FI72680C - Skiktat polymerroer och dess anvaendning. - Google Patents

Description

1 72680

Kerrostettu polymeeriputki ja sen käyttö

Keksinnön kohteena on kaasuöiffuusiota estävä putki, joka käsittää nesteenkestävää polymeerimateriaalia olevan 5 sisäkerroksen ja iskunkestävää polymeerimateriaalia olevan ulkokerroksen. Tällaista putkea voidaan käyttää kuumia nesteitä varten, esim. kuten keskuslämmitysjärjestelmissä. Keksinnön kohteena on myös tällaisen putken käyttö.

Muoviputkia, erityisesti silloitetusta polyeteenistä 10 valmistettuja putkia, käytetään laajalti kuumien nesteiden, erityisesti lämmönsiirtonesteiden, siirtoon keskuslämmitysjärjestelmissä. Lämpötiloissa, joissa keskuslämmitysjärjestelmät toimivat, erityisesti ilmassa olevaa happea diffun-toituu putken ulkopuolelta putkessa olevaan veteen tai muu-15 hun lämmönvaihtonesteeseen. Nesteen sisältämä happi joutuu putkessa kosketukseen alttiiden metallipintojen kanssa järjestelmässä, ja ne pyrkivät hapettumaan, erityisesti ruostumaan. Tällöin ruosteen ja muiden hapettuneiden metallien osasia irtoaa ja siirtyvät suspendoituina lämmönvaihtones-20 teeseen kutistumiin tai muihin esteisiin, joihin ne kerääntyvät ja voivat aiheuttaa tukkeutumia. Siten on yleensä toivottavaa valmistaa happidiffuusiota estäviä putkia käytettäviksi keskuslämmitysjärjestelmissä, mutta eri syistä nykyään saatavissa olevat eivät ole täysin tyydyttäviä.

25 Esimerkiksi GB-patentistä 1 175 005 tunnetaan kak sikerroksinen kaasudiffuusiota estävä putki, joka on tehty esimerkiksi polyeteenistä ja nailonista. Tällainen yhdistelmä ei kuitenkaan ole sopiva keskuslämmitysjärjestelmissä johtuen pituuslaajenemisesta lämpötilan vaihteluissa. Kun 30 polyeteeni on silloitettu sopivan dimensiostabiliteetin aikaansaamiseksi, hapenkestävää nailonpäällystettä, joka on putken päällä, ei voida käyttää menestyksellisesti, koska sen pituuslaajenemiskerroin poikkeaa niin paljon silloitetun polveteeniputken vastaavasta kertoimesta.

35 GB-patentissa 1 171 122 ehdotetaan kaasudiffuusiota estävää putkea, jossa on välikerroksena metallikalvo, joka sekä lujittaa putkea että estää kaasudiffuusion. Tällaiset 2 72680 yhdistelmät ovat vaikeita ja siten kalliita valmistaa, mikä johtuu pääasiallisesti vaikeudesta sitoa uiko- ja sisä-muovikerrokset kalvoon. Lisäksi tällaisten putkien asentaminen on vaikeata, mikä johtuu niiden luontaisesta jäykkyy-5 destä ja koska muoviset päätekappaleet, joita keskuslämmitysjärjestelmissä käytetään, eivät yleensä ole sopivia käytettäviksi putkilla, joissa on metallinen välikerros.

US-patenttijulkaisussa 3 561 493 kuvataan putkea, jossa on kolme tai viisi kerrosta ja jonka materiaaleina 10 voidaan käyttää mm. polyolefiineja, polyvinyylialkoholia ja polyvinyylikloridia. Välikerros tai -kerrokset (kolmikerroksisen putken välikerros ja viisikerroksisen putken toinen ja neljäs kerros) on muodostettu kahden viereisen materiaalin fysikaalisesta seoksesta. Viereisen kerroksen (ker-15 rosten) ominaisuuksilla ei siten ole juuri mitään merkitystä, johtuen fysikaalisesta sekoittamisesta. Tällainen yhdistelmä ei ole sopiva käytettäväksi lämmönvaihtoputkissa.

Siten tämän keksinnön tavoitteena oli aikaansaada taipuisa, kaasudiffuusiota kestävä putki, joka on käyttö-20 kelpoinen lämmönvaihteluolosuhteissa ja valmistettavissa samanaikaisella suulakepuristuksella ja joka on helppo asentaa .

Keksintö koskee keskuslämmitysjärjestelmässä käyttökelpoista kerrostettua polymeeriputkea, joka käsittää nes-25 teenkestävää polymeerimateriaalia olevan sisäkerroksen ja iskunkestävää polymeerimateriaalia olevan ulkokerroksen, jolloin molemmilla polymeerimateriaaleilla on ainakin oleellisesti sama pituuslaajenemiskerroin, sekä muuta materiaalia olevan välikerroksen, jolloin mainitut materiaalit muo-30 dostavat koaksiaalisen yhdistetyn kokonaisuuden. Keksinnön mukaiselle putkelle on tunnusomaista, että välikerrosmate-riaali muodostuu yhdestä kaasudiffuusiota vastustavasta, heikosti elastisesta aineesta, joka pystyy sitoutumaan polymeerimateriaalia oleviin sisä- ja ulkokerroksiin, ja että 35 mainittu ainoa aine muodostaa jatkuvan välikerroksen. Keksintö koskee myös tällaisen putken käyttöä keskuslämmitys-järjestelmässä. Sisä- ja/tai ulkokerros voidaan valmistaa 3 72680 silloitetusta polyolefiinimateriaalista, kuten silloitetusta polyeteenistä, mikä suuresti parantaa putken dimensio-stabiliteettia korotetuissa lämpötiloissa. Erityisen käyttökelpoinen välikerrosmateriaali on esim. polyvinyylialko-5 holi (PVAL), mutta se ei ole itsessään iskunkestävä ja sen-tähden se täytyy suojata iskunkestävällä kerroksella. Is-kunkestävällä kerroksella ei tällaisissa olosuhteissa tarvitse olla diffuusiota estäviä ominaisuuksia ja siten, jos se on luontaisesti luja, se voidaan levittää verraten ohu-10 ena kerroksena.

Polyeteeni lineaarisessa tai silloitetussa polymeeri-muodossa on esimerkki tällaisesta iskunkestävästä kerroksesta. Toinen esimerkki eräästä erityisen sopivasta kaasudif-fuusiota estävästä aineesta on polyakryylinitriili (PAN).

15 Muita aineita, joita voidaan käyttää iskunkestävänä kerroksena, ovat akryylinitriilin ja termoplastisten polyesterei-den, polyamidien ja klooratun PVC:n sekapolymeerit.

Nimenomainen kaasudiffuusiota estävä kerros yhdistettäväksi sisäkerroksen muovimateriaalin kanssa valitaan 20 yleensä riippuen atmosfääristä, jossa lopullista putkea tullaan käyttämään. Siten normaalissa keskuslämmitysjärjestelmässä on tärkeintä estää hapen diffuusio lämmönvaihto-nesteeseen. Tietyissä laboratoriosovellutuksissa kaasudif-fuusiota estävä aine valitaan estämään halogeenien, kuten 25 kloorin, tai muiden orgaanisten kaasujen diffuusio.

Kun on mahdollista, on toivottavaa suulakepuristaa yhdessä koaksiaalisesti peräkkäin sisäkerros, diffuusiota estävä kerros ja iskunkestävä kerros. Joissakin sovellutuksissa on sopivaa käyttää samaa ainetta, esim. silloitettua 30 polyeteeniä sekä iskunkestävänä kerroksena että sisäkerroksena. Tämä takaa, että sisäkerroksen ja ulkokerroksen pi-tuuslaajenemiskerroin on sama; kun esimerkiksi PVAL käytetään välikerroksena sen lievä elastisuus kompensoi sen pienen eron pituuslaajenemiskertoimessa. Välikerroksen paksuus 35 voi olla 60 - 10 pm.

Seuraavassa keksintöä tarkastellaan lähemmin esimerkin avulla.

4 72680

Liitteenä oleva kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen happidiffuusiota estävän putken poikkileikkausta.

Kuviossa 1 silloitettua polyeteeniä (PEX) oleva kerros 1 on yhdistetty happidiffuusiota estävään PVAL-kerrok-5 seen 3, joka puolestaan on yhdistetty iskunkestävään lineaariseen polyeteeni-kerrokseen 5. Viittausnumerot 2 ja 4 tarkoittavat tarttuvaa rajapintaa.

Kun aineita, jotka muodostavat kerrokset 3 ja 5, ei voida yhdessä suulakepuristaa kerroksen 1 kanssa, ne voi-10 daan levittää ruiskuttamalla, kastamalla tai käärimällä tarpeen mukaan. Kerroksen 3 paksuuden tulisi olla sellainen, että se vähentää hapen diffuusiota ainakin 1/5 osalla siitä mitä sisäkerroksen aine ja on edullista, että kerroksen 3 paksuus on 1/100 - 1/10 sisäkerroksen seinän paksuudesta.

15 Esimerkin mukaisessa tapauksessa seuraavat kerrok set levitettiin kaikki PEX-putken näytteille. Tämän putken ulkoläpimitta oli 20 mm ja sisäseinämän paksuus 2 mm. Jokainen näyte testattiin happidiffuusion suhteen, jolloin kontrollina käytettiin samanlaista näytettä, jolla joko ei 20 ollut päällystettä ollenkaan tai ainoastaan ohut sideaine-päällyste, jolla ei ollut happidiffuusiota estävää vaikutusta .

Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa:

Taulukko 1 25 Iskunkestävät ja happidiffuusiota estävät näytteet erillisen iskunkestävän kerroksen kanssa ja ilman sitä.

5 72680

Putken Happidiffuu- Erillinen Vertaileva dif- materiaali siota kestä- iskunkes- fuusio-ominai- vä kerros tävä kerros suudet 1) 2 mm PEX 20 u PVAL 0,3 mm ?E <1/5 osa ver tailusta 5 2) 2 mm PEX 20 p PAN 0,3 mm PE < 1/5 osa ver- 1 tallusta 3) 2 mm PEX 40 p PVAL 0,3 mm PE <1/10 osa ver tailusta 4) 2 mm PEX 40 p PAN 0,3 mm PE < 1/10 osa ver tailusta 10 sekapolymeeri (RTM) 5) 2 mm PEX 40 0,3 mm PE < 1/5 osa ver- kloorattu tallusta

PVC

15 Taulukosta ilmenee, että erityisen edullisia tulok sia voidaan saavuttaa PVAL- tai PAN-kerroksella, jonka paksuus on 40 ja, PEX-putken päällä. Tämä vähentää hapen diffuusion alle 1/10 osaan diffuusiosta, jonka odotetaan tapahtuvan PEX-putken läpi, jonka seinämän paksuus on 2 mm ja 20 ulkoläpimitta 20 mm.

Keksinnön mukaisen putken käytön on käytännössä havaittu huomattavasti vähentävän korroosiota keskuslämmitys-järjestelmissä, jolloin huoltovälit pitenevät.

Koska diffuusiota estävä kerros voidaan muodostaa 25 normaalien PEX-putkien valmistuksen yhteydessä, voidaan keksinnön mukaisia putkia valmistaa miltei samaan hintaan kuin tavallisia PEX-putkia. Happidiffuusiota estäviä putkia voidaan siten käyttää keskuslämmitysjärjestelmissä ilman merkittäviä lisäkustannuksia samalla kun niillä on pitempiai-30 kainen kestävyys. On myös selvää, että verraten ohut ei-ra-kenteellinen happidiffuusiota estävä kerros mahdollistaa suuremman elastisuuden kuin happidiffuusiota estävät metal-likalvokerrokset ja siten pituuslaajenemiskertoimien paremman yhteensovittamisen.

35 Keksinnön mukaisilla putkilla on parantunut raken teellinen kestävyys käytettäessä niitä keskuslämmitysjärjestelmissä .

Claims (7)

1. Keskuslämmitysjärjestelmässä käyttökelpoinen kerrostettu polymeeriputki, joka käsittää nesteenkestävää polymeeri-5 materiaalia olevan sisäkerroksen (1) ja iskunkestävää polymeerimateriaalia olevan ulkokerroksen (5), jolloin molemmilla polymeerimateriaaleilla on oleellisesti lähes sama pituus-laajenemiskerroin, sekä muuta materiaalia olevan välikerroksen (3), jolloin mainitut materiaalit muodostavat koaksiaalisen 10 yhdistetyn kokonaisuuden, tunnettu siitä, että väli-kerrosmateriaali muodostuu yhdestä kaasudiffuusiota vastustavasta, heikosti elastisesta aineesta, joka pystyy sitoutumaan polymeerimateriaalia oleviin sisä- ja ulkokerroksiin (1,5) ja että mainittu aine muodostaa jatkuvan välikerroksen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen putki, tunnet- t u siitä, että sisäkerros (1) käsittää ainakin silloitettua polyolef iinimateriaalia.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen putki, tunnet-t u siitä, että myös ulkokerros (5) muodostuu silloitetusta 20 polyolefiinimateriaalista.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen putki, tunnet-t u siitä, että silloitettu polyolefiinimateriaali on silloitettua polyeteeniä.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-4 mukai- 25 nen putki, tunnettu siitä, että välikerros (3) on polyvinyylialkoholia, polyakryylinitriiliä tai polyvinyyli-kloridia.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-5 mukainen putki, tunnettu siitä, että välikerroksen pak- 30 suus on 60-10 yarn.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen putken käyttö keskuslämmitysjärjestelmässä.