CH682749A5 - Composizione polimerica con materiale a lubrificazione intrinseca e una guaina comprendente tale composizione. - Google Patents

Composizione polimerica con materiale a lubrificazione intrinseca e una guaina comprendente tale composizione. Download PDF

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CH682749A5
CH682749A5 CH2975/91A CH297591A CH682749A5 CH 682749 A5 CH682749 A5 CH 682749A5 CH 2975/91 A CH2975/91 A CH 2975/91A CH 297591 A CH297591 A CH 297591A CH 682749 A5 CH682749 A5 CH 682749A5
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Description

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Descrizione
Questa invenzione riguarda composizioni polimeriche prelubrificate, in particolare strutture formate da materiale che fornisce una continua lubrificazione superficiale, ed ancora più in particolare delle condutture ricavate con tale materiale.
Esistono molte applicazioni nelle quali è richiesta una composizione di materiale effettivamente autolubrificante al fine di facilitare il movimento di un organo rispetto ad un altro.
Un esempio di particolare rilevanza per la presente invenzione sono le applicazioni nelle comunicazioni e nel trasporto di energia, che richiedono cavi che percorrono miglia di guaine e di tubi sotterranei. Per soddisfare l'esigenza di rapida installazione dei cavi, è necessario che l'interfaccia fra il cavo e la guaina o il tubo che Io circonda sia sufficientemente lubrificato per ridurre sufficientemente il coefficiente di attrito fra di essi.
Sono state proposte varie soluzioni per provvedere la richiesta proprietà lubrificante, ma queste soluzioni non si sono rivelate del tutto soddisfacenti per tutte le condizioni di servizio.
E' noto, per esempio, formare un tubo prelubrificato o una guaina con uno strato superficiale coestruso impregnato di additivi lubrificanti. Sfortunatamente, i benefici sono limitati a causa della quantità molto piccola di agenti lubrificanti che può essere imprigionata entro lo strato superficiale, dovuta in gran parte a problemi di solubilità associati alla miscelazione di materiali non simili.
Come risultato, solo piccole quantità di questi agenti lubrificanti sono presenti sulla superficie ove essi sono necessari, e lo scivolamento continuo del cavo lungo tale superficie esaurisce rapidamente quella quantità di materiale lubrificante che era disponibile inizialmente.
E' anche noto l'uso di tipi di lubrificanti solubili in acqua sull'interfaccia fra cavo e condotto al fine di ridurre il coefficiente di attrito sull'interfaccia stesso. Nel caso di questi lubrificanti solubili in acqua, comunque, e particolarmente nel caso di quelli come glicoli, poliglicoli o glicerina, la loro efficacia e limitata dall'inumidirsi, o addirittura dall'allagarsi della cavita interna della conduttura sotterrata, in seguito alla penetrazione di acqua del terreno.
In tali condizioni ambientali, il lubrificante solubile in acqua viene semplicemente dilavato ed espulso dalla cavità interna e diventa perciò non disponibile.
I problemi di attrito sono anche stati affrontati creando delle nervature o dei risalti longitudinali sulla superficie della guaina, con lo scopo di ridurre la resistenza all'avanzamento riducendo la superficie dell'area di contatto fra il cavo e la guaina stessa. La fiducia in tali nervature longitudinali, però, è stata mal riposta, ed esse in realtà servono ad aggravare il problema, piuttosto che a risolverlo.
Lo scopo principale dell'invenzione è pertanto quello di fornire composizioni nuove e migliorate che offrano una superiore lubrificazione.
Ulteriore scopo della presente invenzione è di fornire una tale composizione per la fabbricazione di tubi o guaine per cavi e similari.
Un altro scopo dell'invenzione è di fornire tubi o guaine interne per cavi di tale composizione di materiali al fine di provvedere una superficie molto più liscia o speculare, riducendo l'attrito.
E' ancora un ulteriore scopo dell'invenzione quello di ottenere gli scopi precedenti con un materiale che rigeneri la capacità lubrificante della sua superficie in seguito all'effetto di un attrito verificatosi.
E' ancora un ulteriore scopo di questa invenzione l'ottenere gli scopi di cui sopra in modo economico e di inalzare la competitività commerciale di prodotti ricavati con tali composizioni.
In accordo con gli scopi sopraelencati ed altri ancora, la presente invenzione è rivolta verso una composizione di materiale a lubrificazione intrinseca che abbia una lubrificazione superficiale autorige-nerantesi.
Secondo l'invenzione tale composizione è impiegata per la fabbricazione di guaine per cavi e di insiemi per condutture interne. In applicazioni pratiche, questa lubrificazione intrinseca fornisce un rilevante vantaggio dal momento che e spesso difficile prevedere durante la fabbricazione se una qualsiasi guaina può alla fine venire usata o meno come tubo interno, (cioè se una guaina verrà tirata attraverso una guaina preesistente), oppure come tubo protettivo entro al quale si estende il cavo.
Le strutture di guaine così ricavate con la composizione dell'invenzione sono intrinsecamente lubrificanti lungo tutta la loro sezione trasversale con il risultato conseguente che entrambe le superfici interne ed esterne di tali guaine sono sufficientemente lubrificate.
Secondo una particolare realizzazione, la guaina o il tubo interno è formato da una composizione polimerica nella quale una quantità in eccesso, o di riserva, di agenti attivi lubrificanti sono mantenuti in sospensione entro la composizione. Avvenuta la rimozione degli agenti lubrificanti dalle aree superficiali, ad esempio per effetto dell'attrito di strisciamento o di contatto del cavo, gli agenti di riserva entro alla composizione migrano verso la superficie, rimpiazzando e riinstaurando l'attitudine alla lubrificazione della superficie. Il risultato è la disponibilità a lungo termine di superfici abbondantemente lubrificate per i tubi e per le guaine, facilitando così gli spostamenti del cavo entro un tubo e di un tubo interno entro ad una guaina.
Altre caratteristiche particolari dell'invenzione, come pure altri scopi ed i relativi vantaggi verranno prontamente dedotti dagli esperti del ramo dalla descrizione dettagliata che seguirà, letta facendo riferimento ai disegni allegati.
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- La fig. 1 è una vista prospettica di una guaina attraverso la quale è stato fatto passare, a mo' d'esempio, un cavo, essendo la guaina stata costruita con la composizione polimerica oggetto della presente invenzione;
- la fig. 2 e una vista ingrandita di una porzione della parte terminale della parete della guaina di fig. 1 illustrante gli agenti lubrificanti in sospensione nel materiale polimerico;
- la fig. 3 e una vista parziale in sezione ingrandita della parete della guaina di fig. 1, illustrante gli strati limite adiacenti lubrificanti, superfici interne ed esterne liscie specularmente, e la zona, o riserva, degli agenti lubrificanti; e
- la fig. 4 e un'illustrazione schematica o diagrammatica della relazione fra gli agenti di accoppiamento ed il substrato assorbente della composizione della presente invenzione.
Nella descrizione che segue, stesse parti sono indicate nelle specifiche e nei disegni rispettivamente con stessi numeri di riferimento.
Le figure dei disegni non sono necessariamente in scala, ed in certe parti delle varie viste sono state esagerate per propositi di chiarezza.
Riferendosi inizialmente alla fig. 1 dei disegni, è illustrata una guaina 10 nella quale si estende un cavo 14 ivi alloggiato.
Va sottinteso che il cavo 14 può essere di un qualsiasi tipo conosciuto, in particolare di quelli usati per il trasporto di energia e per la trasmissione di comunicazioni, come cavi telefonici, cavi CATV a banda larga, cavi a fibre ottiche, e similari.
Secondo la presente invenzione, la guaina 10 è prodotta per estrusione di materiale polimerico utilizzando tecniche convenzionali note di mono estrusione.
Per tutta l'estensione della parete 16 della guaina, come è illustrato in fig. 2, c'è una abbondante concentrazione o sospensione di agenti lubrificanti 16A dispersi a caso attraverso la guaina.
Questi agenti lubrificanti sono di tipo tale che, in seguito ad un loro impoverimento sulle aree superficiali della guaina, migrano verso dette aree per rimpiazzare e riinstaurare la lubrificazione superficiale.
Gli ingredienti attivi di questi agenti possono essere, per esempio, sorbitoli alcossilati, stearamidi bis-etilenici, glicoli polietilenici ad alto peso molecolare, glicoli metossi-polietilenici ad alto peso molecolare, polimeri di dimetile silossano, copolimeri dimetilsilossale/ammine, vari sali dell'acido stearico o di altri acidi grassi come di zinco, calcio, megnesio, borio, o ammine come stearammidi o alocarboni di basso peso molecolare con numeri di carbonio fra Cis e C30.
Come conseguenza di questa composizione, e come illustrato in fig. 3 la parete della guaina è composta da una zona centrale 16B contenente un serbatoio di agenti lubrificanti 16A e strati limite 18 verso i quali gli agenti 16A migrano quando essi si rarefanno sulle superfici esterne 20 della guaina, comportando ciò una continua lubrificazione delle superfici esterne, ed una conseguente riduzione del coefficiente di attrito.
Il risultato e una guaina costituita da una composizione polimerica a lubrificazione intrinseca con lubrificazione superficiale autorigenerantesi.
La composizione a lubrificazione intrinseca costituisce un substrato con area superficiale molto estesa nel quale vengono assorbite quantità relativamente elevate di agenti lubrificanti selezionati. Tali substrati devono essere di materiali aventi capacità di assorbimento di molte volte superiore al loro peso e può essere, per esempio, farina fossile (diamite), silice fumata, gel di silice, 0 nerofumi con elevata area superficiale.
Come descrìtto precedentemente, il substrato poroso assorbente ha la funzione di assorbire elevate quantità di agenti lubrificanti.
Ciò si ottiene collocando una appropriata quantità di substrato assorbente in un miscelatore per alte densità e addizionando, durante la fase di miscelazione, un controllo della solubilità 0 agenti di collegamento al materiale del substrato. In seguito la miscela combinata viene riscaldata ad almeno 100° Celsius ed asciugata onde rimuovere tutta l'umidità (acqua) e gli alcoli (gruppi idrolizzagli) che possono essere presenti.
Poi il materiale con gli agenti lubrificanti viene aggiunto lentamente, mentre avviene la miscelazione, finché esso è totalmente assorbito dal materiale del substrato.
Gli agenti di accoppiamento controllano la solubilità degli agenti lubrificanti, controllando pertanto il tasso eventuale di migrazione degli agenti lubrificanti verso le superfici. Preferiti agenti di accoppiamento sono del tipo organometallico al titanio, come monoalcossi 0 neotititati e possono essere, per esempio, isopropilalcossitrisostearoile titinati, isopropildimetilacilisostearoile titinato (per sistemi a valenza incrociata, oppure tetra (2 diallosimetil-1 butossi titanio di (ditridecil) fosfito (per misture plastisol).
La composizione in peso preferibile è la seguente:
in peso
Substrato poroso assorbente Agenti lubrificanti
Controllo di solubilità 0 agenti di accoppiamento
10-20% 40-80% 0,5-5,0%
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La struttura chimica formante taie composizione è illustrata in fig. 4 schematicamente.
Il substrato assorbente poroso (indicato con il numero 22) che contiene una quantità relativamente elevata di agenti lubrificanti è mantenuta solubile dall'agente di accoppiamento titinato reagente in superficie (indicato con 24). Quest'ultimo è scelto per il tipo di agente di collegamento legante combinato all'atomo centrale del titinato per fornire un reticolo di von der Waal.
Ciò serve a migliorare la compatibilità polimerica ed a effettuare un legame insaturo carbonio-carbo-nio per originare una sede disponibile per valenze incrociate in una spina polimerica o una solubilità plastisol in sistemi PVC, a dipendenza dal polimero prescelto per la fabbricazione della guaina.
Inoltre, dopo che è stata preparata la mistura appropriata degli agenti sopraelencati, essi possono venire miscelati (mescolati fusi) entro ad un adatto polimero con elevata concentrazione per dare la possibilità di miscelare secondo le tecniche polimeriche convenzionali.
La quantità di materiale lubrificante, la solubilità polimerica, ed il tasso di migrazione (e pertanto tasso di rigenerazione) possono essere controllati variando l'area della superficie del substrato assorbente, il peso molecolare in correlazione con la volatilità del materiale che agisce da agente lubrificante, e la natura e la quantità degli agenti di controllo dell'accoppiamento.
A titolo di esempio, e secondo un procedimento preferito, la composizione della guaina 10 e costituita da circa un ottanta per cento (80%) in peso di un materiale agente da lubrificante comprendente eti-lene-bis-stearammide, con un substrato di farina fossile avente un'area superficiale di circa 50-250 metri quadrati per grammi.
Se usato con un agente di controllo della solubilità di isopropil alcossi trisostearoile titinati, essa produrrà una continua migrazione di agenti lubrificanti con un tasso di circa 4 grammi ogni 304,80 m (1000 piedi) al mese. Ciò comporta delle superfici della guaina sufficientemente cosparse di lubrificante per fornire un coefficiente di attrito pari a circa 0,1.
Nel caso che la superficie della guaina venga ripulita dal cavo 14 in movimento, la superficie della guaina subisce una rigenerazione di lubrificante umido nel giro di circa ventiquattro (24) ore. La rigenerazione continuerà effettivamente in quel modo per circa 72 mesi. Quando si desideri di aumentare il tasso di rigenerazione, lo si può ottenere cambiando l'agente lubrificante da etilene bis stearammide in stearammide. In modo simile, il tasso di rigenerazione può essere diminuito cambiando l'agente lubrificante da stearammide in ammide di dimetilsilossano. Ciascuna delle precedenti variazioni causerà un corrispondente cambiamento nel tasso di migrazione del lubrificante insieme ad un corrispondente cambiamento della previsione di durata della lubrificazione superficiale intrinseca prima che sia necessaria una lubrificazione supplementare.
Nella precedente descrizione è spiegata una nuova composizione di materiale ed una applicazione per prodotti, che provvede delie zone superficiali lubrificate intrinsecamente. Essendo intrinsecamente inumidite con un lubrificante liquido, come descritto, aumentano la durata e le prestazioni dei prodotti che utilizzano tale composizione. I pregi sono molti, e comprendono una lubrificazione superficiale continua su di una superficie di lunghezza elevata la quale, a sua volta, comporta delle minori forze di trazione e dei diminuiti effetti svantaggiosi dell'attrito.
Pur essendo l'invenzione stata descritta principalmente in termini di guaine o tubi, è immediatamente evidente come la sua utilizzazione si estenda a ciascuna applicazione ove e richiesto di ridurre le elevate forze di attrito fra superfici accoppiate.
Varie modifiche della sopracitata descrizione possono essere evidentemente ovvie, senza fuoriuscire dallo spirito e dallo scopo dell'invenzione, definita solamente dalle allegate rivendicazioni.

Claims (8)

Rivendicazioni
1. Composizione polimerica contenente entro ad un serbatoio una sospensione di materiale lubrificante capace di migrare in continuazione dal detto serbatoio alla superficie della detta composizione, per rimpiazzare in tal modo in continuazione il materiale lubrificante rimosso dalla detta superficie.
2. Composizione polimerica secondo la rivendicazione 1, nella quale detto materiale lubrificante è scelto nel gruppo costituito da sorbitoli alcossilati, etilene-bis-stearammidi, glicoli polietilenici, glicoli me-tossipolietilenici, polimeri dimetilsilossanici, copolimeri di dimetilsilossano/ammina, sali di acidi stearici, acidi grassi, ed oli alocarbonici con numero di carbonio compresi fra Cib e C30.
3. Composizione polimerica secondo la rivendicazione 2 comprendente inoltre un substrato assorbente poroso ed un agente di controllo dell'accopiamento.
4. Composizione polimerica secondo la rivendicazione 3 nella quale il detto substrato assorbente è scelto nel gruppo comprendente farina fossile, silice fumata, gel di silice, e nerofumi.
5. Composizione polimerica secondo la rivendicazione 3 nella quale il detto agente di controllo dell'accoppiamento è del tipo organometallico al titanio.
6. Composizione polimerica secondo la rivendicazione 3 nella quale il substrato è il 10-20% in peso, i materiali lubrificanti il 40-80% in peso, e l'agente di controllo dell'accoppiamento è lo 0,5-5,0% in peso.
7. Guaina comprendente una parete esterna ed una parete interna, atta ad alloggiare tratti di cavo che devono venire fatti scorrere entro la guaina stessa, la detta guaina comprendendo una composizione polimerica contenente entro ad un serbatoio di materiale lubrificante, una sospensione di materiale
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lubrificante capace di migrare in continuazione dal detto serbatoio alla superficie di detta composizione, quindi verso le pareti interna ed esterna della detta guaina, per rimpiazzare in tal modo in continuazione il materiale lubrificante rimosso dalla detta superficie, cioè dalle pareti rigenerando così la lubrificazione delle pareti continuamente.
8. Guaina secondo la rivendicazione 7 nella quale il detto materiale lubrificante è scelto nel gruppo comprendente sorbitoli alcossilati, etilen-bis-stearammide, glicoli polietilenici, glicoli metossipolietiienici, polimeri dimetil-silossanici, copolimeri di dimetilsilossano/ammina, sali di acidi stearici, acidi grassi, ed oli alocarbonici con numeri di carbonio compresi fra Cis e C30.
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