МНОГОСЛОЙНАЯ НАНОКОМПОЗИТНАЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к трубопроводной технике, в частности, к многослойным трубам из металла и полиолефинов для транспортировки жидких и газообразных сред, предпочтительно для систем отопления, горячего и холодного водоснабжения, газоснабжения, систем подачи сжатого воздуха.
Известны многослойные металлополимерные трубы, применяемые в системах транспортировки жидких и газообразных сред, изготовленные экструдированием адгезива и полимера на сформованную металлическую трубу (RU 2088404 C1, B29C 47/02, В29С 47/06, 14.04.1995; RU 2153982 C1, B29C 47/02, 25.03.1999). Полученные этими распространенными промышленными способами многослойные металлополимерные трубы обладают существенным недостатком: невысокой прочностью соединения металл-полимер (http://www.meto.ru/doc/pass_deepipe.pdf; http://www.altais.ru/reg_cer/0001.pdf), находящейся в диапазоне 50…70 Н/10 мм. Невысокая прочность соединения металл-полимер обусловлена тем, что при производстве многослойных металлополимерных труб практически не используется подготовка поверхностей металла и полимера и ограничивается возможностями существующих адгезпвов (http://www.dsm.com/en_US/html/dep/yparex.htm). Подготовка поверхности полимера при этом производстве технологически труднореализуема, а подготовка металла пли не используется вовсе, пли используются традиционные механические и химические приемы, обладающие невысокой эффективностью.
Решающую роль в создании прочного соединения металл-полимер, и как следствие получение прочных металлопластиковых труб играют качество и степень очистки поверхностей, микроструктура поверхностей металла.
Зависимость адгезнонных сил от микроструктуры поверхности металла представлена в Таблице 1. [1]
Задачей настоящей полезной модели является увеличение прочности межслоевых соединений металл-полимер в многослойной металлополимерной трубе, что в свою очередь увеличивает механическую прочность, термостойкость, долговечность многослойной металлополимерной трубы, снижает коэффициент ее температурного расширения.
Поставленная задача решается тем, что многослойная нанокомпозитная металлополимерная труба, содержащая не менее чем один слой металла, слои адгезива и слои полимера, в которой металлический слой выполнен из металлической фольги предпочтительно из алюминия или его сплавов, из меди или ее сплавов, или из стали, причем, не менее чем на одной поверхности металлической фольги предварительно сформирован наноразмерный рельеф или субмикроразмерный рельеф, или нано-микроразмерный рельеф.
Наноразмерный рельеф или субмикроразмерный рельеф, или нано-микроразмерный рельеф на поверхности металла в диапазоне размеров от 3 до 200 нм позволяет усилить адгезионные силы и увеличить прочность клеевого соединения металл-полимер не менее чем до 100…150 Н/10 мм., тем самым улучшить физические и механические свойства многослойной металлополимерной трубы.
Наноразмерный рельеф, или субмикроразмерный рельеф, или нано-микроразмерный рельеф на поверхности металла может быть сформирован любым известным способом, например, барьерным разрядом, получившим название «атмосферный пространственно однородный тлеющий разряд» (OAUGDP - the one atmosphere uniform glow discharge plasma) [2], или высоковольтным искровым микроплазменным разрядом атмосферного давления [3], или с помощью воздействия ультразвуком (http://www.ispms.ru/products/07?ispms_sid=c0b3af8a283b8f7956c492e03e963103), или другим известным способом, приводящим к образованию на поверхности металла наноразмерного или субмикроразмерного, или нано-микроразмерного рельефа.
На Фиг.1 показана принципиальная схема многослойной нанокомпозитной металлополимерной трубы.
На Фиг.2 показан пример анализа поверхности материала трубы под воздействием барьерного разряда атомно-силовым микроскопом [4].
Как показано па Фиг.1 многослойная нанокомпозитная металлополимерная труба состоит из слоя модифицированной металлической фольги 1, преимущественно из алюминия или его сплавов, из меди или ее сплавов, или из стали, на обеих поверхностях которой предварительно сформирован наноразмерный рельеф или субмикроразмерный рельеф, или нано-микроразмерный рельеф с размерами 3…200 нм; слоев адгезива 2 и слоев полимера 3.
Пример анализа поверхности материала под воздействием барьерного разряда атомно-силовым микроскопом [4] приведен на фотографиях Фиг.2.
На Фиг.2а - изображена исходная поверхность, на Фиг.2б и Фиг.2в - поверхности, обработанные различными режимами барьерного разряда. На Фиг.2б - на поверхности сформирован нанорельеф. На Фиг.2в - на поверхности сформированы нано-бугры с характерными размерами по высоте 50-100 нм и толщиной основания 1 мкм - микро-нано-рельеф.
Сформированный на поверхности металлической фольги наноразмерный или субмикроразмерный, или нано-микро-размерный рельеф приводит к увеличению адгезионных сил между металлом и полимером, тем самым обеспечивается увеличение прочности соединения металл-полимер не менее чем до 100…150 Н 10 мм, что в свою очередь увеличивает механическую прочность, термостойкость, долговечность многослойной нанокомпозитной металлополимерной трубы и снижает коэффициент ее температурного расширения.
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.
Литература:
1) ПОЦИУС А.В., Клеи, адгезия, технология склеивания. - С-Петербург: «Профессия», 2007, с.172-173
2) Ben Gardi R, Roth J.R. et al Sterilization and plasma processing of room temperaure surfaces with a one atmosphere uniform glow discharge plasma (OAUGDP) Surf. Coatings Technol. 2000, 131, 528-42
3) Carr A.K. Increase in the surface energy of metal and polymeric surfaces using the one atmospere uniform glow discharge plasma MS in ЕЕ Thesis University of Tennesse, 1997
4) Chem. Listy 102, s 1459 - s 1462 (2008) II Central European Symposium on Plasma Chemistry 2008 s1459 ATMOSPHERIC PRESSURE NONEQUILIBRIUM PLASMA TREATMENT OF GLASS SURFACE
Таблица 1.
Зависимость адгезиопных сил от микроструктуры поверхности
№
Топография поверхности алюминиевой фольги
Топография поверхности
Схематическое представление
Среднее значение отслаивающей нагрузки, Фунт/дюйм
1
Плоская поверхность
<img file="00000002.tif" he="0" wi="37" img-content="undefined" img-format="tif" />
3,75
2
Плоская поверхность с дендритами 0,3 мкм
<img file="00000003.tif" he="5" wi="39" img-content="undefined" img-format="tif" />
3,8
3
Плоская поверхность с дендритами 0,3 мкм оксидом
<img file="00000004.tif" he="5" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
4,4
4
Пирамиды высотой 3 мкм с большим углом при вершине
<img file="00000005.tif" he="8" wi="33" img-content="undefined" img-format="tif" />
5,9
5
Пирамиды высотой 2 мкм с малым углом при вершине с дендритами 0,3 мкм
<img file="00000006.tif" he="7" wi="38" img-content="undefined" img-format="tif" />
7,3
6
Пирамиды высотой 2 мкм с малым углом при вершине с дендритами 0,2 мкм и оксидом
<img file="00000007.tif" he="7" wi="39" img-content="undefined" img-format="tif" />
8,8
7
Пирамиды высотой 3 мкм с большим углом при вершине, с дендритами 0,2 мкм и оксидом
<img file="00000008.tif" he="11" wi="36" img-content="undefined" img-format="tif" />
13,5