DE69626391T2

DE69626391T2 - Verfahren zur herstellung rohrförmiger wärmerückstellbarer gegenstände

Info

Publication number: DE69626391T2
Application number: DE1996626391
Authority: DE
Inventors: Maria Johannes CORDIA; Robert Seidel; Robert Ritter
Original assignee: Raychem NV SA
Current assignee: Commscope Connectivity Belgium BVBA
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: PL323384A1; EP0828601B1; NO975486L; CN1191506A; DK0828601T3; WO1996038288A1; KR100442180B1; DE69626391D1; NO312183B1; EP0828601A1; KR19990022204A; AU5828796A; RU2178355C2; AR002142A1; PL180558B1; CA2222651C; NO975486D0; CN1083323C; ATE233166T1; US6245174B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen, dimensionsmäßig wärmerückstellbaren, polymeren Gegenstands mit einem spiralförmig gewickelten, vernetzten, polymeren Flächenmaterial.
Ein dimensionsmäßig wärmerückstellbarer Gegenstand ist ein Gegenstand, dessen dimensionsmäßige Konfiguration im Wesentlichen derart ausgeführt werden kann, dass sie sich ändert, wenn sie einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Normalerweise erholen sich diese Gegenstände in Richtung zu einer ursprünglichen Form, aus welcher sie zuvor deformiert worden sind, aber der Ausdruck "rückstellbar", wie er hierin verwendet wird, enthält auch einen Gegenstand, der eine neue Konfiguration annimmt, selbst wenn er zuvor nicht deformiert worden ist. In ihrer allgemeinsten Form weisen wärmerückstellbare Gegenstände eine aus polymerem Material hergestellte schrumpfbare Hülle auf.
Allgemein enthalten Prozesse zum Herstellen wärmerückstellbarer Gegenstände ein Vernetzen des Polymers bei irgendeiner Stufe im Herstellungsprozess, um die erwünschte dimensionsmäßige Rückstellbarkeit zu verbessern. Ein bestimmtes Verfahren zum Herstellen eines wärmerückstellbaren Gegenstands weist ein Formen des Gegenstands in die erwünschte wärmestabile Form auf, ein darauffolgendes Vernetzen des polymeren Materials, ein Erwärmen des Gegenstands zu einer Temperatur oberhalb des kristallinen Schmelzpunkts oder, für amorphe Materialien, des Erweichungspunkts, wie es der Fall sein kann, des Polymers, ein Deformieren des Gegenstands und ein Abkühlen des Gegenstands, während er im deformierten Zustand ist, so dass der deformierte Zustand des Gegenstands beibehalten wird. Im Einsatz wird deshalb, weil der deformierte Zustand des Gegenstands gegenüber Wärme instabil ist, ein Anwenden von Wärme veranlassen, dass der Gegenstand seine ursprüngliche gegenüber Wärme stabile Form annimmt.
EP-A-0158519 (B100) beschreibt einen wärmerückstellbaren Gegenstand zum Bedecken eines länglichen Substrats (länglicher Substrate), wobei der Gegenstand ein Flächenmaterial mit einem Widerstands-Wärmeelement aufweist, das in thermischem Kontakt mit dem Flächenmaterial angeordnet ist, wobei das Widerstandselement an eine Quelle elektrischer Leistung angeschlossen ist, um zu erwärmen bzw. zu heizen und somit den Gegenstand rückzustellen. Zum Installieren bzw. Einbauen des Gegenstands wird das Flächenmaterial, das das Heizelement vor dem Heizen bzw. Erwärmen einmal oder mehrere Male um das Substrat (die Substrate) gewickelt. Das Flächenmaterial wird normalerweise mit einem Klebemittel bestrichen, und nach einem Erwärmen bzw. Erhitzen und einer Rückstellung sind benachbarte Schichten des Flächenmaterials aneinandergeklebt.
Relativ dünnwandige rohrförmige Produkte (mit einer Wanddicke von 0,4 bis 2 mm), die offensichtlich spiralförmig gewickelte Polyethylenschichten aufweisen, von welchen sich überlagernde Schichten durch Copolymer-Bindungsschichten im Voraus verbunden sind, und zwar wahrscheinlich einer Ethylenvinylacetat-Verbindungsschicht, sind seit einer Anzahl von Jahren auf dem Markt verfügbar gewesen. Diese dünnwandigen Hüllen haben typischerweise einen Durchmesserbereich von etwa 50 bis 100 mm und finden typischerweise Anwendung für eine Rohrabdeckung und ähnliches.
JP-A-54163974 (Hitachi) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeschrumpfbaren zusammengesetzten Rohrs durch Wickeln eines Bandes von zwei oder mehreren wasservernetzbaren Polymeren um eine Spindel bzw. einen Dorn, Integrieren der Schichten durch Wärme und darauffolgendes Vernetzen der Polymere in Wasser oder Feuchtigkeit. Das Rohr wird durch Einführen eines Fluids unter Druck wärmeschrumpfbar gemacht, um es zu expandieren, und durch Kühlen der expandierten Form.
JP-A-61249738 (Funukawa) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeschrumpfbaren Polyolefin-Überzugsmaterials durch Wickeln eines Flächenmaterials aus einem Silan-Graftpolyolefin bzw. Silan-Propfpolyolefin auf einer Spindel, und zwar beim Vorhandensein eines Silanol-Kondensationskatalysators, um ein Laminat einer erwünschten Dicke zu ergeben. Das gewickelte Flächenmaterial wird dann erwärmt, um die sich überlagernden Schichten zu schweißen und zu vernetzen. Das vernetzte Rohr wird dann expandiert und in der expandierten Form gekühlt.
JP-A-59152814 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer vergleichsweise dickwandigen auf Vinylchlorid basierenden Hülse, die zum Verbinden von PVC-umhüllten Elementen geeignet ist, wie beispielsweise Stromkabel. Ein vernetztes, gestrecktes weiches oder semihartes Polyvinylchlorid-Flächenmaterial oder -Band, das amorph sein würde, wird spiralförmig in die Form eines hohlen Rohrs gewickelt, und ein Wärmeschmelzen zwischen den gewickelten Schichten wird bewirkt.
EP-A-0245067 beschreibt eine wärmerückstellbare Endabdichtung für ein Gehäuse, die zum erneuten Isolieren um einen Fernheizungsanschluss zu verwenden ist. Die Endabdichtung weist ein polymeres Material auf, das mit einem Apertur-Folienheizelement laminiert ist, das als Heizer wirkt, um die Endabdichtung rückzustellen. Die Endabdeckung kann vor dem Heiz- und Rückstellschritt mehrfach gewickelt sein, der die Endabdichtung in eine Position bringt.
EP-A-079702 beschreibt eine weitere Anwendung für ein erneutes Isolieren um einen Fernheizungsanschluss. Ein steifes Gehäuse wird zum Umspannen des Anschlusses verwendet, und rückstellbare Endabdichtungen, die mit Mastix und Klebemittel überzogen sind, werden zum Sichern des Gehäuses an der zurückgeschnittenen Isolierung an jeder Seite des Anschlusses verwendet.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines dimensionsmäßig wärmerückstellbaren, rohrförmigen Gegenstands zur Verfügung, welcher ein spiralförmig gewickeltes, vernetztes polymeres Flächenmaterial aus Polyethylen aufweist, wobei sich überlagernde Schichten des vernetzten Flächenmaterials direkt miteinander verschmolzen sind, um einen verfestigten rohrför migen Gegenstand zu bilden, wobei das verfestigte Rohr eine Dicke von wenigstens 2,2 mm aufweist, welches Verfahren folgendes aufweist: (i) spiralförmiges Wickeln eines vernetzten, wärmerückstellbaren polymeren Flächenmaterials mit Polyethylen, um eine rohrförmige Konfiguration zu bilden, die zwei oder mehrere sich überlagernde Schichten aus dem spiralförmig gewickelten Flächenmaterial aufweist; (ii) Positionieren des gewickelten Flächenmaterials, um eine Stützspindel zu umgeben; und (iii) Erwärmen des Flächenmaterials auf eine Temperatur, die dazu ausreicht, ein direktes Schmelzen zwischen den benachbarten vernetzten überlagerten Schichten des Flächenmaterials zu veranlassen.
Vorzugsweise erreicht der Erwärmungsschritt eine Temperatur, die oberhalb der Rückstelltemperatur des polymeren Flächenmaterials ist, wodurch das Flächenmaterial beginnt, sich rückzustellen bzw. sich zu erholen, und wobei die Spindel geeignet bemaßt ist, um eine vollständige Rückstellung des polymeren Flächenmaterials zu verhindern.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines dimensionsmäßig wärmerückstellbaren, rohrförmigen Gegenstands mit einem spiralförmig gewickelten, vernetzten, polymeren Flächenmaterial mit Polyethylen zur Verfügung, wobei sich überlagernde Schichten des vernetzten Flächenmaterials direkt miteinander verschmolzen worden sind, um einen verfestigten rohrförmigen Gegenstand zu bilden, wobei das verfestigte Rohr eine Dicke von wenigstens 2,2 mm hat, wobei das Verfahren folgendes aufweist: (i) spiralförmiges Wickeln eines gegenüber Wärme stabilen, vernetzten, polymeren Flächenmaterials mit Polyethylen, um eine rohrförmige Konfiguration mit zwei oder mehreren sich überlagernden Schichten des spiralförmig gewickelten Flächenmaterials zu bilden; (ii) Erwärmen des gewickelten Flächenmaterials zu einer Temperatur, die dazu ausreichend ist, ein Schmelzen zwischen den benachbarten, vernetzten, überlagerten Schichten des Flächenmaterials zu veranlassen; und (iii) Expandieren bzw. Ausdehnen der verschmolzenen Schichten in radialer Richtung nach außen, wodurch der Gegenstand wärmerückstellbar gemacht wird.
Gegensätzlich zur oben beschriebenen EP-A-0158519 werden bei der vorliegenden Erfindung die sich überlagernden Schichten aus den spiralförmig gewickelten Schichten eines Flächenmaterials vor einer Rückstellung des Flächenmaterials direkt miteinander verschmolzen. Der direkte Verschmelzungsschritt wird typischerweise vor einem Liefern des Produkts zum Endbenutzer in der Fabrik ausgeführt. Somit ist ein verfestigter mehrschichtiger rückstellbarer rohrförmiger Gegenstand, bei welchem die Schichten miteinander im Voraus verklebt sind, für eine Installation durch den Endbenutzer verfügbar.
Gegensätzlich zu den oben angegebenen dünnwandigen kommerziell verfügbaren Hülsen haben Gegenstände gemäß der Erfindung eine viel dickere Wand und enthalten keine separate Klebeschicht bzw. Verbindungsschicht zwischen überlagerten Schichten des Flächenmaterials. Weiterhin können die dickerwandigen Gegenstände der vorliegenden Erfindung, die viel stärker sind, zum Bilden von Verbindungen bzw. Anschlüssen zwischen Substraten, wie beispielsweise Rohren, verwendet werden.
Gegensätzlich zu den Rohren und Röhren, die gemäß JP-A-54163974 und JP-A-61249738 hergestellt werden, wird der Gegenstand gemäß der Erfindung aus einem polymeren Flächenmaterial hergestellt, das vor seinem spiralförmigen Wickeln und Verfestigen vernetzt wird. In den japanischen Referenzen wird das Vernetzen nach einem Wickeln ausgeführt.
Durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte wärmerückstellbare Gegenstände haben eine minimale Wanddicke von 2,2 mm. Vorzugsweise ist die Wanddicke im Wesentlichen über die volle Länge und/oder über die gesamte Peripherie bzw. den gesamten Umfang des Gegenstands einheitlich. Wo eine minimale Wanddicke von 2,2 mm angewendet wird, dient dies für die verschmolzenen, gewickelten Schichten allein, und zwar unabhängig von irgendeinem separaten Abdichtmaterial oder einem anderen Material, das als Auskleidung bzw. Futter verwendet werden kann.
Die spiralförmig gewickelte oder zigarettenförmig gewickelte Konfiguration eines Gegenstands, der durch das Verfahren der Erfindung hergestellt ist, lässt vorteilhafterweise zu, dass Produkte mit relativ dicker Wand (z.B. 2,2 mm oder darüber, oft 3 mm oder darüber, 5 mm oder darüber oder sogar 8 mm, 10 mm, 15 mm oder darüber) aus einem Flächenmaterial aus einer oder einigen unterschiedlichen dünneren Dicken hergestellt werden. Unterschiedliche Dicken eines Gegenstands können durch Verwenden einer größeren Anzahl von Schichten bei der spiralförmigen Wicklung erreicht werden, oder durch Erhöhen der Dicke des Komponenten- bzw. Einzel-Flächenmaterials, oder durch eine Kombination von beidem. Weiterhin lässt die Kon figuration mit spiralförmiger Wicklung zu, dass eine Anzahl von rohrförmigen Gegenständen mit unterschiedlichem Durchmesser aus einem Flächenmaterial einer einzigen Dicke hergestellt werden. Beispielsweise können Gegenstände, die bezüglich des Durchmessers von etwa 90 bis 1400 mm oder sogar bis zu etwa 2500 mm variieren, auf einfache Weise und auf bequeme Weise hergestellt werden. Die Erfindung lässt daher zu, dass rohrförmige Produkte in einem großen Dicken- und Durchmesserbereich hergestellt werden, ohne dass es nötig ist, in eine Rohrextrusions-, -expansions- und/oder -Gießeinrichtung für jedes Durchmesser- und Wanddicken-Produkt zu investieren.
Sich überlagernde Schichten des spiralförmig gewickelten, polymeren Flächenmaterials sind direkt miteinander verschmolzen. Der Ausdruck "direkt miteinander verschmolzen" wird hierin so verwendet, dass er bedeutet, dass eine ausreichende molekulare Interaktion zwischen benachbarten sich überlagerten Schichten des Flächenmaterials erfolgt, die eine Verklebung bildet, die für eine mechanische Leistungsfähigkeit sorgen wird, die gleich oder größer als diejenige des Flächenmaterials selbst ist. Diese direkte Verschmelzung kann über einen viskoelastischen Kontakt erfolgen, wie er durch J.N. Anand in Adhesion 1, 1969, Seiten 16 bis 23 und Adhesion 2, 1970, Seiten 16 bis 22 definiert ist, oder durch eine molekulare Diffusion über die Polymer/Polymer-Schnittstelle. Zum Testen, ob sich überlagernde Schichten eines spiralförmig gewickelten Gegenstands direkt miteinander verschmolzen sind, können Abziehfestigkeitsmessungen zwischen den Schichten durchgeführt werden.
Die Tatsache, dass sich überlagernde Schichten direkt miteinander verschmolzen sind, schließt nicht das Vorhandensein von anderen Materialien zwischen benachbarten Schichten aus, vorausgesetzt, dass eine Verschmelzungsbondierung bzw. -verklebung um diese Materialien gebildet werden kann. Es kann beispielsweise nützlich sein, verstärkende Materialien, z.B. Glasfasern, Karbonfasern, Polyethylenfasern von ultrahohem Modul, Aramidfasern, keramische Fasern oder ähnliches, und zwar entweder in einer nicht verwebten oder in einer verwebten oder einer anderen Faserform, zwischen benachbarten Schichten einzuschließen. Solche Verstärkungsfasern können die Festigkeit in sowohl der axialen Richtung als auch der Ringrichtung erhöhen und können auch die Stoßfestigkeit erhöhen. Es kann auch nützlich sein, dass Heizelemente zwischen einigen oder allen der überlagernden Schichten enthalten sind. Dies könnte in der Form von Widerstandsdraht-Heizern, metallischen Netzelementen (die durch Induktion aktiviert werden) oder ähnliches erfolgen. Bei spielsweise könnten bei einer vierschichtigen Struktur solche Heizer zwischen der zweiten und der dritten Schicht enthalten sein. Der Zweck der Heizer würde typischerweise im Bereitstellen der Wärme zum Bewirken einer Rückstellung des Gegenstands bei einer Installation bestehen. Das Vorhandensein der Heizer zwischen sich überlagernden Schichten kann einen Wärmetransfer zu den Schichten beschleunigen. Die Heizer könnten auch oder statt dessen zum Liefern der Wärme oder von etwas der Wärme zum Bewirken der Verfestigung der überlagerten Schichten verwendet werden.
Das polymere Material des gewickelten Flächenmaterials ist vor seinem spiralförmigen Wickeln vernetzt. Die Vorteile einer Vernetzung für verschiedene Endanwendungen wird später diskutiert. Die gesamte Vernetzungsdichte ist vorzugsweise nicht so hoch, dass ein direktes Schmelzen zwischen den sich überlagernden Schichten der gewickelten Flächenmaterialien des Gegenstands verhindert wird.
Gemäß der Erfindung ist das Flächenmaterial über die Dicke des Flächenmaterials vorzugsweise nicht einheitlich vernetzt. Beispielsweise kann das Flächenmaterial an einer Oberfläche des Flächenmaterials mehr als an der anderen Oberfläche des Flächenmaterials vernetzt sein, wobei das Ausmaß an Vernetzung vorzugsweise über die Dicke des Flächenmaterials nach und nach abnimmt. In diesem Fall kann die mehr vernetzte Oberfläche in der gewickelten Konfiguration nach außen oder nach innen positioniert sein. Vorzugsweise ist die mehr vernetzte Oberfläche in der gewickelten Konfiguration nach außen positioniert. Wenn wir sagen, dass das Flächenmaterial an einer Oberfläche mehr als an seiner anderen Oberfläche vernetzt sein kann, schließen wir die Möglichkeit ein, dass das Flächenmaterial an der anderen Oberfläche im Wesentlichen nicht vernetzt ist. Verschiedene Techniken, die einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, können zum Herstellen eines nicht einheitlich vernetzten Flächenmaterials verwendet werden. Beispielsweise kann zum Herstellen eines Flächenmaterials, das an einer Hauptoberfläche mehr als an seiner anderen Hauptoberfläche vernetzt ist, eine Strahlungsquelle mit niedriger Intensität verwendet werden, die auf nur eine Oberfläche des Flächenmaterials gerichtet wird.
Der oben beschriebene Aufbau, bei welchem eine Oberfläche des Flächenmaterials mehr als die andere Oberfläche vernetzt ist, kann vorteilhafterweise die Schmelzverbindung zwischen benachbarten Schichten verbessern. Dies kann das Verfahren gemäß der Erfindung erleichtern.
Ein weiteres Verfahren zum Verbessern einer Schmelzverbindung zwischen benachbarten Schichten besteht in einer speziellen Auswahl des Materials für das spiralförmig gewickelte Flächenmaterial. Daher verwenden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ein gewickeltes Flächenmaterial mit einer (ausgewogenen) Mischung aus geeigneten und kompatiblen Copolymeren und einem Hauptpolymer. Geeignete Copolymere, die mit einem Hauptpolymer, wie beispielsweise Polyethylen (oder einem anderen Olefin) vermischt werden können, enthalten Ethylenvinylacetat, Ethylenbutylacrylat und Ethylenmethylacrylat und ähnliches. Ein besonders bevorzugtes Material für das polymere Flächenmaterial weist Polyethylen mit einer hohen Dichte von 80 bis 90% und Ethylenbutylacrylat von 10 bis 20%, vorzugsweise Polyethylen mit einer hohen Dichte von 85% und Ethylenbutylacrylat von 15%, auf.
Besonders bevorzugte Verfahren gemäß der Erfindung verwenden sowohl (i) hinzugefügte Copolymere im polymeren Flächenmaterial als auch (ii) ein differentielles Vernetzen über die Dicke des Flächenmaterials, um eine Schmelzverbindung zu verbessern.
Die Verfahren gemäß der Erfindung verwenden Wärme zum Veranlassen des direkten Schmelzens. Wärme kann durch einen Ofen oder irgendeine andere Heizeinrichtung zugeführt werden.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung kann, wo ein wärmerückstellbares Flächenmaterial verwendet wird, es direkt auf der Stützspindel spiralförmig gewickelt werden, oder kann es zuerst spiralförmig gewickelt und dann an der Spindel positioniert werden. Beispielsweise kann das im Voraus gewickelte Flächenmaterial über eine Spindel geschoben werden.
Wo eine wärmerückstellbares Flächenmaterial und eine Stützspindel verwendet werden, wird angenehmerweise der Heizschritt ausgeführt, nachdem das Flächenmaterial an der Spindel positioniert worden ist, z.B. in einem Ofen. Statt dessen oder zusätzlich kann Wärme angelegt werden, während das Flächenmaterial spiralförmig gewickelt wird (unter der Voraussetzung, dass es bereits an einer Spindel ist und sich somit nicht vollständig rücksteilen kann), oder als eine Vorerwärmung an der Spindel vor einem Wickeln. Ein Anlegen von Wärme während eines Wickelns oder als Vorerwärmung an der Spindel bedeutet, dass Wärme direkter an die inneren Schichten angelegt wird, wenn sie gewickelt werden. Wenn eine Nacherwärmung verwendet wird, muss Wärme die inneren Schichten durch einen Wärmetransfer erreichen, was allgemein langsamer ist.
Ein Erwärmen während eines Wickelns oder ein Vorerwärmen der Spindel könnte bequem durch einen Infrarotheizer zur Verfügung gestellt werden.
Beim Erwärmungsschritt wird der Gegenstand auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um eine Verschmelzung zwischen den benachbarten, sich überlagernden Schichten des Flächenmaterials zu veranlassen. Diese Temperatur ist vorzugsweise über dem kristallinen Schmelzpunkt T_m des Polyethylens, und zwar vorzugsweise zwischen 10°C und 60°C darüber. Vorzugsweise ist die Temperatur nicht so hoch, dass das Polyethylenmaterial des polymeren Flächenmaterials verschlechtert wird. Vorzugsweise ist sie höchstens 100°C über T_m.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Polyethylen-Flächenmaterial in einer hohen Dichte vernetztes Polyethylen auf (das vorzugsweise nur teilweise über die Tiefe des Flächenmaterials vernetzt ist, wie es hierin zuvor beschrieben ist), das optional mit kompatiblen Polymeren vermischt ist, wie es hierin zuvor beschrieben ist. Ein aus dieser Zusammensetzung hergestellter Gegenstand (welche Zusammensetzung eine Schmelztemperatur von etwa 125°C hat) wird vorzugsweise auf eine Temperatur von wenigstens 160°C erwärmt, und vorzugsweise auf wenigstens 180°C. Diese Temperatur kann auch für andere Polymer-Zusammensetzungen geeignet sein.
Für wärmerückstellbare, polymere Materialien ist die Temperatur, die zum Veranlassen der direkten Verschmelzung erforderlich ist, eine Temperatur, die über der Rückstelltemperatur dieses polymeren Materials ist. Daher wird der Schritt (iii) beim obigen Verfahren eine Rückstellung des Gegenstands veranlassen. Dort, wo es, wie es gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bevorzugt ist, das Flächenmaterial in radialer Richtung wärmeschrumpfbar ist, ist die Spindel vorzugsweise geeignet bemaßt, um eine vollständige Rückstellung des Gegenstands zu verhindern.
Das Ausmaß an Rückstellbarkeit, das bei Gegenständen gemäß der Endung verfügbar ist, hängt von ihrem beabsichtigten Einsatz ab. Rückstellverhältnisse über einen sehr weiten Bereich zwischen 2% und 500% können für verschiedene Anwen dungen nützlich sein. Zum Verbinden zweier Einschließungsrohre oder thermisch isolierter Rohre sind Rückstellungsverhältnisse von etwa 5 bis 50% bevorzugt. Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist die Spindel daher vorzugsweise so bemaßt, dass der rohrförmige Gegenstand, der darüber ausgebildet wird, noch das erwünschte verfügbare Rückstellungsverhältnis hat, und zwar in Abhängigkeit von der Anwendung. Dies kann irgendetwas von 2% bis 500% sein, wie es angegeben ist. Ein Rückstellungsprozentsatz ist die Änderung bezüglich einer Dimension als freie Rückstellung, ausgedrückt als Prozentsatz der ursprünglichen Dimension. Ein Rückstellverhältnis ist das Verhältnis der ursprünglichen Dimension, basierend auf der neuen Dimension. Beispielsweise entspricht ein Rückstellungsprozentsatz von 40% einem Rückstellungsverhältnis von 1,67 bis 1.
Wie es oben angegeben ist, ist das wärmerückstellbare Flächenmaterial vorzugsweise in radialer Richtung wärmeschrumpfbar. Daher wird dann, wenn Wärme angelegt wird, um die Verschmelzung zwischen den Schichten zu veranlassen, auch veranlasst, dass jede Schicht in Richtung zu ihrer benachbarten darunter liegenden Schicht gezwungen wird und einen radialen Druck auf ihre darunter liegende Schicht ausübt. Dies wirkt zum Verbessern der direkten Verschmelzung.
Zusätzlich zum eigenen Druck, der durch eine Rückstellung der Schichten während der zum Verfestigen des Gegenstands angelegten Wärme verursacht wird, weisen die Verfahren gemäß der Erfindung vorzugsweise zusätzlich das Anlegen eines äußeren radialen Drucks auf. Dies kann die direkte Verschmelzung zwischen den sich überlagernden Schichten noch mehr verbessern und/oder eingefangene Luft ausschließen. Dieser von außen wirkende Druck wird in radialer Richtung nach innen an das auf die Spindel gewickelte Flächenmaterial angelegt. Vorzugsweise wird er gleichzeitig mit dem Erwärmungsschritt oder bald danach oder beides angelegt. Angenehmerweise kann ein Druck zwischen 0,02 kg km² bis etwa 0,10 kg km², ausgedrückt in der normalen Richtung zur Rohrwand, verwendet werden. Eine angenehme Einrichtung zum Anlegen des Drucks besteht im Wickeln und Klemmen eines gespannten elastomeren Bandes um die gewickelte Hülse an der Spindel; beispielsweise kann ein ausgestrecktes Silikonband verwendet werden. Das gespannte Band bedeckt vorzugsweise die gesamte Außenfläche des gewickelten Flächenmaterials.
Vorzugsweise werden die Wärme und der Druck an das überlagerte Flächenmaterial an der Spindel zur selben Zeit angelegt, und für eine ausreichende Zeit, um das di rekte Verschmelzen zwischen den überlagerten Schichten des gewickelten Flächenmaterials zu verbessern. Zeiten von wenigstens 15 Minuten, vorzugsweise wenigstens 30 Minuten und noch bevorzugter von wenigstens 45 Minuten oder sogar von wenigstens einer Stunde können verwendet werden.
Die Verfahren gemäß der Erfindung können das Anlegen von Wärme und Druck über eine signifikante Zeitperiode enthalten, um ein direktes Verschmelzen zwischen den überlagerten Schichten zu veranlassen. Das Ergebnis besteht in einer laminierten oder verfestigten Struktur. Bevorzugte Temperaturen, Drücke und Zeiten sind oben angegeben worden. Jedoch wäre es für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass sie variiert werden könnten, während das erwünschte Verkleben erreicht wird. Beispielsweise könnten niedrigere Temperaturen und Drücke verwendet werden, wenn die Zeit, für welche diese Temperaturen und Drücke beibehalten werden würden, erhöht würde, und so weiter.
Dort, wo er ein wärmestabiles als ein wärmerückstellbares Flächenmaterial anfangs gewickelt wird, und zwar während des Erwärmungsschritts, um eine Laminierung und eine Verfestigung zu veranlassen, ist keine Stützspindel zum Verhindern einer Rückstellung nötig. Jedoch kann eine Spindel verwendet werden. Dieses Verfahren enthält auch einen zusätzlichen Schritt nach dem Verfestigungsprozess zur Expansion, um den Gegenstand wärmerückstellbar werden zu lassen. Diese Expansion wird vorzugsweise bei einer Temperatur über der kristallinen Schmelztemperatur des polymeren Flächenmaterials durchgeführt, und dann wird der Gegenstand in seinem deformierten Zustand abgekühlt. Der Expansionsschritt folgt daher vorzugsweise direkt, nachdem die Verschmelzung beendet ist, so dass kein separater Erwärmungsschritt erforderlich ist.
Wie es der Fall ist, bei welchem anfangs ein wärmerückstellbares Flächenmaterial gewickelt wird, wird dann, wenn ein wärmestabiles Flächenmaterial gewickelt wird, ein Druck, um eine Verschmelzung zwischen den Flächenmaterialschichten zu verbessern, vorzugsweise bei den oben angegebenen Werten angelegt, und werden die Wärme und der Druck für eine ausreichende Zeit angelegt, wie es oben angegeben ist.
In beiden Fällen, nämlich gleichgültig, ob ein wärmerückstellbares oder ein wärmestabiles Flächenmaterial gewickelt wird, wird das Flächenmaterial vorzugsweise auf die früher beschriebene Weise nicht einheitlich vernetzt. Die vernetzte Natur des Flächenmaterials lässt zu, dass das gewickelte Flächenmaterial auf Temperaturen oberhalb seines Schmelzpunktes erwärmt wird, um expandiert und wärmerückstellbar gemacht zu werden.
Wärmerückstellbare Gegenstände haben eine Anzahl von wohlbekannten Anwendungen, einschließlich der Abdeckung, der Verbindung und/oder des Abschlusses von Rohren, Kabeln oder Drähten. Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Gegenstände können bei irgendeiner dieser Anwendungen verwendet werden. Zwei besondere Anwendungen für Gegenstände, die so hergestellt sind, sind (a) als eine Verbindung für eine Mantelfortführung von thermisch isolierten Rohren und (b) als die Verbindung von Rohren, einschließlich der Verbindung von vorfabrizierten dualen Einschließungsrohren.
Wenn eine Verbindung zwischen zwei Längen eines thermisch isolierten Rohrs (z.B. eines Stahlrohrs) hergestellt wird, wie es beispielsweise in einem Fernheizsystem verwendet wird, ist es normal, die Isolierung von den Endbereichen jeder Länge des Rohrs zu entfernen, damit die Isolierung nicht verbrannt wird, wenn die Rohre verbunden werden, wobei eine Verbindung normalerweise durch Schweißen bewirkt wird. Nachdem das Schweißen beendet worden ist, muss der nicht isolierte Teil des Rohrs in dem Bereich der Verbindung erneut isoliert werden, um einen Wärmeverlust zu minimieren. Es ist wichtig, dass die Isolierung im Bereich der Verbindung gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet wird, was sonst eine Verschlechterung der Isolierung verursachen könnte, und auch eine Korrosion der Rohre.
Der Abdichtung der Isolierung bei einer Verbindungsstelle zwischen isolierten Rohren in einem Fernheizsystem sind ernsthafte physikalische Beschränkungen aufgelegt. Als Ergebnis eines häufigen und breiten zyklischen Wechsels der Temperatur kann das Rohr Expansions- und Kontraktionszyklen und einer longitudinalen und einer transversalen Bewegung unterzogen werden. Beispielsweise ist bestimmt worden, dass Kräfte von bis zu 10 N mm^-2 auf den äußeren Schutzmantel eines isolierten Rohrs als Ergebnis von Temperaturzyklen ausgeübt werden können, die von einem Rohr im Winter erfahren werden können, bevor es eingegraben wird. Die Abdichtung muss diesen Zyklen und Bewegungen standhalten, ohne zu zerbrechen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Abdichtung den Drücken standhalten kann, die ausgeübt wer- werden, wenn der Hohlraum um den isolierten Teil eines Rohrs durch Schäumen vor Ort neu isoliert wird.
Allgemein verwendete Systeme zum erneuten Isolieren und Abdichten der Verbindungsstelle von thermisch isolierten Rohrleitungen enthalten die Verwendung eines separaten Gehäuses, das die zurückgeschnittene Isolierung an den Rohrleitungen auf jeder Seite der Verbindungsstelle überbrückt und auf irgendeine Weise auf die zurückgeschnittene Isolierung skaliert ist. Existierende Systeme können als flexible, semiflexible oder steife bzw. feste Systeme klassifiziert sein. Flexible Systeme verwenden typischerweise ein Gehäuse in Kombination mit separaten flexiblen Abdichtungen, die normalerweise Mastix enthalten. Die flexiblen Abdichtungen überbrücken typischerweise die Isolierung, die jedes Rohr umgibt, und das Gehäuse, wobei die Abdichtung sich beugt oder streckt, um Bodenspannungen am Verbindungsstück unterzubringen. Ein solches System ist beispielsweise in GB-A-2108625 (Raychem) beschrieben, wobei dünnwandige Endabdichtungen verwendet werden, die mit Streifen von Klebemittel und Mastix überzogen sind, in Kombination mit einem nicht schrumpfbaren Gehäuse. Semiflexible Systeme sind typischerweise Endabdichtungen, die die Isolierung überbrücken, die jedes Rohr umgibt, und das Gehäuse. Die Endabdichtungen werden fest an beiden Enden fixiert werden und haben eine zentrale, mit Mastix überzogene zentrale Zone. Diese Endabdichtungen werden eine beschränkte Bewegung und eine Spannungsentlastung zwischen Rohrabschnitten zulassen, während das übrige der Kraft übertragen wird. Steife Systeme sind gegensätzlich dazu derart entworfen, dass sie ausreichend stark sind, um die Kräfte auszuhalten, denen während einer Installation begegnet wird, und eine Lebensdauer haben, ohne sich zu beugen oder zu strecken, so dass Zug- oder Druckkräfte, die auf einen Rohrleitungsabschnitt ausgeübt werden, über das Gehäuse zu dem benachbarten Rohrleitungsabschnitt übertragen wird. DK 154730 (Logstor) beschreibt ein System, das im Wesentlichen fest ist, und EP-A-0245067 (Raychem) beschreibt ein System, das entweder semiflexibel oder fest sein kann, und zwar in Abhängigkeit von den Wanddicken der verwendeten Hülsen, und wobei die Durchmesser und Wanddicken der Rohre und Gehäuse überbrückt sind.
Die im Stand der Technik verwendeten Gehäuse enthalten sowohl wärmeschrumpfbare als auch wärmestabile Gehäuse und vernetzte und nicht vernetzte Gehäuse. DK 154730 (Logstor) beschreibt beispielsweise ein nicht vernetztes wärmeschrumpfbares Polyethylengehäuse, das nur durch eine molekulare Orientierung wärmeschrumpfbar gemacht ist. Die Enden des Gehäuses sind mit heiß schmelzendem Klebemittel überzogen, das an Polyethylen kleben kann. Gleichermaßen beschreibt GB 2184804 (Tjaerekompagniet Danske Gasvaerkers Tjaere Kompagni) ein Gehäuse, das vernetzt sein kann und das an den Enden nur expandiert wird, um diese Enden wärmerückstellbar zu machen. Die Innenfläche der Enden des Gehäuses können mit einer Schweiß- oder Klebemittelschicht versehen sein.
EP-A-0188363 (Shaw) beschreibt ein vernetztes, wärmeschrumpfbares, rohrförmiges Gehäuse, dessen Innenfläche mit einem Klebemittel oder einem Dichtungsmittel überzogen ist, aber vorzugsweise ein Klebemittel mit einer Scherfestigkeit von nicht weniger als 20,7 10³ Pa (3 psi) ist. Dies ermöglicht, dass die Verbindungsstelle Scherfestigkeiten aushält, d.h. ein festes Abdichsystem zur Verfügung stellt, bei welchem Zug- und Druckkräfte, die an einen zurückgeschnittenen Rohrüberzug angelegt werden, über das Gehäuse zu einem benachbarten abgeschnittenen Rohrüberzug übertragen werden.
Vorteile der wärmeschrumpfbaren Systeme bestehen darin, dass sie relativ zu den zurückgeschnittnen Rohrenden überbemaßt hergestellt werden können, so dass sie auf einfache Weise über diese Rohrenden gezogen werden können.
Wärmerückstellbare Gegenstände, die durch die Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, finden Anwendungen als Gehäuse für Verbindungsstellen zwischen thermisch isolieren Rohren. Sie können auf eine Weise verwendet werden, die gleich derjenigen ist, die unter Bezugnahme auf den obigen Stand der Technik beschrieben ist.
Gleichermaßen können durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Gegenstände für eine Rohrkopplung verwendet werden, und sie sind insbesondere nützlich zum Koppeln von dualen Einschließungsrohren, wobei besonders starke Verbindungsstellen erforderlich sind.
Verfahren gemäß der Erfindung können den zusätzlichen Schritt zum Auftragen eines Überzugs auf einen Teil oder auf das Gesamte der Innenfläche des ausgebildeten Gegenstands enthalten. Der Überzug kann eine Vielzahl von Klebemitteln oder Mastix oder eine Kombination davon sein. Beispielsweise kann eine Mastix enthalten sein, um eine flexible Verbindungsstelle zwischen einem Gegenstand (der als Ge häuse verwendet wird) und thermisch isolierten Rohren zu bilden, oder ein wärmeaktivierbares, z.B. heiß schmelzendes, Klebemittel kann zum Bilden einer festen Verbindung zwischen einem Gegenstand (der als Gehäuse verwendet wird) und thermisch isolierten Rohren verwendet werden. Das Klebemittel, das Mastix oder ein anderes Abdichtmaterial kann die gesamte Innenfläche des Gegenstands bedecken oder kann vorteilhafterweise nur an den Enden sein. Statt eines Vorsehens von Klebemitteln oder von anderen Abdichtmaterialien, die an Gegenständen im Voraus installiert sind, können die Abdichtmaterialien als separate Streifen vorgesehen sein, die vor Ort zwischen dem Gegenstand und dem Substrat installiert werden. Die Verwendung von separaten Streifen vermeidet die Notwendigkeit nach Schutzüberzügen über mit Klebemittel überzogenen Gegenständen. Ein Schutzüberzug könnte sonst zum Verhindern einer Kontaminierung nötig sein.
Beim Verwenden eines separaten Klebemittelstreifens, insbesondere eines heiß schmelzenden Streifens, bei einer Anwendung, bei welcher der Streifen in einem offenen Kreisring platziert wird (z.B. zwischen einem Gegenstand gemäß der Erfindung und einer Rohroberfläche), kann der Klebemittelstreifen durch die zum Rückstellen des Gegenstands angelegte Wärme vorzeitig geschmolzen werden und kann aus seiner richtigen Position herausfallen. Daher werden vorzugsweise solche separaten Klebemittelstreifen verstärkt, z.B. durch Fasern. Diese Verstärkung wird ein Schmelzen nicht verhindern, wird aber verhindern, dass der Klebemittelstreifen aus seiner richtigen Position herausfällt. Eine solche Verstärkung kann auch allgemein die mechanische Leistungsfähigkeit des Klebemittels verbessern.
Eine Kombination aus einem wärmeaktivierbaren (z.B. heiß schmelzenden) Klebemittel und einem Mastix-Ring kann verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Ring oder ein gewickelter Streifen aus einem heiß schmelzenden Klebemittel neben einem Ring aus Mastix zwischen dem Gegenstand und einem Substrat vorgesehen. Beispielsweise wird für eine Verbindungsstelle zwischen thermisch isolierten Rohren ein heiß schmelzender Klebemittelring oder ein gewickelter Streifen vorzugsweise neben einem Mastix-Ring oder einem gewickelten Ring zwischen dem Gegenstand (der das Gehäuse zur Verfügung stellt) und den Rohrisolierungen an jedem Ende des Gehäuses positioniert. Das Klebemittel kann näher als das Mastix am Ende des Gehäuses positioniert werden, oder umgekehrt. Die wärmeaktivierbaren Klebemittelringe und Mastix-Ringe können als ein Überzug auf den Hülsen oder als separate Streifen vorgesehen sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein einzelner Streifen, der einen geschichteten Aufbau aus einer Schicht eines wärmeaktivierbaren Klebemittels und einer Schicht aus Mastix zwischen dem Gegenstand und einem Substrat verwendet werden. Die Schichten aus wärmeaktivierbarem Klebemittel und Mastix können im Wesentlichen dieselbe Form und dieselbe Größe haben und einander im Wesentlichen genau überlagern. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Kombination aus einem breiten Band von wärmeaktiverbarem Klebemittel und einem schmaleren Band aus Mastix auf einer Oberfläche des Klebemittels verwendet werden. Wo eine Kombination aus einem breiten Klebemittelband und einem schmaleren Mastix-Band verwendet wird, kann das Mastix-Band zentral auf dem Klebemittelband positioniert werden, oder in Richtung zu einer Seite davon. Typischerweise kann das Klebemittelband etwa 50 mm bis 150 mm breit sein und kann das Mastix-Band etwa 25 mm bis 100 mm breit sein. Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel weist ein Band aus einem Klebemittel mit einer Breite von etwa 100 mm und ein Band aus Mastix mit einer Breite von etwa 50 mm auf.
Wo ein geschichteter Aufbau aus einem wärmeaktivierbaren Klebemittel und einem Mastix verwendet wird, kann das Klebemittel näher zum Substrat als das Mastix positioniert sei, oder umgekehrt. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Mastix näher zum Substrat als das Klebemittel. Dies ergibt die folgenden Vorteile. Als erstes ist Mastix typischerweise einfacher an das Substrat (z.B. eine Rohroberfläche) als das Klebemittel anzubringen. Als zweites erreicht für Gegenstände, die durch eine externe Wärmequelle, wie beispielsweise einen Gasofen, rückgestellt werden, die Schnittstelle zwischen dem Gegenstand und dem Klebemittel eine höhere Temperatur als die Schnittstelle zwischen dem Klebemittel und dem Substrat. Typischerweise erreicht dort, wo der Gasofen dazu verwendet wird, eine Rückstellung zu erreichen, die Schnittstelle zwischen dem Gegenstand und dem Klebemittel eine Temperatur von etwa 100°C bis 110°C. Diese Temperatur ist ausreichend, um einen weiten Bereich von gemeinhin verfügbaren wärmeaktivierbaren Klebemitteln zu aktivieren. Als drittes erlaubt das Mastix deshalb, weil es durch das Klebemittel vom Gegenstand separiert ist, dass der Gegenstand über dem Klebemittel/Mastix-Streifen positioniert wird, ohne das Risiko eines vorzeitigen Anhaftens des Gegenstands in der unrichtigen Position an das klebrige Mastix. Demzufolge wird die Notwendigkeit vermieden, irgendeine Loslösschicht vom Mastix zu entfernen, wenn der Gegenstand einmal an seiner Position ist.
Die Klebemittel/Mastix-Kombinationen sind insbesondere nützlich, wo der Gegenstand ein Gehäuse für Verbindungsstellen zwischen thermisch isolieren Rohren ist und das Substrat das Rohr ist. Für diese Anwendung ist die Kombination aus breitem Klebemittelband/schmaleren Mastix-Band besonders vorteilhaft, um einen Leckwiderstand zwischen dem Gehäuse und der Rohrisolierung zu verbessern. Gleiche Klebemittel/Mastix-Kombinationen können jedoch für andere Anwendungen geeignet sein, z.B. für Verbindungsstellen zwischen dualen Einschließungsrohren.
Wo wärmeaktivierbare Klebemittel zwischen dem Gegenstand und dem Substrat verwendet werden, kann es vorteilhaft sein, das Substrat vor einem Anwenden des Klebemittels und des Gegenstands vorzuwärmen. Vorwärmtemperaturen von wenigstens 40°C oder 60°C oder 80°C oder 100°C können nützlich sein, und zwar in Abhängigkeit vom verwendeten Klebemittel.
Wo eine von außen angelegte Wärmequelle verwendet wird, wie beispielsweise ein Gasofen, können thermisch reflektierende Decken über einem Teil der Außenfläche des Gegenstands zur Verfügung gestellt sein, so dass nach einer Rückstellung ein scharfer, gestufter Übergang direkt neben der Decke erreicht wird. Die kann für einige Anwendungen erwünscht sein und kann ein Abdichten verbessern.
Andere Gegenstände, die durch die Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, können separate oder integrale Schweißheizer enthalten, um eine direkte Verschmelzungsverbindung zwischen dem Gegenstand und einem Substrat, auf welchem der platziert ist, zu erreichen. Beispielsweise kann für das oben angegebene Beispiel eines thermisch isolierten Rohrs ein Schnittstellenheizer zwischen der Innenfläche des Gegenstands und der Außenfläche der zurückgeschnittenen Rohrisolierung enthalten sein.
Wo ein direktes Schweißen zwischen dem Gegenstand und einem Substrat zu erreichen ist, enthalten durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Artikel vorzugsweise eine Überzugsschicht, die ein nicht vernetztes Material aufweist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele von Gegenständen, die durch Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, sind daher durch den gesamten Hauptkörper des Gegenstands vernetzt, um eine reproduzierbare und konsistente Rückstellbarkeitsreproduzierbarkeit zur Verfügung zu stellen, wie es hierin nachfolgend beschrieben ist, ent halten aber eine nicht vernetzte innere Überzugsschicht. Andere bevorzugte Gegenstände, die durch Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, weisen ein Flächenmaterial auf, das nicht einheitlich über seine Dicke vernetzt ist, wie es hierin zuvor beschrieben ist, wobei die Innenfläche weniger vernetzt als die Außenfläche ist, oder überhaupt nicht vernetzt ist. Somit stellt die Innenfläche der inneren Wickelung des Flächenmaterials eine nicht vernetzte Überzugsschicht zur Verfügung, die zum Ausbilden eines direkten Schweißens an ein Substrat geeignet ist.
Die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weisen ein Wickeln eines vernetzten, polymeren Flächenmaterials auf. Rückstellbare Flächematerialien, die durch Expandieren einer vernetzten Vorform rückstellbar gemacht worden sind, stellen typischerweise ein reproduzierbareres und konsistenteres Rückstellbarkeitsverhalten als rückstellbare Gegenstände zur Verfügung, die lediglich durch eine molekulare Orientierung bzw. Ausrichtung rückstellbar gemacht worden sind.
Da die durch die Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten vernetzten, wärmerückstellbaren Gegenstände ein solches konsistentes und reproduzierbares Rückstellbarkeitsverhalten haben, können sie vorteilhaft ohne zusätzliche Endabdichtungen verwendet werden.
Insbesondere dort, wo die Gegenstände, die durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, nach einer Rückstellung dickwandig sind, kann eine elastische Spannung bei den Enden des Gegenstandes zurückbleiben. Dies bedeutet, dass der Gegenstand die Fähigkeit hat, sich nach einem Abkühlen weiter zusammenzuziehen. Werte einer Spannung von etwa 3% können beispielsweise für ein Polyethylen hoher Dichte vorhanden sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein fließfähiger Verbindungsmechanismus verwendet wird, um den Gegenstand direkt mit einem Substrat zu verbinden bzw. zu verkleben, da die verfügbare zusätzliche Schrumpffähigkeit wirkt, um fließfähiges Material zu zwingen, irgendwelche Lücken oder freie Stellen aufzufüllen.
Weiterhin behalten verglichen mit nicht vernetzten rückstellbaren Gegenstände vernetzte rückstellbare Gegenstände ihre Rückstellbarkeitseigenschaften während einer Lagerung besser (insbesondere dann, wenn sie durch eine Expansion um ihre kristalline Schmelztemperatur rückstellbar gemacht sind), erfordern keine reflektierende Verpackung, um ein vorzeitiges Schrumpfen bei einem Aussetzen gegenüber Sonne zu verhindern, und stellen sich typischerweise bei höheren Temperaturen zurück, was die Verwendung der wärmeaktivierbaren Klebemittel für höhere Temperatur zulässt, die typischerweise eine bessere Serviceleistung als wärmeaktivierbare Klebemittel für niedrigere Temperatur haben.
Wo der Gegenstand mit einem Substrat zu verschmelzen ist, kann ein dazwischenliegender Schweißheizer verwendet werden. Beispiele sind ein Widerstandsdrahtheizer oder durch Induktion erwärmte metallische Netzelemente. Der Schweizheizer kann veranlassen, dass das Material des Gegenstands direkt mit dem Substrat verschmelzt oder indirekt über den Schweißheizer. Bei einem Ausführungsbeispiel können diese als Schweißheizer, als leitender Polymer-Zwischenstellenheizer, vorzugsweise in der Form eines Bandes, verwendet werden, wie es in WO 88/06517 oder WO 89/05220 beschrieben ist. Ein solches Band weist vorzugsweise Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) auf, das vorzugsweise gesintert ist und ein leitendes Füllmaterial enthält, wie beispielsweise Carbon Black bzw. Ruß. Die Bänder sind leitend und enthalten vorzugsweise längliche Elektroden, z.B. in der Form eines leitenden Bandes, das sich entlang ihrer langen Kanten erstreckt, die an eine Quelle für eine elektrische Leitung angeschlossen werden können, um elektrischen Strom durch das Band durchzulassen, um dadurch das Band zu erwärmen. Wenn es erwärmt ist, kann das Material des Bandes mit irgendeinem Gegenstand aus kompatiblem Polymer verschmelzen, zu welchem es benachbart ist. Ein bevorzugter Gegenstand enthält daher ein leitendes Polymerband, vorzugsweise von dem Typ, der oben beschrieben ist, das sich um den Innenumfang jedes Endes des Gegenstands erstreckt. Dieses Band kann elektrisch mit Leistung versorgt werden, erwärmt werden und mit dem Gegenstand und benachbarten Substraten verschmolzen werden. In diesem Fall ist die Verschmelzung zwischen dem Gegenstand und dem Substrat indirekt, und zwar über das Schweißband. Beispielsweise dann, wenn der Gegenstand als Gehäuse zum Verbinden thermisch isolierter Rohre verwendet wird, wird eine Seite des leitenden Bandes mit dem Gegenstand (dem Gehäuse) verschmelzen, und die andere Seite mit der Rohrisolierung. Gleichermaßen wird dann, wenn der Gegenstand zum Verbinden dualer Container oder anderer Rohre verwendet wird, wird eine Seite des Bandes schmelzen, um sich mit dem Gegenstand zu verbinden bzw. zu verkleben, und die andere Seite mit den Rohren. Anstelle dessen, dass es an der Gegenstandsobertläche vorinstalliert wird, kann das leitende Band als separater Teil zugeführt werden.
Für einige Anwendungen, bei welchen der Gegenstand eine Dicke von etwa 2,5 mm hat, kann das leitende Band, wenn es aktiviert wird, auch eine ausreichende Wärme zum Veranlassen eines Schrumpfens der Enden des rückstellbaren Gegenstands zur Verfügung stellen. In diesen Fällen kann eine zweistufige Erwärmungsprozedur verwendet werden. Ein erster Strom kann geführt werden, um eine Rückstellung zu veranlassen, und ein zweiter Strom kann geführt werden, um eine Verschmelzung zwischen dem Gegenstand und Substraten zu veranlassen. Typischerweise wird weniger Leistung benötigt, um eine Rückstellung zu veranlassen, als zum Veranlassen einer Verschmelzung. Für andere Anwendungen kann ein anderes Erwärmungsverfahren für den Rückstellungsschritt verwendet werden, z.B. ein Gasofen, eine Thermodecke oder elektrische Wärmeschrumpfheizer.
Vernetzte Gegenstände, die durch ein Verfahren gemäß der Endung hergestellt sind, können direkt mit einer Rohrisolierung (oder einem anderem Substrat) verschweißt werden, ohne dass irgendein separates Anlegen eines externen Drucks nötig ist. Eine ausreichende Wärme für eine ausreichende Zeit muss angelegt werden, um eine starke Schweißkraft zu erreichen. Jedoch muss eine exzessive Wärme vermieden werden, was zu einer thermischen Expansion des Gegenstands führen könnte, und einer folglichen Reduzierung der Rückstellkraft. Gegensätzlich dazu beruht eine Anzahl von direkt verschweißten nicht vernetzten schrumpfbaren Fällen, die auf dem Markt verfügbar sind, auf einem externen Druck, der durch mechanisch oder hydraulisch aktivierte externe Klammern in Kombination mit Schweißheizern angelegt wird.
Wo der Gegenstand eine Überzugsschicht aus einem Klebemittel enthält, kann das Klebemittel angeordnet sein, um als Temperaturindikator zu wirken, um zu zeigen, wann eine ausreichende Wärme zum Verbinden bzw. Verkleben mit einem darunter liegenden Substrat erreicht worden ist. Beispielsweise kann es die Farbe bei der Temperatur ändern oder kann es bei der Temperatur fließen und von außen sichtbar werden. Andere ins Auge gefasste Ausführungsbeispiele enthalten ein Klebemittel, das in einer nicht planaren Konfiguration angewendet wird, z.B. einer keilförmigen oder haufenförmigen, wobei die Keile oder Haufen verschwinden, wenn eine ausreichende Wärme angelegt worden ist.
Anstelle dessen, dass sie direkt mit der Rohrisolierung an einer Seite einer Verbindungsstelle zwischen thermisch isolierten Rohren verklebt werden, und zwar entwe der durch ein Schweißen oder ein Klebemittel, können Gegenstände in Zusammenhang mit separaten schrumpfbaren Endabdichtungen verwendet werden, die mit Klebemittel oder Mastix oder einer Kombination davon überzogen sind.
Wo Gegenstände, die durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, zu verwenden sind, um als Gehäuse zwischen thermisch isolierten Rohren zu wirken, können die Gegenstände in Zusammenhang mit separaten Endabdichtungen verwendet werden, die das Gehäuse und die Rohrisolierung überbrücken, oder können die Gehäuse direkt mit der Rohrisolierung verschweißt (d.h. durch Verschmelzen verbunden) werden. Wenn ein Schweißsystem zu verwenden ist, ist der Gegenstand vorzugsweise mit einem kompatiblen nicht vernetzten Material überzogen, um das Schweißen zu bewirken.
Für bestimmte Anwendungen kann es vorteilhaft sein, zusätzliche dickwandige Hülsen vorzusehen, die die Enden des Gegenstands gemäß der Erfindung umgeben. Solche Hülsen sind vorzugsweise kurze, dickwandige Hülsen und sind vorzugsweise wärmerückstellbar. Solche zusätzlichen Hülsen können besonders nützlich sein, wo Gegenstände gemäß der Erfindung zu verwenden sind, um Substrate zu bondieren bzw. zu verbinden bzw. zu verkleben, wobei die Verbindung einem internen Druck zu unterziehen ist. Ein Beispiel besteht darin, dass ein Polyethylengegenstand hoher Dichte zu verwenden ist, um duale Einschließungsrohre zu verbinden. Beispielsweise dann, wenn ein solcher interner Druck in einer Ringspannung bzw. Reifenspannung von 5 MPa im Gegenstand resultierte, würde eine solche Spannung eine elastische Spannung von etwa 3% in den Gegenstandswänden erzeugen. Zum Verhindern irgendeiner Möglichkeit einer Leckage als Ergebnis dieser Spannung wird die Verwendung zusätzlicher verstärkender Endhülsen empfohlen, um dadurch die Ringspannungen, und folglich die Spannung, auf ein akzeptierbares Maß zu reduzieren. Typischerweise werden Hülsen verwendet, die so dick wie der Gegenstand selbst sind, oder dicker. Diese können die Ringspannung lokal um einen Faktor von ein Halb oder darüber reduzieren. Die Erfindung stellt daher eine Ausstattung von Teilen zur Verfügung, die einen Gegenstand gemäß der Erfindung in Kombination mit zusätzlichen Endverstärkungshülsen enthalten, und ein Verfahren zu ihrer Verwendung. Eine separate Hülse kann an jedem Ende verwendet werden, oder mehrere Hülsen können Seite an Seite angewendet werden, und/oder übereinander. Vorzugsweise werden ausreichende zusätzliche Hülsen verwendet, um die elastische Spannung an den Enden auf höchstens 1% zu reduzieren.
Das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete polymere Material ist Polyethylen. Bei einem besonders bevorzugten Aufbau weist das Material Polyethylen mittlerer oder hoher Dichte auf. Eine nicht vernetzte Überzugsschicht, wenn sie vorhanden ist, kann ein kompatibles Polymer aufweisen, wie beispielsweise ein nicht vernetztes Polyethylen.
Eine Installation von Gegenständen, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, und zwar für irgendeine Anwendung, kann durch irgendein angenehmes Erwärmungsverfahren ausgeführt werden, wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist. Beispielsweise können ein Ofen, ein Heißluftgewehr, ein elektrisches Widerstandsheizen oder ein Induktionsheizen verwendet werden. Eine Auswahl eines Heiz- bzw. Erwärmungsvertahrens wird von der Anwendung abhängen und wird dem Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein.
Nun werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Längsschnitt eines durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Gegenstands ist;
2 ein Querschnitt entlang der Linie A-A der 1 ist;
3 einen weiteren durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Gegenstand zeigt;
4 und 5 eine Anwendung des Gegenstands der 1 und 2 zeigen;
6, 7 und 8 weitere durchein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Gegenstände und Anwendungen der Gegenstände zeigen; und
9 und 10 aufeinanderfolgende Schritte in zwei separaten Verfahren gemäß der Erfindung zeigen.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen die 1 und 2 einen rohrförmigen Gegenstand 1 mit einem Flächenmaterial 3 aus vernetztem, wärmerückstellbarem Polyethylen hoher Dichte, das spiralförmig vernetzt ist, um den röhrförmigen Artikel zu bilden. Jede Schicht 5 des gewickelten Flächenmaterials 3 ist direkt mit ihren benachbarten Schichten verschmolzen. Die Gesamtdicke der gewickelten Schichten t ist beim gezeigten Beispiel etwa 3 mm. Der Gegenstand enthält eine zusätzliche Überzugsschicht 7, die nicht vernetztes Polyethylen niedriger Dichte aufweist.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem zusätzliche Verstärkungshülsen 9 an jedem Ende des Gegenstands 1 enthalten sind, um seine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem radial nach außen gerichteten Druck zu erhöhen.
Die 4 und 5 zeigen eine Anwendung des Gegenstands der 1 und 2 in Kombination mit Schnittstellenheizern 9, um eine Verbindungsfortführung zwischen zwei thermisch isolierten Rohren 11 zu bilden. Jedes Rohr weist ein zentrales Stahlrohr 13, eine Polyurethan-Isolierung 15 und einen äußeren Polyethylen-Mantel 16 auf. Die Stahlrohre 13 sind bei 17 verschweißt worden und die Isolierung ist im Schweißgebiet zurückgeschnitten. Vor dem Schweißen der Rohre 13 wird der rohrförmige Gegenstand 1 über eines der Rohre 11 gezogen, und dann wird der Gegenstand 1 gemäß der Erfindung positioniert, um die zurückgeschnittenen Isolierungen 15 zu überbrücken. Schnittstellenheizer (z.B. Widerstandsdrahtheizer 19) sind auch zwischen den Enden des Gegenstands 1 und den Rohrmänteln 16 enthalten. Wenn der Gegenstand und die Schnittstellenheizer 19 einmal richtig positioniert sind, wird der Gegenstand erwärmt, z.B. durch einen Ofen, um zu veranlassen, dass er sich wenigstens an seinen Enden rückstellt. Dann wird zugelassen, dass sich der Gegenstand abkühlt. Im abgekühlten Gegenstand werden als Ergebnis der Rückstellung restliche Ringspannungen von etwa 4,5 MPa im Gegenstand erzeugt. Zu dieser Zeit werden die Schnittstellenheizer 19 aktiviert. Bei der an der Schnittstelle durch die Heizer erreichten Temperatur und unter der Wirkung der restlichen Ringspannungen im Gegenstand wird eine direkte Schmelzverbindung zwischen der nicht vernetzten Schicht 7, die ein Überzug für den Gegenstand 1 ist, und den Rohrmänteln 16 gebildet. Kein von außen angelegter Druck ist nötig.
Anstelle der oder zusätzlich zu den Schnittstellenheizern 19 können wärmeaktivierbare Klebemittel als ein Überzug an den Enden des Gegenstands 1 verwendet werden. Diese werden auch eine Verbindung zwischen der Innenfläche des Gegenstands 1 und den Rohrmänteln bilden, und zwar ohne die Notwendigkeit eines von außen angelegten Drucks. Die Klebemittel können durch die angelegte Wärme akti viert werden, um den Gegenstand rückzustellen, oder dort, wo separate Schnittstellenheizer verwendet werden, durch die durch den Schnittstellenheizer zugeführte Wärme. Wo Klebemittel verwendet werden, kann die separate nicht vernetzte Schicht 7, die ein Überzug für den Gegenstand 1 ist, angenehmerweise weggelassen werden.
6 zeigt eine Anwendung eines Gegenstands gleich demjenigen, der in den 1 und 2 gezeigt ist (aber ohne die nicht vernetzte Überzugsschicht 7), verwendet in Kombination mit einem Klebemittel und Mastix, um eine Verbindungsfortführung zwischen zwei thermisch isolierten Rohren zu bilden. Dem Gegenstand ist das Bezugszeichen 1' zugeteilt und er wird zusammen mit einem Streifen 29 verwendet, der ein breites Band aus einem heiß geschmolzenen Klebemittel 31 und ein schmäleres Band aus Mastix 33 aufweist, als Gehäuse zwischen zwei thermisch isolierten Rohren 11 verwendet. In dieser Figur sind die für die Komponenten der Rohre verwendeten Bezugszeichen dieselben wie diejenigen, die unter Bezugnahme auf die 4 und 5 verwendet sind. 6 zeigt die Anordnung vor einer Rückstellung des Gegenstands 1'.
Bei der Anordnung der 6 ist der rohrförmige Gegenstand 1' vor seiner Verbindung durch Schweißen mit dem anderen Rohr 11 über einem Rohr 11 positioniert. Die Enden der ausgeschnittenen Isolierung 16 werden dann vorzugsweise auf wenigstens 60°C vorgeheizt und der Mastix/Klebemittel-Streifen 29 wird um die Enden jeder der ausgeschnittenen Isolierungen 16 an den Rohren 11 gewickelt, wie es gezeigt ist. Dann wird das Gehäuse in eine Position über den Klebemittel/Mastix-Streifen 29 gebracht, wie es gezeigt ist. Die Tatsache, dass das Mastix 33 innerhalb des heiß schmelzenden Klebemittels 31 ist, bedeutet, dass es kein Risiko dafür gibt, dass der Gegenstand 1' an dem klebrigen Mastix 33 in der unrichtigen Position anhaftet. Wenn er einmal positioniert ist, wird dann Wärme an wenigstens die Enden des Gegenstands 1' angelegt, und zwar durch eine externe Erwärmungsquelle, wie beispielsweise ein Gasofen (bei einem nicht heiß schmelzenden Klebemittel 31, um zu fließen und sich mit den Rohrflächen 16 zu verbinden).
7 zeigt einen alternativen Gegenstand 1'' unter Verwendung gewickelter, leitender, polymerer Bänder 21 aus Kohlenstoff enthaltendem UHMWPE von dem in WO 88/06517 und Wo 89/05220 21 beschriebenen Typ an den Enden des Gegenstands. Diese können an eine Quelle für elektrische Leistung 23 angeschlossen werden, um zu veranlassen, dass ein Strom durch sie fließt, um sie zu erwärmen. Diese Wärme kann verwendet werden, um die Enden des Gegenstands 1'' zu schrumpfen (oder eine separate Erwärmungseinrichtung kann verwendet werden). Die Wärme dient zum Verschmelzen der Außenfläche der gewickelten Bänder 21 mit der Innenfläche des Gegenstands 1'' und der Innenfläche des gewickelten Bandes mit einem Substrat (nicht gezeigt), das innerhalb des Gegenstands platziert ist. Ein zweistufiger Leistungsprozess kann verwendet werden, um zuerst eine Rückstellung zu bewirken, und dann eine Verschmelzung.
8 zeigt die Anwendung eines weiteren Gegenstands 1''' zum Bilden einer Verbindungsfortführung zwischen thermisch isolierten Rohren, d.h. dieselbe Anwendung, wie sie in den 4, 5 und 6 gezeigt ist. In 7 sind gleiche Bezugszeichen zum zeigen gleicher Teile für die in den 4 und 5 gezeigten thermisch isolierten Rohre verwendet. In diesem Fall sind die Enden 25 des Gegenstands teilweise in den Ausschnitt zwischen zurückgeschnittenen thermischen Isolierungen 15 rückgestellt. Der Gegenstand 1''' zeigt daher einen vertikalen Flächenübergang 27 zwischen dem äußeren Rohrmantel 16 und dem Ausschnitt bzw. der Vertiefung. Dies sorgt für eine verbesserte Druckhaltefähigkeit und eine zusätzliche Ringspannung.
9 zeigt schematisch die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands gemäß der Erfindung. In einem Schritt (a) wird ein rückstellbares Flächenmaterial aus Polyethylen spiralförmig gewickelt. In einem Schritt (b) wird dies auf einer Spindel positioniert und wird Wärme angelegt (z.B. durch einen Ofen), um das Flächenmaterial auf der Spindel zurückzustellen und um die Schichten direkt miteinander zu verschmelzen, und dann abgekühlt, und dann wird in einem Schritt (c) die Spindel entfernt. Die Spindel ist etwa so bemaßt, dass der nach dem Schritt (c) gebildete Gegenstand eine restliche Rückstellung von wenigstens 3% hat.
10 zeigt schematisch die Schritte bei einem alternativen Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands gemäß der Erfindung. In einem Schritt (a) wird wärmestabiles Flächenmaterial in einen rohrförmigen Gegenstand gewickelt. IN einem Schritt (b) wird Wärme angelegt, um die Schichten miteinander zu verschmelzen, und in einem Schritt (c) werden die verschmolzenen Schichten expandiert, um den Gegenstand rückstellbar zu machen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dimensionsmäßig wärmerückstellbaren, rohrförmigen Gegenstands, welcher ein spiralförmig gewickeltes, vernetztes, polymeres Flächenmaterial aus Polyethylen und überlappende Schichten aus dem vernetzten Flächenmaterial aufweist, welche direkt miteinander unter Bildung eines verfestigten, rohrförmigen Gegenstands verschmolzen sind, wobei der verfestigte, rohrförmige Gegenstand eine Dicke von wenigstens 2,2 mm hat, und folgendes aufweist: (i) ein vernetztes, wärmerückstellbares, polymeres Flächenmaterial aus Polyethylen, das spiralförmig zur Bildung einer rohrförmigen Gestalt gewickelt wird, welche zwei oder mehr überlappende Schichten aus dem spiralförmig gewickelten Flächenmaterial aufweist; (ii) Anordnen des gewickelten Flächenmaterials derart, daß es einen Stützdorn umgibt; und (iii) Erwärmen des Flächenmaterials auf eine so ausreichend hohe Temperatur, daß eine direkte Verschmelzung zwischen den benachbarten, vernetzten, überlappenden Schichten des Flächenmaterials bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei der Erwärmung eine Temperatur erreicht wird, welche über der Rückstellungstemperatur des polymeren Flächenmaterials liegt, an der eine Rückstellung des Flächenmaterials beginnt, und bei der der Dorn in etwa derart bemes sen ist, daß eine vollständige Rückstellung des polymeren Flächematerials verhindert wird.
Verfahren zur Herstellung eines dimensionsmäßig wärmerückstellbaren, rohrförmigen Gegenstands, welcher ein spiralförmig gewickeltes, vernetztes, polymeres Flächenmaterial aus Polyethylen und überlappende Schichten aus dem vernetzten Flächenmaterial aufweist, welche direkt miteinander unter Bildung eines verfestigten, rohrförmigen Gegenstands verschmolzen sind, wobei der verfestigte, rohrförmige Gegenstand eine Dicke von wenigstens 2,2 mm hat, und folgendes aufweist: (i) spiralförmiges Wickeln eines wärmestabilen, vernetzten, polymeren Flächengebildes aus Polyethylen zur Bildung einer rohrförmigen Gestalt, welche zwei oder mehr überlappende Schichten aus spiralförmig gewickeltem Flächengebilde aufweist; (ii) Erwärmen des gewickelten Gebildes auf eine so ausreichend hohe Temperatur, daß eine Verschmelzung zwischen den benachbarten, vernetzten, überlappenden Schichten des Flächenmaterials bewirkt wird; und (iii) Expandieren der erschmolzenen Schichten radial nach außen, wodurch der Gegenstand wärmerückstellbar gemacht ist.