МНОГОСЛОЙНАЯ ТРУБА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к трубопроводной технике, в частности, к многослойным трубам из металла и полимеров изготовленных методами экструзии, пултрузии или формования для транспортировки жидких и газообразных сред, для систем отопления, горячего и холодного водоснабжения, газоснабжения, систем напольного отопления, панельного отопления и кондиционирования, систем снеготаянья и антиобледенения, систем использования геотермального и низкопотенпиального тепла, технологических систем теплообмена, систем подачи сжатого воздуха, технологических трубопроводов, систем противопожарного водоснабжения. Другие области применения включают транспортировку газов, жидкостей сред и суспензий.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многослойные металлополимерные трубы хорошо известны и в большом количестве описаны в литературе. Благодаря своим преимуществам многослойные металлополимерные трубы заслуженно нашли широкое применение в различных сферах.
Известны многослойные трубы, в которые состоят из металлического слоя окруженного полимерным слоем (RU 2415333 С2, от 08.08.2006, F16L 59/00, В32В 27/32, В32В 27/06). Многослойные трубы используются, например, в случаях, когда требуется повышенная механическая прочность, долговременная прочность при повышенных температурах, или необходимы упрочняющий слой, и барьерный слой, обеспечивающий кислородонепроницаемость.
В последнее время большой популярностью пользуются многослойные металлополимерные трубы, включающие барьерные слои на основе алюминия, который так же является упрочняющим слоем (RU 88311 U1, от 05.08.2009, В32В 15/08, В29С 47/04, В82В 3/00). При установке систем бытового отопления, водоснабжения, газоснабжения металлический слой обеспечивает особые и важные преимущества: в частности, при изгибании труб они сохраняют новую конфигурацию, в противоположность пластиковым трубам без металлического упрочняющего барьерного слоя, которые стремятся вернуть свою исходную форму.
Обычно, металлический слой в металлополимерной трубе получают путем формирование трубы из металлической ленты, с последующим свариванием ее краев. Наиболее распространенными способами сварки краев металлической ленты являются: сварка внахлест ультразвуком, ТIG-сварка, лазерная сварка.
Во многом, возможность сваривания определяет выбор сплава для металлического слоя металлополимерной трубы, и в тоже время ориентирование на свариваемость сплава существенно сужает возможность оптимизации физических параметров и себестоимости металлополимерной трубы,. Например, хорошо известно, что путем внесения легирующих добавок в алюминий можно получать алюминиевую ленту с широким диапазоном физических характеристик, таких как прочность, гибкость, пластичность. В то же время наличие легирующих примесей может снижать стоимость сплава. Но при содержании алюминия в сплаве менее 96..97% сплав теряет свойство свариваемости. В основном, при производстве металлополимерной трубы компромисс между физическими параметрами трубы и ее себестоимостью приходится достигать варьированием толщиной металлического слоя - или увеличивать прочность трубы увеличивая толщину металлического слоя в ущерб себестоимости, или наоборот снижать себестоимость в ущерб прочности.
Задачей настоящей полезной модели является оптимизация технико-экономических параметров многослойных металлополимерных труб.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Поставленная задача решается тем, что многослойная труба, полученная методами экструзии, и/или пултрузии, и/или формования, включает в себя по меньшей мере один полимерный слой, и по меньшей мере один упрочняющий слой включающий два и более металлических слоя.
Причем, многослойная труба может включать в себя внутренний полимерный слой, и наружный упрочняющий слой, окружающий внутренний полимерный слой.
Причем, многослойная труба может включать в себя внутренний упрочняющий слой, и наружный полимерный слой, окружающий внутренний упрочняющий слой.
Причем, многослойная труба может включать в себя не менее одного внутреннего полимерного слоя, упрочняющий слой, окружающий не менее одного внутреннего полимерного слоя, и не менее одного наружного полимерного слоя окружающего упрочняющий слой.
Упрочняющий слой многослойной трубы может быть сформирован по меньшей мере из двух металлических слоев различных сплавов одного и того же металла, выбранного из группы, включающей: алюминий, железо, медь; или упрочняющий слой многослойной трубы может быть сформирован по меньшей мере из двух металлических слоев сплавов различных металлов, выбранных из группы, включающей: алюминий, железо, медь; причем металлические слои упрочняющего слоя могут быть сформированы способами, выбранными из группы, включающей: многослойную экструзию, плазменное осаждение металлических слоев, электровакуумное напыление слоев, химическое осаждение слоев металла, электрохимическое осаждение слоев металла, или иной способ формирования многослойного металлического слоя.
Упрочняющий слой многослойной трубы может быть сформирован в виде гладкой или гофрированной трубы из многослойной металлической ленты, включающей по меньшей мере два металлических слоя различных сплавов одного и того же металла, выбранного из группы, включающей: алюминий, железо, медь; или упрочняющий слой многослойной трубы сформирован в виде гладкой или гофрированной трубы из многослойной металлической ленты, включающей по меньшей мере два металлических слоя сплавов различных металлов, выбранных из группы, включающей: алюминий, железо, медь; причем, слои многослойной металлической ленты сформированы способами, выбранными из группы, включающей: металлургический, многослойное литье металлов, плазменное осаждение металлического слоя, электровакуумное напыление, химическое осаждение металла, электрохимическое осаждение металла, склеивание, пайку, сварку, сварку взрывом, прокатку, или иной способ формирования многослойной металлической ленты.
Примером реализации многослойной металлической ленты может быть лента состоящая из трех слоев различных сплавов алюминия; два наружных слоя для обеспечения хорошей свариваемости и/или адгезии выполнены из сплава с высоким содержанием алюминия, а внутренний слой из алюминиевого сплава легированного добавками для достижения требуемых соотношений физических характеристик и стоимости - таким образом, тонкие наружные слои из дорогостоящего сплава с высоким содержанием основного металла обеспечивают свариваемость краев ленты при формировании из нее трубы, а внутренний слой формирует физические и механический свойства ленты благодаря использованию сплава легированного общеизвестными добавками. Такой подход существенно расширяет диапазон механических и физических характеристик алюминиевой ленты, и следовательно, самой многослойной трубы. Дополнительным преимуществом такого подхода, является то, что в качестве внутреннего слоя может быть использован сплав из вторично переработанного металла.
Поверхности упрочняющего слоя многослойной трубы могут быть не обработаны путем физической поверхностной модификации, химической поверхностной модификации, наноразмерной модификации поверхности; или по меньшей мере одна поверхность упрочняющего слоя многослойной трубы обработана путем физической поверхностной модификации, при этом поверхностную модификацию выбирают из группы, включающей обработку высоковольтными барьерными разрядами атмосферного давления, плазменную обработку, обработку ультразвуком, электровакуумное напыление, абразивную обработку, абляцию и очистку, или обработана путем химической поверхностной модификации, при этом поверхностную модификацию выбирают из группы, включающей очистку растворителями, очистку химикатами, обработку химическими модификаторами для введения поверхностных функциональных групп, осаждение поверхностных слоев путем плазменного осаждения полимерного слоя, содержащего функциональные группы, осаждение стекловидного слоя, и другие технологии поверхностного покрытия для улучшения его характеристик смачивания; или по меньшей мере на одной поверхности упрочняющего слоя многослойной трубы путем наноразмерной поверхностной модификации сформирован нано-размерный рельеф, и/или нано-субмикроразмерный рельеф, и/или нано-микроразмерный рельеф, и/или периодический наноразмерный рельеф, при этом поверхностную наноразмерную модификацию выбирают из группы включающей: обработку высоковольтными барьерными разрядами атмосферного давления, плазменную обработку, обработку ультразвуком, электровакуумное напыление металлов, химическое травление, электрохимическим травление и другие технологии наноразмерной модификации поверхности для увеличения адгезионной прочности между слоями металла и полимера.
Дополнительно упрочняющий слой выполняет роль кислородного барьера.
Все полимерные слои многослойной трубы могут быть выполнены из одного полимера, или полимерные слои многослойной трубы могут быть выполнены из различных полимеров.
Причем, полимерные слои многослойной трубы могут быть выполнены из полимеров выбранных из классов, включающих карбоцепные полимеры, гетероцепных полимеров, высокомолекулярные соединения с сопряженной
Причем, полимерные слои многослойной трубы могут быть выполнены из полиолефинов.
Причем, полимерные слои многослойной трубы могут быть выполнены из полимерных композиций.
Причем, полимерные слои многослойной трубы могут быть выполнены из полимерных компаундов.
Причем, полимерные слои многослойной трубы могут быть выполнены из полимеров выбранных из группы, включающей: полиэтилен, представленный на рынке полиэтиленами различной плотности, такими как полиэтилен низкого давления - HDPE, полиэтилен высокого давления - LDPE, линейным полиэтиленом LLDPE; включающей сшитый полиэтилен, который в настоящее время представлен на рынке сшитыми полиэтиленами с различными видами сшивки: пероксидной, обозначаемой - РЕХ-а; силановой, обозначаемой - РЕХ-b; радиационной, обозначаемой - РЕХ-с, и азотной (PEX-d); включающей полиэтилен повышенной термостойкости, обозначаемый как PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance), который представлен на рынке полиэтиленами повышенной термостойкости различных типов: тип I, тип II, тип III, и наиболее распространенными марками Dowlex 2344, Dowlex 2388 - производитель Dow Chemical; DX800 - производитель SK Corporation; XP9000 - производитель Daelim; SP980, SP988 - производитель LG Chem; ELTEX TUB220-RT - производитель INEOS; включающей сополимеры полиэтилена, сополимер этилен-октен, сополимер этилен-октен-1, полипропилен, сополимеры полипропилена, комбинации полиэтилена или сополимеров полиэтилена с полипропиленом или сополимерами полипропилена.
Причем, полимерные слои многослойной трубы могут быть выполнены из полимеров выбранных из группы, включающей полиэфирные смолы, эпоксидные смолы, винил-эфирные смолы, полнуретановые смолы; и армированные волокнами, выбранными из группы, включающей стекловолокно, базальтовое волокно, углеродное волокно.
Полимерные слои многослойной трубы могут не содержать стабилизирующих добавок.
Для улучшения физических свойств многослойной трубы, и расширения сфер ее применения, по меньшей мере один полимерный слой может содержать эффективное количество не менее одной стабилизирующей добавки выбранной из группы, включающей: термостабилизатор, антиоксидант, акцептор радикалов, замедлитель старения, светостабилизатор, УФ-стабилизатор, антипирен. Например, применение светостабилизаторов и УФ-стабилизатор позволяют применять многослойную трубу в качестве газопроводной трубы; применение антипиренов улучшает огнестойкость многослойной трубы, что дает возможность применять ее в качестве трубы для противопожарного водоснабжения.
Полимерные слои многослойной трубы могут не содержать антибактериальных добавок, ионов антибактериальных металлов, наночастиц антибактериальных металлов.
С целью уменьшения заиливания внутренней поверхности полимерной трубы, улучшения качества транспортируемой воды, уменьшения бактериального загрязнения поверхностей трубы, полимерные слои многослойной трубы могут содержать эффективное количество по меньшей мере одной антибактериальной добавки, которые являются концентратом антибактериальных добавок в полимерном носителе. В настоящее время ряд компаний выпускаю концентраты антибактериальных добавок в полимерном носителе. Примером концентрата антибактериальных добавок в полимерном носителе является добавка CESA-antimicro, производитель Clariant.
С целью уменьшения заиливания внутренней поверхности полимерной трубы, улучшения качества транспортируемой воды, уменьшения бактериального загрязнения поверхностей трубы, по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать ионы антибактериальных металлов выбранные из группы, включающей серебро, золото, платину, палладий, иридий, олово, медь, сурьму, висмут, цинк, или по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать наночастицы полученные из антибактериальных металлов выбранных из группы, включающей серебро, золото, платину, палладий, иридий, олово, медь, сурьму, висмут, цинк.
Полимерные слои многослойной трубы могут не содержать теплопроводные добавки, дисперсные теплопроводные наполнители, теплопроводные нанонаполнители.
В целях получения свойства повышенной теплопроводности многослойной трубы, по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать теплопроводные добавки, которые присутствуют в количестве от 0,05 до 45 вес.%. Примером концентратов теплопроводящих добавок являются добавки; Nemcon™ H РЕ компании Ovation Polymers, CoolPoly E8103 компании Cool Polymers Inc.. Аналогичные теплопроводящие добавки для полиолефинов выпускают и ряд других компаний специализирующихся на производстве добавок для полимеров. В настоящее время на рынке присутствуют концентраты теплопроводящих добавок с широким диапазоном коэффициента теплопроводности от 3 до 100 вт/м.К.
В целях получения свойства повышенной теплопроводности многослойной трубы, по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать эффективное количество по меньшей мере одного теплопроводного дисперсного наполнителя в количестве от 0,05 до 45 вес.%, который выбран из группы, включающей нитрид бора, нитрид алюминия, оксид алюминия, гидроксид алюминия, алюминиевый порошок, алюминиевые волокна, алюминиевые чешуйки, железный порошок, железные волокна, железные чешуйки, медный порошок, медные волокна, медные чешуйки, технический углерод, графит, волокна графита, металлизированные стеклянные волокна; или по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать эффективное количество по меньшей мере одного теплопроводного нанонаполнителя в количестве не более 15 вес.%., который получен из группы, включающей: нитрид бора, нитрид алюминия, оксид алюминия, гидроксид алюминия, алюминий, железо, медь, графит, расслоенные глины, слоистые силикаты, керамика.
Полимерные слои многослойной трубы могут не содержать фибру, или по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать фибру из волокон, выбранных из группы включающей стекловолкно, базальтовое волокно, углеродное волокно.
Полимерные слои многослойной трубы могут не содержать наночастиц, или по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать наночастицы выбранные из группы, включающей: фуллерен, астрален, графен, углеродные нанотрубочки, нанотрубочки, полученные из синтетических полимеров.
Полимерные слои многослойной трубы могут не содержать минеральных дисперсных наполнителей, или по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать минеральные дисперсные наполнителей в количестве от 1 до 30 вес.%, и выбран из группы, включающей тальк, слюду, карбонат кальция, каолин, глину, гидроксид магния, силикат кальция, технический углерод, графит, железный порошок, диоксид кремния, диатомит, оксид титана, оксид железа, пемзу, оксид сурьмы, доломит, даусонит, цеолитовый наполнитель, вермикулит, монтмориллонит и гидратированную окись алюминия.
Полимерные слои многослойной трубы могут не содержать минеральных наноразмерных наполнителей, или по меньшей мере один полимерный слой многослойной трубы может содержать минеральные наноразмерные наполнители, которые получены из интеркалированных глин, вспученных глин, расслоенных глин, слоистых силикатов, карбоната кальция, фосфата кальция, карбида кремния и кремнезема.
Многослойная труба по настоящей полезной модели может не содержать полимерных слоев из вспененных полимеров.
Многослойная труба по настоящей полезной модели может содержать по меньшей мере один полимерный слой, который выполнен из вспененного полимера. На рынке представлены различные виды вспененных полимеров (иногда называемых газонаполненными полимерами), которые могут использованы по настоящей полезной модели, это вспененные полимеры на основе термопластичных полимеров с линейной структурой - пенополиолефинов (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полипропилен и др.) и термореактивных - на основе полимеров с пространственной структурой (фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные, винил-эфирные, полиуретановые и др.), наиболее распространенными вспененными полимерами являются: Пенополистирол, пенополивинилхлорид, пенополиуретан, поролон, пенофенопласт, пенополипропилен, пенополиэпоксид, пенокарбамид, пеноизол, пенополиэтилен, вспененный этиленпропиленовый каучук.
Многослойная труба по настоящей полезной модели может не содержать полимерных слоев из вспучивающихся огнезащитных композиций.
Многослойная труба по настоящей полезной модели может содержать по меньшей мере один полимерный слой, который состоит из вспучивающихся огнезащитных композиций на основе интеркалированного графита, и/или интеркалированных глин.
Слои многослойной трубы по настоящей полезной модели могут быть соединены непосредственно друг с другом, или не менее одной пары соседних слоев полимерной трубы могут быть соединены адгезивным слоем..
Адгезивный слой по настоящей полезной модели может представлять собой слой адгезива.
Адгезивный слой по настоящей полезной модели может представлять собой смесь полиолефинового полимера с адгезивом, причем полиолефиновый полимер присутствует в количестве не более 90 вес.%.
Адгезивный слой по настоящей полезной модели может представлять собой функциональный полиолефиновый полимер содержащий боковые полярные функциональные группы.
Адгезивный слой по настоящей полезной модели может представлять собой смесь полиолефинового полимера и функционально полиолефинового полимера содержащего боковые полярные функциональные группы, причем полиолефиновый полимера присутствует в количестве не более 90 вес.%.
Адгезивный слой по настоящей полезной модели может представлять собой смесь полиолефинового полимера и неорганического дисперсного наполнителя содержащего боковые полярные функциональные группы.
Добавление в полимерные слои многослойной трубы добавок, наполнителей, нанонаполнителей, производится перед экструзией, формованием, пултрузией полимеров путем смешения полимера с наполнителем (добавками, нанонаполнителями) в миксере, или подготовкой смеси путем перегрануляции в двухшнековом экструдере, или путем прямой подачи в экструдер компонентов полимерного слоя с помощью вакуумных или гравиметрических загрузчиков, или иным технически реализуемым способом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показана принципиальная схема многослойной трубы с трехслойным металлическим упрочняющим слоем.
ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Как показано на Фиг.1 многослойная труба состоит из внутреннего полимерного слоя 1, внутреннего адгезивного слоя 2, наружного полимерного слоя 3, наружного адгезивного слоя 4, и расположенного между внутренним и наружним адгезивными слоями трехслойный упрочняющий слой 5, состоящий из двух наружных слоев металла 6, и внутреннего металлического слоя 7.
Полимерную трубу получают методом экструзии, и/или формования, и/или пултрузии.
В целях расширения функциональных свойств многослойной трубы, и улучшения технических характеристик многослойной трубы полимерные слои могут содержать стабилизирующие, антибактериальные, теплопроводные добавки, различные наполнители и нанонаполнители, которые добавляются в полимеры перед экструзией, формованием, пултрузией путем смешения в миксере, или подготовкой смеси путем перегрануляции в двухшнековом экструдере, или путем прямой подачи в экструдер компонентов полимерного слоя с помощью вакуумных или гравиметрических загрузчиков, или иным технически реализуемым способом.
Использование в многослойной трубе в качестве упрочняющего слоя многослойный металлический слой позволяет оптимизировать технические и стоимостные показатели многослойной трубы.
Устройство работает следующим образом:
Многослойная труба, полученная методами экструзии, и/или пултрузии, и/или формования, включает в себя по меньшей мере один полимерный слой, и по меньшей мере один упрочняющий слой включающий два и более металлических слоя. За счет применения в упрочняющем слое двух и более слоев металла в различных комбинациях сплавов одного металла, или сплавов различных металлов достигается компромисс свойств упрочняющего слоя.
Например, наружный, или наружные слои упрочняющего слоя выполняются в виде тонкого слоя из дорогостоящего сплава с высоким содержанием основного металла для обеспечения свариваемости, и/или лучшей адгезии, а требуемые механические характеристики обеспечиваются внутренним недорогим сплавом с легирующими добавками.
Таким образом, устройство позволяет оптимизировать технические и стоимостные показатели многослойной трубы в зависимости от ее назначения, например: снизить стоимость многослойной трубы при сохранении ее физических параметров, улучшить физические параметры многослойной трубы при сохранении ее стоимости, или найти компромисс между стоимостью и требуемыми физическими характеристиками многослойной трубы.
Предложенное устройство является промышленно применимыми с помощью существующих технических средств. (Планируется начать серийное производство в 4 кв. 2011 г.)
Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящей полезной модели возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящая полезная модель охватывает возможные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема полезной модели, раскрытого в прилагаемой формуле полезной модели.