БАРЬЕРНАЯ СТРУКТУРА И СПОСОБ ЕЕ СОЗДАНИЯ
BARRIER STRUCTURE AND METHOD OF MAKING SAID STRUCTURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение, в основном, касается барьерных структур и способов создания таких структур, а также изделий, сделанных из этих барьерных структур, и способов производства таких изделий.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Полимеры с низкой поверхностной энергией, такие как фторполимеры, проявляют хорошие химические барьерные свойства, проявляют устойчивость к повреждению, вызываемому воздействием химических соединений, имеют устойчивость к травлениям, демонстрируют устойчивость к повреждению, которое вызывается условиями окружающей среды, и, как правило, образуют антиадгезионную поверхность. Несмотря на то что такие полимеры с низкой поверхностной энергией пользуются спросом, данные полимеры, как правило, дорогие. К тому же такие полимеры проявляют низкие характеристики смачивания и, принимая во внимание их склонность к образованию антиадгезионной поверхности, плохо прилипают к другим полимерным подложкам.
Для конкретных применений многослойных изделий производители обратились к высокотемпературной обработке и высокотемпературному сшиванию. Например, как правило, используют температуры свыше 350°F. К сожалению, эти высокие температуры часто превышают температуры плавления или даже распада многих желаемых подложек и покрытий. Соответственно, фторполимеры, как правило, в промышленном масштабе приклеивают к подложкам с высокими температурами плавления. Такие многослойные изделия являются, как правило, дорогими, так как они ограничены подложками с высокими температурами плавления. В промышленном масштабе было достаточно трудно приклеить к подложкам с низкими температурами плавления, которые зачастую являются более экономичными.
Следовательно, было бы желательным предоставить как улучшенное многослойное изделие, так и способ производства такого многослойного изделия.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В варианте осуществления изобретения предлагается барьерная структура. Барьерная структура включает фторполимерный слой и полимерный слой. Фторполимерный слой имеет основную поверхность, которая подвергнута С-обработке. Полимерный слой покрывает основную поверхность фторполимерного слоя. Барьерная структура имеет время определения прорыва при проникновении химических соединений более чем приблизительно один час для опасных химических соединений, как он измеряется по ASTM F739.
В другом примерном варианте осуществления предлагается защитное изделие. Защитное изделие включает фторполимерный слой с основной поверхностью, где основная поверхность подвергнута С-обработке. Полимерный слой покрывает основную поверхность фторполимерного слоя. Защитное изделие имеет время обнаружения прорыва при проникновении химических соединений более чем приблизительно один час для опасных химических соединений, и огнестойкость, при которой защитное изделие не воспламеняется во время трехсекундного воздействия пламенем при тестировании в соответствии с ASTM F1358.
В дополнительном варианте осуществления изобретения предлагается система защитной оболочки. Система защитной оболочки включает фторполимерный слой с основной поверхностью, где основная поверхность подвергнута С-обработке, и полиуретановый слой, покрывающий основную поверхность фторполимерного слоя.
Предлагается также способ образования барьерной структуры. Способ включает обеспечение фторполимерного слоя, имеющего первую основную поверхность и вторую основную поверхность, где, по меньшей мере, первую основную поверхность фторполимера подвергают С-обработке. Способ дополнительно включает обеспечение полимерного слоя, покрывающего первую основную поверхность фторполимерного слоя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
ФИГ.1, 2 и 3 включают иллюстрации примерных барьерных структур.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В конкретном варианте осуществления барьерная структура включает фторполимерный слой с основной поверхностью. Барьерная структура дополнительно включает полимерный слой, покрывающий основную поверхность. В варианте осуществления фторполимерный слой может быть расположен непосредственно на и непосредственно контактировать с первой основной поверхностью полимерного слоя без какого-либо вмешательства в слой или слои.
Примерный фторполимер, применяемый для образования фторполимерного слоя, включает гомополимер, сополимер, трехзвенный полимер или полимерную смесь, образованную из мономера, такого как тетрафторэтилен, гексафторпропилен, хлортрифторэтилен, трифторэтилен, винилиденфторид, винилфторид, перфторпропилвиниловый эфир, перфторметилвиниловый эфир, или какой-либо их комбинации. Например, фторполимер представляет собой политетрафторэтилен (PTFE). Примерные фторполимерные пленки могут быть литыми, строганными или экструдированными. В варианте осуществления литые и экструдированные пленки могут включать слоистые структуры так, чтобы композиция поверхности пленки могла сочетаться или могла не сочетаться с внутренней частью или друг с другом.
Следующие примерные фторполимеры включают фторированный этилен-пропиленовый сополимер (FEP), сополимер тетрафторэтилена и перфторпропилвинилового эфира (PFA), сополимер тетрафторэтилена и перфторметилвинилового эфира (MFA), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), сополимер этилена и хлортрифторэтилена (ECTFE), полихлортрифторэтилен (PCTFE), поливинилиденфторид (PVDF), трехзвенный полимер, включающий тетрафторэтилен, гексафторпропилен и винилиденфторид (THV), или какую-либо их смесь, или какой-либо их сплав. Например, фторполимер может включать FEP. В дополнительном примере фторполимер может включать сополимер тетрафторэтилена и перфторпропилвинилового эфира (PFA). В примерном варианте осуществления фторполимер может быть полимером, сшиваемым посредством излучения, такого как электронный луч. Примерный сшиваемый фторполимер может включать ETFE, THV, PVDF или какую-либо их комбинацию. THV-смола доступна от Dyneon 3М Corporation Minneapolis, Миннесота. Полимер ECTFE доступен от Ausimont Corporation (Италия) под товарным знаком Halar. Другие фторполимеры могут быть получены от Daikin (Япония) и DuPont (США). В частности, FEP-фторполимеры коммерчески доступны от Daikin, например, NP-12X.
В варианте осуществления, по меньшей мере, одна поверхность фторполимера может включать фторполимер, поддающийся С-обработке. Примерные фторполимеры, поддающиеся С-обработке, включают фторированный этилен-пропиленовый сополимер (FEP), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), сополимер тетрафторэтилена и перфторпропилвинилового эфира (PFA), сополимер этилена и хлортрифторэтилена (ECTFE), сополимер тетрафторэтилена и перфторметилвинилового эфира (MFA), поливинилиденфторид (PVDF) и трехзвенный полимер, включающий тетрафторэтилен, гексафторпропилен и винилиденфторид (THV). В варианте осуществления фторполимер имеет первую основную поверхность и вторую основную поверхность, где первая и вторая основные поверхности включают одинаковые или различные фторполимеры, поддающиеся С-обработке. Примерный PTFE можно получить от Saint Gobain, например, DF1700 DB.
В варианте осуществления фторполимерный слой может быть обработан для повышения адгезии фторполимерного слоя к слою, с которым он непосредственно контактирует. В варианте осуществления обработка может включать поверхностную обработку, химическую обработку, травление натрием, применение затравки или какую-либо их комбинацию. В варианте осуществления обработка может включать обработку коронным разрядом, УФ-обработку, обработку электронным лучом, обработку пламенем, шлифование, поверхностную обработку нафталином натрия или какую-либо их комбинацию. В варианте осуществления обработка включает С-обработку. Для С-обработки фторполимерный слой подвергают воздействию коронным разрядом в атмосфере органического газа, где атмосфера органического газа содержит, например, ацетон или спирт. В варианте осуществления спирт включает четыре углеродных атома или меньше. В варианте осуществления органическим газом является ацетон. В варианте осуществления органический газ смешивают с инертным газом, таким как азот. Атмосфера ацетона/азота вызывает повышение адгезии фторполимерного слоя к слою, с которым он непосредственно контактирует. В варианте осуществления обработка вызывает повышение адгезии фторполимерного слоя к полимерному слою. В примерном варианте осуществления обработка включает С-обработку фторполимера, поддающегося С-обработке. Пример С-обработки раскрыт в патенте США 6726976, включенном в данное описание ссылкой.
В другом примерном варианте осуществления, по меньшей мере, одна основная поверхность фторполимерного слоя включает коллоидную двуокись кремния. Коллоидная двуокись кремния, как правило, присутствует в дисперсии в количестве для обеспечения адгезии между фторполимерным слоем и слоем, с которым он непосредственно контактирует. В варианте осуществления коллоидная двуокись кремния присутствует в дисперсии, которая не оказывает неблагоприятное воздействие на адгезивные свойства коллоидной двуокиси кремния. Примерная дисперсия коллоидной двуокиси кремния описана в патенте США №6930063, включенном в данное описание ссылкой.
Как правило, фторполимерный слой имеет толщину, по меньшей мере, приблизительно 0,01 миллиметра (мм). Например, фторполимерный слой может иметь толщину от приблизительно 0,02 миллиметра до приблизительно 0,3 миллиметра. В варианте осуществления фторполимерный слой может иметь толщину от приблизительно 0,01 миллиметра до 0,05 миллиметра. В другом варианте осуществления фторполимерный слой может иметь толщину от приблизительно 0,1 миллиметра до приблизительно 0,3 миллиметра.
Полимерный слой покрывает фторполимерный слой. В варианте осуществления полимерный слой непосредственно контактирует с фторполимерным слоем. Полимерный слой включает полимерные материалы, такие как термопласты и отверждаемые пластмассы. Примерный полимерный материал может включать полиамид, полиарамид, полиимид, полиолефин, поливинилхлорид (PVC), акриловый полимер, полимер из диеновых мономеров, поликарбонат (PC), полиэфирэфиркетон (PEEK), фторполимер, сложный полиэфир, полипропилен, полистирол, полиуретан, термопластические смеси или какую-либо их комбинацию. Дополнительные полимерные материалы могут включать силиконы, фенольные полимеры, нейлон, эпоксидные смолы или какую-либо их комбинацию. В варианте осуществления полимерный слой включает поливинилхлорид. В варианте осуществления полимерный слой включает полиуретан. В варианте осуществления полимерный материал имеет схожие свойства с PVC или полиуретаном, включая, например, механические свойства, свойства воспламеняемости, свойства склеиваемости и подобное. Предусмотрен любой полимерный слой, подходящий для контакта с содержащим жидкость или иным материалом.
Полимерный слой может обладать другими свойствами, специфическими для предназначаемого применения. Например, полимерный слой может содержать полимерные наполнители, минеральные наполнители, металлические волокна или какую-либо их комбинацию для изменения внешнего вида, сопротивления истиранию или других физических свойств полимерного слоя. В конкретном варианте осуществления полимерный слой может обладать свойствами, специально предназначенными для варианта осуществления, где полимерный слой(слои) является поверхностным слоем(слоями) барьерной структуры. Например, его можно окрасить в любой желаемый цвет. Его можно офактурить для внешнего вида или для низкого поверхностного трения. В варианте осуществления полимерный материал может быть более прочным или более устойчивым к истиранию, чем фторполимерная пленка под ним, таким образом, сохраняется барьерная целостность, несмотря на физические стрессы.
Как правило, полимерный слой имеет толщину, по меньшей мере, от приблизительно 0,1 миллиметра. Например, полимерный слой может иметь толщину от приблизительно 0,2 миллиметра до приблизительно 2,0 миллиметров, такую как от приблизительно 0,2 миллиметра до приблизительно 1,5 миллиметра, такую как от приблизительно 0,2 миллиметра до приблизительно 1,0 миллиметра.
В варианте осуществления можно также использовать армирующий слой. Армирующий слой может быть расположен в любом месте в пределах барьерной структуры для обеспечения армирования структуры. В варианте осуществления армирующий слой может быть расположен между фторполимерным слоем и полимерным слоем. В другом варианте осуществления армирующий слой может покрывать полимерный слой. В варианте осуществления армирующий слой может быть, по существу, включен в полимерный слой. "По существу включен", как используют в данном документе, относится к армирующему слою, где, по меньшей мере, 25%, например, по меньшей мере, приблизительно 50% или даже 100% общей площади поверхности армирующего слоя включено в полимерный слой. В варианте осуществления, по меньшей мере, приблизительно 25%, даже приблизительно 50%, даже приблизительно 100% полимерного слоя непосредственно контактирует с фторполимерным слоем. Армирующий слой может быть любым материалом, который повышает армирующие свойства барьерной структуры. Например, армирующий слой может включать натуральные волокна, синтетические волокна или их комбинацию. В варианте осуществления волокна могут быть в форме вязаного переплетения, прокладываемого холста, оплетки, тканого или нетканого материала. Примерные волокна армирования включают стекло, арамиды, полиамиды, сложные полиэфиры и подобное. В варианте осуществления армирующий слой можно выбрать отчасти по его влиянию на текстуру поверхности образованной барьерной структуры. Армирующий слой может иметь толщину менее чем приблизительно 5,0 мм, например, не более чем приблизительно 2,0 мм.
Факультативно, барьерная структура дополнительно включает адгезивный слой, расположенный между фторполимерным слоем и полимерным слоем. Примерный адгезивный слой улучшает адгезию слоев, с которыми он непосредственно контактирует. В варианте осуществления адгезивный слой расположен между фторполимерным слоем и полимерным слоем без каких-либо промежуточных слоев. В варианте осуществления адгезивный слой расположен между фторполимерным слоем и армирующим слоем. В варианте осуществления армирующий слой может быть по существу включен в адгезивный слой. В варианте осуществления адгезивный слой расположен между армирующим слоем и полимерным слоем. В варианте осуществления адгезивные слои расположены между полимерным слоем и армирующим слоем и между армирующим слоем и фторполимерным слоем.
В примерном варианте осуществления адгезивный слой включает термопластический материал или отверждаемый пластмассовый материал. Например, термопластический материал может включать термопластические эластомеры, такие как сшиваемые эластомерные полимеры натурального или синтетического происхождения. Например, примерный эластомерный материал может включать силикон, натуральный каучук, уретан, олефиновый эластомер, диеновый эластомер, смесь олефинового и диенового эластомера, фторэластомер, перфторэластомер, изоцианат, смеси или какую-либо их комбинацию. В конкретном варианте осуществления адгезивный слой включает полиуретан. Коммерчески доступные термопластические адгезивные материалы включают полиуретаны 3206D и 3410, доступные от Bemis Associates. В еще одном варианте осуществления адгезивный слой включает термопластический материал с температурой плавления не более чем приблизительно 300°F. В варианте осуществления адгезивный слой включает термопластический материал с температурой плавления не более чем приблизительно 350°F, такой как не более чем приблизительно 400°F, такой как не более чем приблизительно 450°F. В варианте осуществления адгезивный слой включает термопластический материал с температурой плавления более чем приблизительно 500°F. Примерные адгезивные материалы, которые прилипают к подвергнутым С-обработке фторполимерным поверхностям, описаны в патенте США №4549921, включенном в данное описание ссылкой.
В другом варианте осуществления адгезивный слой включает поливинилиденфторид-поливинилхлорид (PVDF-PVC). В варианте осуществления PVDF и PVC адгезивного слоя присутствуют в соотношении более чем приблизительно 50/50 по весу, таком как более чем приблизительно 60/40 по весу, таком как от приблизительно 75/25 до приблизительно 90/10 по весу или даже от 75/25 до приблизительно 85/15 по весу.
Как правило, адгезивный слой имеет толщину менее чем 0,3 мм, такую как приблизительно 0,03 мм. Например, толщина адгезивного слоя может составлять в диапазоне от приблизительно 0,01 миллиметра до приблизительно 0,1 миллиметра.
Примерный вариант осуществления барьерной структуры 100 проиллюстрирован на ФИГ.1. Барьерная структура включает фторполимерный слой 102 с основной поверхностью 104. Полимерный слой 106 покрывает основную поверхность 104 фторполимерного слоя 102. В варианте осуществления барьерная структура 100 может включать армирующий слой 108, расположенный между фторполимерным слоем 102 и полимерным слоем 106. В варианте осуществления барьерная структура 100 может включать адгезивный слой (не показан), расположенный между фторполимерным слоем и армирующим слоем.
Другой вариант осуществления барьерной структуры 200 проиллюстрирован на ФИГ.2. Барьерная структура включает фторполимерный слой 202 с первой основной поверхностью 204 и второй основной поверхностью 206. Первый полимерный слой 208 покрывает первую основную поверхность 204 фторполимерного слоя 202. В варианте осуществления второй полимерный слой 210 покрывает вторую основную поверхность 206 фторполимерного слоя 202. Первый полимерный слой 208 и второй полимерный слой 210 могут быть одинаковыми или различными материалами. В варианте осуществления барьерная структура 200 может включать первый армирующий слой 212, расположенный между фторполимерным слоем 202 и первым полимерным слоем 208. В варианте осуществления барьерная структура может дополнительно включать второй армирующий слой 214, расположенный между фторполимерным слоем 202 и вторым полимерным слоем 210. Первый армирующий слой 212 и второй армирующий слой 214 может быть одинаковым или различным материалом. В варианте осуществления барьерная структура 200 может включать адгезивный слой (не показан), расположенный между фторполимерным слоем и первым армирующим слоем 212 и/или вторым армирующим слоем 214. Первый адгезивный слой и второй адгезивный слой могут быть одинаковыми или различными материалами. Может предусматриваться любое количество слоев.
Другая примерная барьерная структура проиллюстрирована на ФИГ. 3 и в целом обозначена 300. Барьерная структура включает фторполимерный слой 302 и адгезивный слой 304, покрывающий основную поверхность 306 фторполимерного слоя 302. В варианте осуществления фторполимерный слой 302 непосредственно контактирует с адгезивным слоем 304. Как видно на ФИГ. 3, армирующий слой 308 непосредственно контактирует с основной поверхностью 310 адгезивного слоя 304. Полимерный слой 312 непосредственно контактирует с основной поверхностью 314 армирующего слоя 308. В еще одном варианте осуществления второй адгезивный слой (не показан) может контактировать со второй основной поверхностью 316 фторполимерного слоя 302. Первый адгезивный слой и второй адгезивный слой могут быть одинаковыми или различными материалами. В еще одном варианте осуществления барьерная структура может включать второй полимерный слой (не показан), контактирующий со вторым адгезивным слоем. Первый полимерный слой и второй полимерный слой могут быть одинаковыми или различными материалами. В другом дополнительном варианте осуществления второй армирующий слой (не показан) может быть помещен между вторым адгезивным слоем и вторым полимерным слоем. Первый армирующий слой и второй армирующий слой могут быть одинаковыми или различными материалами. В варианте осуществления может предусматриваться любое количество слоев.
В варианте осуществления барьерная структура может быть образована посредством способа, который включает обеспечение фторполимерного слоя. Как правило, фторполимерный слой может быть экструдированным, литым или строганным. Дополнительно, фторполимерный слой, который обеспечивают, имеет поверхность, которую можно подвергнуть С-обработке. В варианте осуществления способ дополнительно включает С-обработку поверхности фторполимерного слоя. Как указано ранее, С-обработка включает воздействие, по меньшей мере, на одну поверхность фторполимерного слоя коронным зарядом в атмосфере органического газа. В варианте осуществления атмосфера органического газа включает ацетон или спирт. В варианте осуществления органическим газом является ацетон. Как правило, органический газ смешивают с инертным газом, таким как азот. Способ дополнительно включает обеспечение полимерного слоя. В варианте осуществления полимерный слой покрывает и непосредственно контактирует с фторполимерным слоем без какого-либо промежуточного слоя или слоев. Полимерный слой можно обработать. Обработка полимерного слоя, особенно термопластов, может включать литье, экструдирование или строжку. В варианте осуществления полимерный слой можно штамповать, офактуривать или подвергнуть иной поверхностной обработке с целью создания желаемых поверхностных свойств, таких как поверхность с низким коэффициентом трения. Армирующий слой, если присутствует, может быть выбран отчасти за его влияние на текстуру поверхности, которая также, например, может уменьшить трение эффективной поверхности. В варианте осуществления слои, как правило, нагревают до температуры не более чем приблизительно 350°F для образования барьерной структуры. В варианте осуществления слои, как правило, нагревают до температуры не более чем приблизительно 300°F для образования барьерной структуры.
В варианте осуществления барьерная структура может включать армирующий слой. Способ расположения армирующего слоя между фторполимерным слоем и полимерным слоем зависит от материала армирующего слоя, а также слоев, с которыми он непосредственно контактирует. Может предусматриваться любой подходящий способ. Например, коммерчески доступный материал можно проложить между фторполимерным слоем и полимерным слоем перед подачей полимерного слоя. В варианте осуществления армирующий слой можно обеспечить в пределах полимерного слоя, например, коммерчески доступный материал может включать армирующий слой, по существу включенный в полимерный слой. Последующее нагревание барьерной структуры может сцепить слои.
В варианте осуществления барьерная структура может включать адгезивный слой. Например, адгезивный слой можно нанести на фторполимерный слой и далее нанести на полимерный слой. Например, адгезив можно нанести как на полимерный слой, так и на армирующий слой, которые далее наносят на фторполимерный слой. Например, адгезивный слой можно экструдировать, расплавить или наслоить непосредственно на фторполимерный слой. Например, адгезивный слой можно плавить до температуры для плавления адгезивного слоя, экструдировать прямым методом или наслоить полосками за какое-либо количество этапов. В другом варианте осуществления адгезивный слой можно нанести на полимерный слой и далее нанести на фторполимерный слой. В варианте осуществления барьерная структура может быть образована посредством способа, где адгезивный слой экструдируют между полимерным слоем и фторполимерным слоем.
В варианте осуществления адгезивный слой можно нанести на фторполимерный слой в жидком состоянии и высушить или отвердить. В варианте осуществления адгезивный слой может быть в жидком расплавленном состоянии и затем охлажден и затверден. Сушка или отвердение может происходить при температуре, достаточной для сцепления адгезивного слоя с фторполимерным слоем. Например, адгезивным слоем может быть полимерный материал, суспендированный в водном растворе. В другом варианте осуществления адгезивным слоем может быть коллоидная двуокись кремния, суспендированная в водном растворе. Адгезивный слой и фторполимерный слой затем можно сцепить с полимерным слоем. В другом варианте осуществления адгезивный слой можно нанести на полимерный слой в жидком состоянии и высушить или отвердить. Адгезивный и полимерный слой можно затем сцепить с фторполимерным слоем.
Нанесение адгезивного слоя, как правило, зависит от применяемого материала. Например, термопластический адгезив можно нанести за один этап, а полимерный слой нанести гораздо позже, или сборку можно выполнить за один прогон. Если адгезивным слоем является отверждаемый пластмассовый материал, сборку, как правило, выполняют за один процесс, при этом жидкий адгезив наносят на один или более слоев, которые затем сводят вместе; нагревание можно выполнять или не выполнять для отвердения термореактивного адгезива.
После образования барьерной структуры структуру можно подвергнуть способу сшивания. В варианте осуществления можно сшить две или более барьерные структуры. Например, перекрытие крайних концевых областей двух структур и применение способа сшивания как правило дает шов. Предусматривается любой способ сшивания, который обеспечивает шов между полимерными материалами. Типичный способ сшивания включает термическую обработку. В варианте осуществления способ термического сшивания происходит при температуре такой, чтобы барьерная структура не разрушилась. В варианте осуществления способ термического сшивания как правило происходит при температуре не более чем приблизительно 300°F. В варианте осуществления способ сшивания происходит при температуре не более чем приблизительно 250°F. В варианте осуществления термическая обработка проходит при температуре от приблизительно 250°F до приблизительно 350°F. В варианте осуществления термическая обработка проходит при температуре не более чем приблизительно 350°F. В варианте осуществления термическая обработка проходит при температуре более чем приблизительно 180°F. В варианте осуществления термическая обработка проходит при температуре не более чем приблизительно 380°F, такая как при температуре от приблизительно 180°F до приблизительно 380°F. Дополнительные примерные способы исполнения сшивания включают сшивание внахлест или сшивание вровень путем способов сшивания горячим воздухом, высокочастотного сшивания, высокочастотной сварки, прошивки, сшивания нагретым инструментом или сшивания клейкой лентой. В варианте осуществления барьерная структура является термосклеиваемой. В примерном варианте осуществления две или более барьерные структуры можно термически склеить или сварить. В варианте осуществления барьерные структуры, как правило, термически склеивают при температуре не более чем температура плавления фторполимерного слоя. Например, барьерная структура является термосклеиваемой при температурах не более чем приблизительно 350°F, например, при температурах не более чем приблизительно 300°F. В примерном варианте осуществления термопластический полимер расположен на обеих поверхностях фторполимерного слоя, а барьерную структуру можно склеить саму с собой посредством способов термической (контактной, горячим воздухом и т.д.) или высокочастотной сварки с целью изготовления изделий.
2
После образования конкретные варианты осуществления раскрытой выше барьерной структуры преимущественно проявляют необходимые свойства, такие как улучшенные химические барьерные свойства и устойчивость к возгоранию. В варианте осуществления барьерная структура может иметь время прорыва при проникновении химических соединений более чем приблизительно один час для опасных химических соединений, как измеряется в соответствии с ASTM F739. В варианте осуществления барьерная структура может иметь время прорыва при проникновении химических соединений более чем приблизительно три часа для опасных химических соединений, как измеряется в соответствии с ASTM F739. В еще одном варианте осуществления барьерная структура соответствует стандартам проникновения химических соединений, установленным NFPA 1991, как измеряется в соответствии с ASTM F739. Например, барьерная структура соответствует стандартам проникновения химических соединений, установленным NFPA 1991 в Разделе 7.2.1, как измеряется в соответствии с ASTM F739 для опасных химических соединений, таких как ацетон, ацетонитрил, газообразный аммиак, 1,3-бутадиен, сероуглерод, газообразный хлор, дихлорметан, диэтилметан, диметилформамид, этилацетат, этиленоксид, гексен, газообразный хлороводород, метанол, газообразный хлористый метил, нитробензол, гидроксид натрия, серная кислота, тетрахлорэтилен, тетрагидрофуран и толуол. Время прорыва химических соединений определяют как точку, при которой скорость проникновения достигает или превышает 0,1 мкг/см/мин.
В варианте осуществления барьерные структуры имеют устойчивость к возгоранию такую, что они не воспламеняются за 3 секунды воздействия пламенем компонент ASTM F1358. В еще одном варианте осуществления барьерная структура соответствует стандартам устойчивости к возгоранию, установленным NFPA 1991. Например, барьерная структура соответствует стандартам устойчивости к возгоранию, установленным NFPA 1991 в Разделе 7.2.2, как измеряется в соответствии с ASTM F1358, где пригодные материалы не должны воспламеняться в течение первого 3-секундного периода воздействия, не должны гореть на расстояние более чем 100 мм (4 дюйма), не должны продолжать гореть в течение более чем 10 секунд и не должны плавиться, что доказывается текучестью или капаньем во время последующего 12-секундного периода воздействия, т.е. не должно быть расплава.
В примерном варианте осуществления барьерная структура может проявлять желательную прочность на продавливание и сопротивление разрыву вследствие развития прокола. Например, барьерная структура может иметь прочность на продавливание, по меньшей мере, приблизительно 200 Н, при тестировании в соответствии со способом с зажимным кольцом в ASTM D751. В частности, прочность на продавливание может составлять более чем приблизительно 200 Н, такая как более чем приблизительно 300 Н, такая как более чем приблизительно 500 Н или даже более чем приблизительно 600 Н. В варианте осуществления барьерная структура может иметь сопротивление разрыву вследствие развития прокола более чем приблизительно 49 Н при тестировании в соответствии с ASTM D2582. В частности, сопротивление разрыву вследствие развития прокола может составлять более чем приблизительно 60 Н, такое как более чем приблизительно 100 Н или даже более чем приблизительно 150 Н, как измеряется в соответствии с ASTM D2582.
В варианте осуществления барьерная структура может проявлять желаемую прочность шва при сшивании. Например, барьерная структура может иметь прочность шва более чем приблизительно 15 фунтов/дюйм, такую как более чем приблизительно 25 фунтов/дюйм или даже более чем приблизительно 40 фунтов/дюйм при тестировании в соответствии с ASTM D751.
В варианте осуществления барьерная структура может проявлять желаемый изгибающий момент в холодном состоянии. В частности, изгибающий момент в холодном состоянии может составлять не более чем приблизительно 0,050 Нм, такой как не более чем приблизительно 0,025 Нм или даже не более чем приблизительно 0,010 Нм при -25°С при тестировании в соответствии с ASTM D747.
В варианте осуществления барьерная структура может проявлять желаемую прочность на растяжение. Например, барьерная структура может иметь прочность на растяжение, по меньшей мере, приблизительно 1,5 кН/м, такую как, по меньшей мере, приблизительно 3,0 кН/м, при тестировании в соответствии с ASTM D751. В примерном варианте осуществления барьерная структура имеет как устойчивость к проникновению химических соединений более чем приблизительно один час для опасных химических соединений при измерении по ASTM F739, так и прочность на продавливание, по меньшей мере, приблизительно 200 Н при измерении по ASTM D751. В примерном варианте осуществления барьерная структура имеет как устойчивость к проникновению химических соединений более чем приблизительно один час для опасных химических соединений при измерении в соответствии с ASTM F739, так и прочность на растяжение, по меньшей мере, приблизительно 3,0 кН/м, при измерении в соответствии с ASTM D751.
Барьерные структуры, составленные из слоев, описанных выше, могут иметь множественные применения. В варианте осуществления барьерную структуру можно облицевать термопластическими полимерами. Как указано ранее, барьерные структуры можно легко сшить, делая их подходящими для сборки в различные изделия, которые, в целом, получают преимущество их барьерных свойств. Лабильность в производстве и выборе материалов в результате способов сшивания при относительно низкой температуре, сопряженная с химическими барьерными свойствами фторполимерных пленок, представляет собой новый вклад во множество потенциальных рынков.
Применения включают, например, использования при необходимости таких свойств, как вышеупомянутые прочность на продавливание, прочность на растяжение, сопротивление разрыву, устойчивость к проникновению химических соединений и/или к возгоранию. Например, барьерная структура может применяться в случае необходимости химически и/или биологически устойчивого материала. В варианте осуществления примерные барьерные структуры включают укрытия, обшивки, устройство защиты, защитную одежду и гидравлические системы защиты. Структуры могут также обладать другими свойствами, необходимыми для каких-либо конкретных предусмотренных применений.
В варианте осуществления защитные изделия составлены из барьерных структур, такие как костюмы и наземные укрытия. Защитные изделия используют низкую проницаемость для опасных химических соединений конкретных вариантов осуществления. В примерном варианте осуществления защитное изделие имеет как устойчивость к проникновению химических соединений более чем приблизительно один час для опасных химических соединений при измерении по ASTM F739, так и огнестойкость невоспламеняемости в течение 3-секундного воздействия пламенем при измерении по ASTM F1358. Как правило, желательны другие свойства, такие как огнестойкие и механические свойства, как указано в спецификациях и промышленных стандартах, таких как NFPA 1991.
Из этих барьерных структур полностью или частично можно собрать герметизирующие изделия, такие как портативные личные гидрационные системы. Такие изделия имеют преимущество химических барьерных свойств для защиты жидкости внутри нее, в то время как поверхностные полимерные слои можно выбрать по необходимости внешнего вида или исполнения, при условии того, что внутренний облицовочный полимерный слой должен быть подходящим для контакта с питьевой водой.
Могут быть предусмотрены другие герметизирующие изделия, где необходимы химические или биологические барьерные свойства, такие как для транспортировки потенциально опасных химических или биологических материалов.
ПРИМЕР 1
Изготавливают примерную барьерную структуру. Фторполимерный слой является пленкой приблизительно 1,0 мил, полученной от Saint Gobain, схожей с продуктом DF1700 DB. Фторполимерный слой подвергают С-обработке на обеих сторонах. Адгезивный слой изоцианатной адгезивной пленки, имеющий толщину приблизительно 1,0 мил находится как на первой основной поверхности, так и на второй основной поверхности фторполимера. Армирующий слой из огнезащитного с проложенными уточными нитями основовязаного сложного полиэфира (толщиной приблизительно 3,0 мил) помещают на адгезивный слой. Полимерный слой приобретенного в магазине PVC находится на слое армирования и адгезивном слое.
Барьерную структуру тестируют на некоторые из основных механических свойств, необходимых по NFPA 1991, - химическая проницаемость, прочность на продавливание, развитие прокола, прочность шва и огнестойкость - и легко проходят. Результаты можно увидеть в Таблице 1.
Таблица 1
Тест
Спец NFPA 1991
Результат
Химическая проницаемость
>1 часа
>3 часов
Прочность на продавливание
200 N
702 N
Развитие прокола
49 Н
150 Н
Прочность шва
15 фунтов/дюйм
42 фунта/дюйм
Огнестойкость
Нет воспламенения
Нет расплава
Свойства фторполимеров и выбор полимерных материалов для полимерного слоя позволяет структуре пройти тест на соответствие требованию воспламеняемости, как излагается в NPFA 1991. К тому же, свойства фторполимеров позволяют структуре пройти тест на соответствие требованию химической проницаемости, как излагается в NFPA1991.
ПРИМЕР 2
Изготавливают примерную барьерную структуру. Фторполимерный слой является пленкой 1,0 (номинально) мил (0,0010"), полученной от Saint Gobain, продукт DF1700 DB. Фторполимерный слой подвергают С-обработке. Адгезивный слой является полиуретановой расплавленной адгезивной пленкой с толщиной 2 мил (Bemis 3206). Полимерный слой является приобретенным в магазине PVC с прозрачной и глянцевой поверхностью.
Эту комбинацию объединяют в прессе в течение 60 секунд при приблизительно 50 фунтов на квадратный дюйм. Для получения сохраняющейся прочности сцепления между фторполимером и адгезивом с избытком напряжения текучести фторполимерной пленки адгезивный слой можно нагреть до температуры приблизительно 300°F для FEP и приблизительно 350°F для PFA стороны. (Напряжение текучести фторполимерной пленки составляет приблизительно 2,0 фунт/дюйм, так чтобы при отслаивании фторполимер необратимо растягивался до большой степени или разрыва.) Хорошее сцепление с PVC наблюдают от 250°F. Наслоение можно завершить за один этап, так как PVC не проявляет склонности к расплаву при этих условиях.
ПРИМЕР 3
Изготавливают барьерную структуру с применением условий из Примера 2 различными вариациями. "Полиуретан ST-3477" представляет собой полимерный слой (полученный от Stevens Urethane), адгезив Bemis 3206 сначала сцепляют с DF1700 DB, как описано выше, и затем полиуретановый полимерный слой наслаивают на адгезив за отдельный этап при низкой температуре и давлении (25 фунтов на квадратный дюйм). Нагревание при температуре 300°F и некоторое плавление полиуретана приводит к хорошему сцеплению.
ПРИМЕР 4
'
Изготавливают образцы следующих материалов для полного механического тестирования. Фторполимерный слой представляет собой 1,0 мил, подвергнутый С-обработке DF1700 DB. Адгезивный слой представляет собой полиуретан Bemis 3206 при толщине 2,0 мила. Для одной барьерной структуры подложкой является поливинилхлорид (PVC) от Plastic Film Corporation, весом 12, твердостью "3Н", имеющий матовую поверхность. Для второй барьерной структуры полимерным слоем является поливинилхлорид (PVC) от Plastic Film Corporation, весом 12, твердостью "2S", имеющий матовую поверхность. Две структуры изготавливают на ленте. Условиями являются температура 350°F; скорость: 3 фут/мин (через три нагретых валика длиной l); прикладывают легкое давление между валиками по ходу валиков.
Две барьерные структуры тестируют на некоторые основные механические свойства, требуемые NFPA 1991, - разрыв, распространение надрыва, изгибающий момент в холодном состоянии - и легко проходят. Результаты можно увидеть в Таблице 2.
Таблица 2
Прочность на продавливание (Н) ASTM D751 - способ с зажимным кольцом
Сопротивление разрыву (Н) ASTM D2582
Изгибающий момент в холодном состоянии (фут-фунт) ASTM D747 при -25°С
Cnen. NFPA 1991
200 Н минимум
49 Н минимум
0,057 максимум
Слоистый материал 2S
532
н/д
н/д
Слоистый материал 3Н
677
111
0,045
Свойства фторполимеров и выбор полимерных материалов для полимерного слоя позволяет структурам пройти тест на соответствие требованию воспламеняемости, как излагается в NFPA 1991. К тому же, свойства фторполимеров позволяют структуре пройти тест на соответствие требованию химической проницаемости, как излагается в NFPA 1991.
ПРИМЕР 5
Изготавливают две примерные структуры. Фторполимерным слоем является PVDF с 80/20 по весу соотношением PVDF/PVC в качестве адгезивного слоя. Полимерным слоем является PVC со следующим слоем PVC-ткани, покрытым сложным полиэфиром (Seaman 8028). PVC, применяемым в адгезивном слое и в качестве полимерного слоя, является Geon 552 для первой барьерной структуры и Geon 576 для второй барьерной структуры. Пленку PVDF отливают на носителе Melinex S толщиной 2 мил (размер 2×4 дюйма). Наносят два покрытия латекса с наполнителем PVDF, сушат 2 минуты при 250°F и плавят 30 секунд при 400°F. Слой-связку PVDF/PVC наносят на слой PVDF, сушат и плавят, как описано выше. Слой PVC наносят путем свободного погружения и сушат в течение 2 минут при 250°F. Этот слой плавят во время этапа сушки. Эту пленку приклеивают к ткани, покрытой PVC, в ножном прессе при 300°F (1 минуту, 40 фунтов на квадратный дюйм избыточного давления). Первая барьерная структура дает в результате хорошее сцепление. Вторая барьерная структура имеет отличное сцепление с тканью, покрытой PVC, однако полимерный слой PVC трескается.
ПРИМЕР 6
Получают множество барьерных структур с различными соотношениями PVDF/PVC и разведенным полимерным слоем. Фторполимерным слоем является PVDF, адгезивным слоем является PVDF/PVC, и полимерным слоем является PVC от Geon 576. Соотношения PVDF/PVC составляют 80/20, 85/15 и 90/10. Пленку PVDF отливают на носителе Melinex S толщиной 2 мил (размер 2×4 дюйма) путем свободного погружения в два слоя, сушат 2 минуты при 250°F и плавят 30 секунд при 390°-400°F. Слой-связку PVDF/PVC наносят на слой PVDF, сушат и плавят, как описано выше. Слой PVC наносят путем свободного погружения и сушат в течение 2 минут при 250°F. Этот слой плавят во время этапа сушки. Эту пленку приклеивают к ткани, покрытой PVC, в ножном прессе при 350°F (1 минута, 40 фунтов на квадратный дюйм избыточного давления) и помещают между двумя пленками Kapton HN толщиной 5 мил. Во всех случая сцепление пленки превышает ее прочность на растяжение.
ПРИМЕР 7
Барьерную структуру из фторполимерного слоя PVDF, адгезивный слой с 80/20 по весу соотношением PVDF/PVC и полимерный слой PVC получают на экспериментальной колонне. Применяемым носителем является 5 мил Kapton HN, 10 дюймов шириной. Условиями эксплуатации являются: контрольная точка зоны сушки 250°F; контрольная точка зоны плавления 400°F; скорость рола 7 футов/минуту; ленты имеют размер 28 (бороздчатые). Барьерную структуру затем приклеивают к PVC, покрытому сложным полиэфиром (Seaman 8028). В данном случае сцепление пленки с тканью, покрытой PVC, превышало прочность пленки.
ПРИМЕР 8
Барьерную структуру с применением С-обработки на фторполимере получают от Saint Gobain, продукт DF1100. Барьерная структура показывает хорошую адгезию с материалами, такими как полиуретан (Bemis 6329) и жидкий силиконовый каучук.
ПРИМЕР 9
Фторполимерный слой представляет собой 1,0 (номинально) мил пленку, DF1700 DB, доступную от Saint-Gobain. Фторполимерный слой подвергают С-обработке на одной или обеих сторонах. Адгезивный слой Adcote 331 (доступный от Rohm and Haas) покрывают на подвергнутом С-обработке слое(ях) при толщине мокрой пленки 3 мил и сушат при 100°С в течение 5 минут. Полимерный слой из ST-3447 термопластичного полиуретана (доступного от Stevens Urethane) каландрируют на адгезивный слой. После отвердения адгезивного слоя при 120°F в течение 24 часов и выдерживания в течение одной недели сопротивление отслаиванию полиуретана от подвернутой С-обработке фторполимерной поверхности составляет более 2 фунт/дюйм.
ПРИМЕР 10
Фторполимерный слой представляет собой 1,0 (номинально) мил пленку, DF1700 DB, доступную от Saint-Gobain. Фторполимерный слой подвергают С-обработке на одной или обеих сторонах. Адгезивный слой Adcote 331 (доступный от Rohm and Haas) покрывают на подвергнутый С-обработке слой(и). Адгезив сушат при 100°С в течение 5 минут, затем отверждают при 120°F в течение 24 часов, оставляя нелипкую поверхность. Одну неделю спустя полимерный слой ST-3447 термопластичного полиуретана (доступного от Stevens Urethane) наслаивают на отвержденной, покрытой адгезивом поверхности в прессе (320°F, 1 минута, 50 фунтов на квадратный дюйм). Сопротивление отслаиванию, измеренное на следующий день, составило 2,16 фунт/дюйм.
Раскрытый выше объект следует рассматривать как иллюстративный и неограничивающий, а прилагаемая формула изобретения, как предполагается, охватывает все такие модификации, улучшения и другие варианты осуществления, которые подпадают под действительный объем данного изобретения.
Таким образом, до максимальной степени, позволяемой законом, объем данного изобретения следует определять наиболее широкой допустимой интерпретацией следующих пунктов формулы изобретения и их эквивалентов и не следует сокращать или ограничивать до вышеизложенного подробного описания.