TWI293918B - Tubular structures and methods for making the same - Google Patents

Description

1293918 狄、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 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氣等腐蝕性化學物及諸 如氫氧化鈉或次氣酸鈉等燒灼物運送至一處理中心以處理 污水。 10 【】 發明背景 雖然既有的管狀結構足堪運送燒灼性或腐钱性流體， 仍可將其改良。譬如，已經使用纖維強化塑膠(FRP)導管來 運送腐蝕性氣體。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餘性氣體 形成良好障壁。 本發明的貝％例個別地及共同地針對上述與其他實施 20 例0 【發明内容3 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。官狀結構理想上可防火、且亦可防化學物。雖 1293918 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 氧聚合物層之間；及(d)—螺旋形接縫，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 心轴周圍；（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 I5 e狀結構；及(d)從心轴移除管狀結構。 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 弟1圖顯不根據本發明的一實施例之一三層式管狀結 構的轴向橫剖視圖； 20 第2圖顯示一將一金屬層層疊至一氟聚合物之處理的 不意側視圖， 第3圖顯示一可將一複合片蝸旋式盤捲成一具有一螺 旋形接縫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 1293918 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蜗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。 I：實施方式】 較佳實施例之詳細説明 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）、導管成空氣導管。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1117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 本發明實施例之交氣導管最好可通過FM Duct Test Standard#4922，亦 <運送燒灼性及/或腐餘性氣體。FM Duct 15 Test Standard#4922進〆步詳細描述於下文。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 轴向橫剖視圖。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 1293918 化性流體形成一障壁。 雖然第1圖所示的管狀結構I10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。 10 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，其可散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酯層（譬如25 密耳厚）與一外酴性樹脂層之間。 15 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蝕性、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。 20 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4展性金屬，諸如㉝或其合金、鍵 鋅鋼、不錄鋼或軟鋼。 氟聚合物膜m可能具有任何適當的形式。氣聚合物膜 m較佳為—片不可滲透性氟聚合物材料的形式。氟聚合物 1293918 膜m可具有任何適當的厚度，包括小於約⑽密耳的厚度。 氟聚合物膜112可經充填或未經充填。譬如，氟聚合又物 膜112可包含顆粒或纖維。部分實施例中，顆粒可為可賦予 氣聚合物膜112傳導性之傳導性顆粒。部分實施例中，可能 5需要使官狀結構110具有傳導性。譬如，一傳導性潔淨室導 官可有利地消散電荷（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，，可包含任何適當的氟聚合 物。其譬如可包括由含有氟的單體單元所形成之一均聚物 1〇或共聚物。範例包括乙烯-四氟乙烯(ETFE)、乙烯-三氟氣乙 烯(ECTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧(pFA)、聚氟乙 烯(PVF) '聚氟化亞乙烯(PVDF)、聚三氟氣乙烯(PCTFE)、 聚四氟乙烯(PTFE)及其混合物。可購得此等氟聚合物膜。 另一適當的氟聚合物材料為可購自南卡州橙堡的宙斯產品 15 (Zeus Pr〇ducts)之聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯醚共聚物（或 MFA樹脂）。 氟聚合物膜譬如可比可能焙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 的一氟聚合物層係需要較厚，藉以降低在所形成襯墊上生 20 成針孔之可能性。另一方面，氟聚合物膜係預先成形且可 製成薄狀及不可滲透性。亦難以利用一粉末塗覆處理來形 成一平坦且平整的内襯墊。另一方面，氟聚合物膜係預先 成形且可具有一均勻厚度。此外，氟聚合物一般具有高融 化溫度，所以需要高熱量來將氟聚合物粉末結合至一金屬 9 1293918 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。 5 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HALAR™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、 10 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。 15 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。並且’雖 20 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 1293918 之後其結合至一金屬層以形成一複合片。然後，將複合片 疋型成一管狀結構。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112一或兩側，以改善I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 1293918 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%F2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 聚合物膜的升溫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 1293918 物膜的表面。亦可利用電暈放電處理來降低氟聚合物膜的 一表面之接觸角。適合將層進行電暈處理之設備為此技術 所熟知。譬如，一種電暈放電設備描述於美國專利案 3，133，193號，該案以引用方式整體併入本文中。—般而言， 5適田的電暈放電設備包括H絕緣覆蓋件之接地金 屬滚子，及一與輕的圓柱軸線呈平行安裝之電極。氟聚合 物膜通過絕緣的輕上方，且電暈形成於電極與氣聚合物膜 之間。身為電極與絕緣的滾子覆蓋件之間距之電極間隙在 部分案例中可為約30至約100密耳。電暈放電設備可包括一 10用於供應氮之構件，及一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¥數(p0Wer c〇nstant)表示，其傳統上以瓦特分鐘 每平方吸層面積作為單位。功率常數等於以瓦特為單位的電 15暈功率除以層寬度與収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 免理的特疋氟聚合物膜而改變。譬如，可設計一小型實驗 至規模電暈處理機用來以約7至72呎每分鐘的速率處理一4 吋寬的層腹板。此設備可使用約5〇至約15〇瓦特的放電藉以 2〇獲仔適當的功率常數。大型商用電暈處理機需要對應較高 的功率。譬如’以5〇〇或1〇〇〇呎每分鐘的線速度來處理6呎 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 侍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 1293918

具有對應較大的電極面積。

為鈉餘刻處理）等濕侧處理來修改氟聚合物膜的表面。該 處理首先係以溶黯理待修改的表面織研磨。適當的溶 然後’精由混合納金屬、萘及 將一氟聚合物膜以浸潰、喷麗 劑包括丙酮及甲基乙基酮。然後 四氫吱喃來製備一溶液。可將一 或其他方式接觸_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

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 型的電漿反應器系統基本上為一包含室，此包含室係包含 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 15率供應源之電極。兩個電極位於一不銹鋼鐘形瓶反應器 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吋直徑且連接至約 13.56MHz的外部電源供應器。電極間的間隙可為約丄吋。 可將一氟聚合物膜放在室中。可利用室中產生的電漿來修 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 氟聚合物膜結合至一金屬層以形成一複合片。複合片可具 有任何適當層數。部分實施例中，可使用一黏劑材料將金 屬層結合至氟聚合物膜。所產生的複合片可能具有充分延 14 1293918 展性故可定型成一管狀結構。 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、丙烯酸酯、 三聚氰胺甲醛、酚甲醛、聚酯、聚胺基甲酸酯、及間苯二 5 酚甲盤黏劑。 部分實施例中，可將經表面修改的氟聚合物膜層疊至 金屬層。可使用一輥疊層處理來將氟聚合物膜層疊至金屬 層。在層疊之後，依需要，複合物可壓縮及/或加熱以利金 屬層與氟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。 用於將氟聚合物膜與金屬層結合在一起之黏劑可能在 層疊之前位於氟聚合物膜及/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 在一起之前使用一滾子塗覆、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n6之經表面修 改的氟聚合物膜112之示意侧視圖。參照第2圖，一輥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 U4。氟聚合物膜112、黏劑層114及金屬層Π6所產生的組 合係可形成一後續可被定型之複合片160。 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116寬度更窄約1/2吋(譬如從各邊緣往内約1/4吋。這 15 1293918 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。 可彻任何適當鍵理蚊型含錢聚合賴ιΐ2、黏 劑層114及金屬層116之複合片⑽。譬如，部分實施例中， 5 一複合片的兩相對端可接合以形成-具有-縱向接縫的管 狀V。構所產生的管狀結構可具有一長方开》、圓开》或卵开》 杈剖面。然而，其他實施例中，藉由將複合物堝旋式盤捲 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16〇之後， 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蜗旋式盤捲成一管 狀結構之設備的俯視圖。參照第3圖，將一複合片16〇供給 通過一對滾子2。各滾子在其端點呈轴頸狀，且滾子被一齒 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，其通過與該對滚子 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 端點呈轴頸狀的軸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 1293918 層。一在端點呈推拔狀之間隔單元η係提供一凹部，藉由 對接的滚子8b的一對應碟1〇將複合片160的一外邊緣往上 推入該凹部中以形成一第二接縫元件。 離開該對滾子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16〇相對側上之第一 及第二接縫元件19、20。 第6圖顯示複合片160蜗旋式盤捲在本身上時第一及第 一接縫元件19、20如何彼此接合的方式。如第6圖所示，當 複合片160蜗旋式盤捲時，第一接縫元件19進入第二接縫元 10件20且其產生接合。一握入滚子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下游之一對滚子17可在複合片160形成一管狀結構之前予 以褶縐。滚子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與互相接合的接縫元 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’且互相接合的接縫元件在管狀結構2〇〇 中形成一螺旋形接縫210。依需要，螺旋形接縫21〇可塗覆 有一適當密封劑以確保螺旋形接縫不可讓流體滲透。適當 的接缝密封劑可包括氟聚合物材料（譬如Viton)、乙烯-酯材 17 1293918 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 10及煙霧性質。第三，利用一氟聚合物内襯墊可使管狀結構 特別有利於運送腐钱性及/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 焰及煙霧性質，且適可運送燒灼性及或腐蝕性流體。 II·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轴周圍。 然後，將一層織物材料捲繞在氟聚合物膜及心轴上。在織 物材料捲繞在心轴周圍之前、之後或同時，以一樹脂材料 20 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， 其從心轴移除。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可蝸旋式捲繞在一心 18 1293918 軸216周圍。在形成的最後管狀結構中，氟聚合物膜281可 形成一官狀結構的一内襯墊^可將任何上述氟聚合物膜捲 繞在心軸216周圍。 心軸216可能是一推拔狀心轴，或可能是一固定直徑的 5心轴。如果心轴216具有固定直徑，則可能將卡紙及/或一 塑膠膜放在心轴216上方（譬如美國專利案5,3〇8,423及 5,306,371號）以利移除所形成的管狀結構。心軸216可由包 括鋼等任何適當材料製成。心轴216亦可具有任何適當的直 徑。譬如，部分實施例中，心轴216的直徑譬如可能為約2 10至約84吋。雖然心轴216為一圓柱的形式’已知在部分實施 例中，心轴可為彎曲狀（譬如一肘管的形式）。 可能已經處理氟聚合物膜281的一或兩表面，如上述， 藉以修改其一或兩側。譬如，如上述，可使用一反應性氣 體處理、電軍處理或餘刻處理來修改一氧聚合物膜Mi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 中可能為六忖寬。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軸216周圍（當心軸216轉動時)。當 19 1293918 鼠聚合物膜281捲繞在心轴216周圍時’氟聚合物膜281可具 有一約1/2忖的重疊量。當然，重疊量可改變。當氣聚合物 膜281捲繞在心轴216周圍時，心轴216可人工或自動地旋轉 以利將氟聚合物膜盤捲在心轴216周圍。 5 當氟聚合物膜281捲繞在心轴216周圍時，一操作者(或 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(a) 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。適當的乙沐S旨樹脂可構自密西根州米名争 10蘭的陶氏化學公司（Dow Chemical Inc·)之品*Dwakane。亦 可使用其他結合材料。其他示範性結合材料包括乙稀g旨社 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^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。在氣 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)六氯内_甲烯式 20 _四氫笨二甲酸酐·，（3)雙酚富馬酸酯；（句間苯二甲酸聚 (5)鄰笨二甲酸聚酯；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⑹型的 樹脂對於溶劑及燒灼物提供較好抵抗性。亦可利用氣聚人 物材料（譬如VitonTM)來密封重疊區域。 σ 1293918 八 ；使用、、"合材料來結合氟聚合物膜281的重疊部 起。/作為添加或取代方式，可將重疊部分溶接在一 # -如可使用熱能或超音波能來將—氟聚合物膜的重 分281結合在_起。熟習該技術者可決定出施加至重疊 Ρ刀之熱里或能量大小。可在包含或不含—結合材料的情 形下達成此作用。 人2果使用-結合材料，一旦結合材料硬化，形成一包 3氟t合物膜281的内襯墊。内襯塾可作為一對於腐純或 $灼性氣體大致不可渗透的障壁層。内襯塾可具有任何適 10田的厚纟。部分實施例中，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捲繞在心轴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。—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 2〇的織物材料220蝸旋式捲繞在心轴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—破 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 1293918 施例中，可能自發性發生固化（譬如，如果使用一間苯二盼 -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。不範性樹脂包括紛性樹脂。一型盼性樹脂為 酚-盤(phenol-aldehyde)樹脂。一種適當的酚邊樹脂購自博 登化學公司（Borden Chemical，Inc·)。其他示範性樹脂包括 間苯二紛-盤或紛-間苯二紛-酸基樹脂系統。此等間苯二紛 10 基系統的範例請見美國專利案4,〇53,447、4,076,873、 4，107，127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、亂花玻璃鈔墊、織造紗束、 15船布(b〇at 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 至陶瓷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 2〇而要形成一傳導性管狀結構(譬如傳導性導管）以消散靜電。 隨後，可將一選擇性第二層的織物材料(未圖示)捲繞在 第一層織物材料220周圍（第7⑷至7(d)圖巾未顯示）。第二層 織㈣料可能是一螺旋形捲繞在第-層織物材料220周圍 之四刀之三盘斯的墊，且隨後被相同（或不同）之用於飽和第 22 I2939ig 一層織物材料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 一層織物材料220及第二層織物材料中所使用之墊譬如可 月色是四分之三盘斯的墊。然而，其他實施例中亦可使用一 5 又二分之一盎斯的墊。 然後，將一種被相同或不同樹脂材料濕潤的選擇性細絲 盤捲玻璃施加至心轴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。 部分實施例中，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 2〇膜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15〇至180°F烘烤20至3〇分 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 1293918 定。在官狀結構被供烤及营狀結構中的樹脂固化之後，其 從心轴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轴拉取 管狀結構。譬如，可在其上拉取管狀結構的同時將心轴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。 设计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 Number#4922測試。工廠相互研發組織（Fact〇ry Mutual Research)係與數家大型工業承保者相關並研發出一種Duct 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呎/分鐘操作的風扇拉入一12，，圓周尥4呎 長導官的一端。在相對端，一排放風扇將火焰吸入導管内， 2〇杈擬一排放導管系統。一系列熱電偶沿著導管分隔開來且 連接至-記錄器。此測試為一種進行(g〇)/不進行(n〇训的 判斷標準。為了通過測試，導管不可在价鐘長度内從一 端燒到另-端；且-接近風扇端的熱電偶感應器不可記錄 到1000 F。-視孔相距火端點約23吸處，不應呈現任何火 24 1293918 焰。如果非金屬導管無法通過此判斷標準，則根據工廠相 互:發組織的標準，非金屬導管件必須在其内部裝設有灌 水器。 FM#4922的另—«係為_移除麟標準。在此程 5序中，空氣速度等於約編吸/分鐘_6公尺/分鐘卜此測 試進行1〇分鐘。如果⑴導管保持整體性且(2)煙霧未從火 暴露端的表面或從導管外表面發出(在火測試期間），則准許 此煙霧移除測試結果。 隨著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 朋/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崩潰，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，導致大幅損宝 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。 2〇 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環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 1293918 由捲，的氟聚合物膜形成之内襯藝可快速且有效率地形 成。弟-，因為使用一預戒形的層來形成管狀結構，可減 輕^生成管狀結構之製造設施中的臭味。譬如，本發明 黎、例t並不需要大量之諸如乙歸g旨樹脂(具有苯乙婦〕 、揮u化予物。第二，氟聚合物在焚燒時將釋出比諸如 乙稀醋等其他材料更少之煙霧。第四，氣聚合物觀塾比起 習知導管中的_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。 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 各種不同的敍。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 膜官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 揭路之特性合併，而不脫離本發明的精神與範圍。 【圖式簡單說明】 2〇 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—螺 26 1293918 旋形接縫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圖顯示一具有接縫元件之複合片； 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···滚子 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…親 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…握入滾子 219…可固化樹脂 22a，53…框架 220…織物材料 27

Claims (1)

1. 2126396號專利申請案申請專利範圍修正本96年8月 、申請專利範圍： 一種用於製造一管狀結構之方法，該方法包含·· (a) 改質一氟聚合物膜的表面； (b) 在(a)之後，將該氟聚合物膜結合至一金屬層， 5 藉以形成一複合片材；及 (c) 將該複合片材塑型成一管狀結構。 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，其中改質該表面之步驟 10 係包含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，其進一步包含在(a)之後 及在(b)之前將一黏劑施加至該經改質的表面。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該塑型步驟係包含 螺旋式盤捲該複合片材。 15 6.如申請專利範圍第1項之方法，其中改質該表面的步驍 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，其中改質該氟聚合物膜 表面的步驟係包含使該表面暴露於一電暈放電、一電漿 餘刻或一納钱刻處理。 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，其中該塑型步驟係包含 螺旋式盤捲該複合片材及形成一螺旋形接縫。 28 Π瞧修正 _ 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) —螺旋形接縫，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，其中該黏劑層係直 接地接觸於該氟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 包含一乙烯-三氟氣乙烯共聚物。 14.如申請專利範圍第10項之管狀結構，其中該金屬層包含 銘。 15 15.—種用於形成一管狀結構之方法，該方法包含： (a) 將一經表面改質的氟聚合物膜捲繞在一心轴周 圍； (b) 將一織物材料層捲繞在該氟聚合物膜上及以一 樹脂材料來飽和該織物材料層； 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)之後及在(c) 之前進一步包含： 輥製該經樹脂飽和的織物材料層。 29 17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該樹脂材料包括一 齡性樹脂。 18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該氟聚合物膜之經 改質的表面係利用一鈉蝕刻處理、一電暈放電處理或一 5 反應性氣體處理來改質。 19. 一種空氣導管，其包含： (a) —具有一經改質表面之内氟聚合物膜；及 (b) —經固化樹脂浸潰之外織物層。 20. 如申請專利範圍第19項之空氣導管，其進一步包含一在 10 該氟聚合物膜與該經固化樹脂浸潰之外織物層之間之 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項之空氣導管，其中該氟聚合物膜 15 及該經固化樹脂浸潰之外織物層係直接地接觸。 23. 如申請專利範圍第19項之空氣導管，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，其中該氟聚合物膜 之經改質的表面係利用一鈉蝕刻處理、一電暈放電處理 20 或一反應性氣體處理來改質該氟聚合物膜面。 25. 如申請專利範圍第19項之空氣導管，其進一步包含一位 於該氟聚合物膜與該經固化樹脂浸潰之外織物層之間 的中間黏劑層。 30