NL8302321A - Werkwijze en inrichting ter vervaardiging van flexibele opgeschiumde voorwerpen. - Google Patents

Description

V '* „ -1- » * j*

Werkwijze en inrichting ter vervaardiging van flexibele opgeschuimde voorwerpen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting ter vervaardiging van voorwerpen zoals pijpisoleringsbuizen uit een opgeschuimd materiaal en omvat meer in het bijzonder een werkwijze en inrichting 5 ter vervaardiging van een in hoge mate flexibel, ondoordringbaar voorwerp uit een opgeschuimd polymeer zoals polyetheen of polypropeen.

Uit de stand van de techniek zijn werkwijzen bekend voor het opschuimen van polymeren zoals polystyreen en 10 voorts het opschuimen van elastomeren zoals synthetische rubbers. Het is bekend dat produkten die zijn vervaardigd uit opgeschuimde polymeren en elastomeren, goede isolerings-eigenschappen vertonen onder bepaalde omstandigheden. Bijvoorbeeld is opgeschuimd polystyreen, wanneer het is opge-15 schuimd in brede vlakke vellen, toegepast voor isolatie van huizen tussen buiten en binnenwandstructuren. Eveneens zijn opgeschuimde elastomeren zoals rubber toegepast voor het isoleren van air conditionings- en waterbuizen in huizen en kantoorgebouwen. Het is bekend dat andere polymeren 20 zoals polyetheen kunnen worden opgeschuimd ter verschaffing van voordelig isolatiemateriaal. Helaas leiden alle bekende polymeren en elastomeren aan nadelen wanneer zij worden gebruikt als isolatiemateriaal.

Bijvoorbeeld is, wanneer polymeren zoals polystyreen 25 en polyetheen worden opgeschuimd teneinde isolatie te vormen, het ontstane produkt in het algemeen stijf en/of bros en daarom moeilijk te gebruiken bij voorwerpen zoals waterbuizen en air conditioningsbuizen wanneer zij aanzienlijke aantallen buigingen en krommingen hebben. Aan de 30 andere kant verschaft een opgeschuimd synthetisch rubber zoals neopreen een flexibel isolerend materiaal, maar het is er êën dat zeer kostbaar is tengevolge van de grondstof-kosten. Ook leiden vele zo niet alle elastomeren die worden gebruikt als opgeschuimde isolatie, aan het euvel dat zij 35 doorlaatbaar zijn voor vocht hetgeen tot resultaat heeft dat de isolatie-eigenschappen van het materiaal te niet gaan 8302321 . * . " -2- en hetgeen ook migratie van vocht toelaat in de geisoleer-de leiding zodat het mogelijk wordt dat corrosie en s*chim-mel wordt gevormd.

Naast deze nadelen verschaffen veel zuivere isomeren 5 die worden opgeschuimd ter vorming van isolatie, niet een flexibel eindprodukt vanwege verknoping in het elastomeer. Bovendien zijn opgeschuimde rubbers onderworpen aan degradatie door het ozongehalte van de atmosfeer en door ultra-violetstralen uit natuurlijk zonlicht en andere bronnen.

10 Voorts heeft het gerede opgeschuimde produkt vervaardigd uit zuivere elastomeren een eind-massadich.th.eid van bij 3 benadering zes pounds per cubieke voet. (96,00 kg/m ).

Aan de andere kant heeft opgeschuimd polyetheen een massa-dichtheid van precies twee pounds per cubieke voet. (32,00 15 kg/m 1. Daarom is, zelfs als de materiaalkosten gelijk zouden zijn tussen elastomeer en polymeer, drie maal zoveel elastomeer als polymeer vereist per eenheid volume zodat de relatieve kosten van opgeschuimd elastomeer tenminste drie maal die van de opgeschuimde polymeren zijn. Ook ver-20 eist de vervaardiging van isolatie onder toepassing van opgeschuimd elastomeer het gebruik van een kostbaar ver-hittingssysteem zoals een radiogolven-oven ter verhitting van het elastomeer ter vorming van de noodzakelijke verknoping .

25 De onderhavige uitvinding heft deze nadelen van de stand van de techniek op door een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van opgeschuimde materialen die hoge flexibiliteit en hoge ondoordringbaarheid vertonen. Deze materialen worden gevormd uit een mengsel van een polymeer 30 zoals polyetheen met een elastomeer zoals polyisobuteen.

Fig.1 is een grafische toelichting van de relatie tussen viscositeit en temperatuur voor polyetheen ,►

Fig.2 is een grafische toelichting van de relatie tussen viscositeit en temperatuur voor een mengsel van 35 polypropeen en copolymeer dat etheen-propeen omvat,-

Fig.3 is een grafische toelichting van de viscosi-teit-temperatuurcurven van verscheidene verschillende mengsels van polyetheen en polyisobuteen^

Fig.4 is een grafische weergave van de viscositeit·^· 40 temperatuurrelaties van verscheidene verschillende mengsels 8302321 -3- . € van polypropeen en een elastomeer;

Fig. 5 is een grafische voorstelling van de viscositeit-tempera tuur curven van twee verschillende elastomeren en Fig.6 is een schematisch diagram dat de inrichting 5 toelicht die wordt gebruikt voor de uitvoering van de werkwijze van de onderhavige uitvinding.

Fig.7-13 licht uiteenvolgende aanzichten toe van buizen van opgeschuimd polymeer in overeenstemming met de onderhavige uitvinding.

10 Bij de vervaardiging van opgeschuimd thermoplast materiaal zoals elastomeren en opschuimbare polymeren wordt het materiaal eerst gebracht op zijn vloeibare smelt-temperatuur en vervolgens onderworpen aan inspuitingen van een gemakkelijk verdampt vloeistofelement teneinde bel-15 len te doen ontstaan in het materiaal dat daarna overgaat in vaste toestand als het materiaal wordt afgekoeld beneden de smelttemperatuur. Gebleken is dat, wanneer een temperatuur wordt bereikt in het gesmolten materiaal waarbij de viscositeit zeer snel begint toe te nemen, het materiaal 20 geschikt is om te worden opgeblazen tot een opgeschuimd produkt. In het algemeen identificeert een_viscositeits- 10Q.-200 meter-gram per °F 0 toeneming in de orde vanV^5-110 meter-gram per C) een materiaal dat kan worden opgeschuimd, terwijl materialen die lagere snelheden van viscositeitsverandering met de 25 temperatuur vertonen, bezwijken nadat zij zijn opgeschuimd bij de extrudeerstempelkop.

Viscositeitsmetingen uitgevoerd op de Brabender viscosirmeter (walskop) werden gebruikt voor het instellen van parameters van de elastomeermaterialen. De rotatie-30 snelheden in de Brabender werden ingesteld ter verschaffing van een omtrekssnelheid van de schoepen bij of nabij de afschuifsnelheid die het polymeer ondervindt wanneer het voortbeweegt door de monding van de stempel. De rotatie-snelheid waarvan bleek dat zij het meest nabij kwam aan die 35 welke identiek was aan de afschuifsnelheid door de stempel, was 20 omwentelingen/min. op de Brabender viscosimeter.

De keuze van een opschuimingsmiddel is ook zeer belangrijk voor het succes van de opschuimingsbewerking. De criteria voor het opschuimingsmiddel zijn zeer strikt en 40 houden de vereisten in dat het opschuimmiddel niet-toxisch 8302321 ψ » -4- en relatief onbrandbaar is. Een andere sleutelfactor bij het kiezen van een opschuimingsmiddel is dat de gas-vloeistof-faseveranderingstemperatuur in het juiste traject ligt voor het opschuimen van het polymeer. Onder toepassing 5 van deze criteria dat wil zeggen niet-toxiciteit, onbrandbaarheid, en het juiste temperatuurtrajeet voor gas-vloei-stoffase-overgang werd een gasvormige fluorkoolstof zoals freon gekozen als opschuimingsmiddel. Het freon kan vloeibaar worden gemaakt en worden ingespoten in het gesmolten 10 polymeer ter verschaffing van het correcte opschuimings-mechanisme ter vorming van de helcellen daarin.

Ook bleek dat, wanneer de Brabënder viscosimeter werkte met 20 omwentelingen/min. de gemeten viscositeit in het polymeer bij een temperatuur die bij benadering die 15 was, welke is vereist voor de bereiding van een schuim door fluorkoolstofinspuiting in het polymeer, lag in het traject van 1500 tot 2500 m-g. Voor een polyetheenpoly-meer ligt de opschuimingstemperatuur tussen ongeveer 200°F (93°C) en ongeveer 230°F (110°C). Voor polypropeenpolymeren 20 ligt het opschuimingstemperatuurtraject 'tussen ongeveer 280°F (138°C) en 330°F (166°C]. In analogie met andere viscosimeters is het traject van 1500 tot 2500 meter-gram ruwweg gelijkwaardig aan ongeveer 15000 tot 30000 poise.

Zoals in het voorafgaande is vermeld is, wanneer een 25 zodanige temperatuur in het gesmolten polymeer wordt bereikt dat de viscositeit zeer snel toeneemt, het polymeer geschikt om te worden opgeblazen onder toepassing van deze werkwijze. Een viscositeitstoeneming in de orde van 100 tot 200 meter-gram/°F (18Q-360 meter-gram/°Cl duidt een polymeer aan dat 30 onder toepassing van de onderhavige uitvinding kan worden opgeschuimd. Materialen die lagere snelheden vertonen van viscositeitsverandering met de temperatuur in het 1500-2500 meter-gram viscositeitstraject zullen bezwijken nadat zij zijn opgeschuimd bij de extrudeerkop. Beneden 1500 meter-35 gram viscositeit zal het gesmolten polymeer niet voldoende stijfheid ontwikkelen om het gasvormig fluorkoolstof vast te houden en daarom zullen de cellen bezwijken. Een andere mogelijkheid is dat, als de viscositeit van het materiaal te hoog is, dat wil zeggen groter dan 2500 meter-gram, de 40 stijfheid van het polymeer een volledig opblazen van het 8302321 « * -5- materiaal zal voorkomen, en het resultaat is een soortelijk gewicht van het produkt dat onwenselijk hoog is. Helaas is voor de meeste polymeren het temperatuurtraject waarin de viscositeit van de smelt tussen 1500 tot 2500 meter-gram 5 ligt, uiterst klein. Dit temperatuurtrajeet of "venster" is een critische factor bij de opschuimbaarheid van polymeren. Als het venster uiterst klein is zoals één of twee graden F (0,55 - 1,10°C), is de verwerkingsapparatuur niet in staat om het polymeer op een konstante temperatuur in 10 dit smalle venster te houden en het ontstane schuim zal niet homogeen zijn en in het algemeen onaanvaardbaar voor de eindgebruiker.

Gebleken is dat de toevoeging van een daarvan verschillend materiaal aan het polymeer het temperatuurtra-15 ject zou kunnen beïnvloeden waarbij de geschikte viscosi-teiten dalen. Bijvoorbeeld zal de toevoeging van elasto— meer het venster verbreden en toelaten dat het materiaal wordt opgeschuimd tot een aanvaardbaar opgeschuimd produkt.

Ook werd gevonden dat niet zo maar elk willekeurig 20 elastomeer zou kunnen worden toegevoegd aan elk willekeurig polymeer. Er is nog een criterium voor de toevoeging van elastomeren aan polymeren ter verschaffing van een succesrijk opgeschuimd produkt. Dit criterium omvat de oplos-baarheidsparameters van de uiteenlopende componenten in 25 het gemengde materiaal. Het bleek dat polymeer-elastomeer-mengséls waarin de oplosbaarheidsparameters van de twee componenten in ruime mate uiteenlagen zouden kunnen leiden tot fasescheiding van het mengsel. Hoewel de twee materialen verenigbaar kunnen zijn in mengsels met een lage verhou-30 ding van êên materiaal tot het ander, werden bij onverenigbaar wanneer de verhoudingen werden verhoogd tot enige niveau van betekenis. Bijvoorbeeld zouden een mengsel van polyetheen en polyvinylchloride in kleine verhoudingen dat wil zeggen in het traject van 1 tot 2%, succesrijk kun-35 nen worden gemengd. Bij elke willekeurige hogere concentratie, dat wil zeggen 10%, verloor het mengsel zijn integriteit en fysische sterkte en het produkt ging tot scheiding over. De oplosbaarheidsparameter voor polyetheen en dat voor polyvinylchloride zijn resp. 7,98 en 9,55. De volgende 40 tabel A somt de oplosbaarheidsparameters op voor verscheidene 3302321 4 l -6- bekende polymeren en elastomeren.

Tabel A

5 OPLOSBAARHEIDSPARAMETERS VAN GESELECTEERDE MATERIALEN

POLYMEER OPLOSBAARHEIDSPARAMETER

Polytetrafluorethyleen 6,2 10 Polypropeen 7,38 EP Rubber (50% etheen) 7,68 EP Rubber (60% etheenJ 7,74 polyetheen 7,98 polyisobuteen 8,18 15 polystyreen 9,12 polymethylmethacrylaat 9,12 polyvinylchloride 9,55 20 Bij beschouwing van bovenstaande tabel blijkt dat de oplosbaarheidsparameter voor polyetheen 7,98 en die voor polyvinylchloride 9,55 is. Dit wijst op een significante spreiding in de oplosbaarheidsparameters van deze twee produkten hetgeen betekent dat zij in beginsel on-25 verenigbaar zijn in hoeveelheden groter dan ongeveer 5%.

Aan de andere kant kan men zien, wanneer men de oplosbaarheidsparameters van polyetheen bij 7,98 en poly-isobuteen bij 8,18 beschouwt, dat de oplosbaarheidsparameters zeer dicht bij elkaar liggen en dat deze twee materia-30 len een succesrijk mengsel zouden kunnen maken. Omdat polyetheen een polymeer verschaft met sterke opschuimingskarak-teristieken en polyisobuteen een elastomeer is dat grote flexibiliteit verschaft, leidt de combinatie van de twee in een opschuimbaar mengsel tot een opgeschuimd produkt 35 met grote flexibiliteit en voorts ondoorlaatbaarheid.

Aldus sluiten de parameters die betrekking hebben op het succes of falen van een opgeschuimd materiaal, het vis-cositeitstraject en de snelheid van verandering van viscositeit met de temperatuur in, welke parameters de mechani-40 sche vereisten van het materiaal beschrijven. Naast deze 8302321 V % -7- iriechanische of fysische vereisten moet het materiaal ook een bellenwand van voldoende dikte vertonen ter verschaffing van sterkte en van een bepaalde chemische structuur ter voorkoming van diffundering van het freongas daardoor-5 heen. Ook moeten de gekozen materialen oplosbaarheidspara-meters binnen hetzelfde algemene traject van elkaar vertonen voor succesrijke menging en voorkoming van fase-scheiding. Zoals in het voorafgaande is vermeld moet het op te schuimen materiaal binnen een bepaald traject van 10 viscositeiten liggen teneinde succesrijk bellen of cellen te vormen in reactie op het opschuimingsmiddel. Boven een viscositeit van ongeveer 2500 gram-meter is het materiaal te stijf om succesrijk voldoend grote bellen te vormen en beneden een viscositeit van 1500 gram-meter is 15 het materiaal te zwak en zal de bellenstructuur niet dragen maar zal bezwijken.

Nu wordt verwezen naar fig.1. Deze figuur licht een grafiek toe van de relatie tussen viscositeit en temperatuur voor een zuiver polyetheenmateriaal. Het viscositeits-20 traject van 15QQ-25QQ gram-meter valt beneden een- temperatuur van ongeveer 213°F (101°C}. Aldus blijkt, gegeven het vereiste viscositeitstraject van 1500-2500 gram-meter, het venster voor zuiver polyetheen, te lopen vanaf een wenselijke temperatuur van ongeveer 2Q0°F (93°C) tot ten 25 hoogste een maximum van ongeveer 213°F (10l°C) voor een totaal venster van ongeveer 13°F (7,2°C)..

Fig.2 is een grafische toelichting van de viscositeit-temperatuurkarakteristieken van een mengsel van een copoly-meer zoals polypropeen en een elastomeer. Het elastomeer 30 is· een etheen-propeencopolymeer. Door vergelijking van de curve van de grafiek van fig.1 met de curve van fig.2 is te zien dat polypropeen dat onder normale omstandigheden een zeer steile overgangscurve heeft, kan worden gebracht in het traject van polyetheen door de toevoeging van het 35 elastomeer etheen-propeen. Het is duidelijk dat de kromming en de helling van de curve in fig.1 en 2 bijna identiek zijn behalve voorwat betreft de verschuiving van ongeveer 8Q° in temperatuur. Daarom leidt de toevoeging van het etheen-rpropeenelastomeer met een nabij liggende oplosbaar-40 heidsparameter zoals is weergegeven in tabel A, aan die van 8302321 <i i -8- het polypropeen, tot het vervlakken van de viscositeitscurve van polypropeen tot het punt waar hij sterk gelijkt op de viscositeitscurve van polyetheen.

In het mengsel van polymeren van fig.2 was bij benade-5 ring 30 gew.% polypropeen gemengd met 70 gew.% etheen-propeen. ·

Deze verbreding van het opschuimingsvenster dat rechtstreeks bindend is weergegeven als een vervlakking van de viscositeitscurve, is duidelijker te zien in fig.3. In 10 deze figuur zijn. uiteenlopende mengsels van polyetheen met een elastomeerpolyisobuteen onderzocht op viscositeit over de toepasselijke temperatuurtrajecten. Curve A geeft weer strikt 100% polyetheen dat geen elastomeer bevat.

Uit curve A is te zien dat in het traject van 1500 gram-15 meter tot 2500 gram-meter de viscositeitscurve extreem steil is en een zeer klein temperatuurvenster overdekt.

Curve B stelt een mengsel voor van bij benadering 93% polyetheen en van bij benadering 7% polyisobuteen. Curve C heeft de overgangsfase verschoven naar een lage tempera-20 tuurtraject en heeft de curve van· de viscositeit over die van curve A aanzienlijk afgevlakt. Het temperatuurvenster van curve B is verscheidene malen over die van curve A verlengd. Aldus is te zien dat de toevoeging van zelfs een kleine hoeveelheid van 7% elastomeer een effect van 25 betekenis heeft op de viscositeit-temperatuurcurve van het ontstane mengsel.

Curve C geeft een mengsel weer van bij benadering 87,5% polyetheen en 12,5 % van het elastomeerpolyisobuteen. Curve C heeft een nog vlakkere snelheid van viscositeitstoene-30 ming in het vereiste temperatuurtraject dan curve B had en geeft een nog groter temperatuurvenster weer voor geslaagde opschuiming van het mengsel.

Curve D stelt voor een mengsel van 75% polyetheen en 25% polyisobuteen. Curve D stelt voor een extra verbetering 35 in de helling van de viscositeit-temperatuurcurve boven die van het mengsel van curve C. Curve E geeft weer een 50%'s polyetheen en 50%rs polyisobuteenmengsel met een bijna vlakke viscositeits-temperatuurcurve die een verlengd temperatuur voorstelt.

40 Aldus- kan men uit de grafische toelichting van de 8302321 -9- - w viscositeits-temperatuurrelatie van fig.3 zien dat de voortgezette toevoeging van elastomeer aan het polymeer leidt tot uitzetting van het gewenste temperatuurvenster voor opschuiming van het elastomeer. Gebleken is dat hoeveel-5 heden elastomeer in polyetheen tot ten hoogste ongeveer 25% leidden tot het meest wenselijke gerede opgeschuimde produkt. Wanneer elastomeerhoeveelheden van meer dan ongeveer 30% werden gemengd met het polymeer, bleek, dat het ontstane produkt niet zijn opgeschuimde karakteristieken 10 kon behouden en de neiging had te bezwijken en te komen tot zijn oorspronkelijke onopgeschuimde toestand. Aldus blijkt dat de curve, weergegeven met D, aanwijzingen geeft omtrent het optimale mengsel voor opgeschuimd polyetheen.

In de hierboven vermelde mengsels van polyetheen en 15 polyisobuteen was het gebruikte polyetheen in de handel verkrijgbaar als "Rexeen 102" verkocht door de Eexene Division van El Paso Products Company van Paramus, New Jersey 07652. Het polyisobuteen is in de handel verkrijgbaar als "Vistanex L-100" verkocht door Exxon Chemical 20 Americas Company gevestigd in Houston, Texas 77001.

Nu wordt verwezen naar fig.4. Daarin zijn viscositeit-temperatuurcurven in beeld gebracht voor de menging van polypropeen en een elastomeer. In dit mengsel was het polypropeen in de handel verkrijgbaar onder de naam PP18S2A 25 verkocht door de Rexene Division van El Paso Products

Company. Het elastomeer dat werd gebruikt voor het mengen met het polypropeen was een copolymeer dat etheen en pro-peen omvatte. Dit copolymeer is in de handel verkrijgbaar onder de handelsnaam Vistalon verkocht door de Exxon 30 Chemical Americas Company. De curven van fig.4 lichten het effect toe van het toevoegen van een elastomeer aan een zuiver polypropeenmateriaal. Bijvoorbeeld geeft curve F weer de viscositeit-temperatuurrelatie voor een zuiver polypropeenmateriaal. De steilheid van de viscositeits-35 curve in het traject van 1500-2500 meter-gram geeft aan dat polypropeen een extreem nauw venster voor geslaagd opschuimen heeft. Curve G stelt voor een mengsel van polypropeen met het elastomeer, etheen-propeen, hetgeen erop wijst, dat een vervlakking van de viscositeitscurve en een 40 verbreding van het opschuimingsvenster optreedt. Curve G

8302321 * . ' -10- geeft weer een mengsel van 90% polypropeen en 10% elastomeer. Curve H geeft weer een toeneming in het elastomeer-gehalte van het polypropeen tot 25%. Een verdere verbreding van het venster en vervlakking van de viscositeits-5 curve kan worden gezien in H en voorts in curve I die een 50% elastomeergehalte voorstelt. Zoals in het voorafgaande werd vermeld met betrekking tot polyetheen, blijkt de optimale hoeveelheid elastomeer voor menging met polypropeen ongeveer 30% te zijn.

10 Een mengsel van polyetheen en polyisobuteen, bevatten de ongeveer 25% polyisobuteen en voor te rest polyetheen, werd gefabriceerd in overeenstemming met de onderhavige uitvinding. Het ontstane produkt was een lage dichtheid polyetheen schuimpijpisolatie met geëxpandeerde gesloten 15 celstructuur bereid onder toepassing van een continue extrudeerwerkwijze. De isolatie is gevormd tot een flexibele buis met een wanddikte van bij benadering 3/8 inch (0,95 cm) en vormbaar in IDs van ½ inch (1,27 cm) tot ongeveer 21/8 inch (5,40 cm). Het warmtetraject van dit pro-20 dukt werd gemeten en was van -110°F tot 210°P (-79°C-+99°Ci. De thermische geleidbaarheid bleek te zijn 0,24 btu/uur-voet2 °F/inch bij 75°F (52,0 kJ/uur-m2 °C/cm bij 24°C). Het produkt werd gestabiliseerd tegen UV degradatie en had een hoge chemische bestandheid tegen een ruim 25 traject van chemicaliën. Het produkt woog bij benadering 3 3 2,5 lbs/voet (16,0 kg/m ) en was in hoge mate flexibel.

De doorlaatbaarheid van het produkt was 0,03 perms per inch (0,012 perms/cm) vergeleken met een standaard in de handel verkrijgbaar opgeschuimd polymeer met een doorlaat-30 baarheid van 0,20 perms per inch (0,079 perms/cm). Daarom vertoonde het produkt van deze uitvinding een doorlaatbaarheid van bij benadering 1/7 van die van een opgeschuimd zuiver elastomeer.

Bij de onderhavige uitvinding worden produkten bereid 35 die bijzonder voordelig zijn voor gebruik bij de thermische isolatie van verhittings en koelingsbuizen. Het produkt werd vergeleken met zeven opgeschuimde produkten en bleken in bijna elk der gevallen beter te zijn. Bijvoorbeeld lag de dichtheid van in de handel verkrijgbare produkten in 3 40 het traject van 4,0 tot ten hoogste 8,5 lbs per voet 8302321 *3 -11- (64,0 tot ten hoogste 136,0 kg/m ) en had een gemiddelde 3 3 omtreeks 6 tot 6,5 lbs per voet (96 tot 104 kg/m ).

De dichtheid van het produkt vervaardigd onder toepassing van deze uitvinding lag in het algemeen in het tra- 3 3 5 ject van 2 tot 2,5 lbs per voet (32 tot 40 kg/m ). Op soortgelijke wijze lag de dampdoorlating van de in de handel verkrijgbare produkten in het traject van 0,05 tot ten hoogste 0,20 perms per inch (0,019 tot ten hoogste 0,079 perms/cm) terwijl de onderhavige uitvinding een 10 doorlaatbaarheid vertoonde van slechts 0,03 perms per inch (0,012 perms/cm). De chemische bestandheid van het onderhavige produkt was beter dan die van alle vergelijkbare produkten.

Fig.5 is een grafische voorstelling van de viscosi-15 teit-temperatuurcurven voor de twee specifieke elastomeren die vermeld zijn met betrekking tot fig.3 en 4. De visco-siteitscurve J stelt de relatie voor van viscositeit en temperatuur voor een zuiver polyisobuteenmateriaal. De vlakheid.van de curve J duidt aan dat dit materiaal in 20 zijn zuivere toestand onaanvaardbaar is als opgeschuimd materiaal vanwege zijn gebrek aan snelle toeneming in viscositeit zoals in het voorafgaande is vermeld. Om geslaagd te zijn moet een materiaal een viscositeitstoe-neming hebben in de orde van 100-20Q meter-gram/°F (55-25 110 meter-gram/°C) in het temperatuurgebied verbonden met een viscositeit van 1500-2500 meter-gram. Elk willekeurig materiaal dat lagere snelheden van viscositeitsverandering met temperatuur vertoont in dit viscositeitstraject zal na te zijn opgeschuimd bezwijken. Daarom zal het polyiso-30 buteen met een relatief lage viscositeitsverandering per graad F, niet een gesloten celstructuur behouden. Op soortgelijke wijze stelt de curve K voor het elastomeeretheen-propeen dat ook een zeer vlakke, rechte viscositeitscurve heeft, hetgeen er een aanwijzing voor vormt dat dit elasto-35 meer in zijn zuivere toestand ook onaanvaardbaar zou zijn als een opgeschuimd isolatieprodukt.

Ook is gebleken dat bij de fabricage van opgeschuimde buizen onder toepassing van de onderhavige uitvinding, een toevoeging van een vlamvertragend materiaal in het poly-40 meerelastomeermengsel leidde tot een opgeschuimd produkt met in hoge mate wenselijke vlamvertragende vermogens. Bij- 8302 32 1 __ -12- voorbeeld bleek dat een polyetheen-polyisabuteenmengsel gemodificeerd met een conventioneel vlamvertragend additief zelfdovend was wanneer een vlam werd aangebracht rechtstreeks bij het opgeschuimde produkt en daarna werd ver-5 wijderd. De vlamvertraging van het gerede produkt werd gemeten volgens de ASTM E-84 procedure en de ontstane snelheid was minder dan 25 voor vlamverspreiding en minder dan 50 bij rookdichtheid. Geen toxische dampen werden geprodu-ceer toen het produkt werd verbrand in een direkte vlam.

10 Nu wordt verwezen naar fig.6. Een schematisch diagram licht de apparatuur toe die wordt gebruikt ter fabricage van opgeschuimde buizen in overeenstemming met de onderhavige uitvinding. In fig.6 wordt een grondstof zoals polyetheen gestort in een verkorrelingsinrichting 110 die 15 het materiaal vormt uit ofwel een vaste stof, een poeder of een vlokkige stof tot een korrelige of paletvorm. Eén of meer van deze verkorrelingsinrichtingen 110 kan worden gebruikt afhankelijk van het aantal componenten dat moet worden gemengd. Bijvoorbeeld kan een granuleerinrichting 20 110A worden bestemd voor dë verkorreling van polyetheen en een tweede verkorrelingsinrichting 110D kan worden gebruikt voor het verkorrelen van het elastomeerpolyisobuteen. De verkorrelingsinrichtingen voeren een verkorreld materiaal toe aan een transportsysteem 111 dat toevoert aan 25 de menger 112 ter verschaffing van een relatief homogeen mengsel van het polymeer, het elastomeer, en een vlamver-trager (als deze wordt gebruikt!. Het mengsel wordt daarna door de transportbuis 113 naar beneden geleid in een voe-dingstrechter 114 van een extrudeerinrichting 115.

3Q De extrudeerinrichting 115 oefent mechanische arbeid uit op het homogene mengsel van kogeltjes om het gemengde materiaal tot boven zijn smelttemperatuur te verhogen. Een opslagtank 116 die een blaasmiddel, zoals vloeibaar freon, bevat, voert het middel via de leiding 117 en de pomp 118 35 toe aan de rotatie-extrudeerinrichting. Het opschuimings-middel wordt vanaf de pomp 118 via de voedingsleiding 119 rechtstreeks geleid in de extrudeerinrichting, waarna het wordt gedispergeerd in het materiaal teneinde over te gaan in de gasvormige toestand en gesloten celstructuur in de 40 gesmolten kunststof te vormen. De opgeschuimde kunststof 8302321 -13- wordt daarna geleid in een warmtewisselaar 120 die de temperatuur tot normale waarde terugbrengt bij een vooraf bepaald gewenst niveau voor het extruderen van het opgeschuimde materiaal. De warmtewisselaar 120 standaardiseert het 5 temperatuurniveau van het vloeibare polymeer teneinde een konstante temperatuur over het geheel in stand te houden.

De genormaliseerde vloeibare smelt wordt daarna onder druk geleid naar een extrudeermatrijs 121, die het opgeschuimd materiaal extrudeert tot een buisvormige cilin-10" drische vorm 122. Deze vorm wordt afgekoeld in een watertank 123 en strekt zich uit in een trekinrichting 124 die een spanning in stand houdt op het produkt 122 teneinde een konstante en gelijkmatige stroom van het geëxtrudeerde materiaal uit de matrijs 121 in stand te houden. Uit de 15 trekinrichting 124 wordt het materiaal geleid in een op het juiste tijdstip afgesteld snijsamenstel 125 dat de afgekoelde buis snijdt in vooraf gekozen wenselijke lengten 126 die daarna worden verwijderd van de tafel 127 en ofwel verder vervoerd per schip 128 of gestuurd naar 20 magazijn 129.

Het dient duidelijk te zijn dat de warmtewisselaar 120 een warmtewisselaar is van het tegenstroomolie-badtype die in staat is om de temperatuur van de smelt binnen plus of min 1°F (0,55°C) te houden. Dit is belang-25 rijk voor het in standhouden van precies gewenste hoeveelheden van het gerede extrudaat. Het gebruik van de warmtewisselaar maakt het ook mogelijk dat de werkwijze wordt uitgevoerd met polypropeen dat een relatief nauw tempera-tuurvenster voor extrusie heeft.

30 De fig.7tot en met 13 geven uiteenlopende aan zichten weer van een gereed buisvormig isolerend materiaal gevormd onder toepassing van de werkwijze van deze uitvinding. In fig.7 wordt een enkelvoudige lengte van opgeschuimd polymeerhuis 210 bevattende een cilindrisch buisvormig pro-35 dukt met een centrale gatdoorgang 211 daardoorheen, gevormd in een vooraf bepaalde lengte en aan de einden afgewerkt.

Elk einde 212 is afgesneden onder een hoek van 45° ten opzichte van de centrale lengte-as van de buissectie. De eindvlakken 212 en 213 zijn gevormd in evenwijdige oriën-40 tatie met elkaar. De eindvlakken 212 en 213 hebben elk daar- 8302321 • -14- op aangebracht kleefmiddel dat in het algemeen het meeste van het gehele eindoppervlak overdekt. Aan de bovenkant van deze kleefstoflagen is een afpelbare niet-klevende be-kledingslaag zoals mylar of cellofaan aanwezig teneinde 5 de kleefstoflaag in stand te houden totdat de gebruiker gereed is om de isolatie op de buis aan te brengen.

Fig.8 stelt voor een dwarsdoorsnede van het produkt gemaakt langs de lijn 8-8 van fig.7. In fig.8 is een longitudinale sleuf 214 te zien die via de buiswand langs de 10 gehele lengte van de buis gaat waardoor het mogelijk wordt dat de buis wordt geplaatst rondom de air conditionings-buis zonder dat het noodzakelijk is de buis bij elke voeg los te koppelen. Precies zoals de einden 212 en 213 een kleefstoflaag en een beschermende bekledingslaag opnemen, 15 neemt op dezelfde manier het sleufoppervlak 214 een kleefstof op elk vlak en een afpelbare beschermingsfilm over de kleefstoflaag op teneinde te verhinderen dat de kleefstof kleeft totdat de gebruiker daarvoor gereed is.

Fig.9 geeft weer een typerende stootvoeg tussen twee 20 secties van de buis 210 waar de beschermende film is verwijderd van de kleefstof aan elk einde van de buis en zij zijn samengevoegd met de 45° oppervlakken.

Fig.10 geeft weer een rechte hoek of elleboogvoeg gevormd onder toepassing van het in elkaar passen van 25 twee 45° oppervlakken. Fig.11 geeft weer een 45° elleboog gevormd door een eind' weg te snijden van een sectie 210A van de buis en dat aan te brengen op de kleefstof op een standaard 45° einde van de buis 210.

Dè fig.12 en 13 stellen een manier voor om een tee-30 sectie van een buis te vormen teneinde te passen over een tee die past in de air conditioningsbuis. In dit geval is een standaardsectie van de isolatiebuis 210 aangebracht op twee gemodificeerde secties 21OB waarvan bij benadering de helft van het 45° oppervlak is verwijderd zoals te zien is 35 door middel van de stippellijnen 220 van fig.12. Elk van de gemodificeerde buissecties 210B behouden nog bij benadering de helft van hun kleefstofoppervlak, hetgeen in verbinding met het volle kleefstofoppervlak 212 van een standaardsectie 210 , voldoende is om een zeer stevige lek-proef tee- 40 verbinding te vormen.

8302321 -15-

Aldus verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het vormen van een flexibele, ondoorlaatbare, lage dichtheid opgeschuimde isolatiebuis voor plaatsing rondom air conditionings- en andere typen van buizen die 5 isolatie behoeven. De werkwijze omvat het mengen van een elastomeer in hoeveelheden tot ten hoogste ongeveer 30% met een polymeer zoals polyetheen of polypropeen waarin het elastomeer en het polymeer oplosbaarheidsparameters;:hebben die zeer dicht bij elkaar liggen. Door menging van het poly-10 meer en elastomeer en bewerking van het mengsel in een ex-trudeerinrichting bij het viscositeitstraject 1500 tot 2500 meter-gram en in een nauw temperatuurvenster verschaft de toevoeging van een opschuimingsmiddel aan de smelt een ideaal homogeen met grote bellen opgeschuimd materiaal dat 15 uitstekend is voor buisisolatie en andere typen van isolatie. De onderhavige werkwijze heeft de fabricage van een in hoge mate ondoorlaatbaar zeer flexibel isolatiemateriaal met een zeer lage massadichtheid en daarom zeer lage kosten per eenheid. De uitvinding geeft ook een configuratie voor 20 de buisvorm van het isolatiemateriaal dat bijzonder geschikt is voor plaatsing rondom buisvormige pijpleidingen.

De uitvinding beschrijft ook een bijzonder vlamvertragend isolerend produkt dat vervaardigd wordt in overeenstemming met de onderhavige uitvinding.

25 Hoewel een specifieke uitvoeringsvorm van de onder havige uitvinding is beschreven in de gedetailleerde beschrijving hierboven, dient de beschrijving niet ter beperking van de uitvinding tot de bijzondere vormen of uitvoeringsvormen die hierin zijn geopenbaard omdat zij meer 30 toelichtend moeten worden gezien dan beperkend en het zal aan de deskundige duidèlijk zijn dat de uitvinding niet aldus is beperkt. Bijvoorbeeld is het, terwijl polyetheen en polypropeen zijn geopenbaard als polymeren voor het opschuimen, duidelijk dat andere polymeren kunnen worden ge-35 bruikt zoals polystyreen en polyvinylchloride, die aan de fabrikant een elastomeer verschaffen met een oplosbaarheids-parameter die zeer dicht ligt bij die van het polymeer. Daarom wordt verklaard dat de uitvinding alle veranderingen en wijzigingen overkoepelt van een specifiek voorbeeld van 40 de uitvinding die hierin is beschreven ter toelichting, 8302321 -16- en aldus wordt niet getreden buiten de geest en de réik-wijdte van de uitvinding.

-conclusies- 5 8302321

Claims (8)

1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het polymeer polyetheen, polypropeen, polystyreen, polyvinylchloride, polytetrafluoretheen of een mengsel 30 daarvan is.
2. 3. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het ken- 8302321 -18- m e r k, dat het polymeer polyetheen is en het elastomeer polyisobuteen is.
3. 4. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het ken- 5 merk, dat het polymeer polypropeen is en het elastomeer het copolymeer etheen-propeen is.
4. 5. Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 1,3 of 4, met het kenmerk, dat het polymeer onge- 10 veer 70 tot ongeveer 95% van het mengsel omvat en het elastomeer ongeveer 30 tot ongeveer 5% van het mengsel omvat. 6.Inrichting voor het extruderen van een opgeschuimd poly-15 meer/elastomeermengsel, gekenmerkt, doordat het omvat: mengorganen voor het mengen van deeltjes polymeer met deeltjes elastomeer; extrudeerorganen die tenminste één extrudeerinrichting 20 omvat voor het uitoefenen van mechanische afschuiving op het mengsel ter smelting en ter homogenisering van het mengsel; transportorganen voor het transporteren van mengseldeeltj.es naar de extrudeerorganen; 25 opschuimingsmiddelopslag- en toevoerorganen verbonden aan de extrudeerinrichting ter inspuiting van een opschuimings- ψ middel in de extrudeerinrichting; een warmtewisselaar verbonden aan de extrudeerorganen ter opneming van het gesmolten mengsel en ter normalisering van 30 de temperatuur van het mengsel; een extrudeermatrijs verbonden aan de warmtewisselaar voor het extruderen van het opgeschuimde en gesmolten mengsel naar de atmosfeer; en koelorganen in dichte nabijheid van de matrijs voor het 35 afkoelen van het geëxtrudeerde mengsel. 7.Inrichting volgens conclusie 6, gekenmerkt doordat het tevens omvat trekorganen en snijorganen in dichte nabijheid van de koelorganen. 40 8302321 & -19-
5. 8. Inrichting volgens conclusie 6, gekenmerkt doordat de extrudeerinrichting een schroef-type extrudeer-inrichting omvat. 9.Inrichting volgens êén of meer van de conclusies 6 tót 5 en met 8, gekenmerkt doordat de matrijs een buisvormige extrudeermatrijs omvat voor het extruderen van continue cirkelvormige buizen. 10.Opgeschuimde isolatiebuis voor plaatsing rondom pijpen 10 en buizen gekenmerkt doordat de buis omvat: een wand van vooraf bepaalde dikte, de buis een longitudinale sleuf heeft die is gesneden door de wand daarvan heen over vrijwel de gehele lengte van de buis, en 15 waarbij de einden van de buis evenwijdig worden gesneden onder in het algemeen identieke hoeken, bij voorkeur onder ongeveer 45° hoeken ten opzichte van de lengte-as van de buis. 20 11.Buis volgens conclusie 10 gekenmerkt doordat tenminste êên van de einden en/of de longitudinale sleuf kleefstof heeft die is aangebracht over vrijwel de gehele oppervlakte daarvan, waarbij de kleefstof tenslotte vrijwel is overdekt door een verwijderbare, niet-klevende bescher-25 mende film. I2?^schuiitid isolatievoorwerp ter plaatsing rondom onregelmatige objecten, met lage massadichtheid, hoge ondoorlaat-baarheid tegen vocht, goede flexibiliteit, g e k e n-30 merk t doordat het tevens omvat: een polymeer dat hoge ondoorlaatbaarheid vertoont, een elastomeer dat gemengd is met het polymeer en een oplos-baarheidsparameter heeft die dichtbij die van het polymeer ligt, 35 tenslotte een vlamvertragend middel gemengd met het polymeer en elastomeer, waarbij het opgeschuimde mengsel dat is ontstaan uit het polymeer, het elastomeer en tenslotte het vlamvertragend middel, een gesloten celstructuur heeft. 8302321 • " - -2Q-
6. 13. Polymeervoorwerp volgens conclusie 12, g e k e n- m e r ktt doordat het polymeer polyetheen is en het elastomeer polyisobuteen is.
7. 14. Polymeervoorwerp volgens conclusie 13, g e k e n- 5 merkt doordat het polymeer polypropeen is en het elastomeer het copolymeeretheen-propeen is.
8. 15. Polymeervoorwerp volgens conclusie 12-14 g e k e τι- rn e r k t doordat het polymeer aanwezig is in een hoeveel-10 heid van ongeveer 70 tot ongeveer 95 gew.%, het elastomeer aanwezig is in een hoeveelheid van ongeveer 30 tot ongeveer 5 gew.%, en het vlamvertragend middel decabroomdifenyl-oxyde, pentabroomdifenyloxyde of een mengsel daarvan is. !5 ---------