NL9101700A - Intrinsiek gesmeerde materiaalsamenstellingen en produkten daarvan. - Google Patents

Description

Intrinsiek gesmeerde materiaalsamenstellingen en produkten daarvan.

Gebied van de uitvinding-

Deze uitvinding heeft betrekking op voorgesmeerde polymere samenstellingen, meer in het bijzonder op constructies, die gevormd zijn uit materiaal, dat een continue glibberigheid van het oppervlak verschaft, en nog meer in het bijzonder op pijpen, die uit een dergelijk materiaal zijn gevormd.

Achtergrond van de uitvinding

Er zijn vele toepassingen, waarbij een doeltreffende glibberige materiaalsamenstelling vereist is om de beweging van het ene onderdeel ten opzichte van een ander te vergemakkelijken. Zo vereisen bijvoorbeeld, hetgeen voor de onderhavige uitvinding in het bijzonder toepasselijk is, elektriciteits- en communicatietoepassingen de snelle en doeltreffende installatie van elektriciteits- en communicatiekabels door kilometerslange ondergrondse pijpen en goten. Om aan de vraag naar snelle installaties van de kabels te voldoen is het noodzakelijk, dat het grensvlak tussen de kabel en de omgevende pijp of goot voldoend glibberig is om de wrijvingscoëfficiënt hiertussen in voldoende mate te verminderen.

Achtergrond van de stand der techniek

Hoewel diverse oplossingen zijn voorgesteld om de vereiste glibberigheid te verschaffen, zijn deze oplossingen in het algemeen niet volkomen bevredigend voor alle bedrijfsomstandigheden.

Zo is het bijvoorbeeld bekend een voorgesmeerde goot of pijp te vormen met een gecoëxtrudeerde oppervlaktelaag, waarin geïmpregneerde smerende additieven zijn opgenomen. De voordelen zijn echter jammergenoeg beperkt tengevolge van de zeer geringe hoeveelheid glibberig makende middelen, die op doeltreffende wijze in de oppervlaktelaag kunnen worden ingebed, hetgeen grotendeels te wijten is aan oplosbaarheidsproblemen, die verband houden met het mengen van ongelijke materialen. Als resultaat zijn slechts geringe hoeveelheden van deze glibberig makende middelen aan het oppervlak aanwezig, waar zij noodzakelijk zijn, en het voortdurend glijden van de kabel langs dit oppervlak veroorzaakt spoedig een uitputting van de aanvankelijke hoeveelheid glibberig makend materiaal, die ter beschikking stond.

Eveneens is het bekend smeermiddelen van het in water oplosbare type te gebruiken aan het grensvlak tussen kabel en goot om de wrijvings- coëfficiënt aan een dergelijk grensvlak te verlagen. In het geval van deze in water oplosbare smeermiddelen, in het bijzonder smeermiddelen, zoals glycolen, polyglycolen of glycerol, is de effectiviteit ervan echter beperkt door de bevochtiging of zelfs het onderlopen van de inwendige boring van de ingegraven pijp door het binnendringen van grondwater. Onder dergelijke omgevingsomstandigheden wordt het in water oplosbare smeermiddel eenvoudig uit de inwendige boring weggewassen en staat het daarom niet ter beschikking.

Wrijvingsproblemen zijn eveneens aangepakt door aan het pijpopper-vlak ribben of ribbels in lengterichting te verschaffen met het doel de trekweerstand te verminderen door het oppervlaktecontactoppervlak tussen de pijp en de kabel te verminderen. Het vertrouwen op dergelijke ribben in lengterichting is echter misplaatst, omdat deze in feite het probleem verergeren in plaats van op te lossen.

Doelstellingen van de uitvinding

De belangrijkste doelstelling van de uitvinding is daarom nieuwe en verbeterde samenstellingen voor te stellen, die een uitmuntende glibberigheid verschaffen.

Een verdere doelstelling van de onderhavige uitvinding is een dergelijke samenstelling te verschaffen voor de vervaardiging van kabelpij-pen, -goten en dergelijke.

Een andere doelstelling van de uitvinding is kabelpijpen en inwendige goten van een zodanige materiaalsamenstelling te verschaffen, dat een onmetelijk gladder of spiegelglad oppervlak voor het verminderen van de wrijving wordt verschaft.

Nog een verdere doelstelling van de uitvinding is de bovenvermelde doelstellingen te bereiken met een materiaal, dat het smerende vermogen van het oppervlak aanvult na een voorafgaand wrijvingscontact.

Nog een verdere doelstelling van de onderhavige uitvinding is de bovenvermelde doelstellingen op een economische wijze te bereiken en het concurrerende karakter in de handel te begunstigen van produkten, die uit dergelijke samenstellingen worden vervaardigd.

Samenvatting van de uitvinding

Overeenkomstig de bovenvermelde en andere doelstellingen is de onderhavige uitvinding gericht op een intrinsiek gesmeerde materiaal-samenstelling, die een zich spontaan regenererende glibberigheid van het oppervlak bezit. Volgens de uitvinding wordt een dergelijke samenstelling gebruikt voor de vervaardiging van kabelpijpen en -samenstellen met een inwendige goot. Bij een toepassing in de praktijk verschaft deze intrinsieke smering een onmiskenbaar voordeel, omdat het dikwijls moeilijk is tijdens de vervaardiging te voorspellen of een gegeven pijp tenslotte al dan niet als een inwendig kanaal kan worden gebruikt, dat is een pijp, die door een reeds bestaande pijp zal worden getrokken of als een pijp, waardoor zich een kabel uitstrekt. De zo uit de samenstelling volgens de uitvinding gevormde pijpconstructies zijn intrinsiek gesmeerd over de gehele dwarsdoorsnede ervan hetgeen tot het resultaat leidt, dat zowel de uitwendige als de inwendige oppervlakken van dergelijke pijpen voldoend glibberig zijn.

Volgens een speciaal aspect wordt de pijp of het inwendige kanaal gevormd uit een polymere samenstelling, waarin een hoeveelheid actieve glibberig makende middelen in overmaat of in reserve wordt gehouden gesuspendeerd over de samenstelling. Bij verwijdering van de glibberig makende middelen uit de oppervlaktegebieden van een dergelijke samenstelling, zoals bijvoorbeeld bij het slijtende of wrijvingscontact met de kabel, migreren de in reserve gehouden middelen in de samenstelling naar het oppervlak, waardoor de glibberigheid van het oppervlak wordt aangevuld en hersteld. Het resultaat is een langdurige beschikbaarheid van sterk gesmeerde oppervlakken voor de goten en pijpen, hetgeen een beweging van de kabel in een goot of beweging in een inwendig kanaal door een pijp vergemakkelijkt.

Specifieke en verdere aspecten van de uitvinding alsmede verdere doelstellingen en voordelen daarvan zullen de deskundigen op dit gebied zonder meer duidelijk worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving, die aan de hand van de bijgaande tekeningen wordt gegeven.

Korte beschrijving van de tekeningen

Fig. 1 is een perspectivisch beeld van een pijp, waardoor bijvoorbeeld een kabel is getrokken, welke pijp gevormd is uit de polymere samenstelling volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 2 is een vergroot beeld van een gedeelte van het einde van de pijpwand van fig. 1, waaruit de gesuspendeerde glibberig makende middelen over het polymere materiaal blijken;

Fig. 3 is een vergroot deelbeeld in doorsnede van de wand van de pijp van fig. 1, waarin de aangrenzende glibberige grenslagen, gladde spiegelende inwendige en uitwendige oppervlakken en zone of reserve van glibberig makend middel worden toegelicht; en

Fig. 4 is een schematische of grafische toelichting van het verband tussen de koppelingsmiddelen en het absorberende substraat van de samenstelling volgens de onderhavige uitvinding.

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvorm

In de volgende beschrijving worden gelijke onderdelen in de gehele beschrijving respectievelijk tekeningen met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid. De figuren in de tekeningen zijn niet noodzakelijkerwijs op schaal en in bepaalde beelden zijn gedeelten overmatig groot voorgesteld op grond van duidelijkheidsoverwegingen.

Eerst met verwijzing naar Fig. 1 van de tekeningen is een pijp 10 weergegeven, waardoor zich een kabel 14 uitstrekt en wordt omgeven. Het zal duidelijk zijn, dat de kabel 14 elk type kabel kan zijn, dat op dit gebied bekend is, in het bijzonder kabels, die gebruikt worden voor elektriciteits- en communicatietransmissie, zoals telefoonkabels, breedband CATV-kabels, glasvezelkabels en dergelijke.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt de pijp 10 vervaardigd door extrusie van polymeer materiaal onder toepassing van gebruikelijke en bekende mono-extrusietechnieken. Over de gehele langwerpige pijpwand 16, en zoals weergegeven in Fig. 2, is een overvloedige concentratie of suspensie van glibberig makende middelen 16A aanwezig, die statistisch over de pijp zijn verdeeld. Deze glibberig makende middelen zijn van het type, die, bij uitputting ervan aan de oppervlaktegebieden van de pijp, naar dergelijke oppervlakken migreren om de glibberigheid van het oppervlak aan te vullen en te herstellen. De werkzame bestanddelen van deze middelen kunnen bijvoorbeeld gealkoxyleerde sorbitolen, ethyleen-bis-stearami-den, polyethyleenglycolen met een hoog molecuulgewicht, methoxypolyethy-leenglycolen met een hoog molecuulgewicht, dimethylsiloxaanpolymeren, dimethylsiloxaan/amine-copolymeren, diverse zouten van stearinezuur of van andere vetzuren, zoals zink-, calcium-, magnesium-, bariumzouten, of amiden, zoals stearamiden of halogeenkoolwaterstoffen met een laag molecuulgewicht, die 18 tot 30 koolstofatomen bezitten, zijn.

Als gevolg van dit vormen, en zoals toegelicht in Fig. 3. wordt de pijpwand samengesteld uit een centrale zone 17 met een reservoir aan glibberig makende middelen 16A en grenslagen 18, waarin de middelen 16A migreren, wanneer zij vanaf de buitenoppervlakken 20 van de pijp uitgeput raken, hetgeen zo leidt tot continu glibberige buitenoppervlakken en dientengevolge een vermindering van de wrijvingscoëfficiënt. Het resultaat is een pijp, die gevormd is uit een intrinsiek gesmeerde polymeer- samenstelling met een zich spontaan regenererende glibberigheid van het oppervlak.

De intrinsiek gesmeerde samenstelling vormt een substraat met een zeer hoog specifiek oppervlak, waarin vrij grote hoeveelheden gekozen glibberig makende middelen worden geabsorbeerd. Dergelijke substraten dienen uit materialen te bestaan, die het vermogen bezitten vele malen het gewicht ervan te absorberen en kunnen bijvoorbeeld bestaan uit diato-meeënaarde (diamiet), door pyrolyse verkregen siliciumoxide, kiezelgel of roeten met een groot specifiek oppervlak.

Zoals bovenstaand beschreven, dient het poreuze absorberende substraat voor het absorberen van grote hoeveelheden van de glibberig makende middelen. Dit wordt bereikt door de geschikte hoeveelheid absorberend substraat in een met hoge intensiteit werkende menginrichting te brengen en tijdens de mengtrap aan het substraatmateriaal oplosbaarheid regelende of koppelingsmiddelen toe te voegen. Vervolgens wordt het verenigde mengsel tot ten minste 100°C verhit en van vluchtige bestanddelen bevrijd om alle vocht (water) of alcoholen (hydrolyseerbare groepen) te verwijderen, die aanwezig kunnen zijn. Vervolgens wordt het smerende (uit glibberig makende middelen bestaande) materiaal langzaam toegevoegd, terwijl wordt gemengd, totdat het volkomen in het substraatmateriaal is geabsorbeerd.

De koppelingsmiddelen regelen de oplosbaarheid van de smerende middelen en regelen dientengevolge de tenslotte bereikte snelheid van de migratie van het smerende middel naar de oppervlakken. De koppelingsmiddelen zijn bij voorkeur koppelingsmiddelen van de organometaaltypen op basis van titaan, zoals monoalkoxy- of neo-titanaten en kunnen bijvoorbeeld isopropylalkoxytriisostearoyltitanaten, isopropyldimethacryliso-stearoyltitanaat (voor verknoopte systemen) of tetra(2, -diallyloxy-methyl-1 butoxy-titaan-di(di-tridecyl)fosfiet (voor plastisolmengsels) zijn.

De bij voorkeur toegepaste samenstelling is, betrokken op het gewicht, als volgt:

Betrokken op het gewicht

Poreus absorberend substraat 10 - 20 %

Glibberig makende middelen 40 - 80 %

Oplosbaarheid regelende of koppelingsmiddelen 0,5 ~ 5.0 %

De chemische opbouw van een dergelijke samenstelling is schematisch door Fig. 4 weergegeven. Het poreuze absorberende substraat (weergegeven door het cijfer 22), dat een vrij grote hoeveelheid van de smerende (glibberigheid verlenende) middelen bevat, wordt door het aan het oppervlak reagerende titanaat-koppelingsmiddel (weergegeven door 24) oplosbaar gehouden. Het laatstgenoemde wordt gekozen door het type gebonden ligan-dekoppelingsmiddel 26 aan het centrale titaanatoom voor het verschaffen van de Van der Waal's opsluiting. Dit dient voor het verbeteren van de polymeerverenigbaarheid en het verschaffen van een onverzadigde koolstof-koolstof-binding om een beschikbare plaats voor verknoping te verschaffen in een polymeerskelet of plastisoloplosbaarheid in PVC-systemen afhankelijk van het polymeer, dat voor de vervaardiging van de pijp de voorkeur verdient. Nadat het juiste mengsel van de bovenvermelde middelen is bereid kunnen zij in een hoge concentratie worden gecompoundeerd (in de smelt gemengd) met een geschikt polymeer om een gemakkelijk mengen volgens gebruikelijke polymeertechnieken te verschaffen.

De hoeveelheid smerend materiaal, polymere oplosbaarheid en migra-tiesnelheid (en daarom regeneratiesnelheid) kan worden geregeld door het specifieke oppervlak van het absorberende substraat, het molecuulgewicht (vluchtigheid) van het smeermiddelmateriaal en de aard en hoeveelheid van de koppeling regelende middelen te variëren.

Bij wijze van voorbeeld, en volgens een voorkeursmethode, wordt de samenstelling van de pijp 10 gevormd met een smeermiddelmateriaal bestaande uit ethyleen-bis-stearamide in een hoeveelheid van ongeveer tachtig gewichtsprocent (80 gew.%) met een substraat van diatomeeënaarde met een specifiek oppervlak van ongeveer 50-250 vierkante meter per gram. Indien toegepast met een oplosbaarheid regelend middel van isopropyl-alkoxytriisostearoyltitanaat zal het bovenvermelde een continue migratie van glibberig makende middelen verlenen met een snelheid van ongeveer 4 gram per 1000 feet per maand. Dit leidt tot pijpoppervlakken, die in voldoende mate met smeermiddel zijn bevochtigd om een wrijvingscoëffi-cient van ongeveer 0,1 te verlenen. Indien het pijpoppervlak door de bewegende kabel 14 schoon zou worden gewist, zal het pijpoppervlak een regeneratie binnen ongeveer vierentwintig (24) uur met vochtig smeermiddel ondergaan. Een regeneratie op deze wijze zal op effectieve wijze voortgang vinden gedurende ongeveer 72 maanden.

Indien het gewenst is de regeneratiesnelheid te verhogen, kan dit worden bereikt door van ethyleen-bis-stearamide als smeermiddel over te gaan op stearamide. Op eenzelfde wijze kan de regeneratiesnelheid worden verminderd door van stearamide als smeermiddel over te gaan op dimethyl- siloxaan/amine. Elk van de bovenvermelde variaties zal een hiermee verband houdende wijziging van de snelheid van de smeermiddelmigratie tezamen met een hiermee verband houdende wijziging van de verwachte levensduur van de intrinsieke oppervlaktesmering veroorzaken, voordat een aanvullende smering noodzakelijk wordt.

Met de bovenstaande beschrijving is een nieuwe materiaalsamenstel-ling en produkttoepassing geopenbaard, waardoor intrinsiek gesmeerde oppervlaktegedeelten worden verschaft. Door de intrinsieke bevochtiging met een smeermiddelvloeistof, zoals beschreven, worden de levensduur en de gebruikseigenschappen van produkten, waarvoor een dergelijke samenstelling wordt gebruikt, in aanzienlijke mate verbeterd. De verdiensten zijn vele, met inbegrip van een continue oppervlaktesmering over lange oppervlaktelengten, hetgeen weer tot uiting komt in lagere trekkrachten en verminderde nadelige wrijvingseffecten. Hoewel de uitvinding in hoofdzaak beschreven is met betrekking tot pijpen en goten, zal het zonder meer duidelijk zijn, dat de toepassing ervan zich uitstrekt tot elke toepassing, waarbij getracht wordt hoge wrijvingskrachten tussen met elkaar in contact komende oppervlakken te verminderen.

Diverse modificaties van de bovenvermelde beschrijving zullen zonder meer duidelijk worden zonder de grondgedachte en het kader van de uitvinding te verlaten, zoals alleen door de bijgaande conclusies wordt gedefinieerd.

Claims (8)

1. Polymere samenstelling, die in een reservoir een suspensie van glibberig makend materiaal bevat, dat continu uit het reservoir migreert naar het oppervlak van de samenstelling, waardoor continu het van het oppervlak verwijderd glibberig makende materiaal wordt aangevuld.

2. Polymere samenstelling volgens conclusie 1, waarin het glibberig makende materiaal gekozen wordt uit de groep bestaande uit gealkoxyleerde sorbitolen, ethyleen-bis-stearamiden, polyethyleenglycolen, methoxypoly-ethyleenglycolen, dimethylsiloxaanpolymeren, dimethylsiloxaan/amine-copo-lymeren, zouten van stearinezuren, vetzuren en halogeenkoolstofoliën met 18 tot 30 koolstofatomen.

3· Polymere samenstelling volgens conclusie 2, die verder een poreus absorberend substraat en koppeling regelend middel omvat.

4. Polymere samenstelling volgens conclusie 3t waarin het absorberende substraat gekozen wordt uit de groep bestaande uit diatomeeënaarde, door pyrolyse verkregen siliciumoxide, kiezelgel en roeten.

5. Polymere samenstelling volgens conclusie 3. waarin het koppeling regelende middel een middel van het organometaaltype op basis van titaan is.

6. Polymere samenstelling volgens conclusie 3. waarin het substraat 10-20 gevi.% uitmaakt, de glibberig makende materialen 40-80 gew.% uitmaken en het koppeling regelende middel 0,5~5.0 gew.% uitmaakt.

7· Pijp met een buiten- en binnenwand voor het ontvangen van stukken kabel, die door de pijp moeten worden getrokken, welke pijp bestaat uit een polymere samenstelling, die in een smeermiddelreservoir een suspensie van glibberig makend materiaal bevat, dat continu uit het reservoir naar de buiten- en binnenwand van de pijp migreert, waardoor, indien het glibberig makende materiaal van de wanden wordt verwijderd, de glibberigheid van de wanden continu wordt hersteld.

8. Pijp volgens conclusie 7* waarin het glibberig makende materiaal gekozen wordt uit de groep bestaande uit gealkoxyleerde sorbitolen, ethy-leen-bis-stearamide, polyethyleenglycolen, methoxypolyethyleenglycolen, dimethylsiloxaanpolymeren, dimethylsiloxaan/amine-copolymeren, zouten van stearinezuren, vetzuren en halogeenkoolstofoliën met 18 tot 30 koolstof-atomen.