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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines rohrförmigen,
dimensionsmäßig wärmerückstellbaren,
polymeren Gegenstands mit einem spiralförmig gewickelten, vernetzten,
polymeren Flächenmaterial.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Verfahren gemäß der Erfindung verwenden Wärme zum
Veranlassen des direkten Schmelzens. Wärme kann durch einen Ofen oder
irgendeine andere Heizeinrichtung zugeführt werden.
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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.
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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.
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Ein Erwärmen während eines Wickelns oder ein
Vorerwärmen
der Spindel könnte
bequem durch einen Infrarotheizer zur Verfügung gestellt werden.
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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
Tm 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 Tm.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.