Многослойный интеллектуальный терморасширяемый рукав из термопластичного полимера
Полезная модель относится к области изготовления изделий из модифицированных полимерных материалов и может быть использовано для производства терморасширяемых изделий, преимущественно рукавов, которые предназначены для использования в качестве защитного материала. Рукав состоит, по меньшей мере, из одного полимерного слоя и, по меньшей мере, одного армирующего слоя, выполненного из нитей волокна или металлической проволоки. Полезная модель повышает механическую прочность на разрыв терморасширяемого рукава.
Полезная модель относится к области изготовления изделий из модифицированных полимерных материалов и может быть использована для производства терморасширяемых изделий, преимущественно рукавов, которые предназначены для использования в качестве защитного материала, обладающего высокими прочностными, изоляционными, антикоррозийными свойствами. Терморасширяемые полимерные рукава могут применяться для защиты внутренних поверхностей труб и трубопроводов различного назначения, а также для бестраншейного восстановления изношенных трубопроводов различных диаметров.
Известен способ для растяжения полых фасонных изделий из термоусаживающихся материалов по а.с. СССР 
1232492 опубликованному 23.05.1986 класс МПК В29С 49/28, В29K 101:00, включающий экструдирование трубы из термопластичного полимерного материала, ее модифицирование, например радиационное, нагрев трубы до пластичного состояния, расширение диаметра трубы в калибрующем устройстве, охлаждение трубы до комнатной температуры. Применение модифицированных полимеров в данном способе позволяет получать изделия с высокими прочностными свойствами.
Недостатком данного способа является невозможность с его помощью получения терморасширяемой трубы, способной увеличить свой диаметр в 1,5-3 раза.
В качестве прототипа выбран терморасширяемый рукав получаемый способом по Патенту РФ 2385228 опубликованному 27.03.2010 класс МПК В29С 63/34 F16L 55/165. в котором изготовление терморасширяемых рукавов или труб производится из термопластичных полимеров, способных при нагреве увеличивать свои габаритные размеры в поперечном сечении (диаметр), благодаря свойству «молекулярной памяти формы».
Недостатком данного рукава является невозможность получения терморасширяемых труб, способных нести большие механические нагрузки на разрыв ввиду того, что он изготавливается из однородного полимерного материала. Использование технологии модифицирования полимерного материала при производстве терморасширяемого полимерного рукава или трубы позволяет увеличить механическую прочность до 2-х раз по сравнению с не модифицированным полимером. Но этих параметров не достаточно в условиях применения терморасширяемого рукава в бестраншейной технологии восстановления трубопроводов (в частности, при затягивании рукава в защищаемую трубу). Кроме того, терморасширяемый рукав в период эксплуатации может подвергаться значительным усилиям на разрыв ввиду непосредственного старения и разрушения основного трубопровода за счет коррозии, что может привести к авариям на трубопроводе.
Задачей настоящей полезной модели является изготовление интеллектуального терморасширяемого рукава из термопластичных полимеров, способного при нагреве увеличивать свои габаритные размеры в поперечном сечении, благодаря интеллектуальному свойству модифицированного полимера - «молекулярной памяти формы», и имеющего увеличенную механическую прочность на разрыв, необходимой для применения интеллектуального терморасширяемого полимерного рукава при восстановления трубопроводов, эксплуатируемых под давлением.
Полимер могут модифицировать химическим или радиационным методом.
Технический результат достигаемый при решении поставленной задачи заключается в увеличении прочности на разрыв терморасшряемого рукава из термопластичных материалов.
Для решения поставленной задачи был разработан многослойный терморасширяемый рукав состоящий, по меньшей мере, из одного полимерного слоя и, по меньшей мере, одного армирующего слоя, выполненного из нитей волокна или металлической проволоки, причем материалы каждого из слоев выбраны из условия увеличения механической прочности терморасширяемого рукава, а количество слоев выбрано в зависимости от задачи применения терморасширяемого рукава.
В качестве материала полимерного слоя может быть использован модифицируемый полимер.
В качестве материала полимерного слоя может быть использован полиолефин.
В качестве материала полимерного слоя может быть использован полиэтилен.
Армирующий слой может быть выполнен из технических нитей - лавсана, капрона, арамидов.
Армирующий слой может быть выполнен в виде, по крайней мере, двух волокон или нитей, переплетенных с образованием протяженной структуры с возможностью осевого растяжения.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из натурального материала.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из синтетического материала.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из полиэфира или полиамида или полиолефина.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из полиэтилентерфталата.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из алифатического полиамида.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из нейлона.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из ароматического полиамида.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из соединения арамида.
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из поли-(р-фенилентерфталатамида).
Волокна или нити армирующего слоя могут быть выполнены из полипарафенилен-терефталамид.
Армирующий слой может быть выполнен в виде спирали или оплетки из металлической проволоки.
Предлагаемый многослойный интеллектуальный терморасширяемый полимерный рукав поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1 - поперечное сечение трех-слойного армированного интеллектуального терморасширяемого полимерного рукава;
На фиг.2 - продольное сечение трех-слойного армированного интеллектуального терморасширяемого полимерного рукава.
Трех-слойный армированный интеллектуальный терморасширяемый полимерный рукав состоит из внутреннего слоя - 1, состоящего из модифицированного полимера, из армирующего слоя в виде оплетки из технических нитей - 2 или металлической проволоки и наружного слоя - 3, состоящего из модифицированного полимера.
Рукав может быть получен следующим способом. Заготовку рукава из термопластичного полимера экструдируют на экструдере любой известной конструкции с наличием возможности изготовления многослойной трубы с армирующим одним или нескольких слоев, затем подвергают модифицированию известными способами, такими, как, радиационное облучение, модифицирование с помощью электронного ускорителя, химическое модифицирование. Полученную модифицированную заготовку нагревают любым известным способом до пластичного состояния материала полимера, тянущими роликами через профилирующие калибры профилируют трубу в осевом, радиальном направлениях и по форме поперечного сечения до уменьшения ее внешних габаритных размеров в поперечном сечении до 3-х от первоначального диаметра заготовки. Деформированную трубу-рукав пропускают через ванну охлаждения, где фиксируют ее размеры, профиль и напряжения, возникшие в материале полимера и армирующем слое при вытяжке и профилировании. После охлаждения полученный многослойный интеллектуальный терморасширяемый рукав сматывают на катушку приемного устройства или разрезают на мерные отрезки и упаковывают.
Изготовленный таким способом деформированный многослойный терморасширяемый рукав обладает «эффектом памяти формы» и при повторном нагревании до температуры пластификации (80-140°С) модифицированного полимера восстанавливает свои первоначальные размеры и форму. При модифицировании полимера изменяются его физико-механические характеристики, так износостойкость повышается в 15-35 раз, что позволяет применять такие рукава в качестве износостойких покрытий в изделиях с особо сложными условиями работы. Армирующий один или несколько слоев увеличивают механическую прочность терморасширяемый рукав в несколько раз в зависимости от применяемого материала.
Материалы для изготовления одного или нескольких армирующих слоев многослойного интеллектуального терморасширяемого рукава следует выбирать таким образом, чтобы в совокупности с полимерными одним или несколькими слоями многослойный терморасширяемый рукав мог выдерживать воздействие окружающей среды, в которой его предполагается использовать. Так, существует необходимость того, чтобы рукав мог пропускать через себя находящиеся под давлением текучие среды, не допуская при этом протечек сквозь стенки. Существует также необходимость того, чтобы рукав мог противостоять осевым и радиальным напряжениям, вызванных требованиями по монтажу многослойного интеллектуального терморасширяемого рукава при выполнении работ по восстановлению или футеровке трубопровода и при его непосредственной эксплуатации в трубопроводе. Основным назначением одного или каждого армирующих слоев является противостояние кольцевым напряжениям, которым подвергается рукав при транспортировке по нему текучих сред. Так, подходящим будет любой армирующий слой, обладающий нужной степенью гибкости, и способный противостоять необходимым напряжениям.
Пример 1. На со-эструзионной линии для производства композитных полимерных многослойных труб, усиленных намоткой из спиральной стальной проволоки труб серии STR при температуре 140 гр. С экструдируют трех-слойный полимерный армированный рукав из полиэтилена высокого давления ПВД марки 153К, при этом изначально к гранулам полиэтилена добавлено 5% винилтриметаксилана (упрощенная формула C2H4Si (ОR)3 ) для обеспечения в дальнейшем силановой модификации полимера. Полученный рукав, армированный спиральной стальной проволокой с наружным диаметром 40,0 мм и толщиной 3,0 мм подвергают для завершения процесса модификации обработке в течение 5 часов в водяной ванне с температурой воды 95°С. Затем модифицированную химическим способом рукав пропускают через емкость с глицерином, нагретым до температуры 140°С и с помощью тянущего устройства при скорости 1,0 м/мин и усилием 25 кгс протягивают разогретый рукав из емкости через калибрующее устройство меньшего диаметра, в котором происходит уменьшение диаметра рукава с одновременным увеличением его длины, при этом калибр охлаждается оборотным водоснабжением температурой 20°С и имеет отверстия по своей поверхности для обеспечения вакуумного прижатия наружной стенки трубы к внутренней стенке калибра. При протягивании разогретого рукава происходит его вытяжка до достижения диаметра D=30 мм и ее осевого удлинения в 1,7 раз. Далее полученный растянутый рукав 1 протягивают через ванну охлаждения с температурой воды 20 гр. С. Получаем терморасширяемый рукав 1 с наружным диаметром D=30 мм и толщиной стенки 2,0 мм, при этом рукав имеет способность «вспомнить» свои первоначальные размеры при нагреве до температуры 170°С. Таким образом, полученный рукав при нагреве до указанной температуры может увеличиться в диаметре до 40 см, уменьшаясь соответственно в длину в 1,7 раз.
Пример 2. На трехлойной со-эструзионной линии серии STR для производства композитных, усиленных намоткой из синтетической нити труб, при температуре 145°С экструдируют полимерный армированный рукав из полиэтилена высокого давления ПВД марки 153-10К. Полученный рукав с наружным диаметром 21,0 мм и толщиной стенки 3,0 мм подвергают радиационному гамма-облучению на облучательной установке до поглощенной дозы 10±1 Мрад. Затем модифицированный рукав пропускают через емкость с глицерином, нагретым до температуры 145°С, и с помощью тянущего устройства при скорости 2,0 м/мин и усилием 10 кгс протягивают разогретый рукав из емкости в калибр в котором рукав уменьшает свой диаметр, при этом калибр охлаждается оборотным водоснабжением температурой 20°С и имеет отверстия по своей поверхности для обеспечения вакуумного прижатия наружной стенки рукава.к внутренней стенке калибра. При протягивании разогретого рукава через калибр происходит его вытяжка до достижения диаметра 10,0 мм, при этом происходит осевое удлинение трубчатой заготовки примерно в 2,5 раза. При протягивании разогретого рукава через калибр происходит его деформирование, при этом его наружные габариты со значения 10 мм уменьшаются до 7 мм. Далее полученный деформированный в осевом направлении рукав протягивают через ванну охлаждения с температурой воды 20°С. В результате получаем трехслойный интеллектуальный терморасширяемый рукав с наружным диаметром 7 мм и толщиной стенки 1,2 мм, у которого верхний (первый) и внутренний (третий) полимерные слои являются радиационно-модифицированными. Внутренний (второй) слой в виде оплетки из синтетических нитей является армирующим слоем. При нагреве до температуры 145°С этот рукав способен принять первоначальную форму и размеры: наружный диаметр 21 мм, толщину стенки 3,0 мм.
Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, описание полезной модели следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой полезной модели.
1. Многослойный терморасширяемый рукав, состоящий по меньшей мере из одного полимерного слоя, состоящего из модифицируемого полимера, и по меньшей мере одного армирующего слоя, из нитей, волокна или металлической проволоки, причем материалы каждого из слоев выбраны из условия увеличения механической прочности терморасширяемого рукава.
2. Рукав по п.1, отличающийся тем, что армирующий слой выполнен из технических нитей.
3. Рукав по п.1, отличающийся тем, что армирующий слой выполнен в виде, по крайней мере, двух волокон или нитей, переплетенных с образованием протяженной структуры с возможностью осевого растяжения.
4. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из натурального материала.
5. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из синтетического материала.
6. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из полиэфира или полиамида, или полиолефина.
7. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из полиэтилентерфталата.
8. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из алифатического полиамида.
9. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из нейлона.
10. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из ароматического полиамида.
11. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из соединения арамида.
12. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из поли-(р-фенилентерфталатамида).
13. Рукав по п.1, отличающийся тем, что волокна или нити армирующего слоя выполнены из кевлара.
14. Рукав по п.1, отличающийся тем, что армирующий слой выполнен в виде спирали или оплетки из металлической проволоки.
