NO175672B - Höytrykksbestandig og höytemperaturbestandig pakningsmateriale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et høytrykksbestandig og høytempera-turbestandig pakningsmateriale, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav l.

Kjente pakningsmaterialer som f.eks. grafittfolie laget av ekspandert (avskallet) grafitt og plate-produkter som omfatter vermikulitt, har utmerkede egenskaper som pakningsmateriale. Imidlertid er bruksområdet svært begrenset av den relativt lave styrken til materialet, og dets mangel på seig-het. Lettknuselighet og mangel på rivefasthet er spesielle problemer.

Det er kjent, f.eks. fra EP 155 08 3, at plateformede pakningsmaterialer kan forsterkes med en plateformet metall-kjerne, typisk laget av helt eller perforert metall eller av trådduk. Dette reduserer fleksibiliteten til det endelige produkt pg har selvfølgelig en betydelig innvirkning på dets vekt, såvel som på kostnadene ved produksjon. Svært tynne folier av nikkel er spesielt godt egnet som forsterkning på grunn av deres kombinerte temperatur- og kjemiske motstand. Produktet er svært fleksibelt og lett å kutte til pakninger. Bruken av nikkelfolie er imidlertid kostbar, noe som utelukker dens anvendelse på visse bruksområder. Det finnes mange situasjoner der forsterkning med hensyn på lavere brukstempe-ratur og lavere produksjonskostnad enn nikkelfolie kan være aktuelt.

Videre er det fra FR 1 353 770 kjent en pakningskonstruk-sjon hvor flere sjikt anvendes, innbefattende ytre metallag og indre lag som inneholder fibre av ymse slag. Klebemiddel anvendes som et bindemiddel mellom sjiktene. Også fra FR 2 308 843 er det kjent en sammensatt pakning bestående av en kjerne omgitt av ekspandert grafitt. Fibrene er usammenhen-gende, slik at forsterkningsevnen vil være minimal, bortsett fra under trykkbelastning.

Forskjellige andre forslag er kjent for forsterkning av grafittfolier. Materialer som har vært foreslått inkluderer papir, varmefaste fibre som f.eks. aromatiske polyamider eller stålfibre, karbonfiberplate, gummi, polyesterfilm, glasstøy, asbestpapir, polyetylenpulver og polyetylenplate. Ulempen med disse materialene ligger hovedsakelig i det faktum at relativt store mengder klebemiddel, vanligvis i form av elastomere bindemidler, er nødvendig for å binde dem til grafitten. Ved bruk av papir må det som regel tilføres nok bindemiddel for å mette papiret grundig. Dette resulterer i et uønsket stort organisk innhold i det endelige produkt. Forsterkninger med karbonfiber er naturlig nok relativt kostbare. Bruken av polymere materialer som f.eks. polyetylen-film og elastomerer er uhensiktsmessig på grunn av deres lave modul. Strekkbelastning av slike laminater resulterer i høyning av polyme-ren og sprekkdannelse i grafittfolien.

Felles for bruken av metalliske forsterkninger (bortsett fra svært tynne folier) er det faktum at det endelige produkt blir stivt og relativt vanskelig å kutte med enkelt verktøy.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å fremskaf-fe et forbedret plateformet pakningsmateriale.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen med et pakningsmateriale av den innledningsvis angitte art, ved de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av pak-ningsmaterialet er angitt i de øvrige krav.

Definisjon av modulen for et polymert materiale medfører visse problemer fordi spenning/tøyning-kurvene ofte er langt fra lineære, slik at modulen må defineres innenfor spesifiser-te tøyningsverdier. Til foreliggende bruk er modulen målt ved 1% tøyning.

For det andre kryper mange polymerer under varig spen-ning. Til foreliggende bruk bør modulen måles ved en tøy-ningshastighet i området 10 - 50 x 10~<3> min -<1>.

For det tredje er mange polymere produkter, og plater av varierende type som er laget av dem, anisotrope, og vil følge-lig oppvise forskjellige moduler i forskjellige retninger. Hvis slike produkter blir brukt som forsterkninger, vil det endelige produkt også ha retningsavhengige egenskaper. For mange anvendelser er den størst mulige isotropi å foretrekke. Følgelig vil modulen for bruk i denne beskrivelse referere til den minste modulen målt i alle retninger i plateplanet.

Den tradisjonelle definisjonen av modulen er gitt som kraft pr. arealenhet. I tilfellet med et fiberprodukt har imidlertid begrepet tverrsnittsareal begrenset verdi fordi bare en del av rommet inneholder materiale, resten er tomt rom. For å avhjelpe dette, er det hensiktsmessig å benytte den spesifikke strekkmodul som er Youngs modul dividert med bulktettheten, i dette tilfelle målt ved en tykkelse som ikke overskrider tre ganger tykkelsen til sjiktet i det endelige laminat.

"Høy modul" betyr, for bruk i denne sammenheng, en spesifikk strekkmodul på minst 300 000 m<2>/s<2> målt ved 20°C, ved 1% tøyning og ved en tøyningshastighet på 10 - 50 x 10~<3> min -<1> i alle retninger i plateplanet. Fibre som imøtekommer disse krav inkluderer meget orienterte termoplastiske polymerer. Et spesielt foretrukket eksempel er polyetylen som er blitt spunnet til fibre og varmstrukket for å orientere de langkjedede molekylene og derved øke strekkmodulen kraftig. Ikke-vevet duk laget av slikt materiale er spesielt godt egnet, selv om andre materialer som f.eks. polypropylen, polyvinylalkohol, og polyvinylacetat også kan gi gode resultater.

Det polymere materialet kan også formes til en film eller folie som deretter blir strukket og/eller fibrillert for å skape en fibrøs nettverk-struktur med høy modul. Polyolefin-plate kan preges og deretter utsettes for en to-akset strekk-prosess som river opp platen slik at det skapes et nett.

De foretrukkede materialer er termoplaster og følgelig kan de bindes til foliesjiktet av pakningsmateriale ved å bruke lite eller intet klebemiddel. En tilstrekkelig binding kan ofte oppnås ved varmpressing eller varmvalsing. Dette reduserer ikke bare produktets kostnad ved eliminering av klebemiddel, men det reduserer også det totale organiske innhold.

Pakningsmaterialer laget ifølge oppfinnelsen er markert seigere enn ikke-forsterket grafitt eller vermikulitt-plater, men de er likevel lett å kutte til forskjellige former avhen-gig av bruksområdet for pakningen, ved å bruke saks eller en enkel og rimelig kniv som f.eks. en rammekniv.

Ved å bruke fibre med høy modul i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, kan det oppnås god forsterkning med et minimalt organisk innhold, typisk mindre enn 10 vekt-%. Pakninger blir, naturlig nok, av og til utsatt for temperaturer som overskrider dem som forsterkningssjiktet med høy modul kan motstå. Fordi forsterkningssjiktet bare utgjør en liten del av den totale pakningen, vil imidlertid en ødeleggelse av dette ikke føre til omfattende tap av press mot pakningen og tettende egenskap. Sagt på en annen måte, pakninger blir nes-ten konsekvent aldri brukt flere ganger, og følgelig har ikke det faktum at forsterkningssjiktet kan bli ødelagt ved bruk noen betydning.

For at oppfinnelsen skal bli bedre forstått, skal i det følgende foretrukne utføringsformer beskrives ved henvisning til følgende eksempler, hvorav eksemplene 6 og 7 er gitt som sammenligninger.

Eksempel 1

En plate av TYVEK (registrert varemerke) spunnet polyetylen fiberduk med vekt 40 g/m<2> og med en spesifikk modul (se ovenfor) på 1088 x IO<3> m<2>/s<2> ble plassert mellom to plater av FLEXICARB (registrert varemerke) grafittfolie i en sandwich-konstruksjon, med tetthet 700 kg/m<3> og med vekt 350 g/m<2>. Strekkfastheten til folien var 4,5 MPa målt ved en tetthet på 1000 kg/m<3>. Sandwich-konstruksjonen ble varmpresset ved 140-145°C og ved et trykk på 16 MPa i 10 sekunder, for å smelte sammen et laminat med tykkelse 1,0 mm.

Organiske innhold i laminatet var tilnærmet 5,3%. Det var meget robust og hadde god motstandsdyktighet mot utilsik-tet rivning under behandling.

De gode tettende egenskaper til laminatet ved høye temperaturer ble testet ved å skjære ut ringer, som ble brukt som pakninger for å tette en trykkbeholder. Pakningene ble klemt mellom 100 mm flenser av klasse 3001b, med en overflateruhet på 5,1 mikometer CLA. De åtte 19 mm B16 stagbolter ble strukket til 210 MPa indre boltspenning, ved å bruke hydrauliske strekkere. Beholderen var fylt med nitrogengass til et trykk på 3,5 MPa ved en temperatur på 450°C. Over en periode på 18 timer falt trykket bare 70 kPa og lekkasjehastigheten var 8,6 x 10 "<9> kg/s.

Eksempel 2

Laminater ble laget av de samme materialer som i Eksempel 1, men i dette tilfelle ved passasje gjennom en valse med val-ser oppvarmet til omkring 100°C. Ytterligere oppvarming ble sørget for ved hjelp av infrarøde elementer montert i tilstøt-ning til valseklemmene, for å frembringe temperaturer i området omkring 420°. Gjennomføringshastigheten var tilnærmet 0,15 m/s.

Denne behandlingen ga et laminat som var 0,8 mm tykt, med lignende egenskaper som dem som ble oppgitt i Eksempel 1.

Eksempel 3

Fremgangsmåten ifølge Eksempel 1 ble gjentatt ved å bruke DALTEX/COROVIN (varemerke) polypropylen fiberduk, med vekt 75 g/m<2> og med spesifikk modul på 330 x 103 m<2>/s<2>. Under varmpressing ble temperaturen økt til 175° og tiden til 15 sekunder, men trykket forble 16 MPa.

Produktet hadde en tykkelse på 0,96 mm og et polymert innhold på tilnærmet 9,4%. Det var relativt seigt, men det sto tilbake for materialet ifølge Eksempel 1.

Eksempel 4

Fremgangsmåten ifølge Eksempel 1 ble brukt til å lage et laminat av to plater av tettende vermikulitt-materiale, gene-relt som beskrevet i Eksempel 1 av GB-A-2.193.953, men med tykkelse 1,0 mm, tetthet 1100 kg/m<3>, vekt 1100 g/m<2> og med strekkfasthet 0,5 MPa målt ved en tetthet på 1500 kg/m<3>, og en plate med polyetylen fiberduk. Temperatur og varighet under varmpressingen var henholdsvis 140°C og 12 0 sekunder.

Produktet var merkbart seigere enn den uforsterkede vermikulitt-platen. Det motsto brudd ved bøyning og oppviste forbedret rivemotstand.

Eksempel 5

Fremgangsmåten ifølge Eksempel 1 ble brukt til å lage et laminat av 2 plater av varmefast papir (beskrevet i GB-A-2.138.855) med tetthet 1300 kg/m<3>, tykkelse 0,7 mm, vekt 890 g/m<2>, strekkfasthet 6,5 MPa målt ved en tetthet på 1300 kg/m<3 >og en plate med polyetylen fiberduk. Forholdene under varmpressingen var 140°C og 3 0 sekunder.

Produktet var merkbart seigere og mer motstandsdyktig mot rivning enn det uforsterkede papiret.

Eksempel 6

Dette eksempel er bare gitt som men sammenligning. Et laminat ble fremstilt ved varmpressing av to plater av grafittfolie (som brukt i Eksempel 1), og en plate med poly-etylenfilm med tetthet 0,96 kg/m<3>, vekt 52 g/m<2>, og spesifikk modul 228 m<2>/s2.

Produktet ga få fordeler i forhold til den uforsterkede grafittfolien. Ved strekkbelastning oppsto brudd i grafitten, og tøyningen i polyetylenet var så betydelig at det ikke ga tilstrekkelig forsterkning.

Eksempel 7

Dette eksempel er også gitt bare som en sammenligning.

Det ble gjort forsøk på å forbedre seigheten og rivemotstanden til grafittfolien ved å dyppe folien i forskjellige polymere smelter (nitrile, akryle, etc.) De resulterende beleggene ble tørket, og der det var hensiktsmessig ble de varm-vulkanisert for å gi en myk og gummiaktig konsistens.

Ved å tilføre det belagte materiale en strekkbelastning, oppsto det: brudd i grafittfolien, og på grunn av deres lave moduler gjennomgikk beleggene svært stor tøyning. De var ikke istand til å gi tilstrekkelig forsterkning.

Claims (3)

1. Høytrykksbestandig og høytemperaturbestandig pakningsmateriale i form av en laminert plate som omfatter et første foliesjikt dannet av en flak- eller lamellformet grafitt eller vermikulitt, et forsterkningssjikt og et andre foliesjikt av flak- eller lamellformet, ekspandert grafitt eller vermikulitt, karakterisert ved at sjiktene er bundet sammen ved varmpressing og/eller valsing og at forsterkningssjiktet omfatter en plate av termoplastfibre med en spesifikk strekkmodul på minst 300 000 m<2>/s<2> i alle retninger i plateplanet (målt ved 20° ved 1 % tøyning og ved en tøy-ningshastighet på 10-50xl0-<3> min-<1>) idet termoplastfibrene har vært utsatt for en varmstrekkingsbehandling.

2. Pakningsmateriale ifølge et av kravene 1, karakterisert ved at forsterkningssjiktet omfatter termoplastfibre av polyetylen, polypropylen, polyvinylalkohol eller polyvinylacetat.

3. Pakningsmateriale ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at forsterkningssjiktet utgjør mindre enn 20% av den totale vekt av materialet.