Труба Советский патент 1981 года по МПК F16L9/16 

Изобретение относится -к трубам для перемещения жидкостей. Трубы, формуемые из армированного полимерного материала, наиболее часто изготавливают методом филамен ной намотки, т.е. намоткой армирующих волокон на сердечник и пропиткой их полимерной композицией. Соединител-ьные части труб такие как стыковочные узлы и колена, изготавливают аналогичным способом, за иск лючением того, что конструкцию формуют из предварительно изготовлен-, ной ленты, и метод филаментной намотки в этом случае можно рассматривать как метод ленточной намотки. Уже давно существует потребность в коррозионностойких трубах, которы используют при подземных разработка для перекачки корродирующих шахтных вод. Однако во взрывоопасной атмосфере такой как атмосфера уголь ных шахт, содержаицей метан, пластические материалы для изготовления труб используются ограниченно вслед ствие присущего им высокого удельно го поверхностного сопротиления и низкой огнестойкости. Были предпри. няты попытки приспособить такие тру бы из пластических материалов для указанных областей, но ни одна из них не позволила решить проблему окончательно. Например, снизить удельное поверхностное сопротивление удается за счет использования внешнего проводящего покрытия или внешнего металлического проводника, но при поверхностных повреидениях такие покрытия теряют свою эффективность, а если есть и внутреннее по крытие или проводник, то появляется опасность, что такая труба будет играть роль конденсатора напряжения. Известен метод литья под давлением изделия из полимерных композиций, содержащих такое количество техуглерода, которое обеспечивает изделию электропроводность. Однако такие изделия требуют использования большого количества техуглерода для придания им требуемой электропроводности, а вязкость полимерных композиций, содержащих это количество техуглерода, до вулканизации возрастает настолько, что оказывается невозможным осуществить филаментную намОтку.В общем,композиция , перерабатываемая методом филаментной намотки,должна иметь вязкость не более 70000 сП, измеряемую на вискозиметре Брукфильда при скорости сдвига 0,6 об/мин при комнатной температуре .

В результате проведенных исследований установлено удельное поверхностное сопротивление, с учетом требований техники безопасности, для взрывоопасных атмосфер, которое не

7, Ом должно превьаиать --g-, где

D - внешний диаметр трубы в миллиметрах. Типичные размеры труб, изготавливаемых для английских угольных шахт, имеют D в пределах от 50 до 300 мм. Например, если диаметр труб составляет 100 мм, то удельное поверхностное сопротивление должно быть не более 7, 5-10Ом.

Требование, касающееся стойкости к воспламенению, заключается в том, что если, на- внешнюю часть трубы в течение 30 с воздействовать открыты пламенем,, а затем удалить его, то горение или тление трубы должно продолжаться не более 5с.

Наиболее близкой к предлагаемой является труба, выполненная из слое стекловолокнистого наполнителя, пропитанного полиэфирным или фенолформальдегиднымили фурановым связующим 1 .

Однако известная труба не обладает огнестойкостью и электропроводнотью.

Цель изобретения - обеспечение огнестойкости и электропроводности трубы.

I

Эта цель достигается тем, что в трубе стекловолокнистый наполнитель пропитан Огнестойким связующим с использованием в качестве полиэфирной смолы - с:молы на основе тетрахлорфталевогб ангидрида, в качестве фурановой смолы - смолы на основе фурфурилового спирта и связугацее дополнительно содержит.технический углерод при следующем соотношении компонентов связующего, вес.ч.:

100 2-8

Труба содержит связующее на основе фенолформальдегидной смолы и кис лотного отвердителя при следующем соотношении компонентов связующего , вес.ч.:

Фенолформальдегидная смола 100

Кислотный отвердитель.5-15

Предлагаемая труба или соединительные части труб, обладающие элек1,тропроводностью и стойкостью к воспламенению, изготавливаются из намотанной волокнистой армирующей конструкции, пропитанной огнестойкой, электропроводящей полимерной

композицией, содержащей 2-8% по весу композиции электропроводного техуглерода, равномерно ди,спергированаого по объему композиции.

Установлено, что если полимерная композиция обладает огнестойкостью, то требуемую электропроводность можно получать в присутствии значительно меньшего количества техуглерода, ieM можно было ожидать, и, таким образом, можно составлять лимерные композиции, которые имеют низкую вязкость и высокую смачиваемость и которые можно использовать в методе филаментной намотки.

Важная особенность предлагаемой

15 трубы заключается в том, что техуглерод равномерно диспергируется по объему композиции, т.е. по толщине трубы или соединительной части трубы, и, таким образом, не находится

0 полностью в поверхностном слое, который легко повреждается. Предпочтительно чтобы в основе полимерной композиции был галоидированный полиэфир, смола на основе фурфурилового

спирта, или фенолформальдегидная

смола, предпочтительнее галоидированный полиэфир. Полимерный материал, используемый для композиции, может быть огнестойким по своей природе, но чаще для повышения огнестойкости полимерной композиции в

ее состав вводят специальные добавки. В качестве таковых могут быть использованы известные антипирены такие как макрочастицы соединения алюминия или галогенсодержащий фосфат или это может быть добавка, которая сама по себе, не обладает способностью замедлять воспламенение, но при взаимодействий с полимером повышад ет его огнестойкость.

Предпочтительным полимерным материалом для композиций является полиэфирная смола на основе тетрахлорфталевого ангидрида. При использовании .галоидированного полиэфира его смешивают с антипиреном, как правило соединением алюминия, таким как гидроокись алюминия, а также необязательно с галоидсодержащим

0 антипиреном.

Если в качестве полимерного материала в состав композиции включена смола на основе фурфурилового спирта то желательно использовать дополнительный антипирен такой как галоидированный фосфат. Подходящей для этих целей добавкой является трис-(2 , 3-дибромпропилфосфат) . Кроме того, в состав композиций на .основе смолы

0 из фурфурилового спирта может входить донор кислоты. В его присутствии, в частности при его избытке, огнестойкость возрастает настолько, что дозировку дополнительного анти5 пирена в составе композиции можно

существенно снизить или полностью исключить.

В том случае, когда в основе полимерной композиции лежит фенолформальдегидная смола, то, как правило, нет необходимости в использовании добавок антипиренов, но вместо этого желательно в состав композиции включать большее количество кислотного отвердителя, по сравнению с обычно используемым. Например, количество кислотного отвердителя для , фенолформальдегидной см«7Лы или смолы на основе фурфурилового спирта составляет от 1 до 4% (от веса композиции).

Установлено, что использование сочетания техуглерода и избытка кислотного отвердителя или техуглерода и антипирена, который не является электропроводньом, приводит к более высокой электропроводности, чем использование того же количества техуглерода без добавки отвердителя или антипирена. в соответствии с этим легко составлять композиции, пригодные для филаментной намотки, а сам процесс филаментной намотки проводить таким образом, что свойства композиции по объему будут одинаковыми, и, что особенно важно, техуглерод не будет сепарировать в объеме композиции.

Желательно, чтобы.все ингредиенты полимерной композиции были ограничены соединениями, которые не образуют вредных, с точки зрения пра вил техники безопасности подземных разработок, веществ. Ацетиленовый техуглерод является очень подходящим типом техуглерода, так как он обладает наибольшей электропроводнотью, но канальный/ термический и печной.техуглерод могут придать смесям определенную степень электропроводности, в зависимости от размера частиц.

Армирующие волокна могут быть самых разнообразных форм, например, в виде текстильного материала, ровницы для намотки, слоя измельченных подпрессованных волокон, крученой ровницы или текстурированной ткани. Обычно их получают из стекла. Предпочтительно-полимерные композиции составляют так, чтобы в отсутствие техуглерода они имели вязкость от . 500 до 1000 сП. Используемые композиции должны обеспечивать проникновение смолы в волокна, смачивать их крепко соединяя друг с другом, с образованием непрерывной полимерной матрицы на армирующей намотке из волокон. Процесс филаментной намотки проводят обычным способом.

Предлагаемая труба является особенно ценной для перекачки корродирующих Шахтных вод. Однако ее можно использовать и для других целей.

Если поток, который предстоит транспортировать по трубе, является неэлектропроводным, например сухой газ, содержащий частицы пыли, то другое преимущество трубы заключается в низком внутреннем удельном поверхностном с,опротивлен.ии, .наряду с внешним удельным поверхностным сопротивлением Кроме того, пpeдлaгae iyю трубу можно использовать в качестве поручней,, в этом случае она может,

s быть сплошной и квадратной в поперечном сечении.

Пример 1. 4ч. тонкоизмельченного ацетиленового техуглерода смешивают со 100 ч. полиэфирной смо5лы на основе тетрахлорфталевогб ангиДрида, предварительно смешанной с тригидратом гидроокиси алюминия, используемым в качестве антипирена, и необязательно галоидсодержащим антипиреном и 2 ч. 50%-ой пасты пере0киси бензол.а. Вязкость полученной смеси 4500 сП. Трубу изготавливают из нее и ровницы из стекловолокна или стеклоткани обычным методом филаментной намотки и полученное из-,

5 делие вулканизуют при 120°св течение 15.мин о Стойкость к воспламенению оценивают описанным выше методом. Электрическое сопротивление 0,03 МОм.Процесс повторяют в присутствии

0 10% техуглерода. Вязкость композиции перед вулканизацией составляет ,20000 00 сП, что значительно затрудняет проведение процесса филаментной намотки. Однако огнестойкость удов5летворительная, а электрическое сопротивление составляет О МОм.

Пример 2. 4ч. тонкоизмельченной ацетиленовой сажи смешивают с 100 ч. фенолформальдегидной смолы и 5 ч« кислотного отвердителя. В качестве отвердителя используют любой из обыЧньГх сильнокислотных отвердителей, применяемых в сочетании с фенолформальдегидными смолами. Смесь на основе смолы наносят на ; слои намотанного стекловолокна и стеклоткани обычным способом, продукт желатинизируется при комнатной температуре, а затем его подвулканизуют при 120С в течение 15 мин. Вязкость

0 композиции перед вулканизацией cdcтавляет 66500 сП. Вулканизованный продукт имеет удовлетворительную огнестойкость и электрическое сопротивление 8 МОМ. Когда процесс повто5ряют в присутствии 10% отвердителя, огнестойкость удовлетворительная, но электрическое сопротивление составляет 6 МОм. При введении в состав композиции 15% отвердителя, огнестойкость удовлетворительная, но

0 электрическое сопротивление еще ниже 6 МОм.

Таким образом, в,одном из процес . сов, где использовано 5% техуглерода, 5% отвердителя и 90% Полтека-2 дос5

-тигнуто электрическое сопротивление 0,1 МОм.

Пример 3.4ч. тонкоизмельченного ацетиленового техуглерода смешивают с 100 ч. смолы на основе фурфурилового спирта, которую предварительно- смешивают с трис-(2,3-дибромпропилфосфатом), используемым в качестве антипирена, и 2,5 ч. кислотного катализатора, например ароматической кислотой. Смесь, вязкостью 2680 СП, наносят на слои намотанного стекловолокна, стеклоткани и желатинизируют при комнатной температуре, затем подвулканизуют при, в течение 15 мин. Вулканизован ный продукт имеет удовлетворительную огнестойкость и электрическое сопротивление 0,1 МОм. При проведении процесса в присутствии 10% техуглерода вязкость смеси превышает 10000 бО, что затрудняет проведение процесса нанесения при филаментной намотке.

но огнестойкость после вулканизации удовлетворительная, а электрическое сопротивление равнялось нулю. Аналогичным образом, в присутствии 15% техуглерода огнестойкость также удовлетворительная, электрическое сопротивление нуль, но вязкость превысила 2000000 сП.

Для.сравнения готовят трубу из полимерной композиции, не обладающей стойкость к воспламенению. Процесс проводят аналогично примеру 1, но с использованием неогнестойкого полиэфира, т.е. негалоидированного полиэфира, например продукта Кристик-189 с различными количествами техуглегрода и тригидрата гидроокиси алюминия в качестве антипирена.

Полученные результаты представлены в табл. 1, где FR -тригидрат гидроокиси алюминия в качестве антипирена.

Таблица 1

Вязкость, сП Огнестойкость БескоБескоЭлектрическоенечно нечно сопротивление, МОм велико велико

Результаты табл.1 свидетельствуют о том, что этот продукт совершенно неприемлем, независимо от того, содержит он антипирен или нет, электрическое сопротивление бесконечно велико, но при сравнении о,пытов С и D видно, что добавка антипирена в смесь, содержащую 10% техуглерода, снижает электрич окое сопротивление до нуля, но огнестойкость остается нeyдoвлeтвopитe Iьнoйi

Результаты экспериментов антистатических труб представлены в табл.2.

Т а б л и ц а 2.

.1000 50 40 40

2000

1500

1000

500

200

100

100

200 12200 Неудовлетвори Бесконечновелико

Предлагаемая,, труба экономична, 40 так как обладает хорошей коррозионной стойкостью, огнестойкостью и механической прочностью в сочетании с низким электрическим сопротивлением, на основе использования легкоперерабатываемой смолы, облада ощей способностью смачивать волокнистый армирующий слой.

Формула изобретения

1. Труба, выполненная из слоев стекловолокнистого наполнителя, пропитанных термореактивным связующим на основе полиэфирной или фенолформальдегидной или фурановой смолы, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения огнестойкости и электропроводности трубы, стекловолокнистый наполнитель пропитан огнестойким связующим с использованием в качестве полиэфирной смолы - смолы на основе тетрахлорфталевого ангидрида, в качестве фурановой смолы - смолы на основе фурфурилового спирта и связующее дополнительно со2 млн Бесконечновелико 9 8 держит технический углерод при следующём соотношении компоиентов связующего, йес.ч.; Смола 100 Технический - углерод 2-8 2. Tpy6k по п.1 о т л-и ч ающ ас я с я тем, что содержит связующее на основе фенолформальдегидной смолы и кислотного отвердитёля при следующем соотношении компоиентов связующего, вес.ч.V 4378110 Фенолформальде- гидная смола 100 Кислотный отвердитель 5-15 „ 5 . Источники информгщии, принятые во внимаиие при экспертизе 1. Андреев Г.Я. Производство и примене ние стеклопластиковых труО. Ю М« ГОСИНТИ, 1962, с., 4-12 (прототип).