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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Gefäß für Flüssigkeiten für den Transport
und die Aufbewahrung eines großen
Volumens an Flüssigkeit,
besonders einer Flüssigkeit
mit einer Dichte, die geringer als die von Meerwasser ist, ganz
besonders Trinkwasser, und ein Verfahren für dessen Herstellung. Solch
ein Gefäß ist bekannt
aus GB-A-933 089.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verwendung von flexiblen Behältern
für die
Aufbewahrung und den Transport von Fracht, besonders fluider oder
flüssiger
Fracht, ist bekannt. Es ist wohl bekannt, Behälter für den Transport von Flüssigkeiten in
Wasser, besonders Meerwasser, zu verwenden.
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Wenn
die Fracht eine Flüssigkeit
oder ein verflüssigter
Feststoff mit einer geringeren Dichte als die von Meerwasser ist,
gibt es keine Veranlassung, starre Massenlastkähne, Tanker oder Gefäße zu verwenden.
Vielmehr können
flexible Gefäße verwendet
werden und von einem Ort zum anderen gezogen oder geschoben werden.
Solche flexiblen Gefäße haben
offensichtliche Vorteile gegenüber
starren Gefäßen. Darüberhinaus können flexible
Gefäße, sofern
sie in geeigneter Weise gebaut sind, zusammengerollt oder gefaltet
werden, nachdem die Fracht entladen wurde und für die Rückreise gelagert werden.
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In
der ganzen Welt gibt es viele Gegenden, die einen kritischen Bedarf
an Trinkwasser haben. Trinkwasser ist solch eine Ware, daß aus dem
Abernten von Inlandeis und Eisbergen schnell ein großes Geschäft entsteht.
Jedoch, wo immer man Trinkwasser erhält, ist dessen ökonomischer
Transport zu dem beabsichtigten Zielort ein Problem.
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Zum
Beispiel sieht zur Zeit eine Inlandeiserntemaschine die Verwendung
von Tankern vor, die eine Kapazität von 150.000 t für den Transport
von Trinkwasser haben. Offensichtlich werden dadurch nicht nur die Kosten
für die
Benutzung solch eines Transportfahrzeugs hervorgerufen, sondern
auch die erhöhten
Ausgaben für
dessen Rückreise,
wobei das Fahrzeug unbeladen ist, um frische Fracht aufzunehmen.
Flexible Gefäße können, sobald
sie entleert sind, zusammengelegt werden und z. B. auf einem Schleppboot
gelagert werden, das sie an die Entladestelle gezogen hat, wodurch
die Ausgaben in dieser Hinsicht verringert werden.
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Sogar
bei solch einem Vorteil verlangt die Wirtschaftlichkeit, daß das Volumen,
das in dem flexiblen Gefäß transportiert
wird, ausreichend ist, um die Ausgaben für den Transport zu tragen.
Dementsprechend werden immer größere flexible
Gefäße entwickelt.
Jedoch bleiben technische Probleme hinsichtlich solcher Behälter bestehen,
auch wenn es Entwicklungen im Laufe der Zeit gegeben hat. In dieser
Hinsicht wurden Verbesserungen bei flexiblen Gefäßen oder Lastkähnen in
den US Patenten 2,997,973; 2,998,973; 3,001,501; 3,056,373 und 3,167,103
gelehrt. Die beabsichtigte Verwendung von flexiblen Gefäßen ist üblicherweise
der Transport oder die Lagerung von Flüssigkeiten oder verflüssigbaren
Feststoffen, die eine spezifische Schwerkraft geringer als die von
Meerwasser haben.
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Die
Dichte von Meerwasser verglichen mit der Dichte von Flüssigkeiten
oder verflüssigbaren
Feststoffen spiegelt die Tat sache wider, daß die Fracht für den Auftrieb
der flexiblen Transporttasche sorgt, wenn eine teilweise oder vollständig gefüllte Tasche
in Meerwasser gelegt und gezogen wird. Dieser Auftrieb der Fracht sorgt
für ein
Schwimmen des Behälters
und erleichtert die Verschiffung der Fracht von einem Seehafen zum anderen.
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US
Patent 2,997,973 offenbart ein Gefäß, das eine geschlossene Röhre aus
flexiblem Material, z. B. ein Gewebe, das mit natürlichem
oder synthetischem Gummi imprägniert
ist, welches eine stromlinienförmige Nase
hat, die für
die Verbindung mit einem Zugmittel angepaßt ist, und eine oder mehrere
Röhren,
die mit dem Inneren des Gefäßes kommunizieren,
so daß sie
ein Befüllen
und Entleeren des Gefäßes ermöglichen,
aufweist. Für
den Auftrieb wird durch den flüssigen
Inhalt des Gefäßes gesorgt
und deren Form hängt
von dem Grad ab, bis zu dem es gefüllt ist. Dieses Patent schlägt weiterhin
vor, daß die
flexible Transporttasche aus einem einzigen Gewebe gemacht werden
kann, das als Rohr gewoben ist. Es lehrt jedoch nicht, wie dies
bei einem Rohr von solcher Größe bewerkstelligt
werden kann. Anscheinend würde
solch ein Gebilde mit dem Problem von Nähten befaßt sein. Nähte werden gewöhnlich bei
kommerziellen flexiblen Transporttaschen vorgefunden, weil die Taschen üblicherweise
in patchwork Art gemacht sind, wobei durch Nähen oder andere Mittel ein
Verbinden der Flecken aus wasserfestem Material untereinander erfolgt.
Siehe z. B. US Patent 3,779,196. Nähte sind jedoch bekannt als
Quelle für
Taschenfehler, wenn die Tasche wiederholt hoher Ladung unterworfen
wird. Nahtfehler können
offensichtlich durch eine nahtlose Struktur vermieden werden. Jedoch
ist eine Struktur mit Nähten
eine Alternative zu einem einfach gewobenen Gewebe, da es demgegenüber verschiedene
Vorteile hätte,
besonders bei dessen Herstellung.
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In
dieser Hinsicht offenbart US Patent 5,360,656 mit dem Titel "Pressfilz und Herstellungsmethode", welches am 1. November
1994 erteilt wurde und auf das sich üblicherweise berufen wird,
dessen Offenbarung hierin aufgenommen wird, ein Grundgewebe eines
Pressfilzes, das aus spiralförmig
gewundenen Gewebestreifen hergestellt wird.
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Die
Länge des
Gewebes wird bestimmt durch die Länge jeder spiralförmigen Umdrehung
des Gewebestreifens des Garnmaterials und seine Weite wird bestimmt
durch die Anzahl an spiralförmigen
Umdrehungen.
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Eine
Eckverbindung kann erzielt werden, z. B. durch Nähen, Schmelzen und Schweißen (z.
B. Ultraschallschweißen
wie in US Patent Nr. 5,713,399 mit dem Titel "Ultraschallschweißen von angrenzenden Streifen
für Papiermaschinenstoff", das am 3. Februar
1998 erteilt wurde und auf das sich üblicherweise berufen wird,
dessen Offenbarung hierin aufgenommen wird, gezeigt) von nicht gewebtem
Material oder von nicht gewebtem Material mit Schmelzfasern.
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Während dieses
Patent die Fertigung eines Grundgewebes für einen Pressfilz betrifft,
kann solch eine Technologie Anwendung finden für die Fertigung eines genügend starken
röhrenförmigen Gebildes
für einen Transportbehälter. Darüberhinaus
ist dies für
die beabsichtigte Verwendung als Transportbehälter im Gegensatz zu einem
Pressgewebe, wo ein weicher Übergang
zwischen den Gewebestreifen gewünscht
ist, kein besonderes Anliegen und verschiedene Verbindungsmethoden
(überlappen
und nähen,
binden, heften etc.) sind möglich.
Andere Verbindungsarten können
für den
Fachmann offensichtlich sein.
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Während wie
oben bemerkt ein nahtloser flexibler Behälter wünschenswert ist und im Stand
der Technik erwähnt
wird, bereitet darüberhinaus
die Herstellung solch eines Gebildes Schwierigkeiten. Wie schon
bemerkt, werden bisher große
flexible Behälter üblicherweise
in kleinen Abschnitten hergestellt, die zusammengenäht oder
zusammengebunden werden. Diese Abschnitte müssen wasserundurchlässig sein. Üblicherweise
können
solche Abschnitte, sofern sie nicht aus einem undurchlässigen Material
sind, leicht mit solch einem Überzug
vor der Installation zur Verfügung
gestellt werden. Der Überzug
kann durch herkömmliche
Mittel, wie z. B. Sprühen
oder Tauchüberzug
aufgetragen werden.
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Ein
anderes Problem liegt darin, daß,
wenn der Behälter
leer ist, er in Abwesenheit von Fracht sinkt, weil er üblicherweise
dichter als Meerwasser ist. Um dies zu verhindern, können Vorrichtungen
zur Erhöhung des
Auftriebs an den Behälter
angebracht werden.
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Zusätzlich kann
aufgrund des Sinkens während
des Entleerens der Fracht in Abwesenheit solcher Vorrichtungen der
Behälter
zum Durchbiegen in der Mitte neigen, was nicht erwünscht ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung für ein relativ großes Gewebe
eines flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten
für den
Transport von Fracht, welche besonders Trinkwasser beinhaltet, zu
sorgen, wobei das Gefäß eine Dichte
hat, die geringer ist als die Dichte von Meerwasser und wobei das
Gefäß so gestaltet
ist, daß es
undurchlässig
für Meerwasser
und Meerwasserionen ist.
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Es
ist ferner ein Ziel der Erfindung, für solch ein flexibles Gefäß für Flüssigkeiten
zu sorgen, welches Mittel hat, um das flexible Gefäß für Flüssigkeiten
schwimmfähig
zu machen, besonders wenn es leer ist, ohne die Notwendigkeit von
Auftriebsvorrichtungen.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung
realisiert. In dieser Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung die
Verwendung einer gewobenen oder spiralförmig ausgebildeten Röhre vor,
um ein flexibles Gefäß für Flüssigkeiten
mit einer Länge
von 300 Fuß (entspricht
90 m) oder mehr und einem Durchmesser von 40 Fuß (entspricht 12 m) oder mehr
herzustellen. Solch ein großes
Gebilde kann auf Maschinen, die Papiermaschinenstoffe machen, hergestellt
werden. Die Enden der Röhre,
manchmal als Nase und Schwanz oder Bug und Heck bezeichnet, können auf
verschiedene Art verschlossen sein, darunter plissiert, gefaltet
oder auf andere Weise im Durchmesser reduziert und gebunden, genäht, geheftet
oder durch eine mechanische Kopplung oder andere Mittel aufrechterhalten
werden, wie in den vorgenannten Anmeldungen offenbart.
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Wie
oben erwähnt,
bereitet es Schwierigkeiten, solch ein großes Gefäß für Meerwasser und Meerwasserionen
undurchlässig
zu machen, besonders ein Gefäß ohne Nähte. In
der vorgenannten zweiten Anmeldung sind Mittel offenbart, um dies
zu erreichen. Die vorliegende Erfindung geht darüber hinaus und läßt verschiedene Überzüge zu, die
in das flexible Gefäß für Flüssigkeiten
eingebaut werden können.
Zusätzlich
offenbart die vorliegende Erfindung Überzugsverfahren, die nicht
nur dazu dienen, das Gewebe des flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten undurchlässig zu
machen, sondern es auch schwimmfähig
mit und ohne Fracht (d. h. Trinkwasser) zu machen.
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Im
ersten Aspekt der Erfindung wird für ein Gewebe gesorgt, welches
das flexible Gefäß für Flüssigkeiten
ausmacht, mit einer Front- oder Außenseite und Rück- oder
Innenseite, die mit einem thermoplastischen Material überzogen
sind, das verschieden sein kann. Der Vorteil, verschiedene Überzüge auf der
Innenseite und der Außenseite
zu haben, kann in einer Vielzahl an Gründen liegen. Es kann z. B.
gewünscht
sein, in oder auf den äußeren Überzug einen
vor UV schützenden
Zusatz einzubeziehen. Der ausgewählte Überzug kann dadurch
beeinflußt
werden. Auf der Innenseite gibt es keinen Bedarf für einen
UV-Schutz. Es kann
jedoch gewünscht
sein, in oder auf den inneren Überzug
ein keimtötendes
Mittel oder Fungizid einzubeziehen. Wiederum kann die Auswahl des Überzugs
dadurch beeinflußt
werden.
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Andere Überlegungen
können
ins Spiel kommen hinsichtlich des Vorteils von verschiedenen Überzügen auf
das flexible Gefäß für Flüssigkeiten,
die für
den Fachmann naheliegend sind.
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Solch
eine Überzugsanordnung
kann durchgeführt
werden, indem der Überzug
auf die Faser oder den Garn, welcher das Gewebe ausmacht, vor dessen
Weben aufzutragen. In dieser Hinsicht können die Frontfasern mit einer
Art thermoplastischer Verbindungen überzogen werden und die rückseitigen
Fasern mit einer anderen thermoplastischen Verbindung überzogen
werden. Der Webvorgang verflechtet gezielt alle Fasern mit einer
Art Überzug
auf einer Seite und mit dem anderen Überzug auf der anderen Seite.
Das Gebilde wird dann unter Druck wärmebehandelt, so daß der thermoplastische Überzug flüssig wird
und das Gewebe undurchlässig
gemacht wird. Die verschiedenen Überzüge bleiben überwiegend
auf den Seiten der Fasern, wo sie ursprünglich waren.
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Wir
wenden uns nun anderen Wegen zu, um ein Überziehen des Gewebes mit zusätzlich damit
verbundenen Vorteilen durchzuführen.
In dieser Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung vor, für einen Überzug zu
sorgen, der nicht nur das Gewebe undurchlässig macht, sondern es dem
flexiblen Gefäß für Flüssigkeiten auch
ermöglicht,
aufgrund der schwimmfähigen
Eigenschaft des Überzugs
zu schwimmen. Ein erster Weg ist es, den gewünschten Überzug durch Spritzen auf das
Gewebe aufzutragen. In dieser Hinsicht liegt das gewünschte Ergebnis
darin, ein flexibles Gefäß für Flüssigkeiten
herzustellen, das Gewebe und Überzug
beinhaltet und das alles in allem eine Dichte von weniger als der
Dichte von Meerwasser hat, die ungefähr 1,0 g/cm3 beträgt.
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Entsprechend
kann die Verringerung der Gesamtdichte auf den folgenden Wegen bewirkt
werden. Durch den Einbau von Mikrosphären (die aus Glas, Polymeren
oder anderen für
diesen Zweck geeigneten Materialien sein können) in den Überzug entstehen
Hohlräume
in dem Überzug,
wenn auch kleine. Es wird eine genügende Menge an Mikrosphären zugefügt, so daß die Dichte
des Überzugs
auf weniger als 1,0 g/cm3 erniedrigt wird.
Die Menge, um die die Dichte erniedrigt wird, wird auch durch die
Dichte der gewobenen Fasern und der gewünschten physikalischen Eigenschaften
des Überzugs
vorgegeben. Wenn z. B. die verwendeten Fasern selbst ohne Überzug schwimmen,
dann muß die Überzugsdichte
nur genügend
erniedrigt werden, daß es
schwimmt. In solch einem Fall wird natürlich das Verbundgebilde oder überzogene
Gewebe schwimmen.
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Wenn
jedoch die verwendeten Fasern selbst nicht schwimmen, dann könnte die
Dichte des Überzugs so
eingestellt werden, daß die
zugefügte
Dichte der Fasern kompensiert wird, so daß die Gesamtdichte des Verbundgebildes
weniger als 1,0 g/cm3 beträgt.
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Natürlich sollten
dadurch die gewünschten
mechanischen Eigenschaften des Überzugs
nicht insoweit beeinträchtigt
werden, als es für
ein wirksames flexibles Gefäß für Flüssigkeiten
erforderlich ist. Zum Beispiel sollte eine genügende Zugfestigkeit, Flexibilität und Festigkeit
gegenüber
Abrieb des Überzugs
zu so einem Ausmaß aufrechterhalten
werden, wie es für
den Fachmann offensichtlich notwendig ist.
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Wenden
wir uns nun kurz einem weiteren Mittel zu, um für ein flexibles Gefäß für Flüssigkeiten
mit genügendem
Auftrieb zu sorgen; in dieser Hinsicht betrifft es wieder den Überzug,
der verwendet wird, um das Gewebe undurchlässig zu machen. Zusätzlich zur
Herstellung eines Schaumüberzugs
in der herkömmlichen Art
und Weise wurde ziemlich überraschend
herausgefunden, daß Luft,
die beim Aufsprühen
des Überzugs auf
das Gewebe mitgeführt
wurde, zu Luftblasen innerhalb des überzogenen Gewebes führt. Solche
Luftblasen erniedrigen die Dichte des Überzugs, was, sofern es in
einem genügendem
Ausmaß geschieht,
dem überzogenen
Gewebe ermöglicht,
schwimmfähig
zu sein. Es wurde herausgefunden, daß die Luftblasen, sowohl was
die Größe als auch
den Ort betrifft, zufällig
sind und in Abhängigkeit
von den Sprühbedingungen
variieren. Die Zufälligkeit
solcher Hohlräume
kann dazu dienen, zu einem gewissen Grad den Effekt zu verringern,
den sie auf die mechanischen Eigenschaften, wie oben erwähnt, haben
können.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Bei
der Realisierung der Gegenstände
und Vorteile der vorliegenden Erfindung soll die Beschreibung in
Verbindung mit den Zeichnungen betrachtet werden, wobei:
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1 eine
allgemeine perspektivische Ansicht eines flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten
ist, das zylindrisch ist und einen punktförmigen Bug oder Nase hat;
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2 eine
Seitenteilansicht eines Gewebes ist, das die Lehren der vorliegenden
Erfindung beinhaltet;
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2A und 2B die
Nahtpunkte der Front- und Rückwebart
des Gewebes aus 2 darstellen, die Lehren der
vorliegenden Erfindung beinhaltend;
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3 eine
Seitenteilansicht eines überzogenen
Gewebes ist, das Mikrosphären
in dem Überzug
beinhaltet, die Lehren der vorliegenden Erfindung beinhaltend;
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3A eine
grafische Darstellung einer Spannungs-Dehnungs-Kurve für Harz ohne
Mikrosphären und
mit zwei verschiedenen Mikrosphären
ist;
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4 eine
Seitenteilansicht eines überzogenen
Gewebes ist, das einen Überzug
mit mitgeführter Luft
hat, die Lehren der vorliegenden Erfindung beinhaltend;
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4A eine
Vergrößerung eines
Teils des in 4 gezeigten Überzuges ist, die Lehren der
vorliegenden Erfindung beinhaltend;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Vorrichtung für die Behandlung einer Röhre mit
Hitze und Druck ist, die in einem flexiblen Gefäß für Flüssigkeiten verwendet werden
soll, die Lehren der vorliegenden Erfindung beinhaltend und
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6 eine
perspektivische Ansicht der in 5 gezeigten
Vorrichtung in Verbindung mit der Röhre ist, die Lehren der vorliegenden
Erfindung beinhaltend.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Für das vorgeschlagene
flexible Gefäß für Flüssigkeiten 10 ist
vorgesehen, daß es
aus einer nahtlosen, gewobenen, undurchlässigen Textilröhre 12 gefertigt
wird. Der Aufbau der Röhre
kann variieren. Zum Beispiel kann es eine Röhre umfassen, die einen im
wesentlichen gleichförmigen
Durchmesser (Umfang) hat und an jeder Seite verschlossen ist, wie
in 1 gezeigt. Es kann auch einen nicht gleichförmigen Durchmesser oder
eine nicht gleichförmige
Gestalt haben. Die entsprechenden Enden können in jeglicher Art und Weise
geschlossen, zusammengedrückt
und versiegelt sein. Das sich ergebende überzogene Gebilde wird auch
flexibel genug sein, um für
den Transport und die Lagerung gefaltet oder eingerollt zu werden.
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Die
oben genannten Patentanmeldungen befassen sich u. a. mit Überlegungen
zum Aussehen, verwendetem Material, Merkmalen und Vorteilen von
bestimmten Konstruktionen und werden hier nicht wiederholt. Es wird
jedoch allgemein das verwendete Material kurz besprochen.
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Da
das flexible Gefäß für Flüssigkeiten
Zyklen zwischen unbeladen und viel beladen durchlaufen wird, sollten
die Erholungseigenschaften des Materials bei einer zyklischen Ladeumgebung
bei der Auswahl des Materials berücksichtigt werden. Die Materialien
müssen
auch dem Aussetzen von Sonnenlicht, Meerwasser, Meerwassertemperaturen,
Meeresleben und der Fracht, die verschifft wird, standhalten. Die
Materialien der Konstruktion müssen
auch eine Kontamination der Fracht durch Meerwasser verhindern.
Kontamination würde auftreten,
wenn Meerwasser in die Fracht reingedrückt wird oder wenn die Salzionen
in die Fracht diffundieren würden.
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Die
vorliegende Erfindung sieht die Herstellung von sehr großen flexiblen
Gefäßen für Flüssigkeiten vor,
die aus überzogenem
Gewebe gefertigt werden. Überzogene
Gewebe haben zwei Grundbestandteile. Diese Bestandteile sind die
Faserverstärkung
und der Polymerüberzug.
Eine Vielzahl an Faserverstärkungen und
Polymerüberzugsmaterialien
sind für
die flexiblen Gefäße für Flüssigkeiten
geeignet. Solche Materialien müssen
in der Lage sein, mechanische Belastungen und verschiedene Arten
von Ausdehnungen auszuhalten, die die flexiblen Gefäße für Flüssigkeiten
erfahren werden. Solche Materialien, besonders der verwendete Überzug,
sollten auch widerstandsfähig
gegenüber
Abrieb sein, weil sie während
des Ziehens wahrscheinlich mit Gegenständen in Kontakt kommen können. Weil
es auch vorgesehen ist, daß das
flexible Gefäß für Flüssigkeiten
zusammengelegt und auf eine Spule gerollt wird, wird es in Kontakt
mit Oberflächen
des Zuggefäßes kommen,
wenn es auf- und abgerollt wird; das ausgewählte Material sollte also widerstandsfähig gegenüber Abrieb
in Folge eines solchen Kontakts sein. Zusätzlich sollten die verwendeten
Materialien unter Berücksichtigung
der zu transportierenden Fracht ausgewählt werden. Wenn z. B. die
Fracht trinkbares Wasser ist, sollten die verwendeten Materialien,
besonders der Überzug
auf der Innenseite des flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten, für den Gebrauch
mit trinkbarem Wasser passend sein. Der verwendete Überzug kann
sogar das Thema einer Genehmigung durch eine Regierungsbehörde wie
z. B. die FDA sein, wenn das trinkbare Wasser in ihrem Zuständigkeitsbereich
verwendet werden soll, oder falls nicht, durch eine Regierungsbehörde eines
anderen Landes, in dem sol ches Wasser verwendet werden soll. Demgemäß sollte
ein Überzug,
der schädliche
Chemikalien austreten lassen kann oder auf der andere Weise die
Fracht kontaminieren kann, nicht auf der Innenseite eines flexiblen
Gefäßes für Flüssigkeiten
verwendet werden. Das Austretenlassen sollte auch vermieden werden,
wenn z. B. ein keimtötendes
Mittel, Fungizid oder UV-Stabilisator in den Überzug eingebaut wird. Ein Verlust
dessen durch Austritt könnte
das gewünschte
Ergebnis beeinträchtigen.
Andere Überlegungen
hinsichtlich des ausgewählten Überzugs
sind für
den Fachmann naheliegend, in Abhängigkeit
von der Natur der zu transportierenden Fracht und dem gewünschten
Endergebnis.
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Geeignete
Polymerüberzugsmaterialien
beinhalten Polyvinylchlorid, Polyurethane, synthetische und natürliche Gummiverbindungen,
Polyharnstoffe, Polyolefine, Silikonpolymere und Acrylpolymere.
Diese Polymere können
von ihrer Art her thermoplastisch oder wärmeausgehärtet sein. Wärmeausgehärtete Polymerüberzüge können durch
Hitze gehärtet
sein, bei Raumtemperatur härtbar
oder durch UV härtbar
sein. Die Polymerüberzüge können Weichmacher
und Stabilisatoren enthalten, die dem Überzug entweder Flexibilität oder Haltbarkeit
verleihen. Die bevorzugten Überzugsmaterialien
sind mit Weichmacher versetztes Polyvinylchlorid, Polyurethane und
Polyharnstoffe. Diese Materialien haben gute Barriereeigenschaften
und sind sowohl flexibel als auch haltbar.
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Geeignete
Faserverstärkungsmaterialien
sind Nylone (als allgemeine Klasse), Polyester (als allgemeine Klasse),
Polyaramide (wie z. B. Kevlar®, Twaron® oder
Technora®),
Polyolefine (wie z. B. Dyneema® und Spectra®, die
aus Ultrahochmolekulargewichtspolyethylen hergestellt werden) und
Polybenzoxazole (PBO).
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Innerhalb
einer Klasse an Materialien minimieren Fasern mit hoher Stärke das
Gewicht des Gewebes, das für
das Erreichen der Designvorausetzung an das flexible Gefäß für Flüssigkeiten
erforderlich ist. Die bevorzugten Faserverstärkungsmaterialien sind Nylon
hoher Stärke,
Polyaramide hoher Stärke
und Polyolefine hoher Stärke.
PBO ist wünschenswert
aufgrund seiner hohen Stärke,
aber unerwünscht
aufgrund seiner relativ hohen Kosten. Polyolefine hoher Stärke sind
wünschenswert
aufgrund ihrer hohen Stärke,
aber schwierig effektiv mit Überzugsmaterialien
zu verbinden.
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Unter
Berücksichtigung
alles oben genannten sollte demgemäß die passende Faser und Webart
in Verbindung mit dem zu verwendenden Überzug ausgewählt werden.
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Wenden
wir uns nun einem Verfahren zu, um solch ein großes Gebilde undurchlässig zu
machen, gibt es viele Wege dies zu erreichen, die in den obengenannten
Patentanmeldungen offenbart werden und hier nicht wiederholt werden.
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Wie
in den oben genannten Anmeldungen diskutiert, verwendet jedoch eine
der Methoden für
das Überziehen
der Röhre
einen Ansatz über
einen thermoplastischen Verbundstoff. Die Röhre wird aus einer Mischung
von mindestens zwei faserigen Materialien gewoben. Ein Material
würde die
verstärkende
Faser sein und das zweite Material würde eine niedrig schmelzende
Faser oder niedrig schmelzende Komponente einer verstärkenden
Faser sein. Die niedrig schmelzende Faser oder Komponente könnte ein
thermoplastisches Polyurethan oder Polyethylen sein. Die verstärkende Faser
könnte
Polyester oder Nylon Reifencord oder eine der anderen oben erwähnten Fasern
sein. Die Röhre
würde Hitze
und Druck in einer kontrollierten Art und Weise unterworfen werden.
Diese Hitze und dieser Druck würden
verursa chen, daß die
niedrig schmelzende Faser oder Komponente schmilzt und die Hohlräume in dem
gewebten Gebilde ausfüllt.
Nachdem die Hitze und der Druck entfernt sind und das Gebilde abgekühlt ist,
würde eine
Verbundstruktur entstehen, in der die niedrig schmelzende Faser
oder Komponente zur Matrix für
die verstärkende
Faser wurde. Dieser Ansatz verlangt die Anwendung von Hitze und
Druck, während
ebenfalls ein Mittel zur Verfügung
gestellt wird, um die inneren Oberflächen der Röhre vom aneinander Haften oder
thermischen Binden abzuhalten.
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Die
vorliegende Erfindung ist an eine Abwandlung davon gerichtet, indem
für ein
Gewebe gesorgt wird, das zwei verschiedene Überzüge an den gegenüberliegenden
Seiten des Gewebes hat. In dieser Hinsicht beinhaltet die Methode,
daß ein Überzug auf
die Fasern oder den Garn aufgetragen wird, die das Gewebe 20 vor dem
Webvorgang aufbauen. Die vorderen Fasern 22 sind mit einer
Art von thermoplastischer Verbindung überzogen und die hinteren Fasern 24 sind
mit einer anderen thermoplastischen Verbindung überzogen, wie in 2 gezeigt.
Der Webvorgang verflechtet selektiv alle Fasern mit einer Art von Überzug auf
der Frontseite 26 und alle Fasern mit einem anderen Überzug auf
der Rückseite 30.
Die beiden Schichten werden miteinander durch eine Webtechnik verbunden,
die Nahtpunkte (stitching points) genannt wird. Diese Nahtpunkttechnik ist
dargestellt, wenn man 2 in Verbindung mit den 2A und 2B betrachtet.
In diesem Hinblick haben die Fasern 22 und 24,
die den thermoplastischen Überzug
haben, den überwiegenden
Teil ihrer Länge jeweils
auf den Oberflächen 26 und 30.
Dies liegt in der Verwendung von Nahtpunkten 32 in der
Webart begründet.
Während
die gezeigte Webart im allgemeinen als eine 8 Kamm, Satindoppelstoffwebart
mit Nahtpunkten bezeichnet wird, kann jede Webart, die für den Zweck
geeignet ist, verwendet werden.
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Die
Kernfasern können,
bevor sie mit dem thermoplastischen Material überzogen werden, aus Polyamid,
Polyester, Aramid, Polyolefin, Viskosefaser, Glasfaser oder jedem
Garnsystem, das mit den Faserüberzugssystemen
kompatibel ist, gemacht werden. Der Überzug dieser Kernfaser wird
in einer Art und Weise gemacht, wie sie dem Fachmann bekannt ist.
Es gibt viele Denier Größen, die
verwendet werden können,
die von 210 Denier bis zu 10.000 Denier reichen können, in
Abhängigkeit
von der Dicke des gewünschten
Gewebes und den Stärkeanforderungen,
die erreicht werden müssen.
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Der
thermoplastische Überzug
kann ein Urethan, Polyester, Polyamid, Polyvinylchlorid, Polyolefin oder ähnliches
sein. Die Schmelztemperatur des Überzugmaterials
muß wesentlich
unterhalb der Schmelztemperatur der Kernfaser liegen, so daß an der
Kernfaser kein Schaden während
des Überziehens
oder der anschließenden
Hitzebehandlung entsteht.
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Eine
sehr gebräuchliche überzogene
Faser ist ein mit Polyvinylchlorid (PVC) überzogenes Polyamid Multifilament.
Diese Faser wird üblicherweise
verwendet, um geflochtene elektrische Kabelbäume herzustellen. Eine weitere
gebräuchliche überzogene
Faser ist ein mit thermoplastischem Urethan überzogenes Polyamid Multifilament.
Diese Faser wird üblicherweise
für die
Herstellung von Außenmöbeln verwendet.
Beide Fasern können
auf großen
Webstühlen
für Papiermaschinenstoff
gewoben werden, um ein Gebilde herzustellen, das eine Doppelstoffwebart
mit Nahtpunkten in einer endlosen Form ist. Das entstehende Gebilde
ist röhrenförmig und
enthält
keine Nähte,
aber ist immer noch für
Wasser und Luft durchlässig.
Um das gewobene Gewebe für
Luft und Wasser undurchlässig
zu machen, muß es
mit Hitze und mäßigem Druck
behandelt werden, um die Überzüge auf den
ein zelnen Fasern fließen
zu lassen. Jedes Überzugssystem
fließt
auf der entsprechenden Seite des Gewebes und erzeugt eine gleichmäßige Barriere
für Luft
und Wasser. Nachdem die Röhre gewoben
ist, werden die Überzüge auf den
Fasern 22 und 24 verflüssigt, indem sie Hitze und
Druck unterworfen werden.
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Ein
Weg dies zu machen wird in der zweiten oben genannten Patentanmeldung
erwähnt
und beinhaltet eine Vorrichtung 71, wie in den 5 und 6 gezeigt,
welche Hitze und Druck auf die Röhre 12 anwenden
kann. Die Vorrichtung 71 kann selbstfahrend sein oder kann
durch externe Zugdrähte
bewegt werden. Jeder Abschnitt 73 und 74 der Vorrichtung
beinhaltet Heizplatten oder heiße
Platten mit entsprechenden Magneten 76 und Motoren (nicht
gezeigt) und ist auf jeder Seite des Gewebes, wie in 6 gezeigt,
positioniert. Eine Spannungsquelle (nicht gezeigt) sorgt für die Energie
der Heizplatten 76 und für die Energie der Motoren, die
die Vorrichtung entlang der Röhre 12 vorwärtstreiben.
Die Magneten dienen dazu, die beiden heißen Platten 76 zusammenzuziehen,
was einen Druck auf das Gewebe bewirkt, so daß sich der Überzug auf dem Garn durch die
Hitze verflüssigt.
Diese Magneten sorgen auch dafür,
daß die
obere Heizplatte 76 der inneren Heizplatte 76 gegenüber liegenbleibt.
Die Vorrichtung 71 beinhaltet endlose nichtklebende Riemen 78,
die auf Walzen 80 verlaufen, welche sich an den Plattenenden
befinden. Die Riemen 78 laufen über den Platten 76.
Auf diese Weise gibt es keine Bewegung des Riemens 78 bezogen
auf die Gewebeoberfläche,
wenn er in Kontakt mit dem Gewebe ist. Dies verhindert ein Verschmieren
des geschmolzenen Überzuges
und eine einheitliche Verteilung zwischen den Garnen. Die Vorrichtung
bewegt sich entlang der Länge
der Röhre 12 mit
einer Geschwindigkeit, die es dem geschmolzenen Überzug erlaubt, fest zu werden,
bevor das Gewebe mit sich selbst aufeinandergefaltet wird und klebt.
Wenn schnellere Geschwindig keiten gewünscht sind, kann ein Mittel
eingebaut werden, das vorübergehend
die Innenseiten voneinander entfernt hält, während das Festwerden stattfindet.
Dies kann z. B. ein Schleppteil auf der Innenseite der Röhre sein
mit ähnlichen
Design wie das beschriebene, aber mit nur einem Teil, natürlich ohne
Heizplatte oder Magnet. Andere für
diesen Zweck geeignete Mittel sind dem Fachmann offensichtlich.
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Hinsichtlich
der geschlossenen Natur des flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten, wenn es für den Transport
von Trinkwasser vorgesehen ist, kann es als Teil des Überzugsvorgangs
von dessen Innenseite dafür
sorgen, daß einer
der Überzüge ein keimtötendes Mittel
oder ein Fungizid beinhaltet, um das Auftreten von Bakterien oder
Schimmelpilz oder anderen Verunreinigungen zu verhindern.
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Da
Sonnenlicht auch eine abbauende Wirkung auf das Gewebe hat, kann
das flexible Gefäß für Flüssigkeiten
zusätzlich
als Teil seines Überzugs
auf der Außenseite
einen vor UV schützenden
oder stabilisierenden Bestandteil beinhalten.
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Wenden
wir uns nun einer weiteren Ausführungsform
für das Überziehen
des flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten
zu. Ein flexibles Gefäß für Flüssigkeiten,
das aus Materialien wie z. B. Nylon, Polyester und Gummi hergestellt
wird, würde
eine Dichte größer als
die von Meerwasser haben. Das hat zur Folge, daß das leere flexible Gefäß für Flüssigkeiten
oder leere Teile eines großen
flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten
sinken würde. Dieser
Sinkvorgang könnte
zu hohen Belastungen für
das flexible Gefäß für Flüssigkeiten
führen
und könnte so
zu bedeutenden Schwierigkeiten bei der Handhabung des flexiblen
Gefäßes für Flüssigkeiten
während
des Befüllens
und Entleerens des flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten
führen.
Die Verwendung eines Überzugs,
der für
Auftrieb sorgt, stellt eine Alternative zu mechanischen Auftriebsvorrichtungen
dar.
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Wie
oben gesagt, ist es wünschenswert,
daß das
flexible Gefäß für Flüssigkeiten
schwimmt, wenn es leer an Fracht ist. Dies kann erreicht werden
durch irgendeine Anzahl an Mitteln, einschließlich dieser, die in den oben
genannten Patentanmeldungen offenbart sind. Darin eingeschlossen
ist es, das flexible Gefäß für Flüssigkeiten
mit einem Schaumstoff zu überziehen.
Durch die Verwendung eines Schaumstoffüberzuges kann man die Gesamtdichte
des überzogenen
Gewebes auf unter 1,0 g/cm3 senken, weil
die verwendeten Garne oder Fasern wie z. B. Polyester und Überzugsharze
wie z. B. Polyvinylchlorid größere Dichten
als 1,0 g/cm3 haben. Schaumstoffüberzüge beinhalten üblicherweise
das Erzeugen einer großen
Menge an Gas, entweder auf chemischem Weg in dem Überzug oder
durch absichtliches Schlagen von Luft mit einer mechanischen Vorrichtung
in den Überzug
hinein. Die Anwendung von Schaumstoff hat seine Vorteile und kann
unter bestimmten Bedingungen wünschenswert
sein. Die Anwendung von Schaumstoff hat auch Nachteile, weil es schwierig
ist, das Eindringen, die Gleichförmigkeit
und Dicke zu kontrollieren. Ebenso hat Schaumstoff weniger Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Abrieb und mechanische Stärke
als ein Nicht-Schaumstoffharzüberzug.
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Eine
vorgeschlagene Alternative zu der Zugabe von Schaumstoff ist es,
Mikrosphären
in den Überzug einzubauen.
Es gibt im allgemeinen zwei Arten von Mikrosphären: Glas und Polymere. Die
Bulkdichten gehen herunter bis auf 0,01 g/cm3 mit
mittleren Teilchengrößen im Bereich
von ungefähr
100 μm.
Solche Mikrosphären
werden von 3M und PQ Corporation hergestellt. PQ Corporation verkauft
Plastikmikrosphärenfüllstoffe
unter den Bezeichnungen PM 6545 und PM 6550.
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PM
6545 und PM 6550 werden aus einem Copolymer hergestellt, das aus
Polyacrylnitril und Polymethacrylnitril besteht. Die Plastiksphärenprodukte
sind widerstandsfähig
gegenüber
Lösungsmitteln
und Harzen. Im folgenden ist eine Tabelle mit ihren Eigenschaften
abgebildet.
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PQ
Corporation sorgt auch für
hohle Glasmikrosphären:
Q-Cel 6019S. Mit diesem Material läßt es sich einfacher arbeiten,
aber es ist etwas dichter mit einer Dichte von 0,19 g/cm3.
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Wie
im folgenden Beispiel gesehen werden kann, werden die Dichten der Überzüge auf 0,95
g/cm3 verringert, indem 14 % des Volumens
mit Mikrosphären
beladen wird. Man beachte, daß die
gewünschte
Gesamtdichte des Endproduktes und die erforderliche Beladung (mit
Mikrosphären)
variiert, in Abhängigkeit
von dem Harz und dem Gewebe. Während
die physikalischen Eigenschafen des Überzugs niedriger sind, sollten sie
jedoch nicht so niedrig sein, daß die Unversehrtheit des flexiblen
Gefäßes für Flüssigkeiten
beeinflußt
wird.
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Beispiel
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Harz
und Härtungsmittel:
- Adiprene® LF
950 (Urethanpräpolymer) – 1,13g/cm3
- Ethacure® 100
(Härtungsmittel) – 1,022
g/cm3
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Für 95 % Stöchiometrie
werden 11 Teile Ethacure 100 mit 100 Teilen Adiprene gemischt. Man
beachte, daß die
Menge an verwendeten Mikrosphären
nur auf der verwendeten Menge Adiprene beruht. Das Härtungsmittel
sollte jedoch auch in Betracht gezogen werden.
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Um
in Wasser schwimmen zu können,
muß der
Polyurethanüberzug
eine Dichte von weniger als 1,0 g/cm3 haben.
Eine Dichte von 0,95 g/cm3 wäre wirkungsvoll.
Man beachte, daß die
Dichte des Gewebes auch berücksichtigt
werden sollte. In der Praxis muß die
Dichte des Urethans gering genug sein, um sowohl es selbst als auch
das Gewebe, auf das es angewendet wurde, schwimmen zu lassen.
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Tabelle
2 – Formulierungsinformation
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Die
Mikrosphären
wurden ohne große
Schwierigkeiten in das Adiprene Präpolymer gemischt. Es war schwieriger,
mit den PM 6550 Mikrosphären
zu arbeiten, aufgrund ihrer niedrigen Dichte.
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Proben
von jeder Harzmischung wurden in Formen gegossen, aushärten gelassen,
auf die richtige Größe gebracht
und dann auf Zugfestigkeit getestet.
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Es
wurde etwas Verringerung bei der Stärke der Überzüge sowohl bei PM 6550 als auch
bei Q-Cel 6019S beobachtet, wie in 3A gesehen
werden kann. In dieser Hinsicht ist ungefülltes Harz durch Linie 60 dargestellt,
Harz, das mit PM 6550 gefüllt
ist, durch Linie 62 dargestellt und Harz, das mit Q-Cel
6019S gefüllt
ist, durch Linie 64 dargestellt. Tests bezüglich Flexibilität und Abrieb
sollten auch durchgeführt
werden.
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Demgemäß wird durch
den Einbau von Mikrosphären
die Dichte eines Harzes erniedrigt bis zum Punkt der Schwimmfähigkeit
in Meerwasser. Die Eigenschaften des Harzes werden zwar beeinflußt, aber
sollten den Anforderungen der bestimmten Anwendung genügen. Man
sollte beachten, daß die
Sprühauftragung
von Polyurethanen und im besonderen Polyharnstoffen, üblicherweise
bei hohem Druck durchgeführt
wird, d. h. bei über
1000 psi. Die ausgewählten
Mikrosphären
sollten in der Lage sein, bei solchen Drücken bearbeitet zu werden.
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3 zeigt
ein überzogenes
Gewebe 40. In dieser Hinsicht gibt es ein Grundsubstrat 42,
das aus einem gewünschten
Garn oder einer Faser gewebt, gestrickt oder geflochten sein kann.
Das Gewebe 40 wird auf beiden Seiten 44 und 46 mit
dem gewünschten
Harz überzogen.
Die Mikrosphären 48,
wie oben beschrieben, werden in das Harz eingebaut, bevor es aufgetragen
wird (durch Sprühen
etc.). Die Mikrosphären 48 sind zufällig in
dem Überzug
verteilt und erzeugen genügend
Hohlräume,
so daß die
Gesamtdichte des Gewebes 40 weniger als 1 g/cm3 ist.
Entsprechend wird ein flexibles Gefäß für Flüssigkeiten, das mit solch einem
Gewebe gemacht wird, in Meerwasser mit oder ohne Fracht an Trinkwasser
schwimmen.
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Wenden
wir uns nun einem alternativen Mittel zu, um das Gewebe schwimmfähig zu machen.
In diesem Hinblick wird auf die 4 und 4A verwiesen.
Im allgemeinen ist bei vielen Anwendungen, bei denen ein Überzug angewendet
wird, mitgeführte
Luft in dem Überzug
unerwünscht.
Dies ist im Unterschied zu einem Schaumstoffüberzug wie oben erwähnt, und
es werden oft Schritte unternommen, um zu vermeiden, daß mitgeführte Luft
in dem Überzug
eingeschlossen wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist genau das Gegenteil davon. Um die Gesamtdichte
des überzogenen
Gewebes 50 zu verringern, läßt man Luft in den Überzug 52 einschließen. Wie
in 4A gesehen werden kann, sind Luftblasen 54 mit
zufälliger
Größe und Ort
in dem Überzug 52 eingeschlossen.
Die notwendige Menge an eingeschlossener Luft variiert in Abhängigkeit
von der Dichte der Fasern und des verwendeten Harzes. Das Ziel ist
es jedoch, eine Gesamtdichte des überzogenen Gewebes von weniger
als 1 g/cm3 zu haben.
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Zum
Beispiel wurde ein Gewebe aus Ultrahochmolekulargewichtspolyethylen-
(UHMWPE) Faser (Handelsnamen dafür
sind Spectra® oder
Dyneema®)
gewebt und anschließend
mit einem durch Sprühen
aufgetragenen 2-Komponentenpolyurethansystem, das keine Fasern enthält, überzogen;
also einfach ein reiner Polyurethanüberzug.
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Obwohl
erwartet wurde, daß das
UHMWPE-Gewebe schwimmen würde
(Dichte 0,97 g/cm3), wurde auch erwartet,
daß nach
dem Überzie hen
mit Polyurethan (Dichte von ungefähr 1,17 bis 1,27 g/cm3) jegliche Schwimmeigenschaften des Gewebes
durch den Überzug
mit viel größerer Dichte
zunichte gemacht werden würde.
Das Verhältnis
von aufgebrachtem Überzug
zum Gewebe ist mindestens 1:1 und üblicher 2:1 und sogar 3:1.
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Wenn
eine Probe von durch Sprühen überzogenen
Gewebes auf Wasser gesetzt wurde, schwamm es. Da der Überzug durch
einen Sprühvorgang
aufgebracht wurde, wurde Luft während
des Sprühens
in dem Überzug
eingeschlossen, so daß die
Dichte auf etwas weniger als 1,0 g/cm3 verringert
wurde. Man beachte, daß die
Dichte des Überzugs
variiert, in Abhängigkeit
von besonders den Sprühbedingungen.
Ebenso variiert die Dichte des überzogenen
Gewebes in Abhängigkeit
von dem Verhältnis Überzug zu
Gewebe.
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Wie
im Falle der Mikrosphären,
gibt es einen Abstrich in der mechanischen Stärke des überzogenen Gewebes, jedoch
den Vorteil, daß das
Gewebe schwimmen kann. Es ist offensichtlich, daß solch ein Abstrich nicht
in solch einem Ausmaß sein
sollte, daß die
Unversehrtheit des flexiblen Gefäßes für Flüssigkeiten
beeinträchtigt
wird.
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Genauso
kann es in jeder Situation wünschenswert
sein, daß die
gefüllten Überzüge mit mitgeführter Luft
oder Mikrosphären
oberhalb oder unterhalb eines ungefüllten Überzuges sind. Die gefüllten Überzüge können auch
schichtweise zwischen den ungefüllten Überzügen angeordnet
sein oder jegliche Variationen entlang dieser Linien, wie z. B.
das Überziehen
der Innenseite der Röhre
mit gefülltem Überzug und
das Überziehen
der Außenseite
der Röhre
mit ungefülltem Überzug.
Die Variationen sind endlos.
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Es
mag zusätzlich
wünschenswert
sein, die gesamte Röhre
mit gefülltem Überzug überzogen
zu haben oder nur ein Teil davon oder an ausgewählten Stellen, wobei die anderen
Teile oder Stellen mit einem ungefüllten Überzug überzogen sind. All dies hängt ab von
den gewünschten
Ergebnissen.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
im Detail hier offenbart und beschrieben wurden, sollte ihr Umfang
dadurch nicht beschränkt
sein, vielmehr sollte ihr Umfang durch die angehängten Ansprüche bestimmt sein.