TW200417463A - Tubular structures and methods for making the same - Google Patents
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Description
200417463 狄、發明說明: 【發明所屬技術領域;j 將管狀結構使用在許多不同產業中以攜帶諸如氣體及 液體等流體。有時候,這些流體包含燒灼性或腐蝕性物質。 5 譬如,諸如半導體業、電鍍業及藥劑業等產業係使用空氣 導管從一遠離工作人員的處理中心運送腐蝕性或燒灼性氣 體。廢水處理廠亦使用硬管將諸如氯等腐蝕性化學物及諸 如氫氧化鈉或次氯酸鈉等燒灼物運送至一處理中心以處理 污水。 10 【先前技術】 發明背景 雖然既有的管狀結構足堪運送燒灼性或腐蝕性流體, 仍可將其改良。譬如,已經使用纖維強化塑膠(FRP)導管來 運送腐姓性氣體。然而’許多纖維強化塑膠導管具有不良 15的火焰及煙霧性質。亦已經使用純金屬導管來運送氣體。 因為金屬不像塑膠般地焚燒,純金屬導管具有良好的火焰 及煙霧性質。然而,許多純金屬導管並未對於腐蝕性氣體 形成良好障壁。 本發明的實施例個別地及共同地針對上述與其他實施 20 例。
【明内容]I 發明概要 本發明的實施例係有關諸如空氣導管等管狀結構及其 製造方法。管狀結構理想上可防火、且亦可防化學物。雖 5 200417463 然在本文中以較佳實施例詳細地描述空氣導管及其製造方 法,本發明的實施例不限於空氣導管。 本發明的一實施例有關一用於製造一管狀結構之方 法,此方法包含:⑷修改一氟聚合物膜的一表面;(b)在(a) 5 之後,將氟聚合物膜結合至一金屬層,藉以形成一複合片; 及(c)將複合片定型成一管狀結構。 本發明的另一實施例有關一管狀結構,其包含:(a) — 金屬層;(b) —氟聚合物膜;(c)一黏劑層,其位於金屬層與 氟聚合物層之間;及(d)—螺旋形接缝,其形成於管狀結構 10 中。 本發明的另一實施例有關一用於形成一管狀結構之方 法,此方法包含:(a)將一經表面修改的氟聚合物捲繞在一 心軸周圍;(b)將一層織物材料捲繞在氟聚合物上且藉由一 樹脂材料來飽和該層織物材料,(c)固化該樹脂材料以形成 15 一管狀結構;及(d)從心軸移除管狀結構。 本發明的這些及其他實施例進一步詳細描述於下文。 圖式簡單說明 第1圖顯示根據本發明的一實施例之一三層式管狀結 構的軸向橫剖視圖; 20 第2圖顯示一將一金屬層層疊至一氟聚合物之處理的 示意側視圖; 第3圖顯示一可將一複合片蝸旋式盤捲成一具有一螺 旋形接缝的管狀結構之示範性設備的俯視圖; 第4圖顯示一滾子在一複合片中形成接縫元件時之橫 6 200417463 剖視圖; 第5圖顯示一具有接縫元件之複合片; 第6圖顯示一複合片如何蝸旋式盤繞形成一管狀結構 之方式; 5 第7(a)至7(d)圖顯示一管狀結構如何利用一心轴形成 之示意圖。 L實施方式3 較佳實施例之詳細說明 本發明的實施例中,管狀結構可為硬管(譬如,流體硬 10 管或壓力管)、導管或空氣導管。管狀結構較佳係為能夠攜 帶燒灼性及/或腐蝕性氣體及諸如HF與臭氧等氧化劑之空 氣導管。根據本發明的實施例之空氣導管亦可防火。根據 本發明實施例之空氣導管最好可通過FM Duct Test Standard#4922,亦可運送燒灼性及/或腐蝕性氣體。FM Duct 15 Test Standard#4922進一步詳細描述於下文。本發明的實施 例亦可滿足其他標準。 根據本發明的實施例之管狀結構可具有任何適當的橫 剖面形狀。譬如,管狀結構的橫剖面可能為圓形、卵形、 長方形、正方形等。 20 I.包含一金屬層及一氟聚合物膜之管狀結構 第1圖顯示根據本發明的一實施例之一管狀結構110的 軸向橫剖視圖。管狀結構110包括一含有一氟聚合物膜112 之内層、一中間黏劑層114及一外金屬層116。内氟聚合物 膜112可譬如對於通過管狀結構110的腐蝕性、燒灼性或氧 7 200417463 化性流體形成一障壁。 雖然第1圖所示的管狀結構110具有不同的三層,請瞭 解根據本發明的實施例之管狀結構可具有任何適當的層 數。譬如,任何適當數量的層可能介於氟聚合物膜112及中 5 間黏劑層114之間。並且,雖然此範例中將金屬層116稱為 一“外金屬層”,本發明的部分實施例中可在金屬層116頂上 具有其他層。“内,,及“外”用語說明氟聚合物膜112及金屬層 U6預定指出這些層的相對位置,未必是其在一管狀結構内 的絕對位置。 0 雖然圖中將氟聚合物膜112顯示為第1圖管狀結構110 中的最内層,其可嵌設在一管狀結構中的内層與外層内。 譬如,根據本發明的一實施例可能將一氟聚合物膜(譬如3 密耳的ECTFE層)嵌夾在一導管中的一内乙烯s旨層(譬如25 密耳厚)與一外紛性樹脂層之間。 5 部分實施例中,一氟聚合物層(未圖示)可形成於外金屬 層116上。譬如,額外的氟聚合物層可為管狀結構的最外 層。如果管狀結構110的外表面預定可抵抗腐餘性、燒灼性 或氧化性流體時,則可能需要此作用。外氟聚合物層可包 含與氟聚合物膜112相同或不同的材料。 力 金屬層116可包含任何適當的金屬。譬如,部分實施例 中’金屬層116可包含-延展性金屬,諸如叙或其合金、鍵 辞鋼、不銹鋼或軟鋼。 氟聚合物膜m可能具有任何適當的形式。氣聚合物膜 2車乂仏為片不可滲透性氟聚合物材料的形式。氟聚合物 8 膜112可具有任何適當的厚度,包括小於約綱密耳的厚度。 氟聚合物膜m可經充填或未經充填。譬如,氣聚合又物 膜112可包含顆粒或纖維。部分實施例中,顆粒可為可賦予 氟聚合物膜112傳導性之傳導性顆粒。部分實施例中,可能 需要使管狀結構11G具有傳導性。譬如,—料性潔淨室導 管可有利地消散電荷(譬如靜電)。此電荷會引發火災或在出 現爆炸性氣體時會引發爆炸。 如本文所用,“氟聚合物膜,,可包含任何適當的氣聚合 物。其譬如可包糾含有氣料料元所形成之—均聚物 或共聚物。制包括乙烯·喊乙烯(ETFE)、乙烯三氣氯乙 烯(ECTFE)、氟化乙稀丙烯(FEp)、全說院氧(pFA)、聚氣乙 烯(PVF)、聚氟化亞乙烯(PVDF)、聚三氣氣乙烯(pcTFE)、 聚四氟乙烯(PTFE)及其混合物。可購得此等氟聚合物膜。 另-適當的氟聚合崎料為可購自南卡雜堡的宙斯產品 (Zeus Products)之聚四氣乙烯_全氧甲基乙刺共聚物(或 MFA樹脂)。 氣聚合物膜譬如可比可能培製在一金屬管的一内表面 上之氟聚合物粉末更容易處理。利用此種後述處理所形成 的-氟聚合物層係需純厚,藉崎低在卿成襯塾上生 成針孔之可能性。另—方面,氟聚合物膜係預先成形且可 製成薄狀及不可滲透性。亦難明用―粉末塗覆處理來形 成-平坦且平整的内襯塾。另—方面,氟聚合物膜係預先 成形且可具有—均勻厚度。此外,氟聚合物—般具有高融 化溫度’所以需要高熱量來將氟聚合物粉末結合至一金屬 基材。在本發明的實施例中,因為氟聚合物膜經過表面修 改’可使用較低的加熱(或甚至環境)溫度將其結合至諸如黏 劑等其他材料。為此,使用一氟聚合物膜形成管狀結構之 方式係具有優於粉末塗覆處理之優點。 一種較佳的氟聚合物為ECTFE。ECTFE為一種具有乙 烯與三氟氣乙烯的1 : 1交替共聚物結構之可融化處理的氟 聚合物。ECTFE由德州橙市的美國奥西蒙廠(Ausimont USA plant)製造成H ALARTM丸錠。ECTFE提供優良的抗化學性及 抗磨性、極低的液體、氣體及蒸氣滲透性、低的介電常數、 寬廣的溫度範圍(譬如深冷溫度與300°F(149°C)之間)的安 定性、及低煙霧產生。ECTFE亦對於廣泛的腐蝕性化學物 及有機溶劑及強酸、氣及水性燒灼物具有優良的抗化學 性。已知的溶劑不會在低於250°F(120°C)的溫度溶解或應力 裂開ECTFE。丸錠形式的ECTFE隨後可轉變成粉末或一層。 管狀結構110的最後尺寸與幾何結構可能改變。示範性 實施例中,管狀結構110的整體厚度可小於約5公厘。本發 明的實施例中,所形成管狀結構110的内與外徑亦可改變。 譬如,部分實施例中,一空氣導管可具有約更大1吋之内徑 與外徑。管狀結構110亦可具有任何適當的長度。並真’雖 然時常將管狀結構描述為圓柱形,其亦可為諸如肘管等彎 曲狀結構的形式。 可修改氟聚合物膜116的表面,使其可結合至金屬層 116。因為氟聚合物的惰性本質,未經表面修改的氟聚合物 材料難以黏附至其他材料。氟聚合物膜112的一表面在修改 200417463 之後,其結合至一金屬層以形成一複合片。然後,將複合片 定型成一管狀結構。較佳將複合片蝸旋式盤捲在自身上藉以 形成一管狀結構。所產生的複合物可具有一螺旋形接縫。 可使用任何適當的處理來修改氟聚合物膜112的表 5 面。適當的處理包括對於氟聚合物膜112進行蝕刻、電暈放 電及暴露於反應性氣體。本發明的實施例中,可利用此等 處理來修改氟聚合物膜112 —或兩側,以改善氟聚合物膜 112對於其他材料的可結合性。 部分實施例中,氟聚合物膜112的表面在修改之後,表 10 面的“接觸角”減小。當一小滴液體放在一固體表面上且液 體的表面張力大於固體的表面張力時,小滴產生一確定的 接觸角,亦即液體與固體之間的表面接觸角。當相同液體 放在具有增加的表面張力(亦即具有增加的表面能)之表面 上時,表面接觸角隨著固體表面張力增加而減小。在一高 15 表面能材料上,一黏劑可流動(或“濕潤”)以確保一較強結合 出現在氟聚合物膜與其所接觸的黏劑之間。因此,表面接 觸角係為表面親水性的一種測量方式。如此處所定義,表 面接觸角係為一與一概呈平面性表面呈法向之平面與一小 滴放在表面上的純去離子水的一周邊接觸點上之一切線所 20 形成之角度。部分實施例中,氟聚合物膜112的經修改表面 可具有小於約50度的一接觸角。 可以任何適當的方式來修改氟聚合物膜112的接觸 角。部分實施例中,可藉由將氟聚合物膜暴露於一反應性 氣體來修改接觸角。譬如,將一氟聚合物膜的各表面以一 11 200417463 段足以增加表面的表面能之時間長度暴露於一種包括有效 濃度的分子性氟及分子性氧之反應性氣體組成物。這亦減 小了表面接觸角藉以結合表面與一位於表面上的黏劑。 部分實施例中,可使用一反應性氣體處理來修改一氟 5 聚合物膜的一表面。示範來說,反應性氣體可包含分子性 氟(F2)及分子性氧(02)並連帶具有一諸如分子性氮(N2)等惰 性載體。在反應性氣體組成物中,氟及氧的絕對濃度可改 變。絕對濃度係依據反應容積百分比濃度及氣體壓力而 定。譬如,一種在1.0大氣壓具有12%F2容積之氣體組成物 10 的反應性(reactivity)係近似等於一種在0.5大氣壓具有 24%F2容積或在3.0大氣壓具有4%?2容積之氣體組成物的反 應性。如果氣體的容積%濃度及/或分壓增高,則可使用較 短的暴露時間。熟習該技術者可選擇諸如氟及氧的溫度、 壓力、濃度及暴露時間等處理條件,以使一表面修改的氟 15 聚合物膜的升温不會超過產物的融化溫度。 部分實施例中,F2 —般以約7至約25%容積量且較佳以 約10至約15%容積量出現在組成物中。02—般以約7至約 25%容積量且較佳以約10至約15%容積量出現在組成物 中。組成物對於100%容積之剩餘部分可包含一惰性載體氣 20 體。譬如可在約45至約250°F溫度範圍、約0.1大氣壓至約 3.0大氣壓的壓力範圍進行一ECTFE層的氟氧化。有關上述 處理的其他細節請見美國專利申請案09/659,155號,該案以 引用方式整體併入本文中。 另一實施例中,可利用一電暈放電處理來修改氟聚合 12 200417463 物膜的表面。亦可利用電暈放電處理來降低氟聚合物膜的 -表面之接觸角。適合將層進行電暈處理之設備為此技術 所熟知。譬如,一種電暈放電設備插述於美國專利案 3,133,193號,該案以引用方式整體併入本文中。一般而言, 5 一適當的電暈放電設備包括一具有一 絕緣覆蓋件之接地金 屬滾子’及-與輥的圓柱軸線呈平行安裝之電極。氣聚合 物膜通過絕緣_上方,且電暈形成於電極與氟聚合物膜 之間。身為電極與絕緣的滾子覆蓋件之間狀電極間隙在 部分案例中可為約3〇至約態密耳。電暈放電設備可包括— 10 用於供應氮之構件,及—用於維持氮大氣並排除環境空氣 之構件。 施加至氟聚合物膜之能量大小可能改變。所施加的能量 可以功率常數(ρο而⑽tant)表示,其傳統上以瓦特分鐘 每平方叹層面積作為單位。功率常數等Μ瓦特為單位的電 15暈功率除以層寬度與以叹每分鐘為單位的線速度之乘積。 所需要的電暈功率可隨著設備尺寸層的處理速率及所 處理的特定氟聚合物膜而改變。譬如,可設計一小型實驗 室規模電暈處理機用來以約7至72吸每分鐘的速率處理一 4 对寬的層腹板。此設備可使用約50至約150瓦特的放電藉以 20 獲得適當的功率常數。大型商用電暈處理機需要對應較高 的功率。譬如,以500或1000呎每分鐘的線速度來處理6吸 寬層腹板,所需要的電暈放電功率分別為9或18仟瓦特以獲 得3瓦特-分鐘/平方呎的功率常數。一實驗室規模處理機可 具有約0.36至約2·25平方呎的一電極面積,所以電極能量密 13 200417463 度通常位於約44至約15〇瓦特/平方忖的範圍。—商用單元 具有對應較大的電極面積。 另貝^例中,可利用一諸如萘二甲酸鈉處理(有時稱 為滅刻處理)等濕_處理來修錢聚合物_表面。該 5處理首先係以溶劑清理待修改的表面然後研磨。適當的溶 劑包括丙酮及甲基乙基_。然後,藉由混合納金屬、蔡及 四氫呋喃來製備一溶液。可將一氟聚合物膜以浸潰、喷灑 或其他方式接觸姓刻溶液。利用萘二甲酸鈉處理加以表面 修改的氟聚合物膜可以購自賓州匹斯頓的艾克敦科技公司 10 (Acton Technologies,Inc.) 〇 另一實施例中,可藉由一電漿蝕刻處理來修改氟聚合 物膜的一或兩表面。電漿蝕刻處理為此技術所習知。一典 型的電漿反應器糸統基本上為一包含室,此包含室係勺人 一真空室及附接至一用於引發反應性氣體的電漿狀態的功 I5率供應源之電極。兩個電極位於一不鱗鋼鐘形瓶反靡^ 中,其中一者為一由不銹鋼製成的下接地陽極,另一者為 一由不銹鋼製成的上陰極,其約具有5吋直經且連接至約 13·56ΜΗζ的外部電源供應器。電極間的間隙可為約^寸 可將一氟聚合物膜放在室中。可利用室中產生的電許來修 20 改氟聚合物膜的表面。 在氟聚合物膜的表面被修改之後,可將經表面修改的 鼠聚合物膜結合至一金屬層以形成一複合片。複人片了呈 有任何適當層數。部分實施例中’可使用—黏劑材料將金 屬層結合至氟聚合物膜。所產生的複合片可能具有充八延 14 200417463 展性故可定型成—管狀結構。 可使用任何適當的黏劑將氟聚合物膜結合至金屬層。 適當的黏劑包括熱固性黏劑,諸如環氧樹脂、丙稀酸酿、 三聚氰胺甲駿、盼甲趁、聚西旨、聚胺基甲酸酉旨、及間笨二 5 酚甲醛黏劑。 一 ° Μ❻例中,可將經表面修改的敗聚合物膜層叠至 孟屬層T使用—轉疊層處理來將氟聚合物膜層疊至金屬 層。在層豐之後,依需要,複合物可壓縮及/或加熱以利金 屬層與默聚合物膜之間的進一步結合。可在含有或不含一 10黏劑的情形下達成此作用。 否 用於將氟聚合物膜與金屬層結合在一起之黏劑可能在 層豐之W位於氟聚合物膜及/或金屬層上。黏劑可以任何適 當的方式施加至金屬層及/或氟聚合物膜。譬如,可在層疊 在一起之鈾使用一滾子塗覆、刮片或簾塗處理將一黏劑施 15加至氟聚合物膜及/或金屬層。 第2圖顯示一藉由輥式層疊至一金屬層116之經表面修 改的氟聚合物膜112之示意側視圖。參照第2圖,一親15〇可 包含已經過表面修改之氟聚合物膜112。氟聚合物膜112可 從輥150配送並可層疊至一位於一金屬層116頂上之黏劑層 20 114。氟聚合物膜112、黏劑層114及金屬層116所產生的組 合係可形成一後續可被定型之複合片16〇。 部分實施例中,氟聚合物膜112可從金屬層116邊緣往 内分隔。譬如,部分實施例中,氟聚合物膜112寬度可能比 金屬層1161度更窄約1/2时(譬如從各邊緣往内約1/4时。這 15 200417463 可能有助於確保氟聚合物膜112保持位於所形成的管狀結 構内側。 可利用任何適當的處理來定型含有氟聚合物膜112、黏 劑層114及金屬層116之複合片160。譬如,部分實施例中, 5 一複合片的兩相對端可接合以形成一具有一縱向接缝的管 狀結構。所產生的管狀結構可具有一長方形、圓形或卵形 橫剖面。然而,其他實施例中,藉由將複合物蝸旋式盤捲 成一管來定型複合片160。 可參照第3至6圖描述一種利用蝸旋式盤捲處理來定型 10 一複合片160之處理。形成金屬/氟聚合物複合片160之後, 其蝸旋式盤捲成一諸如導管等管狀結構。 第3圖顯示一種可用於將一複合片蝸旋式盤捲成一管 狀結構之設備的俯視圖。參照第3圖,將一複合片160供給 通過一對滾子2。各滾子在其端點呈軸頸狀,且滚子被一齒 15 輪輪系3a驅動。一齒輪減速器4耦合至齒輪輪系3a且被一馬 達5驅動。在複合片160離開滾子2之後,其通過與該對滾子 2具有相似安裝及驅動方式之另兩對的滾子(第3圖只顯示 各滾子或各滾子對的頂部者)3、8。第3圖所示的此設備其 他部分描述於下文。 20 第4圖顯示滾子8a、8b之橫剖視圖。參照第4圖,一在 端點呈軸頸狀的軸12係承載一硬化斜面碟10,其排列方式 可將複合片160的一邊緣往下推入一位於該對滾子8的對接 滾子8a上之凹部中,以在複合片160中形成一第一接縫元 件。為了簡單地圖示,第4至6圖未顯示複合片160的個別 16 200417463 層。一在端點呈推拔狀之間隔單元11係提供一凹部,藉由 對接的滾子8b的一對應碟10將複合片160的一外邊緣往上 推入該凹部中以形成一第二接縫元件。 離開該對滚子8時,複合片160具有如第5圖所示的一橫 5 剖面形式。複合片160具有位於複合片160相對側上之第一 及第二接缝元件19、20。 第6圖顯示複合片160媧旋式盤捲在本身上時第一及第 二接縫元件19、20如何彼此接合的方式。如第6圖所示,當 複合片160蝸旋式盤捲時,第一接縫元件19進入第二接縫元 10 件20且其產生接合。一握入滾子22(以虛線顯示)有助於形成 管狀結構。接合的第一及第二接縫元件19、20終將在管狀 結構中形成一螺旋形接縫。 再度參照第3圖,握入滾子22安裝至一框架22a,框架 22a附接至一構架形成總成30。位於前述成對滾子2、3、8 15 下游之一對滾子17可在複合片160形成一管狀結構之前予 以褶縐。滾子17後立即設有一成形滾子18。成形滾子18安 裝在一框架53上。當複合片160從滾子17浮現時,其衝擊在 斜角狀配置的成形滾子18上。複合片160接觸成形滾子18之 後,其螺旋形往上彎折以經由滾子22與互相接合的接缝元 20 件合作使複合片160繼續螺旋形盤捲。如第3圖所示,複合 片160蜗旋式盤捲,且互相接合的接缝元件在管狀結構200 中形成一螺旋形接縫210。依需要,螺旋形接縫210可塗覆 有一適當密封劑以確保螺旋形接縫不可讓流體滲透。適當 的接縫密封劑可包括氟聚合物材料(譬如Viton)、乙烯-酯材 17 料、或任何其他的適當密封材料。可使用熱固性樹脂作為 接縫密封劑。 管狀結構200可為一能夠攜帶腐蝕性及/或燒灼性氣體 之導管。在複合片160盤捲之後,氟聚合物膜終將駐留在所 5 形成管狀結構200的一内表面上,且金屬層位於氟聚合物膜 外側。 上述的金屬/氟聚合物管狀結構具有數項優點。第一, 其較為容易且造價便宜。第二,管狀結構整體相較於結構 類似的FRP導管及習知塗覆的金屬導管亦可具有低的火焰 1〇 及煙霧性質。第三,利用一氟聚合物内襯墊可使管狀結構 特別有利於運送腐蝕性及/或燒灼性流體。因此,根據本發 明實施例的管狀結構可快速且便宜地製成,可具有低的火 墙及煙霧性質,且適可運送燒灼性及或腐蝕性流體。 H·包括纖維強化塑膠及氟聚合物膜之管狀結構 15 本發明的其他實施例有關於以一氟聚合物層及至少一 纖維強化塑膠(FRP)層來形成管狀結構。一實施例中,一方 法包括將一經表面修改的氟聚合物膜捲繞在一心軸周圍。 然後’將一層織物材料捲繞在氟聚合物膜及心軸上。在織 物材料捲繞在心軸周圍之前、之後或同時,以一樹脂材料 2〇來飽和該層織物材料。然後,將樹脂材料固化。可進行額 外步驟,且最後形成一管狀結構。在管狀結構形成之後, 其從心軸移除。這些實施例中,不需出現一金屬層。 可參照第7(a)至7(d)圖來描述本發明的實施例。 參照第7(a)圖,一氟聚合物膜281可蜗旋式捲繞在一心 18 200417463 轴216周圍。在形成的最後管狀結構中,氟聚合物膜281可 /成S狀、構的内襯塾。可將任何上述氟聚合物膜捲 繞在心軸216周圍。 心軸216可能是一推拔狀心軸,或可能是—固定直徑的 5心軸。如果心軸216具有固定直徑,則可能將卡紙及/或一 塑膠膜放在心軸216上方(譬如美國專利案5,308,423及 5,306,371號)以利移除所形成的管狀結構。心轴216可由包 括鋼等任何適當材料製成。心轴加亦可具有任何適當的直 從。譬如’部分實施例中,心軸216的直徑譬如可能為約2 !〇至約84对。雖然心軸216為一圓柱的形式,已知在部分實施 例中,心軸可為彎、曲狀(譬如—財管的形式)。 可能已經處理氟聚合物膜281的一或兩表面,如上述, 藉以修改其-或兩側。譬如,如上述,可使用一反應性氣 體處理、電暈處理或蝕刻處理來修改一氟聚合物膜281的表 15面。氟聚合物膜281可從一輥(未圖示)配送。雖然氟聚合物 膜281從輥配送時可具有任何適當的寬度,其在部分實施例 中可能為六吋寬。且其可依據特定製造的產品而為較寬或 較窄。 並且,氟聚合物膜281可具有任何適當的厚度。部分實 20 施例中,一3密耳厚的氟聚合物膜281可能已足夠。其他實 施例中,依據用途而定’氟聚合物膜281的厚度可能為從1/2 密耳至10密耳(或更大)。 如第7(a)圖所示,氟聚合物膜281可藉由作業員或藉由 適當機具自動地捲繞在心轴216周圍(當心轴216轉動時)。當 19 200417463 氟χκ a物膜281捲繞在心轴216周圍時,氟聚合物膜281可夏 有一約1/2吋的重疊量。當然,重疊量可改變。當氟聚合物 膜281捲繞在心軸216周圍時,心軸216可人工或自動地旋轉 以利將氟聚合物膜盤捲在心軸216周圍。 5 當氟聚合物膜281捲繞在心軸216周圍時,一操作者(咬 機具自動方式)可在重疊點施加一薄層的結合材料(譬如乙 烯酯樹脂),以使氟聚合物膜281結合至本身(未顯示於第7(勾 圖)。較佳使用一種乙烯酯樹脂作為結合材料,因為其具有 優異的抗化學性。適當的乙烯酯樹脂可購自密西根州米德 10蘭的陶氏化學公司(D〇w Chemical Inc·)之品名Derakane。亦 可使用其他結合材料。其他示範性結合材料包括乙烯酯結 合材料,或氟聚合物結合材料(譬如Vit〇nTM)。 就抗腐蝕性而言,在氟聚合物膜281的重疊點形成之螺 旋形接縫會形成内襯墊的最弱點。因此,需要使用一種具 15有抗化學性且可將氟聚合物膜281結合至本身之材料。在氟 聚合物膜281結合至本身之後,隨後可在此時點暫停此處理 以讓結合材料硬化。 另外,可用於密封氟聚合物膜281的重疊區域之市售的 樹脂可包括下列學名的樹脂:(1)乙烯酯;(2)六氣内_甲烯基 2〇 -四氫笨二曱酸酐;(3)雙酚富馬酸酯;(4)間苯二甲酸聚酯; (5)鄰苯二甲酸聚酯;及(6)具有芳族或脂族胺的環氧樹脂。 (1)至(5)型的樹脂具有對於酸或燒灼物的抵抗性,而(6)型的 樹脂對於溶劑及燒灼物提供較好抵抗性。亦可利用氟聚合 物材料(譬如VitonTM)來密封重疊區域。 20 八 ;、使用結合材料來結合氟聚合物膜281的重疊部 式作為添加或取代方式,可將重疊部純接在一 蟲立、可使用熱旎或超音波能來將一氟聚合物膜的重 =刀281結合在_起。熟習該技術者可決定出施加至重疊 y…、里或忐量大小。可在包含或不含一結合材料的情 形下達成此作用。 八#耳果使用一結合材料,一旦結合材料硬化,形成一包 s氟來合物膜281的内襯墊。内襯墊可作為一對於腐蝕性或 燒灼性氣體大致不可滲透的障壁層。内襯塾可具有任何適 10 奋的,ρδρ 立 田、子又。邛分實施例中,内襯墊的厚度可小於約100密耳 (譬如從約20至約80密耳)。 在氟聚合物膜281捲繞在心軸216周圍及形成内襯墊之 後’一纖維強化塑膠層形成於氟聚合物膜281上。纖維強化 塑膠層可作為對於管狀結構賦予結構完整性之元件。一或 15多個此等纖維強化塑膠層可出現在最後的管狀結構中。 如第7(b)圖所示,經捲繞層281的外部被從一樹脂供源 201提供的一可固化樹脂219所濕潤。然後,如第1(c)圖所 示’ 一層織物材料220捲繞在氟聚合物膜281上且受到可固 化樹脂219所飽和。譬如,可將一種包含四分之三盎斯碎段 20的織物材料220蝸旋式捲繞在心軸216周圍。如第7(d)圖所 示,此層織物材料220可被更多樹脂所濕潤,然後可由一玻 璃纖維輥子輥出以消除該層織物材料220中的氣囊及多餘 樹脂。在此點,此飽和層的織物材料220可固化,或其可能 在其上形成有額外纖維強化塑膠層之後產生固化。部分實 21 200417463 施例中,可能自發性發生固化(譬如,如果使用一間苯二酚 -醛樹脂系統),或可能利用熱量發生固化。可利用一外部熱 供源將熱量導引至經樹脂飽和的織物材料220以固化樹 脂。固化溫度及時間可能依據所固化的特定樹脂而定。 5 用於飽和織物材料220之樹脂材料可能包括任何適當 的樹脂材料。示範性樹脂包括酚性樹脂。一型酚性樹脂為 盼-酸(phenol-aldehyde)樹脂。一種適當的盼-駿樹脂講自博 登化學公司(Borden Chemical,Inc·)。其他示範性樹脂包括 間苯二酚-醛或酚-間苯二酚-醛基樹脂系統。此等間苯二酚 10 基系統的範例請見美國專利案4,053,447、4,076,873、 4,1〇7,127及5,202,189號。所有這些專利案以引用方式整體 併入本文中。其他型樹脂包括乙烯酯樹脂、聚酯樹脂、環 氧樹脂、間苯二甲酸樹脂等。 織物材料220可能是玻璃、亂花玻璃紗墊、織造紗束、 15船布(boat cloth)、繞線、或作為後續玻璃層的有機(或無機) 紗罩,藉以基於導管的預定尺寸達成所需要的適當壁厚 度。對於部分用途’上述織物材料可浸有石墨或碳纖或甚 至陶究纖維以提供增高強度的防火性。石墨及/或碳纖亦可 能有助於使所形成的管狀結構具有傳導性。如上述,有時 20需要形成—傳導性管狀結構(譬如傳導性導管)以消散靜電"! 外―隨後’可將-選擇性第二層的織物材料(未圖示)捲繞在 ^一層織物材料2則圍(第7⑷至7⑷圖中未顯示)。第二層 ^物=料可能是-螺旋形捲繞在第—層織物材料2 2 〇周圍 四分之三盘斯的墊,且隨後被相同(或不同)之用於飽和第 22 —層織物材料220的樹脂材料所濕潤。隨後可以與第一層織 物材料220相同方式輥出飽和的第二層的織物材料。在在第 層織物材料220及第二層織物材料中所使用之塾譬如可 能是四分之三盎斯的墊。然而,其他實施例中亦可使用一 ^—分之一盎斯的塾。 然後,將一種被相同或不同樹脂材料濕潤的選擇性細絲 盤捲玻璃施加至心軸216上的材料組合(第7(a)至7(d)圖中未 顯示)。細絲盤捲玻璃可以一螺旋形盤捲圖案盤捲在心軸216 周圍。細絲盤捲玻璃可能具有任何適當的降伏(yield)。譬 10如,可使用一種具有250降伏的細絲盤捲玻璃。其他實施例 中,可使用一種具有450或750降伏的盤捲玻璃。細絲盤捲玻 璃可在施加至先前盤捲的織物材料層之前被樹脂所濕潤。 可將一由諸如船布等另一織物材料製成之光製層形成 在先前所述的層上,以在最後的管狀結構中達成一較平坦 15的外部。此層織物材料可能被樹脂飽和,然後輥製,如先 前所述。 部分貫施例中,一氟聚合物層可形成為一管狀結構的 一外層。如果管狀結構110外表面預定可抵抗腐蝕性、燒灼 性或氧化性流體,則會需要此作用。可以與使用氟聚合物 20膜281形成的内氟聚合物層相同之方式來形成外氟聚合物 層。 然後,光製的管狀結構可以150至18〇卞烘烤2〇至30分 鐘。當然,烘烤溫度及時間可能依據用於形成管狀結構的 特定樹脂、所形成管狀結構的尺寸及出現的層數等因素而 23 200417463 定。在管狀結構被烘烤及管狀結構中的樹脂固化之後,其 從心軸216拉取。其他實施例中,管狀結構中的一樹脂可在 環境溫度下固化。可利用此技術習知的處理來從心軸拉取 官狀結構。譬如,可在其上拉取管狀結構的同時將心軸216 5 予以拘限。 可能具有其他修改。譬如,若不具有盤捲在心軸216 周圍的第一及一第二層織物材料,其他實施例中,可能只 將一層織物材料捲繞在心軸216周圍。 設計本發明的實施例使其可通過工廠相互研發組織 10 (Factory Mutual Research)所研發的 Duct Test Standard
Ninnber#4922測試。工廠相互研發組織(Fact〇ry Mmual Research)係與數家大型工業承保者相關並研發出一種加以 Test Standard Number#4922,藉此可使其及其相關互保者認 為可在火災波及塑膠導管時預測出實際發生的結果。其他 15承保者已經採用FM#4922測試作為其本身的判斷標準,以 決定塑膠導管件内部是否應具有灑水器。 在FM測試中,一來自鍋盆或庚烷的火焰係產生在一密 閉件内且被一600叹/分鐘操作的風扇拉入一 圓周χ24吸 長導管的一端。在相對端,一排放風扇將火焰吸入導管内, 20模擬一排放導管系統。一系列熱電偶沿著導管分隔開來且 連接至一記錄器。此測試為一種進行(go)/不進行(n〇-g〇)的 判斷標準。為了通過測試,導管不可在15分鐘長度内從一 知燒到另一端,且一接近風扇端的熱電偶感應器不可記錄 到1000°F。一視孔相距火端點約23呎處,不應呈現任何火 24 200417463 ★果非孟屬$官然法通過此判斷標準,則根據工廠相 互研發組織的標準,非金屬導管件必須在其内部裝設有灑 水器。 FM#4922的另-型恶係為煙霧移除判斷標準。在此程 5序中,线速度等於約細吹/分鐘(_·6公尺/分鐘)。此測 試進行10分鐘。如果⑴導管保持整體性,且⑺煙霧未從火 暴路端的表面或;^官外表面發出(在火測試期間),則准許 此煙霧移除測試結果。 隨者如同半導體業中使用的所謂潔淨室增加其用途, 10工廠相互研發組織係修改其測試以將上述判斷標準列入考 慮,亦即不應允許導管外部有過度煙霧,亦不應允許導管 崩/貝。這些要件的理由在於潔淨室内的空氣以極高速率再 循環。因此,對於裝設在潔淨室附近的導管件,火災期間 來自導管外部的煙霧將循環至潔淨室區域内,且如果導管 15朋潰,則不可能從此區域排出。此等狀況將污染潔淨室内 所包含的產品、其設備及潔淨室表面本身,導致大幅損害 成本。因此’隨著潔淨室環境的潔淨需求提高,塑膠排放 導管的火及煙霧性質益加重要。設計本發明的實施例使其 通過FM#4922測試。 20 除了能夠通過上述FM測試之外,本發明的實施例具有 數項其他優點。第一,本發明的實施例可快速製成。本發 明的部分實施例當對於外層使用一快速固化樹脂時可在約 2小時内製成(而非其他習知或其他瓖境固化式酚性導管之 6小時)。相較於利用一樹脂浸入處理所形成之一内襯墊, 25 200417463 由捲繞的氟聚合物膜形成之内襯墊可快速且有效率地形 成。第二,因為使用一預成形的層來形成管狀結構,可減 輕用以生成管狀結構之製造設施中的臭味。譬如,本發明 的實施例中並不需要大量之諸如乙烯酯樹脂(具有苯乙烯) 5 等揮發性化學物。第三,氟聚合物在焚燒時將釋出比諸如 乙烯酯等其他材料更少之煙霧。第四,氟聚合物襯墊比起 習知導管中的内襯墊具有更輕重量且可製成更薄。 上述所有美國專利案、美國專利申請案及公開案基於 各種目的以引用方式併入本文中。 10 本文已採用的名稱與表示方式係為說明而非限制性 質,無意使用此等名稱及表示方式作為所顯示與描述特性 或其部分之排他性等效物,已知在本發明範圍内可能具有 各種不同的修改。並且,本發明的任何實施例之任一或多 個特性皆可與本發明之任何其他實施例的任一或多個特性 15 合併,而不脫離本發明的範圍。譬如,對於金屬/氟聚合物 膜管狀結構實施例所揭露之特性(譬如所提及類型的氟聚 合物材料)可與對於玻璃纖維強化塑膠管狀結構實施例所 揭露之特性合併,而不脫離本發明的精神與範圍。 I:圖式簡單說明3 20 第1圖顯示根據本發明的一實施例之一三層式管狀結 構的軸向橫剖視圖; 第2圖顯示一將一金屬層層疊至一氟聚合物之處理的 示意側視圖; 第3圖顯示一可將一複合片蝸旋式盤捲成一具有一螺 26 200417463 旋形接缝的管狀結構之示範性設備的俯視圖; 第4圖顯示一滾子在一複合片中形成接縫元件時之橫 剖視圖; 第5圖顯示一具有接缝元件之複合片; 5 第6圖顯示一複合片如何蝸旋式盤繞形成一管狀結構 之方式; 第7(a)至7(d)圖顯示一管狀結構如何利用一心軸形成 之示意圖。 【圖式之主要元件代表符號表】 2,3,8,8a,8b,17···滾子 30…構架形成總成 3a…齒輪輪系 110,200…管狀結構 4···齒輪減速器 112,281…氟聚合物膜 5…馬達 114···中間黏劑層 10…硬化斜面碟 116…外金屬層 11…間隔單元 150…幸昆 12…轴 160…複合片 18…成形滾子 201…樹脂供源 19…第一接縫元件 210…螺旋形接縫 20…第二接縫元件 216…心轴 22…握入滚子 219···可固化樹脂 22a,53…框架 220…織物材料 27
Claims (1)
- 200417463 拾、申請專利範圍: 1. 一種用於製造一管狀結構之方法,該方法包含: (a) 修改一襄聚合物膜的一表面; (b) 在(a)之後,將該氟聚合物膜結合至一金屬層, 5 藉以形成一複合片;及 (c) 將該複合片定型成一管狀結構。 2. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該管狀結構為一導 管。 3. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該表面修改係包含 10 使該表面暴露於一包含氧與氟之氣態混合物。 4. 如申請專利範圍第1項之方法,進一步包含在(a)之後及 (b)之前將一黏劑施加至該經修改的表面。 5. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該定型係包含蝸旋 式盤捲該複合片。 15 6.如申請專利範圍第1項之方法,其中該表面修改係包含 修改該氟聚合物膜表面的接觸角。 7.如申請專利範圍第1項之方法,其中該氟聚合物膜表面 修改係包含使該表面暴露於一電暈放電、一電漿#刻或 一鈉餘刻處理。 20 8.如申請專利範圍第1項之方法,其中該氟聚合物膜包含 聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、乙烯-三氟氯 乙烯(ECTFE)或乙烯-四氟乙烯(ETFE)。 9.如申請專利範圍第1項之方法,其中該定型係包含蝸旋 式盤捲該複合片及形成一螺旋形接缝。 28 200417463 10. —種管狀結構,其包含: (a) —金屬層; (b) —氟聚合物膜; (c) 一黏劑層,其位於該金屬層與該氟聚合物膜之 5 間;及 (d) —螺旋形接缝,其形成於該管狀結構中。 11. 如申請專利範圍第10項之管狀結構,其中該黏劑層直接 地接觸該貌聚合物膜及該金屬層。 12. 如申請專利範圍第10項之管狀結構,其中該管狀結構為 10 一導管。 13. 如申請專利範圍第10項之管狀結構,其中該氟聚合物膜 包含一乙稀-三氟氯乙稀共聚物。 14. 如申請專利範圍第10項之管狀結構,其中該金屬層包含 鋁。 15 15.—種用於形成一管狀結構之方法,該方法包含: (a) 將一經表面修改的氟聚合物膜捲繞在一心轴周 圍; (b) 將一層織物材料捲繞在該氟聚合物膜上及以一 樹脂材料來飽和該層織物材料; 20 (C)固化該樹脂材料以形成一管狀結構;及 (d)從該心軸移除該管狀結構。 16.如申請專利範圍第15項之方法,其中在(b)之後及(c)之 前進一步包含: 輥製該樹脂飽和層的織物材料。 29 200417463 17. 如申請專利範圍第15項之方法,其中該樹脂材料包括一 盼性樹脂。 18. 如申請專利範圍第15項之方法,其中利用一鈉蝕刻處 理、一電暈放電處理或一反應性氣體處理來修改該經表 5 面修改的氟聚合物膜。 19. 一種空氣導管,包含: (a) —具有一經修改表面之内氟聚合物膜;及 (b) —外經固化樹脂浸入式織物層。 20. 如申請專利範圍第19項之空氣導管,進一步包含一在該 10 氟聚合物膜與該外固化樹脂浸入式織物層之間含有一 經固化樹脂層之中間層。 21. 如申請專利範圍第19項之空氣導管,其中該氟聚合物膜 包含 ECTFE、FEP、PTFE 或 ETFE。 22. 如申請專利範圍第19項之方法,其中該氟聚合物膜及該 15 外固化樹脂浸入式織物層係直接地接觸。 23. 如申請專利範圍第19項之方法,其中該空氣導管進一步 包含位於該外層上之一或多個額外層。 24. 如申請專利範圍第19項之空氣導管,其中利用一鈉蝕刻 處理、一電暈放電處理或一反應性氣體處理來修改該氟 20 聚合物膜的經修改表面。 25. 如申請專利範圍第19項之空氣導管,進一步包含一位於 該氟聚合物膜與該外固化樹脂浸入式織物層之間的中 間黏劑層。 30
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