Труба из пенопласта для изоляции трубопроводов и способ ее непрерывного изготовления
Изобретение относится к теплоизоляции трубопроводов. Труба из пенопласта для изоляции трубопроводов имеет наружную и внутреннюю поверхности, внутренняя поверхность покрыта дополнительным слоем соединенных с ней клеем волокон, волокна изготовлены из материала с температурой плавления, превышающей температуру плавления пенопласта. Свободные концы приклеенных к внутренней поверхности трубы волокон находятся на расстоянии от липкого слоя, равном длине волокон. Волокна равномерно распределены по внутренней поверхности трубы и закрывают от 2 до 20% ее внутренней поверхности. Линейная плотность волокон составляет от 0,5 до 25 децитекс, а длина от 0,2 до 5 мм. Изобретение также относится к способу непрерывного изготовления трубы из пенопласта для изоляции трубопроводов. Изготовленная из пенопласта труба с таким дополнительным слоем волокон обладает большей теплостойкостью и меньшей теплопроводностью по сравнению с обычными изоляционными трубами из пенопласта. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Настоящее изобретение относится к предназначенной для (тепло-) изоляции трубопроводов трубе из пенопласта с наружной поверхностью и внутренней поверхностью с дополнительным клейким слоем. Изобретение относится также к способу непрерывного изготовления предназначенных для теплоизоляции трубопроводов труб из пенопласта, при осуществлении которого из пенопласта экструдируют трубу с наружной и внутренней поверхностями, экструдированную трубу разрезают в осевом направлении от наружной до внутренней поверхности, разрезанную трубу распрямляют, и на внутреннюю поверхность распрямленной трубы наносят слой клейкого материала, который затем покрывают дополнительным слоем, который склеивается со слоем клейкого материала, после чего полученный таким путем многослойный лист сгибают, прижимая и соединяя края разрезанной ранее трубы друг к другу с получением имеющей первоначальную форму трубы, покрытой изнутри слоем клейкого материала и дополнительным слоем.
Такие пенопластовые трубы и способ их непрерывного изготовления описаны в ЕР 1208962 А1. Дополнительный внутренний слой таких труб состоит из материала с низким коэффициентом трения, по которому скользит вставляемая в изоляционную трубу труба трубопровода. Дополнительный слой можно армировать волокнами или выполнять его из листового пенопласта, например из полипропилена.
При изготовлении изоляционных пенопластовых труб описанным выше способом труба с дополнительным внутренним слоем имеет в готовом виде соединенные в продольном направлении сваркой или клеем края разрезанной до этого трубы и такую же, первоначальную, форму.
В настоящее время известно много различных способов изготовления изоляционных пенопластов, наиболее распространенным из которых является экструзия. Вспенивание экструдируемого полимера происходит в результате физического или химического пенообразования в процессе экструзии. При физическом пенообразовании полимер смешивают с летучим газом, и полученная смесь быстро расширяется при атмосферном давлении на выходе из экструдера. При химическом вспенивании летучий газ образуется в результате химической реакции, например при разложении соответствующей добавки или непосредственно во время реакции полимеризации.
Одним из недостатков пенопластов является их низкая теплостойкость (или тепловое сопротивление). Обычно все пенопласты при температуре, близкой к температуре плавления основного полимера, теряют свою устойчивость, и поэтому возможность их применения существенно зависит от внешней температуры. При использовании пенопластов для теплоизоляции трубопроводов такой критической внешней температурой является достаточно высокая температура наружной поверхности трубопровода, которая требует увеличения термостойкости пенопласта. Для этого, в частности, необходимо, чтобы изолирующий слой, расположенный между горячей трубой трубопровода и пенопластом, обладал высокой теплостойкостью и одновременно низкой теплопроводностью. Теплоизоляция пенопласта слоем с высокой теплостойкостью может быть обеспечена достаточно просто путем выбора соответствующего материала, обладающего высоким термическим сопротивлением. С другой стороны, снижение теплопроводности теплоизолирующего слоя является достаточно сложной задачей, поскольку теплопроводность большинства материалов намного превышает теплопроводность, которой должен обладать теплоизолирующий слой.
В некоторых случаях, например, при теплоизоляции пористым полипропиленом труб, изготовленных из меди, на границе между полипропиленом и медью возникает химическая реакция и пенопласт разрушается.
В DE 19635214 А1 описан многослойный листовой изоляционный материал для тепло- и звукоизоляции. Этот материал состоит по меньшей мере из двух отдельных слоев, изготовленных из гибкого материала, в частности из листов нетканых волокон, бумаги или другого аналогичного материала, и расположенных между ними промежуточных элементов. Промежуточные элементы изготовлены из отдельных волокон, расположенных перпендикулярно слоям из гибкого листового материала. Одни концы промежуточных волокон клеем соединены с одним из слоев гибкого листового материала в пучки параллельных волокон, которые расположены на расстоянии друг от друга в определенном порядке. Другие концы промежуточных волокон касаются другого гибкого листа, который прижимается к концам волокон. Промежуточные волокна сохраняют между слоями определенное расстояние, при котором теплопроводность между ними по существу не отличается от теплопроводности находящегося в этом месте воздуха.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать непрерывно изготавливаемую трубу из пенопласта для теплоизоляции трубопроводов с оптимальным тепловым сопротивлением (высокой теплостойкостью) и оптимальной теплопроводностью, которую можно было бы использовать для теплоизоляции трубопроводов, наружный диаметр которых лежит в определенном диапазоне.
Указанная задача решается с помощью предлагаемой в изобретении трубы из пенопласта упомянутого выше типа, имеющей дополнительный слой волокон с линейной плотностью от 0,5 до 25 децитекс и длиной от 0,2 до 5 мм, которые изготовлены из материала с температурой плавления, превышающей температуру плавления пенопласта, и которые вытянуты в направлении центральной оси трубы, приклеены к ее внутренней поверхности и равномерно распределены по внутренней поверхности трубы, закрывая от 2 до 20%, предпочтительно от 4 до 10%, ее внутренней поверхности.
В изобретении предлагается также способ изготовления трубы из пенопласта упомянутого выше типа с дополнительным слоем из волокон с линейной плотностью от 0,5 до 25 децитекс и длиной от 0,2 до 5 мм и температурой плавления, превышающей температуру плавления пенопласта, заключающийся в том, что открытую внутреннюю поверхность распрямленной трубы заземляют, а волокна электростатически заряжают таким образом, что одни концы волокон притягиваются и прилипают к липкому слою, равномерно закрывая от 2 до 20%, предпочтительно от 4 до 10%, липкого слоя, а их другие свободные концы находятся на расстоянии от липкого слоя, равном длине волокон.
В предпочтительном варианте соединенные с внутренней поверхностью трубы волокна дополнительного слоя вытянуты в радиальном направлении.
Волокна дополнительного слоя предпочтительно изготавливают из полимера, в частности из полиамида или полиуретана, что, однако, не исключает возможности использования для этой цели вискозного волокна, арамидных волокон, стекловолокна или углеродного волокна.
Трубу из пенопласта можно изготавливать из термопластов, реактопластов или эластомеров.
Предлагаемая в изобретении труба из пенопласта обладает намного лучшими свойствами, чем обычная труба из пенопласта, и поэтому может использоваться для теплоизоляции трубопроводов. Так, в частности, она обладает меньшей теплопроводностью (величиной коэффициента лямбда), выдерживает более высокие температуры и легко монтируется на трубопроводе. Кроме того, при соответствующем выполнении дополнительного слоя и должном выборе диаметра и длины волокон предлагаемую в изобретении трубу с сжимаемым внутренним слоем можно использовать для теплоизоляции трубопроводов разного диаметра.
Предлагаемую в изобретении трубу можно изготавливать из обычных пенопластов, экструдируемых на обычном оборудовании, предназначенном для экструзии и вспенивания полимеров. При изготовлении в непрерывном режиме экструдированную трубу из пенопласта разрезают и разгибают (распрямляют), после чего на внутреннюю поверхность разрезанной и разогнутой трубы наносят слой клея. Сразу же после этого в слой клея опускают концы электрически заряженных коротких и тонких полимерных волокон. При затвердевании клея концы волокон прочно соединяются с изоляционной трубой, внутренняя поверхность которой становится при этом покрытой стоящими на ней тонкими и короткими волокнами.
Внутренний слой трубы с частично покрытой волокнами поверхностью состоит в основном из воздуха. Теплопроводность этого слоя меньше теплопроводности пенопласта и снижает коэффициент теплопроводности всей изоляционной трубы. Кроме того, небольшие по размерам волокна, изготовленные из материала, предпочтительно из полимерного материала, с высокой температурой плавления и низкой теплопроводностью, позволяют использовать предлагаемую в изобретении трубу из пенопласта при гораздо более высоких температурах по сравнению с температурами, при которых используют обычные изоляционные трубы из пенопласта.
Липкий слой изготавливают из самоклеющегося материала, например плавкого адгезивного материала или из дисперсионного клея, который незначительно влияет на толщину трубы и ее основные свойства.
Более подробно все отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения рассмотрены ниже на пример одного из вариантов его возможного осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - поперечное сечение предлагаемой в изобретении трубы из пенопласта,
на фиг.2 - график влияния толщины слоя волокон на теплопроводность всей предлагаемой в изобретении трубы из пенопласта и
на фиг.3 - схема установки для непрерывного изготовления трубы из пенопласта предлагаемым в изобретении способом.
На фиг.1 показано поперечное сечение трубы 13 из пенопласта, в данном случае из вспененного эластомера, с наружной поверхностью 11 и внутренней поверхностью 12. Внутренняя поверхность 12 трубы покрыта тонким липким слоем 20, который удерживает на ней одни из концов волокон дополнительного слоя 30. Волокна расположены по существу радиально. Волокна изготовлены из полимера, температура плавления которого больше температуры плавления пенопласта. Волокна имеют по существу одинаковую линейную плотность и длину и равномерно покрывают от 2 до 20% всей покрытой липким слоем 20 внутренней поверхности 12 трубы.
На фиг.3 показана схема технологической линии, на которой из пенопласта непрерывным способом изготавливают предлагаемую в изобретении изоляционную трубу 13. Экструдируемую (на позиции 41) из пенопласта трубу сначала разрезают (на позиции 42) и распрямляют (на позиции 43), а затем на ее внутреннюю поверхность 12 с помощью специального оборудования наносят (на позиции 44) тонкий слой клея. Сразу же после этого к внутренней поверхности заземленной (на позиции 46) трубы приклеивают притягиваемые к трубе электрически заряженные (на позиции 45) короткие и тонкие полимерные волокна. После затвердевания (на позиции 47) клея волокна прочно соединяются с внутренней поверхностью изоляционной трубы. Расположенные вертикально электрически заряженные волокна притягиваются к распрямленной трубе и равномерно приклеиваются своими нижними концами к ее покрытой тонким слоем клея внутренней поверхности, после чего трубу снова сгибают (на позиции 43), придавая ей первоначальную форму трубы, у которой внутренняя поверхность равномерно покрыта расположенными радиально волокнами. Эта операция, которую выполняют после затвердевания (на позиции 47) клея, на фиг. 3 не показана. Придание трубе первоначальной формы и соединение встык ее краев, образовавшихся в результате продольной разрезки, подробно описано в ЕР 1208962 А1. В готовой трубе волокна покрывают от 2 до 10% площади ее внутренней поверхности. Степень покрытия внутренней поверхности трубы волокнами зависит от свойств, которыми должна обладать готовая труба, и от типа выбранных для этого волокон.
Для покрытия внутренней поверхности трубы липким слоем используют имеющийся в продаже распыляемый клей на основе растворителя, а волокна имеют линейную плотность 6,6 децитекс и длину 1,0 мм. Для образцов пенопласта, из которого изготавливают трубу, и трубы, покрытой волокнами, измеряли среднее значение коэффициента теплопроводности. Полученные результаты приведены в таблице.
| Таблица | |||||
| Сравнение теплопроводности листового вспененного эластомера и изготовленного предлагаемым в изобретении способом листа после затвердевания клея (позиция 47) | |||||
| Образец | Толщина пенопласта | Толщина слоя волокон | Общая толщина листа | Коэффициент теплопроводности | Термический коэффициент |
| Вспененный эластомер | 25,4 мм | - | 25,4 мм | 0,0382 | 0,265 |
| Предлагаемое в изобретении изделие | 25,4 мм | 1,0 мм | 26,4 мм | 0,0386 | 0,255 |
Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что при наличии на внутренней поверхности трубы слоя волокон ее средний коэффициент теплопроводности уменьшается на 0,0014 Вт/м2-K. Однако из-за погрешности измерений, равной в данном случае приблизительно 0,006, до проведения дальнейших опытов трудно предсказать, каким образом за счет увеличения длины и толщины волокон можно добиться еще большего повышения коэффициента теплопроводности. Очевидно, что кроме толщины и длины волокон на коэффициент теплопроводности влияет и покрытие ими внутренней поверхности трубы. Можно предположить, что эффективность покрытия внутренней поверхности трубы слоем волокон в первую очередь зависит от связи между изоляцией и волокнами, поскольку коэффициент теплопроводности одного слоя волокон равен приблизительно 0,030 Вт/м2·K. В данном случае коэффициент теплопроводности слоя составляет от 0,010 до 0,15 Вт/м2·K. Предлагаемую в изобретении трубу можно рассматривать как систему из двух слоев разного материала с разными коэффициентами теплопроводности, равными, как показано на фиг.2, соответственно лямбда 1 и лямбда 2, и разной толщины. При этом толщина показанного на фиг.2 слоя 30 волокон принята равной длине волокон.
Большинство пенопластов обладают сравнительно низкой температурой плавления, и поэтому они могут использоваться для изоляции трубопроводов в ограниченном диапазоне температур. При изготовлении волокон из полимера с высокой температурой плавления (Tm1 на фиг.2) температура Тm2 используемого в качестве теплоизоляции пенопласта оказывается существенно меньше температуры поверхности трубопровода. Первые испытания пенопластов показали, что пенополиэтилен плавится при температуре наружной поверхности трубопровода, равной 113°С, а пенопласт с внутренним слоем волокон при этой температуре даже не прилипает к наружной поверхности трубопровода.
В некоторых случаях пенопласт или сама труба обесцвечивается или даже разрушается. Известно, например, что пенополипропилен разрушается в присутствии меди (Cu), и поэтому не может использоваться для теплоизоляции труб, изготовленных из меди. Проведенные опыты показали, что теплоизоляция из обычного пенополипропилена уже через день начинает разрушаться при 123°С, тогда как в теплоизоляции с внутренним слоем волокон никаких признаков разрушения не было обнаружено после двух дней. Эти результаты служат свидетельством существенного повышения теплостойкости изоляции за счет покрытия ее внутренней поверхности дополнительным слоем волокон. Волокна образуют дополнительный тепловой барьер между медной трубой и полипропиленом, и поэтому препятствуют его тепловому разрушению.
Даже в присутствии огнезащитных составов, которые часто используют при теплоизоляции, некоторые изготовленные из полимеров трубы из-за возникающей между изоляцией и трубой химической реакции меняют свой цвет (желтеют). Наличие дополнительно слоя волокон решает и эту проблему.
В зависимости от типа волокон слой волокон может быть и очень мягким и эластичным, и очень твердым и шероховатым. Мягкий и эластичный слой волокон обладает меньшим коэффициентом трения, и поэтому легче скользит по поверхности трубы. Кроме того, трубы из пенопласта с мягким слоем волокон можно использовать для теплоизоляции трубопроводов разного диаметра, что позволяет заметно уменьшить номенклатуру выпускаемых пенопластовых труб.
Пример
Полиэтиленовую трубу с внутренним диаметром 34 мм и толщиной стенки 10 мм экструдировали, используя изобутан в качестве физического вспенивающего агента. Полученную трубу охлаждали в течение 1 мин и разрезали (на позиции 42) в продольном направлении, а затем, используя специальную головку, покрывали (на позиции 44) слоем клея. Сразу же после нанесения (на позиции 44) клея внутреннюю сторону развернутой трубы покрывали слоем предварительно заряженных (на позиции 45) на соответствующем оборудовании полиамидных волокон плотностью 22 децитекс и длиной 3 мм. После затвердевания клея покрытый слоем волокон лист свертывали в трубу и соединяли его свободные края в продольном направлении горячим, нагретым до 350°С воздухом, оплавляющим состыкованные края листа. Полученную покрытую изнутри слоем волокон трубу с внутренним диаметром 28 мм и толщиной стенки 13 мм и большей теплостойкостью и меньшей теплопроводностью по сравнению с обычными изоляционными трубами из пенопласта разрезали на куски двухметровой длины и упаковывали.
1. Труба из пенопласта для изоляции трубопроводов, имеющая наружную и внутреннюю поверхности и связанный с внутренней поверхностью дополнительный слой, отличающаяся тем, что дополнительный слой состоит из волокон с линейной плотностью от 0,5 до 25 децитекс и длиной от 0,2 до 5 мм, которые изготовлены из материала с температурой плавления, превышающей температуру плавления пенопласта, и которые вытянуты в направлении центральной оси трубы, приклеены к ее внутренней поверхности и равномерно распределены по внутренней поверхности трубы, закрывая от 2 до 20%, предпочтительно от 4 до 10%, ее внутренней поверхности.
2. Труба из пенопласта по п.1, отличающаяся тем, что волокна расположены на внутренней поверхности трубы по существу радиально.
3. Труба из пенопласта по п.1 или 2, отличающаяся тем, что волокна изготовлены из полимера.
4. Способ непрерывного изготовления трубы из пенопласта для изоляции трубопроводов, заключающийся в том, что экструдируют трубу из пенопласта с наружной и внутренней поверхностью, трубу разрезают в продольном направлении от наружной до внутренней поверхности, разрезанную трубу распрямляют, на внутреннюю поверхность распрямленной разрезанной трубы наносят слой клея, слой клея покрывают соединяемым с ним дополнительным слоем, покрытой слоем клея и дополнительным слоем, распрямленной трубе придают первоначальную форму, которая она имела до ее продольного разрезания, и соединяют встык ее продольные края, отличающийся тем, что дополнительный слой изготавливают из волокон с линейной плотностью от 0,5 до 25 децитекс и длиной от 0,2 до 5 мм, температура плавления которых выше температуры плавления пенопласта, покрытую слоем клея внутреннюю поверхность распрямленной трубы заземляют, электрически заряжают волокна таким образом, что одни их концы проникают в слой клея и равномерно покрывают от 2 до 20%, предпочтительно от 4 до 10%, внутренней поверхности трубы, а их другие свободные концы располагаются на расстоянии от липкого слоя, равном длине волокон.
