверхность полифениленсульфидного слоя обработана коронным разрядом. Однако такая труба предназначена для транспортировки углеводородов и не может быть использована для транспортировки воды при температуре свыше 100°C вследствие низкой гидролитической стабильности полиамида, характеризующегося разложением под воздействием влажности, что снижает надежность и способность труб к ремонту в процессе длительной эксплуатации при высокой температуре.

Известна труба, описанная в канадском патенте № 2537302, опубликованном 31 марта 2005 г, патентообладателем которого является NKT FLEXIBLES IS, которая представляет собой трубу, предназначенную для транспортировки углеводородов, содержащую двухслойную внутреннюю оболочку, внутренний слой которой, названный в патенте пленочным слоем, изготовлен из полифениленсульфида, тогда как наружный слой, названный в патенте полимерным слоем, выполнен из полипропилена. Наружный и внутренний слои связаны друг с другом благодаря специальной обработке их поверхностей или применению праймеров. Внутренний слой существенно тоньше наружного. Труба армирована.

Недостатки данной конструкции заключаются в недостаточном связывании слоев внутренней оболочки между собой, что снижает надежность трубы в целом, а также в недостаточной термостабильности материала наружного слоя для длительной эксплуатации трубы при температурах выше 100°С, что может привести к растрескиванию наружного слоя.

Предшествующий уровень техники, имеющий самое прямое отношение к устройству согласно изобретению, представляет собой трубу, которая описана в заявке США № US 2004035485 A1, опубликованной 26 февраля 2004 г заявителем POLYFLOW LLC, представляющую собой трубу для транспортировки углеводородов, включающую внутреннюю оболочку, один или более армирующих слоев и покрывающий слой, расположенный поверх всех армирующих слоев, при этом внутренняя оболочка включает внутренний слой из композиции на основе полифениленсульфида и наружный слой из полиамида, причем внутренний и наружный слои связаны между собой промежуточным слоем из сополимера этилена с глицидилметакрилатом.

Недостатком данной трубы является недостаточная надежность трубы при ее эксплуатации в условиях высоких температур (выше 100°C) вследствие низкой термостойкости промежуточного слоя из сополимера этилена и глицидилметакрилата. Кроме того, проблемы, связанные с термической и гидролитической стабильностью наружного слоя не решены, что снижает надежность трубы.

Еще одна причина недостаточной надежности трубы состоит в том, что она не обладает достаточной гибкостью и термостойкостью. Недостаточные гибкость и термостойкость трубы согласно заявке США № US 2004035485 связаны с использованием сополимера этилена и глицидилметакрилата, характеризующегося низкой температурой плавления, в качестве промежуточного слоя, связывающего внутренний и наружный слои внутренней оболочки, вследствие чего он не может сохранять целостность конструкции многослойной внутренней оболочки в процессе эксплуатации трубы при температуре выше 100°С. Эта особенность может привести к расслаиванию конструкции при эксплуатации в напряженном и деформированном состоянии, например, в местах изгиба трубы или в местах соединения участков трубы. В результате возможно перераспределение возникающих нагрузок и преждевременное разрушение внутреннего слоя.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в устранении перечисленных недостатков.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение надежности гибкой полимерной многослойной армированной трубы.

Данный технический результат достигается следующим образом: гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внутреннюю оболочку, на которой расположены один или более армирующих слоев и покрывающий слой, причем покрывающий слой расположен поверх всех армирующих слоев, при этом указанная внутренняя оболочка содержит внутренний слой из композиции на основе полифениленсульфида и наружный слой, причем внутренний и наружный слои связаны между собой промежуточным слоем, при этом композиция на основе полифениленсульфида, из которой выполнен внутренний слой, имеет модуль упругости, составляющий от 1,0 до 2,5 ГПа, наружный слой и покрывающий слой указанной многослойной трубы выполнены из композиции на основе полипропилена, стабилизированной антиоксидантами, а промежуточный слой выполнен из композиции на основе полипропилена, содержащего функциональные группы, реакционноспособные по отношению к полифениленсульфиду, содержащемуся в композиции, из которой выполнен внутренний слой.

Внутренний слой может быть выполнен из полимерной композиции на основе полифениленсульфида, содержащей модификатор ударопрочности в количестве от 5,0% мас./мас. до 25,0% мас./мас.

В конкретном варианте осуществления трубы в качестве модификатора ударопрочности композиции на основе полифениленсульфида, из которой выполнен внутренний слой, может быть использован гомополимер или сополимер олефина, содержащий функциональные группы класса эпоксидов, или иминов, или изоцианатов.

В другом конкретном варианте осуществления трубы модификатор ударопрочности композиции на основе полифениленсульфида, из которой выполнен внутренний слой, представляет собой смесь гомополимера или сополимера олефина, содержащего функциональные группы класса эпоксидов, или иминов, или изоцианатов, и эластомера, выбранного из группы, включающей сополимер полиамида-простого эфира, сополимер полиамида-сложного эфира, сополимер этилена-пропилена, сополимер этилена-1-бутена, сополимер этилена-1-октена, тройной сополимер этилена-пропилена-бутадиена, гидрированный блоксополимер стирола-этилена (SEBS).

Функциональные группы класса изоцианатов, или иминов, или эпоксидов могут быть использованы в качестве функциональных групп композиции промежуточного слоя.

В трубе согласно изобретению армирующий слой или слои могут быть выполнены в виде сетки.

Наружный слой может быть охарактеризован отсутствием растрескивания при его выдержке при 135°С в течение по меньшей мере 200 суток.

В конкретных вариантах осуществления трубы согласно изобретению композиция на основе полипропилена, из которой выполнен наружный слой, содержит в качестве антиоксидантов комбинацию стерически затрудненного фенола и стерически затрудненного фосфита, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и тиосинергиста, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и стерически затрудненного амина, или комбинацию стерически затрудненного фенола и тиосинергиста.

Композиция на основе полипропилена, из которой выполнен покрывающий слой, может содержать в качестве антиоксидантов комбинацию стерически затрудненного фенола и стерически затрудненного фосфита, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и тиосинергиста, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и стерически затрудненного амина, или комбинацию стерически затрудненного фенола и тиосинергиста.

Армирующий слой или слои могут быть выполнены из полимерного волокна, при этом в качестве такого волокна может быть использовано пара-арамидное гомополимерное волокно или пара-арамидное сополимерное волокно.

Труба может быть снабжена наружным защитным кожухом, находящимся поверх покрывающего слоя. Кроме того, труба может быть снабжена газоизоляционным и/или термоизоляционным слоем, расположенным между наружным защитным кожухом и покрывающим слоем.

Труба может быть снабжена одним или более адгезионными слоями. Данный слой или слои могут, например, связывать наружный защитный кожух с газоизоляционным и/или термоизоляционным слоем, или один из указанных слоев с покрывающим слоем, или газоизоляционный и термоизоляционный слои между собой.

Адгезионный слой или слои могут быть выполнены из полипропилена, привитого малеиновым ангидридом.

В гибкой полимерной многослойной армированной трубе наружный слой может иметь большую толщину, чем внутренний слой, или же указанные слои могут иметь одинаковую толщину.

Труба согласно изобретению может быть использована для теплоснабжения.

Труба может быть использована для транспортировки жидких сред при переменной температуре до 135°C и давлении свыше 0,4 МПа.

В настоящем описании термин «функциональные группы» используется применительно к структурным фрагментам молекул, придающим соединению характерные химические свойства, например, способность реагировать с определенными классами химических соединений.

Осуществление изобретения

Для изготовления внутреннего слоя использовали композицию на основе полифениленсульфида, который является одним из наиболее термостойких полимерных материалов и может способствовать запечатыванию стенки трубы в процессе транспортировки среды в условиях повышенной температуры. В то же время стенка трубы должна обладать достаточной гибкостью и жесткостью, чтобы трубу можно было наматывать на барабаны для хранения и транспортировки, а также устанавливать в подземных условиях на трассе, которая может поворачивать под разными углами, без использования фиттингов.

Чтобы добиться требуемой гибкости, необходимо использовать полифениленсульфид не как таковой, а в виде композиции на его основе, содержащей такой компонент, как модификатор ударопрочности, который обладает большей ударной прочностью и/или меньшим модулем эластичности, чем основной компонент композиции, в данном случае чистый полифениленсульфид, и совместим с ним.

Введение модификатора ударопрочности позволяет повысить гибкость полифениленсульфида за счет уменьшения модуля эластичности композиции. Совместимость компонента, введенного в полифениленсульфид, означает его способность образовывать химические связи с полифениленсульфидом.

При использовании композитных материалов на основе полифениленсульфида в качестве материалов внутреннего слоя внутренней оболочки трубы, основным фактором, влияющим на радиус намотки трубы или ее радиус изгиба, является модуль эластичности материала трубы, включая модуль эластичности ее внутреннего слоя. Экспериментально показано, что при значении модуля эластичности материала внутреннего слоя более 2,5 ГПа, труба может перегибаться при изгибе, что приведет к потере ее эксплуатационных свойств, таких как площадь поперечного сечения потока, снижая, таким образом, ее надежность.

Нижний порог диапазона модуля упругости внутреннего слоя выбирают из условия соответствия модулю упругости наружного слоя, выполненного из композиции на основе полипропилена, что важно для надежности соединений между участками трубы, включая герметичность соединения, при помощи фиттингов, обжимающих стенку трубы.

Указанный диапазон значений модуля эластичности обеспечивает кольцевую жесткость трубы, что повышает ее надежность.

Содержание модификатора ударопрочности в диапазоне 5-25% мас./мас. в композиции на основе полифениленсульфида определяется требованием обеспечения необходимой гибкости материала внутреннего слоя трубы при сохранении его термостойкости и термостабильности для повышения надежности трубы.

В качестве модификаторов ударопрочности предпочтительно использовать гомополимеры или сополимеры олефинов, содержащие функциональные группы класса эпоксидов, или иминов, или изоцианатов. Наличие указанных функциональных групп в модификаторе ударопрочности приводит к образованию химических связей между матрицей композиции из полифениленсульфида и распределенным в ней модификатором, что способствует надежной передаче механических нагрузок, возникающих при деформации трубы, и повышает гибкость внутренней оболочки трубы, повышая, таким образом, ее надежность.

В качестве модификатора ударопрочности можно использовать смесь гомополимера или сополимера олефина, содержащего функциональные группы класса эпоксидов, или иминов, или изоцианатов, и эластомера, выбранного из группы, включающей сополимер полиамида-простого эфира, сополимер полиамида-сложного эфира, сополимер этилена-пропилена, сополимер этилена-1-бутена, сополимер этилена-1-октена, тройной сополимер этилена-пропилена-бутадиена, гидрированный блоксополимер стирола-этилена (SEBS). В такой смеси смесь гомополимер или сополимер олефина, содержащий функциональные группы класса эпоксидов, или иминов, или изоцианатов, способствует совместимости эластомера с полиэтиленсульфидом, тогда как эластомер понижает модуль эластичности композиции относительно чистого материала, повышает гибкость внутреннего слоя и, таким образом, повышает надежность трубы.

Однако даже при использовании модификатора ударопрочности толщина внутреннего слоя, выполненного из композиции на основе полифениленсульфида, не должна превышать 0,7-2,5 мм в зависимости от номинального размера трубы. В противном случае не удастся достигнуть требуемой гибкости, которая характеризуется радиусом изгиба, составляющим от 20 до 30 внешних диаметров гибкой многослойной армированной полимерной трубы. Но этой толщины недостаточно для обеспечения кольцевой жесткости трубы, что создает опасность разрушения и перегиба трубы при ее изгибе.

Чтобы избежать упомянутых рисков, необходимо увеличить толщину внутренней оболочки трубы, поэтому слой модифицированного полифениленсульфида покрывают слоем другого материала, называемого далее наружным слоем. Наружный слой используют из экономических соображений, поскольку он может быть выполнен из более дешевого материала, чем полифениленсульфид, а также из-за его достаточной гибкости при его выполнении из композиции на основе полипропилена.

Композиция на основе полипропилена должна обладать достаточной термостойкостью и термостабильностью, чтобы гарантировать надежную длительную работу трубы для транспортировки жидких сред при переменных температурах до 135°С и давлении выше 0,4 МПа.

Термостойкость и термостабильность гарантируют эксплуатационные характеристики, кольцевую жесткость и легкость ремонта трубы в указанных выше условиях.

Использование полипропилена, имеющего достаточно высокую температуру плавления (выше 135 градусов Цельсия), в качестве основы композиции гарантирует термостойкость слоя, тогда как антиоксидантные добавки обеспечивают его термостабильность, а, следовательно, и надежность трубы в процессе эксплуатации.

Наружный слой должен обладать высокой стойкостью к деструкции под действием высоких температур и кислорода, проявляющейся в растрескивании материала в процессе эксплуатации. Для достижения данного технического результата материал наружного слоя трубы содержит комбинацию стабилизаторов (антиоксидантов), обеспечивающую высокую устойчивость композиции к растрескиванию при длительном воздействии повышенных температур и кислорода.

Внутренний слой композиции на основе полифениленсульфида предотвращает вымывание антиоксидантов транспортируемой средой из наружного слоя, выполненного из композиции на основе полипропилена, стабилизированной указанными антиоксидантами.

Для надежного функционирования трубы в композиции наружного слоя используют антиоксиданты, предотвращающие растрескивание слоя при воздействии на трубу температуры 135°С в течение не менее 200 суток.

В качестве антиоксидантов для наружного слоя используют комбинацию стерически затрудненного фенола и стерически затрудненного фосфита, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и тиосинергиста, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и стерически затрудненного амина, или комбинацию стерически затрудненного фенола и тиосинергиста.

В настоящем описании термины «стерически затрудненный фенол», «стерически затрудненный фосфит», «стерически затрудненный амин» и «тиосинергист» означают, что можно использовать либо одно соединение указанного класса, либо несколько соединений соответствующего класса. Иными словами, может быть использован либо один стерически затрудненный фенол, либо комбинация из нескольких стерически затрудненных фенолов. Это же применимо к стерически затрудненным фосфитам, стерически затрудненным аминам и тиосинергистам.

Материал покрывающего слоя выбран, исходя из тех же соображений, что и материал наружного слоя. Кроме того, материал данного слоя позволяет защитить армирующий слой или слои от неблагоприятных внешних воздействий.

Указанные комбинации веществ обеспечивают эффективное ингибирование деструкции в условиях эксплуатации трубы при переменной температуре до 135°С, а в отдельных случаях до 150°С, в зависимости от типа используемого полипропилена и комбинации стабилизаторов.

В конкретном варианте осуществления трубы согласно изобретению выбранный материал наружного слоя внутренней оболочки и материал покрывающего слоя может представлять собой гомополимер пропилена, содержащий специально подобранную комбинацию антиоксидантов, приведенных в таблице 1, для предотвращения развития термоокислительной деструкции:

Таблица 1

Комбинация антиоксидантов, введенных в полимерную композицию наружного или покрывающего слоев на основе гомополимера пропилена

Комбинация № Компоненты комбинации антиоксидантов Концентрация в % мас./мас. 1. Irganox 1010 0,05-0,25 Irgafos 168 0,05-0,50 ADK STAB AO-80 0,05-0,50 ADK STAB AO-412S 0,05-1,00 AO PEP-36 0,05-0,50 2. Irganox 1010 0,05-0,25 Irgafos 168 0,05-0,50 Cyanox 1790 0,05-0,50 Irganox 1330 0,05-0,50 Doverphos S9228 0,05-0,50 ADK STAB AO-412S 0,05-1,00 3. Irganox 1010 0,05-1,00 Irgafos 168 0,05-0,50 Irganox PS802 0,10-1,00 Irgafos PEP-Q 0,10-1,00

Комбинацию антиоксидантов подбирают экспериментальным путем. Контрольным параметром при проведении экспериментов является продолжительность старения в печи до появления признаков растрескивания материала, которая должна составлять не менее 200 суток при температуре 135°С.

Выбор комбинации антиоксидантов не ограничен приведенными выше примерами. Могут быть использованы антиоксиданты других марок.

В качестве материала наружного слоя и материала покрывающего слоя может быть выбран сополимер пропилена-этилена, содержащий специально выбранные комбинации антиоксидантов, предотвращающих развитие термоокислительной деструкции, приведенных в таблице 2:

Таблица 2

Комбинация антиоксидантов, введенных в полимерную композицию наружного или покрывающего слоев на основе сополимера пропилена и этилена

Формула № Компоненты комбинации антиоксидантов Концентрация в
% мас./мас. 1. Irganox 1010 0,05-0,40 Irganox 1330 0,05-0,40 Irgafos 168 0,05-0,50 ADK STAB AO-80 0,05-0,50 ADK STAB AO-412S 0,05-1,00 AO PEP-36 0,05-0,50 2. Irganox 1010 0,05-0,40 Irganox 1330 0,05-0,40 Irgafos 168 0.05-0.50 Cyasorb UV-3529 0,05-0,40 3. Irganox 1010 0,10-1,20 Irganox 1330 0,05-0,40 Irgafos 168 0,05-0,50 Irganox PS802 0,10-0,50 Irgafos PEP-Q 0,10-0,50

Выбор комбинации антиоксидантов не ограничен перечисленными выше примерами. Могут быть использованы антиоксиданты других марок.

Комбинацию антиоксидантов подбирают экспериментальным путем. Контрольным параметром при проведении экспериментов является продолжительность старения в печи до появления признаков растрескивания материала, которая должна составлять не менее 200 суток при температуре 135°С.

Для наружного слоя внутренней оболочки и покрывающего слоя могут быть использованы отличные друг от друга материалы.

Антиоксиданты перечисленных выше марок являются коммерчески доступными; их химические названия приведены в таблице 3:

Таблица 3

Марки антиоксидантов и их химические названия

Марка антиоксиданта Регистрационный № CAS Химическое название Тип антиоксиданта Irganox 1010 6683-19-8 Пентаэритрита тетракис(3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат) Стерически затрудненный фенол Irgafos 168 31570-04-4 Трис(2,4-дитретбутилфенил)фосфит Стерически затрудненный фосфит ADK STAB AO-80 90498-90-1 2,4,8,10-тетраоксаспиро[5.5]ундекан-3,9-диилбис-(2,2-диметил-2,1-этандиил)бис(3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат) Стерически затрудненный фенол ADK STAB AO-412S 29598-76-3 Пенаэритрита тетракис(3-лаурилтиопропионат) Тиосинергист AO PEP-36 80693-00-1 3,9-бис-(2,6-дитретбутил-4-метилфенокси)-2,4,8,10-тетраокса-3,9-дифосфаспиро[5.5]ундекан Стерически затрудненный фосфит Cyanox 1790 40601-76-1 1,3,5-три(4-третбутил-3-гидрокси-2,6-диметилбензил)-1,3,5-триазин-2,4,6-(1H,3H,5H)-трион Стерически затрудненный фенол Irganox 1330 1709-70-2 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-дитретбутил-4-гидроксибензил)бензол Стерически затрудненный фенол Doverphos S9228 154862-43-8 3,9-бис(2,4-дикумилфенокси)-2,4,8,10-тетраокса-3,9-дифосфаспиро[5.5]ундекан Стерически затрудненный фосфит Irganox PS802 693-36-7 Диоктадецил 3,3′-тиодипропионат Тиосинергист Irgafos PEP-Q 119345-01-6 Тетракис(2,4-дитретбутилфенил)-4,4-дифенилдифосфонит Стерически затрудненный фосфит Cyasorb UV-3529 193098-40-7 Метилированные продукты реакции N,N'-бис(2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидинил)-1,6-гександиаминовых полимеров с морфолин-2,4,6-трихлор-1,3,5-триазином Стерически затрудненный амин

Внутренняя оболочка многослойной трубы состоит из наружного и внутреннего слоев, соединенных между собой при помощи промежуточного слоя, связывающего данные слои и придающего внутренней оболочке цельность, что позволяет эффективно передавать нагрузки от внутреннего давления, а также повышает кольцевую жесткость трубы, повышая, таким образом, ее надежность.

Промежуточный слой выполнен из композиции на основе полипропилена, содержащей функциональные группы, являющиеся реакционноспособными с материалом внутреннего слоя.

Материал промежуточного слоя представляет собой гомополимер или сополимер пропилена, содержащий реакционноспособные функциональные группы, введенные любым доступным методом, включая методы сополимеризации, привитой сополимеризации и компаундирования.

Композиция, из которой выполнен промежуточный слой, содержит функциональные группы, способные взаимодействовать с полифениленсульфидом. Благодаря этому взаимодействию можно добиться надежного связывания материалов внутреннего и промежуточного слоев.

Функциональные группы материала промежуточного слоя могут принадлежать соединениям таких классов как эпоксиды, или имины, или изоцианаты.

Выбор полипропилена в качестве основы полимерного материала промежуточного слоя способствует его надежному связыванию с материалом наружного слоя (полипропилена) благодаря взаимодействию между молекулами одного и того же вида: дисперсионное и диполь-дипольное взаимодействия, ван-дер-Ваальсовы силы, повышающему надежность трубы.

Благодаря достаточной термостойкости материала промежуточного слоя достигается гибкость и кольцевая жесткость многослойной трубы в процессе эксплуатации при повышенных температурах.

Все перечисленные выше свойства промежуточного слоя способствуют повышению надежности трубы.

Многослойная труба содержит армирующий слой, позволяющий использовать данную трубу для транспортировки теплоносителя с переменной температурой до 135°С, а в отдельных случаях до 150°С под давлением выше 0,4 МПа, что необходимо для снабжения потребителя теплоносителем или транспортируемой жидкостью с заданными параметрами.

Армирующий слой необходим для облегчения транспортировки среды при указанном выше давлении и указанной выше температуре. Армирующий слой может быть выполнен в виде сетки, расположенной на наружном слое трубы.

Армирующий слой, выполненный в виде сетки, позволяет добиться целостности конструкции трубы за счет связывания покрывающего слоя и наружного слоя внутренней оболочки в ячейках сетки с образованием армирующего каркаса, что обеспечивает гибкость и кольцевую жесткость многослойной конструкции.

Армирующий слой может быть выполнен из полимерного волокна, для чего может быть использовано пара-арамидное волокно или волокно из арамидного сополимера.

В качестве полимерного волокна могут быть использованы высокопрочные и высокомодульные волокна, например, пара-арамидное волокно, известные марки которого включают Kevlar® (DuPont) и Twaron® (Akzo/Acordis), или волокно из арамидного сополимера, например, марки Technora. Использование арамидного сополимера в качестве армирующего слоя повышает надежность трубы еще и благодаря более высокой гидролитической стабильности арамидного сополимера.

Эксперименты показали, что упомянутые выше волокна сохраняют свой уровень прочности даже при температуре свыше 150 градусов Цельсия.

Труба согласно изобретению содержит покрывающий слой, расположенный поверх армирующего слоя или слоев, выполненный из композиции на основе стабилизированного полипропилена, содержащей, как указано выше, антиоксиданты, обеспечивающие устойчивость трубы согласно изобретению к термоокислительной деструкции под воздействием высокой температуры.

Покрывающий слой защищает армирующий слой или слои в процессе транспортировки и сборки трубы.

Если труба содержит один армирующий слой, покрывающий слой расположен поверх данного слоя. При наличии нескольких армирующих слоев, покрывающий слой расположен поверх армирующего слоя, который наиболее удален от продольной оси трубы.

Повышение термостабильности, термостойкости, гибкости, снижение риска преждевременного выхода трубы из строя и обеспечение достаточной кольцевой жесткости обеспечивают повышенную надежность гибкой полимерной многослойной армированной трубы в процессе хранения, транспортировки и эксплуатации.

Кроме того, многослойная труба может содержать наружный защитный кожух. Наружный защитный кожух выполняет функцию защиты от внешних воздействий. Труба может быть снабжена газоизоляционным слоем, обладающим газоизоляционными свойствами, для достижения низкой скорости проникновения газа в транспортируемую среду, или термоизоляционным слоем, если таковой имеется в одном из вариантов осуществления трубы согласно изобретению, при этом для его изготовления используют такие материалы, как, например, сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), полиамид или алифатический поликетон.

Кроме того, труба может содержать термоизоляционный слой для снижения теплопотери в процессе транспортировки среды при высокой температуре, выполненный, например, из таких материалов, как пенополиуретан и полиизоцианурат.

Наружный защитный кожух, газоизоляционный слой и/или термоизоляционный слой могут быть связаны между собой при помощи адгезионных слоев.

Газоизоляционный слой защищает слои трубы от воздействия газов воздуха, повышая за счет этого надежность трубы в целом.

В одном из вариантов осуществления многослойная труба может быть снабжена адгезионным слоем, нанесенным поверх покрывающего слоя многослойной трубы для обеспечения целостности трубы и повышения ее надежности.

В качестве адгезива может быть использован гомополимер или сополимер пропилена с привитым малеиновым ангидридом для создания цельной конструкции трубы, обеспечения надежности данной трубы в процессе транспортировки и эксплуатации.

На фиг. 1 схематически изображена многослойная труба согласно изобретению; на фиг. 2 и 3 представлены конкретные варианты осуществления.

На фиг. 1 схематически изображена многослойная труба 1, содержащая внутреннюю оболочку 2, состоящую из внутреннего слоя 3 и наружного слоя 4, связанных между собой промежуточным слоем 5, расположенным между внутренним слоем 3 и наружным слоем 4 оболочки 2. Указанная труба содержит армирующий слой 6, расположенный между наружным слоем 4 внутренней оболочки 2 и покрывающим слоем 7 многослойной трубы 1.

Армирующий слой 6 выполнен из полимерных волокон или нитей, расположенных по спирали на наружном слое 4 внутренней оболочки 2 трубы 1, которые называют армирующими волокнами или нитями, расположенными по спирали в противоположных направлениях c образованием сетки. Армирующий слой 6 может быть по меньшей мере частично расположен на покрывающем слое 7 с его внутренней стороны.

На фиг. 2 представлен вариант осуществления многослойной трубы, в котором на трубе 1, образованной упомянутыми выше слоями 3, 4, 5, 6, 7, последовательно расположены газоизоляционный слой 11, термоизоляционный слой 10 и наружный защитный кожух 9. Наружный защитный кожух 9 представляет собой слой, который защищает трубу от внешних воздействий, включая воздействие влаги. Между покрывающим слоем 7 и газоизоляционным слоем 11 расположен адгезионный слой 12, связывающий слои 7 и 11. Ссылочной позицией 2 обозначена внутренняя оболочка.

Другой вариант осуществления многослойной трубы показан на фиг. 3, где в отличие от варианта на фиг. 2, между газоизоляционным слоем 11 и термоизоляционным слоем 10 расположен связывающий их адгезионный слой 13.

Ссылочной позицией 14 на всех чертежах обозначена продольная ось трубы.

Трубу производят следующим образом:

Внутреннюю оболочку, состоящую из внутреннего слоя 3, наружного слоя 4 и промежуточного слоя 5, производят совместной экструзией, при которой материалы слоев контактируют друг с другом в расплавленном состоянии, что позволяет функциональным группам, присутствующим в промежуточном слое 5, взаимодействовать с материалом внутреннего слоя 3, и гарантирует адгезионное связывание материалов всех слоев между собой. Далее, внутреннюю оболочку 2 трубы 1 пропускают через калибровочное устройство и охлаждающую ванну (не показана) для придания ей заданных геометрических свойств. Впоследствии ее покрывают одним армирующим слоем, полученным в виде переплетенных нитей полимерного волокна, или несколькими такими армирующими слоями, образующими армирующий каркас. Поверх армирующего слоя или слоев 6 экструдируют покрывающий слой 7 трубы, выполненный из композиции на основе полипропилена, содержащей антиоксиданты. Использование полипропилена в качестве основы композиций покрывающего слоя 7 и наружного слоя 4 способствует связыванию наружного слоя 4 внутренней оболочки 2 и покрывающего слоя 7 при использовании армирующего слоя или слоев 6, образованных в виде сетки, вследствие проникновения расплавленного полимера между нитями сетки.

В случае необходимости покрывающий слой 7 трубы может быть покрыт наружным защитным кожухом 9 и термоизоляционным и/или газоизоляционным слоями 10, 11, расположенными под наружным защитным кожухом 9.

Труба функционирует следующим образом.

Готовую трубу поставляют заказчику в виде длинных секций, намотанных на транспортные барабаны или смотанных в бухты. Размотку трубы перед монтажом проводят при температуре окружающей среды, которая не должны быть ниже порогового уровня, определяемого типами полипропилена, используемыми в качестве основы композиции наружного слоя внутренней оболочки трубы и покрывающего слоя, нанесенного поверх одного или более армирующих слоев, а также наружного защитного кожуха, если таковой имеется.

В случае, когда указанные слои выполнены из полипропилена разных типов, пороговый уровень температуры окружающей среды выбирают таким образом, чтобы гарантировать отсутствие риска повреждения всех использованных типов полипропилена. Если температура окружающей среды ниже порогового уровня, то трубу, намотанную на барабан или свернутую в бухту и предназначенную для размотки, сначала прогревают теплым воздухом до температуры выше порогового уровня.

При эксплуатации трубопровода, изготовленного из трубы описанной выше конструкции, транспортируемую среду, например теплоноситель, в частности воду, подают в трубу 1, содержащую армирующий слой (или армирующие слои) 6, внутренняя оболочка 2 которой состоит из следующих слоев, последовательно расположенных в порядке их удаления от продольной оси 14 трубы 1: внутреннего слоя 3, выполненного из композиции на основе полифениленсульфида, содержащей модификатор ударопрочности, промежуточного слоя 5, выполненного из полимерной композиции на основе полипропилена, содержащей изоцианатную, или иминную, или эпоксидную функциональные группы, и наружного слоя 4, выполненного из композиции на основе полипропилена, содержащей антиоксиданты. Промежуточный слой 5 связывает внутренний слой 3 с наружным слоем 4. Армирующий слой 6 находится поверх наружного слоя 4.

Поверх армирующего слоя 6 расположен покрывающий слой 7, при этом он может непосредственно контактировать с наружным слоем 4, если ячейки армирующего слоя 6 достаточно велики. Покрывающий слой 7 выполнен из композиции на основе полипропилена, содержащей антиоксиданты. В случае необходимости на покрывающем слое 7 расположен наружный защитный кожух 9. Теплоноситель, в частности вода, может быть нагрет до температуры 135 градусов Цельсия и подан под давлением до 1.6 МПа.

Один или более армирующих слоев 6 удерживают механические нагрузки, возникающие в стенке трубы под действием переменной повышенной температуры и давления в процессе эксплуатации, уменьшая тем самым напряжения, возникающие во внутренней оболочке 2 трубы 1, что повышает надежность трубы.

Армирующий слой или слои 6 выполнены таким образом, что они компенсируют любые касательные, а также осевые напряжения в стенке трубы 1, возникающие вследствие теплового расширения материалов трубы и одновременного воздействия внутреннего давления. В качестве материала армирующего слоя 6 используют нити из высокопрочных высокомодульных волокон, состоящих из пара-арамидного гомополимера или пара-арамидного сополимера. Данные материалы сочетают в себе высокую прочность и высокий уровень модуля эластичности, что придает им устойчивость к деформации под действием силы натяжения.

Покрывающий слой 7, выполненный из композиции на основе полипропилена, содержащей антиоксиданты, расположенный поверх армирующего слоя(слоев) 6, обеспечивает защиту нитей армирующего слоя(слоев) 6 от механического повреждения и действия влаги, вызванных внешними воздействиями в процессе намотки, транспортировки, сборки и эксплуатации трубы.

Для надлежащего функционирования армирующего слоя(слоев) 6 важно также облегчить передачу нагрузок между слоями внутренней оболочки 2, что возможно при наличии прочной адгезионной связи между наружным слоем 4 и внутренним слоем 3 внутренней оболочки 2 трубы 1, которая сохраняется в процессе эксплуатации во всем диапазоне температур. Этого можно достигнуть при использовании в качестве материала промежуточного слоя 5 композиции на основе полипропилена, содержащей функциональные группы, выбранные из класса эпоксидов, или иминов, или изоцианатов. Высокая температура плавления данной композиции обеспечивает прочное связывание между наружным слоем 4 и внутренним слоем 3 внутренней оболочки 2 и исключает расслоение внутренней оболочки 2 трубы 1 в местах изгиба или соединения трубы в условиях эксплуатации трубы.

В процессе транспортировки теплоносителя (в частности, воды) по трубе материалы внутренней оболочки и покрывающего слоя подвергаются воздействию высоких температур и кислорода, который может проникать через наружные слои трубы и грунт (в случае подземной установки). Указанное воздействие может привести к термоокислительной деструкции полимеров. Введение специально подобранной комбинации антиоксидантов позволяет ингибировать процессы термоокислительной деструкции полимеров, приводящей к быстрой потере их физических и механических свойств.

В конкретных вариантах осуществления изобретения труба может быть снабжена внешним защитным кожухом 9, расположенным поверх покрывающего слоя, для дополнительной защиты нижележащих слоев трубы.

Для предотвращения проникновения в трубу кислорода, в трубу может быть включен газоизоляционный слой, состоящий из материала, обладающего меньшей проницаемостью для газов воздуха по сравнению с материалами других слоев. Эта стадия позволяет замедлить насыщение транспортируемого теплоносителя (например, воды) кислородом, который вызывает коррозию металлических деталей системы теплоснабжения (арматуры, теплообменников и т.д.), а также дополнительно снизить скорость термоокислительной деструкции материалов внутренней оболочки и покрывающего слоя трубы.

Если газоизоляционный слой 11 нанесен на наружную поверхность покрывающего слоя 7 трубы, для связывания указанных слоев используют адгезионный материал, например, гомополимер или сополимер пропилена с привитыми группами малеинового ангидрида, способный надежно связывать слои между собой, что необходимо для предотвращения разрушения газоизоляционного слоя 11 и ухудшения его газоизоляционных свойств, которое может произойти при отслоении газоизоляционного слоя 11 от нижележащего покрывающего слоя 7.

Труба может содержать термоизоляционный слой 10, выполненный из полужесткого пенополиуретана или полиизоцианурата. Использование термоизоляционного слоя 10 уменьшает потери тепловой энергии из транспортируемого теплоносителя. В качестве пенообразователя для полиуретана или полиизоцианурата могут быть использованы газы, имеющие меньшую удельную теплопроводность по сравнению с воздухом, или жидкости, пары которых имеют меньшую удельную теплопроводность по сравнению с воздухом, например, диоксид углерода, циклопентан, изопентан, галогенсодержащие производные углеводородов и т. д.

Газоизоляционный слой 11 может быть расположен под термоизоляционным слоем 10. В этом случае газоизоляционный слой 11 может быть связан с покрывающим слоем 7 и термоизоляционным слоем 10 при помощи адгезионных слоев 12 и 13, соответственно, выполненных из гомополимера или сополимера пропилена с привитыми группами малеинового ангидрида. Адгезионные слои 12 и 13, или один из этих слоев, требуются в том случае, когда материал газоизоляционного слоя не проявляет адгезии к материалам вышележащего слоя 10 и/или нижележащего слоя 7.

Газоизоляционный слой 11 может быть расположен над термоизоляционным слоем 10. В этом случае предотвращается появление газов воздуха в термоизоляционном слое 10 и их последующая миграция в теплоноситель. Газоизоляционный слой 11 и термоизоляционный слой 10 могут быть связаны при помощи адгезива, например, гомополимера или сополимера этилена с привитыми группами малеинового ангидрида. Адгезионные слои или слой требуются в том случае, если материал газоизоляционного слоя не проявляет адгезии к материалам вышележащего слоя 9 и/или нижележащего слоя 10.

Настоящее изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами конструкции трубы, обладающей требуемой термостойкостью, прочным связыванием между слоями внутренней оболочки в процессе воздействия транспортируемой среды, достаточной гибкостью и кольцевой жесткостью при намотке трубы на барабан и установке, а также стойкостью к термоокислительной деструкции, о чем свидетельствует тот факт, что наружный слой и покрывающий слой не демонстрируют какого-либо растрескивания при воздействии температуры 135°С в течение более 200 суток.

Пример 1

Гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внутреннюю оболочку, имеющую внутренний и наружный слои, при этом внутренний слой выполнен из композиции на основе полифениленсульфида, содержащей 2% мас./мас. сополимера этилена, содержащего эпоксидные функциональные группы, молярная доля которых в указанном сополимере этилена составляет 8%, и 5% мас./мас. эластомера на основе сополимера полиамида-простого эфира, тогда как наружный слой выполнен из композиции на основе статистического сополимера пропилена-этилена, содержащей комбинацию антиоксидантов, включающую стерически затрудненный фенол, стерически затрудненный фосфит и тиосинергист, общее количество которых в композиции на основе статистического сополимера пропилена-этилена составляет 2,2% мас./мас. Внутренний и наружный слои связаны между собой промежуточным слоем из статистического сополимера пропилена-этилена, содержащего изоцианатные функциональные группы. Поверх наружного слоя находится армирующий слой, образующий сетку, выполненную из нитей пара-арамидного гомополимера, поверх которого расположен покрывающий слой из статистического сополимера пропилена-этилена, содержащего упомянутые выше в данном примере антиоксиданты в количестве 2,2% мас./мас. Внешний диаметр трубы составляет 70 мм, толщина внутреннего слоя составляет 1,4 мм, толщина наружного слоя составляет 1,4 мм, толщина промежуточного слоя составляет 0,2 мм, общая толщина армирующего и покрывающего слоев составляет 1,6 мм. Модуль эластичности композиции, из которой выполнен внутренний слой, составляет 2,4 ГПа. Труба характеризуется высокой стойкостью к термоокислительной деструкции, о чем свидетельствует тот факт, что для образцов, изготовленных из данной трубы, не наблюдается растрескивания наружного и покрывающего слоев при воздействии температуры 135°C в течение по меньшей мере 250 суток.

Пример 2

Гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внутреннюю оболочку, имеющую внутренний и наружный слои, при этом внутренний слой выполнен из композиции на основе полифениленсульфида, содержащей 2% мас./мас. сополимера этилена, содержащего эпоксидные функциональные группы, молярная доля которых в указанном сополимере этилена составляет 8%, и 5% мас./мас. эластомера на основе сополимера полиамида-простого эфира, тогда как наружный слой выполнен из композиции на основе статистического сополимера пропилена-этилена, содержащей комбинацию антиоксидантов, включающую стерически затрудненный фенол, стерически затрудненный фосфит и тиосинергист, общее количество которых в композиции на основе статистического сополимера пропилена-этилена составляет 2,2% мас./мас. Внутренний и наружный слои связаны между собой промежуточным слоем из статистического сополимера пропилена-этилена, содержащего иминные функциональные группы. Поверх наружного слоя находится армирующий слой, образующий сетку, выполненную из нитей пара-арамидного гомополимера, поверх которого расположен покрывающий слой из статистического сополимера пропилена-этилена, содержащего упомянутые выше в данном примере антиоксиданты в количестве 2,2% мас./мас. Внешний диаметр трубы составляет 70 мм, толщина внутреннего слоя составляет 1,4 мм, толщина наружного слоя составляет 1,4 мм, толщина промежуточного слоя составляет 0,2 мм, общая толщина армирующего и покрывающего слоев составляет 1,6 мм. Модуль эластичности композиции, из которой выполнен внутренний слой, составляет 2,4 ГПа. Труба характеризуется высокой стойкостью к термоокислительной деструкции, о чем свидетельствует тот факт, что для образцов, изготовленных из данной трубы, не наблюдается растрескивания наружного и покрывающего слоев при воздействии температуры 135°C в течение по меньшей мере 250 суток.

Пример 3

Гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внутреннюю оболочку, имеющую внутренний и наружный слои, где внутренний слой выполнен из композиции на основе полифениленсульфида, содержащей 20% мас./мас. сополимера этилена, содержащего эпоксидные функциональные группы, молярная доля которых в указанном сополимере этилена составляет 8%, тогда как наружный слой выполнен из композиции на основе гомополипропилена и антиоксиданта, в качестве которого используют комбинацию стерически затрудненного фенола, фосфита и тиосинергиста, общее количество которых в композиции на основе гомополипропилена составляет 0,87% мас./мас. Внутренний и наружный слои связаны между собой промежуточным слоем гомополипропилена, содержащего изоцианатные функциональные группы. Поверх наружного слоя находится армирующий слой, образующий сетку, выполненную из нитей пара-арамидного гомополимера, поверх которого расположен покрывающий слой из гомополипропилена, содержащего упомянутые выше в данном примере антиоксиданты в количестве 0,87% мас./мас. Внешний диаметр трубы составляет 101 мм, толщина внутреннего слоя составляет 1,8 мм, толщина наружного слоя составляет 1,9 мм, толщина промежуточного слоя составляет 0,2 мм, общая толщина армирующего и покрывающего слоев составляет 2,6 мм. Модуль эластичности композиции, из которой выполнен внутренний слой, составляет 1,8 ГПа. Труба характеризуется высокой стойкостью к термоокислительной деструкции, о чем свидетельствует тот факт, что для образцов, изготовленных из данной трубы, не наблюдается растрескивания наружного и покрывающего слоев при воздействии температуры 135°C в течение более 200 суток и в течение по меньшей мере 170 суток при температуре 150°C.

Пример 4

Гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внутреннюю оболочку, имеющую внутренний и наружный слои, при этом внутренний слой выполнен из композиции на основе полифениленсульфида, содержащей 10% мас./мас. сополимера этилена, содержащего эпоксидные функциональные группы, молярная доля которых в указанном сополимере этилена составляет 12%, и 10% мас./мас. эластомера на основе сополимера этилена-пропилена, тогда как наружный слой выполнен из композиции на основе статистического сополимера пропилена-этилена, содержащего комбинацию антиоксидантов, а именно: стерически затрудненный фенол, стерически затрудненный фосфит и тиосинергист, общее количество которых в композиции на основе статистического сополимера пропилена-этилена составляет 2,2% мас./мас. Внутренний и наружный слои связаны между собой промежуточным слоем из статистического сополимера пропилена-этилена, содержащего иминные функциональные группы. Поверх наружного слоя находится армирующий слой, выполненный из нитей пара-арамидного гомополимера, поверх которого расположен покрывающий слой из статистического сополимера пропилена-этилена, содержащего упомянутые выше антиоксиданты в количестве 2,2% мас./мас. Внешний диаметр трубы составляет 70 мм, толщина внутреннего слоя составляет 1,4 мм, толщина наружного слоя составляет 1,4 мм, толщина промежуточного слоя составляет 0,2 мм, общая толщина армирующего и покрывающего слоев составляет 1,6 мм. Модуль эластичности композиции, из которой выполнен внутренний слой, составляет 1,8 ГПа. Труба характеризуется высокой стойкостью к термоокислительной деструкции, о чем свидетельствует тот факт, что для образцов, изготовленных из данной трубы, не наблюдается растрескивания наружного и покрывающего слоев при воздействии температуры 135°C в течение по меньшей мере 250 суток.

Пример 5

Гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внутреннюю оболочку, имеющую внутренний и наружный слои, при этом внутренний слой выполнен из композиции на основе полифениленсульфида, содержащей 15% мас./мас. сополимера этилена, содержащего эпоксидные функциональные группы, молярная доля которых в указанном сополимере этилена составляет 8%, тогда как наружный слой выполнен из композиции на основе гомополипропилена и антиоксиданта, в качестве которого используют комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и тиосинергиста, общее количество которых в композиции на основе гомополипропилена составляет 1,77% мас./мас. Внутренний и наружный слои связаны между собой промежуточным слоем из гомополипропилена, содержащего изоцианатные функциональные группы. Поверх наружного слоя находится армирующий слой из нитей пара-арамидного гомополимера, поверх которого расположен покрывающий слой из гомополипропилена, содержащего упомянутые выше антиоксиданты в количестве 1,77% мас./мас. Внешний диаметр трубы составляет 101 мм, толщина внутреннего слоя составляет 1,8 мм, толщина наружного слоя составляет 1,9 мм, толщина промежуточного слоя составляет 0,2 мм, общая толщина армирующего и покрывающего слоев составляет 2,6 мм. Модуль эластичности композиции, из которой выполнен внутренний слой, составляет 2,0 ГПа. Труба характеризуется высокой стойкостью к термоокислительной деструкции, о чем свидетельствует тот факт, что для образцов, изготовленных из данной трубы, не наблюдается растрескивания наружного и покрывающего слоев при воздействии температуры 135°C в течение более 200 суток, а также не наблюдается растрескивания в течение по меньшей мере 130 суток при воздействии температуры 150°C.

Пример 6

Гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внутреннюю оболочку, имеющую внутренний слой, выполненный из композиции на основе полифениленсульфида, содержащей 3% мас./мас. полипропилена, содержащего изоцианатные функциональные группы, молярная доля которых в указанном полимере пропилена составляет 2%, и 5% мас./мас. блок-сополимера полиамида-сложного полиэфира, и наружный слой, выполненный из композиции на основе гомополипропилена, содержащей комбинацию антиоксидантов, а именно, стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и тиосинергиста, общее количество которых в композиции составляет 1,77% мас./мас. Внутренний и наружный слои связаны между собой промежуточным слоем из гомополипропилена, содержащего иминные функциональные группы. В качестве материала армирующего слоя, покрывающего наружный слой, выбран пара-арамидный сополимер. Покрывающий слой, находящийся поверх армирующего слоя, выполнен из композиции на основе гомополипропилена, содержащей комбинацию антиоксидантов, а именно, стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и тиосинергиста, общее количество которых в композиции составляет 1,77% мас./мас. Внешний диаметр трубы составляет 101 мм, толщина внутреннего слоя составляет 1,8 мм, толщина наружного слоя составляет 1,9 мм, толщина промежуточного слоя составляет 0,2 мм, общая толщина армирующего и покрывающего слоев составляет 2,6 мм. Модуль эластичности композиции, из которой выполнен внутренний слой, составляет 2,3 ГПа. Труба характеризуется высокой стойкостью к термоокислительной деструкции, о чем свидетельствует тот факт, что для образцов, изготовленных из данной трубы, не наблюдается растрескивания наружного и покрывающего слоев при воздействии температуры 135°C в течение более 200 суток, а также не наблюдается растрескивания в течение по меньшей мере 130 суток при воздействии температуры 150°C.

Гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внешний защитный кожух, окружающий покрывающий слой. Между внешним защитным кожухом и покрывающим слоем находится термоизоляционный слой из пенополиизоцианурата, защищенный от внешних воздействий внешним защитным кожухом из линейного полиэтилена низкой плотности. Толщина термоизоляционного слоя составляет по меньшей мере 19 мм, а толщина защитного кожуха из линейного полиэтилена низкой плотности составляет 3,0 мм.

Пример 7

Гибкая полимерная многослойная армированная труба содержит внутреннюю оболочку, состоящую из внутреннего слоя, выполненного из композиции на основе полифениленсульфида, содержащей 5% мас./мас. сополимера пропилена, содержащего иминные функциональные группы, молярная доля которых в указанном сополимере составляет 1,0%, и 15% мас./мас. тройного сополимера этилена-пропилена-бутадиена, и наружного слоя, выполненного из композиции на основе статистического сополимера полипропилена, содержащей комбинацию антиоксидантов, а именно, стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и стерически затрудненного амина, общее количество которых в композиции составляет 1,0% мас./мас. Наружный и внутренний слои внутренней оболочки связаны между собой промежуточным слоем из композиции на основе полипропилена, содержащего эпоксидные функциональные группы. Модуль эластичности композиции, из которой выполнен внутренний слой, составляет 1,7 ГПа. Поверх наружного слоя расположены два армирующих слоя, образующих сетку из волокон на основе пара-арамидного гомополимера. Армирующие слои покрыты покрывающим слоем из композиции на основе статистического сополимера полипропилена, содержащей комбинацию антиоксидантов, а именно, стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и стерически затрудненного амина, общее количество которых в композиции составляет 1,0% мас./мас. Внешний диаметр трубы составляет 70 мм, толщина внутреннего слоя составляет 1,4 мм, толщина наружного слоя составляет 1,4 мм, толщина промежуточного слоя составляет 0,2 мм, общая толщина армирующего и покрывающего слоев составляет 1,6 мм. Труба характеризуется высокой стойкостью к термоокислительной деструкции, о чем свидетельствует тот факт, что для образцов, изготовленных из данной трубы, не наблюдается растрескивания наружного и покрывающего слоев при воздействии температуры 135°C в течение по меньшей мере 220 суток.

Труба содержит внешний защитный кожух. Между внешним защитным кожухом и покрывающим слоем находится газоизоляционный и термоизоляционный слой. Газоизоляционный слой выполнен из сополимера этилена и винилового спирта, молярная доля этилена в котором составляет 32%, и связан с покрывающим слоем трубы при помощи адгезива, в качестве которого использован полипропилен с привитым малеиновым ангидридом. Термоизоляционный слой выполнен из пенополиуретана. Внешний защитный кожух выполнен из полиэтилена низкой плотности. Толщина газоизоляционного слоя составляет 0,2 мм, толщина адгезионного слоя, связывающего газоизоляционный слой с покрывающим слоем, составляет 0,15 мм, толщина термоизоляционного слоя составляет по меньшей мере 19 мм, а толщина внешнего защитного кожуха составляет 2,6 мм.

Приведенные примеры не охватывают все варианты осуществления изобретения исчерпывающим образом, и наличие указанных функциональных групп и/или антиоксидантов в материалах слоев может быть доказано путем обнаружения полос поглощения материала слоя в инфракрасном спектре, характеристических для указанных веществ, или идентификацией таких веществ методами масс-спектрометрии, газовой или жидкостной хроматографии, термогравиметрического анализа и другими подходящими методами физико-химического анализа.

Изобретение относится к гибким многослойным полимерным трубам, используемым в различных областях хозяйственно-экономической деятельности, в том числе в теплоснабжении, для транспортировки сред при переменных температурах до 135°С и давлении свыше 0,4 МПа. Гибкая полимерная многослойная армированная труба (1) содержит внутреннюю оболочку (2), один или более расположенных на ней армирующих слоев (6) и покрывающий слой (7), расположенный поверх всех армирующих слоев (6). Внутренняя оболочка (2) содержит внутренний слой (3), выполненный из композиции на основе полифениленсульфида, и наружный слой (4). Внутренний и наружный слои (3, 4) связаны между собой промежуточным слоем (5). Предложенное изобретение отличается тем, что модуль эластичности композиции на основе полифениленсульфида, из которой выполнен внутренний слой (3), составляет от 1,0 до 2,5 ГПа. Наружный слой (4) и покрывающий слой (7) многослойной трубы (1) выполнены из композиции на основе полипропилена, стабилизированной антиоксидантами. Промежуточный слой (5) выполнен из композиции на основе полипропилена, содержащей функциональные группы, реакционно-способные по отношению к полифениленсульфиду, содержащемуся в композиции, из которой выполнен внутренний слой (3). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 7 пр.

1. Гибкая полимерная многослойная армированная труба (1), содержащая внутреннюю оболочку (2), один или более расположенных на ней армирующих слоев (6) и покрывающий слой (7), расположенный поверх всех армирующих слоев (6), при этом внутренняя оболочка (2) содержит внутренний слой (3), выполненный из композиции на основе полифениленсульфида, и наружный слой (4), причем внутренний и наружный слои (3, 4) связаны между собой промежуточным слоем (5), отличающаяся тем, что композиция на основе полифениленсульфида, из которой выполнен внутренний слой (3), имеет модуль эластичности, составляющий от 1,0 до 2,5 ГПа, наружный слой (4) и покрывающий слой (7) многослойной трубы (1) выполнены из композиции на основе полипропилена, стабилизированной антиоксидантами, а промежуточный слой (5) выполнен из композиции на основе полипропилена, содержащей функциональные группы, реакционноспособные по отношению к полифениленсульфиду, содержащемуся в композиции, из которой выполнен внутренний слой (3).

2. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по п. 1, отличающаяся тем, что композиция на основе полифениленсульфида, из которой выполнен внутренний слой (3), содержит модификатор ударопрочности в количестве от 5,0% мас./мас. до 25,0% мас./мас.

3. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве модификатора ударопрочности в композиции на основе полифениленсульфида, из которой выполнен внутренний слой (3), использован гомополимер или сополимер олефина, содержащий функциональные группы, относящиеся к классу эпоксидов, или иминов, или изоцианатов.

4. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по п. 2, отличающаяся тем, что модификатор ударопрочности в композиции на основе полифениленсульфида, из которой выполнен внутренний слой (3), содержит смесь гомополимера или сополимера олефина, содержащего функциональные группы, относящиеся к классу эпоксидов, или иминов, или изоцианатов, и эластомер, выбранный из группы, включающей в себя сополимер полиамида-простого эфира, сополимер полиамида-сложного эфира, сополимер этилена-пропилена, сополимер этилена-1-бутена, сополимер этилена-1-октена, тройной сополимер этилена-пропилена-бутадиена, гидрированный блоксополимер стирола-этилена (SEBS).

5. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что в качестве функциональных групп композиции промежуточного слоя (5) использованы функциональные группы, относящиеся к классу изоцианатов, или иминов, или эпоксидов.

6. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что армирующий слой или слои (6) выполнены в виде сетки.

7. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что наружный слой (4) характеризуется отсутствием растрескивания при воздействии температуры 135°C в течение по меньшей мере 200 суток.

8. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что композиция на основе полипропилена, из которой выполнен наружный слой (4), содержит в качестве антиоксидантов комбинацию стерически затрудненного фенола и стерически затрудненного фосфита, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и тиосинергиста, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и стерически затрудненного амина, или комбинацию стерически затрудненного фенола и тиосинергиста.

9. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что композиция на основе полипропилена, из которой выполнен покрывающий слой (7), содержит в качестве антиоксидантов комбинацию стерически затрудненного фенола и стерически затрудненного фосфита, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и тиосинергиста, или комбинацию стерически затрудненного фенола, стерически затрудненного фосфита и стерически затрудненного амина, или комбинацию стерически затрудненного фенола и тиосинергиста.

10. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она снабжена внешним защитным кожухом (9), расположенным поверх покрывающего слоя (7).

11. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что армирующий слой или слои (6) выполнены из волокон пара-арамидного гомополимера или волокон пара-арамидного сополимера.

12. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что труба (1) снабжена газоизоляционным слоем (11) и/или термоизоляционным слоем (10), расположенными между внешним защитным кожухом (9) и покрывающим слоем (7).

13. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она снабжена одним или более адгезионными слоями (12, 13).

14. Гибкая полимерная многослойная армированная труба по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что наружный и внутренний слои имеют одинаковую толщину.

15. Применение гибкой полимерной многослойной армированной трубы по любому из предшествующих пунктов для теплоснабжения, для транспортировки сред при переменной температуре до 135°С и давлении выше 0,4 МПа.