CN110023077A - 多层管以及多层管的用途 - Google Patents

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CN110023077A CN201780073685.4A CN201780073685A CN110023077A CN 110023077 A CN110023077 A CN 110023077A CN 201780073685 A CN201780073685 A CN 201780073685A CN 110023077 A CN110023077 A CN 110023077A
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Abstract

一种多层管，其具有带有保护外层的壁，所述保护外层包括PET，其中优选地所述保护外层为所述管的最外层，其中优选地多层管的多个层中的至少一个为着色的，并且优选地所述多个层中的至少一个为透明的，其中所述管进一步具有阻挡层，相比于聚烯烃，所述阻挡层对于烃分子、氧分子、氢分子中的至少一种的穿过具有增强的阻渗透性能。

Description

多层管以及多层管的用途
技术领域
本发明涉及一种多层管以及一种用于制造所述多层管的方法。特别地，本发明涉及一种要被用于输送饮用水的多层管。
背景技术
这样的管可能需要被铺设于受污染的地面(例如受油、煤焦油、石油、等等污染，亦即地面被污染至到现在为止不需要清洁的程度)中。对于这样的情况，需要防止烃分子通过管壁进入至供水系统中。
EP 0638749 A1建议在管壁中使用由聚合物所制成的阻挡层，所述聚合物对烃以及气体具有非常低的渗透性。所述阻挡层被提议作为施加至由聚烯烃所制成的内层上的外层。这些层中的一个或两个被公开成在至少所述层之间的界面区域中具有衍生自包含于其中的不饱和环氧树脂或酰基化合物的粘合剂聚合物单元。所述粘合剂聚合物单元以对将聚烯烃层粘合至阻挡层有效的浓度存在。
问题在于，在铺设管期间，可能在管上形成划痕，从而损坏外层。因此，最外层通常不是阻挡层，而是另外的所谓的保护层。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于将饮用水输送通过受污染的地面的可选择管，从而理想地解决现有技术的至少一个问题。
根据本发明的一个方面，一个目的是提供一种用于将饮用水输送通过受污染的地面的管，从而理想地解决现有技术的管的不期望的复杂性。这样的复杂性可以通过管的层的数量呈现。
根据本发明的该方面，另外提出的发明提供一种多层管，其具有带有保护外层的壁，所述保护外层包括PET。这样的保护层具有相对高的阻划痕形成能力，特别是相对于PE、PP或PVC来说。优选地，所述保护外层为所述管的最外层。包括有PET的、或者甚至更好地由PET制成的最外层确保：所述管的最外壁具有相对低的摩擦系数并且具有阻划痕形成能力。例如与PE、PP以及PVC相比，PET具有低摩擦系数。这容许将这样的管用于“非开挖地(trenchlessly)”铺设管，有时也被称为“非挖掘(no-dig)”应用。在这样的应用中，未挖掘用于将管铺设于沙子/土壤中并用沙子/土壤覆盖管的沟槽，而是钻头在地面的表面下方前进通过地面并且这样将管(通常从滚筒滚放)拉动通过钻头所钻挖的通道。在这样的应用中，最外部的PET层的低摩擦是非常有用的，因为它还容许更有效地使用钻头。
包括有PET的外层以及包括有PET的最外层各自具有容许保护层和阻挡层的组合的优点，如下面将进一步讨论的。优选地，它还适用于另外提出的发明的实施例，所述管进一步具有由非金属阻挡材料所形成的阻挡层，相比于聚烯烃，所述阻挡材料对于烃分子的穿过具有增强的阻渗透性能，并且优选地，相比于聚烯烃，所述阻挡材料对于氧分子和/或氢分子的穿过也具有增强的阻渗透性能。
优选地，对于烃分子的增强的阻渗透性能适用于从外部至内部的渗透，亦即径向地向内的渗透。优选地，对于氧气和/或氢气的增强的阻渗透性能适用于从内部至外部的渗透，亦即径向地向外的渗透。后者容许例如用作燃料供应管。
在另外提出的发明的实施例中，所述阻挡层因此还可以包括PET。
在本发明的该方面中，参考的表述形式“包括”，它也包含“由……制成”。具有由PET所制成的保护性最外层以及由PET所制成的阻挡层降低所述多层管的复杂性。
优选地，所述层中的至少一个为着色的，从而容许颜色编码。优选地，所述层中的至少一个为透明的，从而容许观察(当从所述管的径向外侧位置观看时)下一层的颜色。所述层的不同的外观还容许在所述管的壁的横截面视图中估测不同的厚度，亦即沿轴向方向在管的端部处查看。
在本发明的一个实施例中，所述保护层具有在0.1mm至0.7mm的范围内的厚度。进一步地，优选地，所述阻挡层具有在0.1mm至0.8mm的范围内的厚度。
在一个非常优选的实施例中，所述保护层以及所述阻挡层一起包含于单个层中。优选地，所述单个层具有在0.2mm至1.5mm的范围内的厚度。
本发明进一步涉及一种形成多层管的方法以及多层管的用途。
附图说明
参考附图进一步呈现和讨论本发明的实施例以及其优点，其中：
图1：根据本发明的一个实施例的管的第一实施例的横截面视图；
图2：根据另外提出的发明的管的第一实施例的横截面视图；以及
图3：根据另外提出的发明的管的第二实施例的横截面视图。
具体实施方式
在图中，类似的部件具有类似的标记。图1以横截面视图示意性地示出多层管1，其包括具有聚烯烃内层2的壁，并且在该示例中，阻挡层3相对于聚烯烃内层2为外层。阻挡层3优选地由非金属阻挡材料形成，相比于聚烯烃，所述阻挡材料对于烃分子的穿过具有增强的阻扩散性能。这样的烃分子可以包含相对小的烃分子，以及更特别地可以包含甲苯三氯乙烯以及对二氯苯。优选地，相比于聚烯烃，所述阻挡层还对于氢气具有阻渗透性能。可能地，所述管因此可以被用于输送天然气、相应地输送氢气。优选地，相比于聚烯烃，所述阻挡层还对于相对“纯的”氧气具有阻渗透性能。可能地，所述管因此可以被用于输送氧气。虽然外层和/或最外层由PET制成是优选的，但是不一定是这样的情况。
管1进一步优选地包括保护层4，其相对于阻挡层3为外层。优选地，所述外层为最外层。保护层和阻挡层可以一起包含于单个层中。当保护层和阻挡层由相同的材料制成时是有利的。因此，在这些层之间不需要连结层。所述两个层可以作为单个层应用。
管进一步优选地包括在聚烯烃内层2与阻挡层3之间的可剥离层5。可剥离层可围绕聚烯烃内层形成，例如通过挤出形成。在本说明书的下面内容中，将讨论形成这样的多层管的另一种方法。
为了接合管，特别是在内芯管材料由聚烯烃制成时，重要的是，在焊接期间，熔体的成分与待接合的内芯管的成分相同。若熔体的成分不同，则接合部将较差，即使不导致接合失败，可能在接合部内导致弱化或者导致接合部的弱化。待接合的管部件优选地也没有污垢和/或氧化，特别是在使用电熔配件来接合管时。由于这个原因，在焊接(例如通过电熔)发生之前移除外层，亦即在由聚烯烃所制成的内芯层外部的层。
可剥离层5被充分地“结合(bonded)”至聚烯烃内层2，以防止可剥离层5与聚烯烃内层2之间的相对运动。特别是在管的正常使用期间防止这样的相对运动发生，所述正常的使用期间包含运输管，铺设管以及使管在地下受到如可能从不同的方向被静态地和/或动态地施加至管上的“地面力”。管的这样的正常使用不包含通过剥离有意地试图移除可剥离层5以及相对于可剥离层5为外层的任何层。
可剥离层被不充分地结合以防止可剥离层与相对于该可剥离层为外层的此外的任何层由于剥离而分离。可剥离层5可以粘附至聚烯烃内层，但是最优选地不使用粘合剂。优选地，适当地不存在化学粘合。优选地，在可剥离层与聚烯烃内层之间不存在材料或粘合剂。
外层(亦即除聚烯烃内层2以外的所有层)之间的粘合强度优选地使得使外层组破裂所需的力大于从聚烯烃内层2剥离可剥离层5所需的力。通过剥离移除可剥离层5以及相对于可剥离层5为外层的此外的任何层则留下聚烯烃内层2的优选地清洁的外表面。
在上下文中，清洁的表面意味着可以经受焊接和/或电熔接合而无需进一步的制备或处理的管表面。这样的表面应当是清洁的，以使得所形成的电熔接头满足PREN12201第3部分，PREN1555第3部分以及WIS 04-32-14中的一个或多个的要求。
可剥离性为层的可测量特性。例如，参考WO 2004/016976 A1，特别地其附录1。通常通过使用如在该文件的第15和16页上所描述的滚筒剥离试验确定粘附强度来评估可剥离性。简而言之，使用刀从最外层穿过随后的层直至并包含可剥离层5进行切割。具有大约25mm(亦即沿管的纵向方向的25mm)的宽度以及大约30-40mm的长度的条带被剥离同时保持附接至管。然后，将该条带的自由端夹持于拉力试验机的爪中。然后，以100mm/分钟的分离速度从管剥离可剥离层5以及相对于可剥离层5的外层。所需的力被作为时间的函数测量。当以这样的方式测量的粘附力介于0.1与0.8牛顿/毫米之间时，则据说待剥离的层具有良好的可剥离性。对粘附力的评估可以基于许多测试，并且应用简单的稳定化处理。
良好的可剥离性意味着，可以在现场手动地以及使用刀通过移除可剥离层5(以及随其相对于可剥离层5的外层)来移除层，如根据需要正面地对接或者通过与待接合的管端重叠的另外的管部件将管端焊接在一起。
焊接和电熔技术在本领域中是众所周知的。
可剥离层5可以包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丁烯(PB)中的一种。优选地，可剥离层5包括丙烯共聚物、优选地丙烯嵌段共聚物。这样的材料适合于挤制。经常使用的PP级具有大约0.3gr/10min的MFR以及1300MPa的Emod，亦即针对它的功能具有良好的特性。
可剥离层5可以包括用于将相应的可剥离层粘合于阻挡层3上的粘合剂。如果可剥离层太薄，则剥离外层更加困难。可剥离层5可以具有的厚度等于或大于0.4mm，更优选地等于或大于0.7mm。
聚烯烃内层2优选地由聚乙烯(PE)制成。PE被广泛地用于饮用水压力应用。
阻挡层3理想地没有EVOH和/或没有聚酰胺(PA)，因为它们太亲水。通常认为渗透由三个过程组成：亦即1)渗透分子(呈气体状态或蒸汽状态)被吸收至材料中(在这里至聚合物中)；2)扩散通过聚合物；3)来自聚合物表面的渗透分子的表征。提供可测量的渗透特征的量为渗透系数，其被限定为扩散系数乘以分配系数(分配系数的量为小分子在聚合物中的可溶性的量度)。理想地，阻挡层3包括塑料材料，其在20℃下具有等于或小于1×10- 15m2.s-1的渗透系数。优选地，阻挡层3包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)、PET(结晶PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和/或2，5－呋喃二甲酸乙二醇酯(polyethylene furanoate：PEF)中的至少一种。阻挡层3可以具有等于或大于0.4mm的厚度，优选地等于或大于0.6mm，甚至更优选地等于或大于0.8mm。较厚的阻挡层将为分子提供到达层的另一侧的更长的路径，并且因此提供更好的阻挡性能。包括有PET的阻挡层可以具有在0.1mm至0.8mm的范围内的厚度。
保护层4可以包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丁烯(PB)中的至少一种。保护层4可以具有等于或大于0.4mm的厚度，更优选地等于或大于0.7mm。厚的层提供将避免损坏阻挡层的更大的确定性。保护层4可以包括用于将保护层4粘合于阻挡层3上的粘合剂。替代地或另外地，用于将保护层4粘合于阻挡层3上的第一类型的连结层(未示出)可以位于保护层4与阻挡层3之间。这样的第一类型的连结层可以具有大约0.1mm的厚度。第一类型的连结层可以由马来酸酐接枝聚合物组成。
保护层最优选地包括PET，并且因此可以具有在0.1mm至0.7mm的范围内的厚度。若阻挡层同样包括PET，则保护层和阻挡层可以一起包含于单个层中。因此，所述单个层可以具有在0.2mm至1.5mm的范围内的厚度。
用于将可剥离层5粘合于阻挡层3上的第二类型的连结层(未示出)可以位于可剥离层5与阻挡层3之间。第二类型的连结层同样可以具有大约0.1mm的厚度。第二类型的连结层可以由马来酸酐接枝聚合物组成。
明显地，多层管可以包括4层、5层或6层，与每个直接地相邻的层的材料相比，所述层各自由不同的材料制成。优选地，多层管由它的层通过共挤出形成。聚合物材料可以在挤压模具的压力区域中聚集在一起并且作为单个可制物离开。例如，挤压模具可以连接至1、2、3或更多个挤压机，并且被进给以单独的多材料流。替代地，模具可以设置有同心模具出口，该同心模具出口被进给以要被用来形成内芯以及各个外层的单独的多聚合物材料流。在该技术中，可挤制物在离开挤压机模具出口时可以在仍然熔化时彼此接触，优选地在整形模具中，所述整形模具同时调
节管的外径。
在一个替代方案中，内芯可挤制物(在这样的情况下由聚烯烃制成)可以在施加可剥离层以及另外的外层之前通过整形模具。在这样的情况下，可能需要对内芯可挤制物的表面进行再加热或火焰爆破，以形成准备好接收可剥离层以及各个外层的表面。由于难以在聚烯烃内层与可剥离层以及另外的外层之间维持一致的粘附，并且难以保持聚烯烃内层的外表面清洁(在应用可剥离层以及另外的外层之前)，该方法目前不是优选的。
图2以横截面视图示意性地示出多层管1，其具有作为最外层的保护层，所述保护层包括PET。多层管1还具有阻挡层，其同样包括PET。保护层和阻挡层一起包含于单个层6中。在单个层6与可剥离层5(在该示例中由PB制成)之间，存在连结层7。
图3以横截面视图示意性地示出具有单个层6、可剥离的连结层8以及聚烯烃内层的多层管1。

Claims (37)

1.一种多层管，其具有带有保护外层的壁，所述保护外层包括PET。
2.根据权利要求1所述的多层管，其特征在于，所述保护外层为所述管的最外层。
3.根据权利要求1或2所述的多层管，其特征在于，多层管的多个层中的至少一个为着色的。
4.根据权利要求3所述的多层管，其特征在于，所述多个层中的至少一个为透明的。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的多层管，其进一步具有阻挡层，相比于聚烯烃，所述阻挡层对于烃分子、氧分子、氢分子中的至少一种的穿过具有增强的阻渗透性能。
6.根据权利要求5所述的多层管，其特征在于，所述阻挡层为非金属的。
7.根据权利要求6所述的多层管，其特征在于，所述阻挡层包括PET。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的多层管，其特征在于，所述保护层具有在0.1mm至0.7mm的范围内的厚度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的多层管，其特征在于，所述阻挡层具有在0.1mm至0.8mm的范围内的厚度。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的多层管，其特征在于，所述保护层与所述阻挡层一起包含于单个层中。
11.根据权利要求10所述的多层管，其特征在于，所述单个层具有在0.2mm至1.5mm的范围内的厚度。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的多层管，其特征在于，所述管具有聚烯烃制最内层。
13.根据至少权利要求5和权利要求12所述的多层管，其特征在于，所述管进一步包括在聚烯烃制最内层与所述阻挡层之间的可剥离层。
14.根据权利要求13所述的多层管，其特征在于，所述可剥离层能通过挤制而围绕聚烯烃制内层形成。
15.根据权利要求13或14所述的多层管，其特征在于，所述可剥离层为由PE所制成的可剥离连结层。
16.根据权利要求5所述的管，其特征在于，用于将所述保护外层粘合于所述阻挡层上的第一类型的连结层位于所述保护外层与所述阻挡层之间。
17.根据至少权利要求5和13所述的管，其特征在于，用于将所述可剥离层粘合于所述阻挡层上的第二类型的连结层位于所述可剥离层与所述阻挡层之间。
18.根据权利要求12和/或13所述的管，其特征在于，所述第一类型的连结层和/或所述第二类型的连结层具有大约0.1mm的厚度。
19.根据权利要求5-18中的任一项所述的管，其特征在于，所述阻挡层没有EVOH和/或没有聚酰胺(PA)。
20.根据权利要求5-19中的任一项所述的管，其特征在于，所述阻挡层包括塑料材料，所述塑料材料在20℃的温度下具有等于或小于1×10-15m2.s-1的渗透系数。
21.根据至少权利要求5所述的管，其特征在于，所述阻挡层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯(APET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)以及2，5－呋喃二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
22.根据权利要求13-21中的任一项所述的管，其特征在于，所述可剥离层包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丁烯(PB)中的至少一种。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的管，其特征在于，所述多层管是通过共挤出它的多个层而形成的。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的管，其特征在于，所述多层管包括3层、4层、5层或6层，直接地相邻的层中的每个层各自由不同的材料制成。
25.根据前述权利要求13-24中的任一项所述的管，其特征在于，所述可剥离层具有的厚度等于或大于0.1mm，优选地等于或大于0.4mm，甚至更优选地等于或大于0.7mm。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的管，其特征在于，所述最内层由聚乙烯(PE)制成。
27.根据前述权利要求13-26中的任一项所述的管，其特征在于，所述可剥离层被充分地结合至所述最内层以防止所述可剥离层与所述最内层之间的相对运动，并且所述可剥离层被不充分地结合以防止所述可剥离层与相对于该可剥离层为外层的此外的任何层由于剥离而分离。
28.根据前述权利要求13-27中的任一项所述的管，其特征在于，所述可剥离层至少在面对聚烯烃制内层的一侧处没有任何粘合剂。
29.根据前述权利要求13-28中的任一项所述的管，其特征在于，在所述可剥离层与聚烯烃制内层之间不存在材料或粘合剂。
30.根据前述权利要求13-29中的任一项所述的管，其特征在于，所述可剥离层包括丙烯共聚物、优选地丙烯嵌段共聚物。
31.根据前述权利要求中的任一项所述的管，其特征在于，所述保护外层为形成套筒的松散层，所述套筒能在最相邻的径向地向内定位的层上滑动。
32.一种用于形成根据权利要求1-31中的任一项所述的多层管的方法，所述方法包括共挤出多层管的多个层。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用产生多个层的至少一个模具。
34.根据权利要求32或33所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用产生两个层的第一模具以及相对于所述第一模具所产生的两个层以一定角度定向的第二模具。
35.根据权利要求32、33或34所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用产生两个层的第一模具以及相对于所述第一模具所产生的两个层各自以一定角度定向的多个第二模具。
36.根据权利要求1-31中的任一项所述的管的用途，所述管被用于非开挖地铺设管。
37.根据权利要求5-31中的任一项所述的管的用途，所述管被用于通过其输送氧气和氢气中的一种。
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