Труба

 

ПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<11>84379 ф Ъ .д

Ф;.

К ПАТЕНТУ (61) Дрполиитвльиый к патенту (22) Заявлено 060479. (21) 2753198/05 (23) Приоритет - (32) 0 7 . 04 ° 78 (51)М. Кл з

F 16 L 9/16

В 29 0 23/01

Государственным комитет

СССР но делам изобретений и открытий (31) 13666/78 . (33)Великобритания (53) УДК 678. 027. 94 (088. 8) Опубликовано 30068ХБюллетень Ио 24

Дата опубликования описания 300631 (7 2) Авторы изобретения

Иностранцы

Кеннет Гордон. Райн и Ричард Деннис Кернау (Великобритания) /

Иностранная фирма

Ь==

"Бристоль Композит Иатириалз Инджиниринг Лимйтед" (Великобритания) (71) Заявитель (4 3) ТРУБА

Изобретение относится .к трубам для перемещения жидкостей.

Трубы, формуемые из армированного полимерного материала, наиболее часто изготавливают методом филаментной намотки, т.е. намоткой армирующих волокон на сердечник и пропиткой их полимерной композицией. Соединительные части труб такие как стыковочные узлы и колена, изготавливают аналогичным способом, за исключением того, что конструкцию формуют из предварительно изготовленной ленты, и метод филаментной намотки в этом случае можно рассматривать как метод ленточной намотки.

Уже давно существует потребность в коррозионностойких трубах, которые используют при подземных разработках для перекачки корродирующих шахтных вод. Однако во взрывоопасной атмосфере такой как атмосфера угольных шахт, содержащей метан, пластические материалы для изготовления труб используются ограниченно вследствие присущего им высокого удельного поверхностного сопротиления и низкой огнестойкости. Были предпри.няты попытки приспособить такие тру бы из пластических материалов для указанных областей, но ни одна из них не позволила решить проблему окончательно. Например, снизить удельное поверхностное сопротивление удается за счет использования внешнего проводящего покрытия или внешнего металлического проводника, но при поверхностных повреждениях такие покрытия теряют свою эффективность, а если есть и внутреннее покрытие или проводник, то появляется опасность, что такая труба будет играть роль конденсатора напряжения.

Известен метод литья под давлением иэделия из полимерных композиций, содержащих такое количество техуглерода, которое обеспечивает изделию злектропроводность.

Однако такие изделия требуют использования большого количества техуглерода для придания им требуемой электропроводности, а вязкость полимерных композиций, содержащих зто количество техуглерода, до вулканизации возрастает настолько, что оказывается невозможным осуществить филаментную намотку.В общем,композиция, перерабатываемая.методом филаментной намотки, должна иметь вязкость не более 70000 сП, измеряемую на вис843781

Эта цель достигается тем, что в трубе стекловолокнистый наполнитель пропитан огнестойким связующим с использованием в качестве полиэфирной смолы — смолы на основе тетрахлорфталевого ангидрида, в качестве фурановой смолы — смолы на основе фурфурилового спирта и связующее дополнительно содержит. технический углерод при следующем соотношении компонентов связующего, вес.ч.:

100

Смола

Технический углерод

2-8

Труба содержит связующее на осно- ц} ве фенолформальдегидной смолы и кислотного отвердителя при следующем соотношении компонентов связующего, вес.ч.:

Фенолформальдегидная смола

Кислотный отвердитель

100.5-15

Предлагаемая труба или соединительные части труб, обладающие элек(,тропроводностью и стойкостью к воспламенению, изготавливаются из намотанной волокнистой армирующей конструкции, пропитанной огнестойкой, электропроводящей полимерной

d0 козиметре Брукфильда при скорости сдвига 0,6 об/мин при комнатной температуре.

В результате проведенных исследований установлено удельное поверхностное сопротивление, с учетом требований техники безопасности, для

5 взрывоопасных атмосфер, которое не

;7 5 ° 10й Ом должно превышать где

D — внешний диаметр трубы в миллиметрах. Типичные размеры труб, изго- f g тавливаемых для английских угольных шахт, имеют D в пределах от 50 до

300 мм. Например, если диаметр трубы составляет 100 мм, то удельное поверхностное сопротивление должно быть не более 7,5 ° 10 " Ом.

Требование, касающееся стойкости к воспламенению, заключается в том, что если на внешнюю часть трубы в течение 30 с воздействовать открытым пламенем,, а затем удалить его, то горение или тление трубы должно продолжаться не более 5 с.

Наиболее близкой к предлагаемой является труба, выполненная из слоев стекловолокнистого наполнителя, про- 2$ питанного полиэфирным или фенолформалъдегидным или фурановым связующим 1 ..

Однако известная труба не обладает огнестойкостью и электропроводнос-.go тью.

Цель изобретения — обеспечение огнестойкости и электропроводности трубы.

35 композицией, содержащей 2-8% по весу композиции электропроводного техуглерода, равномерно диспергированного по объему композиции.

Установлено, что если полимерная композиция обладает огнестойкостью, то требуемую электропроводность можно получать в присутствии значительно меньшего количества техугле-. рода, Чем можно было ожидать, и, таким образом, можно составлять полимерные композиции, которые имеют низкую вязкость и высокую смачиваемость и которые можно использовать в методе филаментной намотки.

Важная особенность предлагаемой трубы заключается в том, что техуглерод равномерно диспергируется по объему композиции, т.е. по толщине трубы или соединительной части трубы, и, таким образом, не находится полностью в поверхностном слое, который легко повреждается. Предпочтительно чтобы в основе полимерной композиции был галоидированный полиэфир, смола на основе фурфурилового спирта,или фенолформальдегидная смола, предпочтительнее галоидированный полиэфир. Полимерный материал, используемый для композиции, может быть огнестойким по своей природе, но чаще для повышения огнестойкости полимерной композиции в ее состав вводят специальные добавки.

В качестве таковых могут быть использованы известные антипирены такие как макрочастицы соединения алюминия или галогенсодержащий фосфат или это может быть добавка, которая сама по себе не обладает способностью замедлять воспламенение, но при взаимодействии с полимером повышает его огнестойкость.

Предпочтительным полимерным материалом для композиций является. полиэфирная смола на основе тетрахлорфталевого ангидрида. При использовании галоидированного полиэфира

его смешивают с антипиреном, как правило соединением алюминия, таким как гидроокись алюминия, а также необязательно с галоидсодержащим антипиреном.

Если в качестве полимерного материала в состав композиции включена смола на основе фурфурилового спирта то желательно использовать дополнительный антипирен такой как галоидированный фосфат. Подходящей для этих целей добавкой является трис-(2,3-дибромпропилфосфат) . Кроме того, в состав композиций иа .основе смолы из фурфурилового спирта может входить донор кислоты. В его присутствии, в частности при его избытке, огнестойкость возрастает настолько, что дозировку дополнительного антипирена в составе композиции можно

843781 существенно снизить или полностью исключить

В том случае, когда в основе полимерной композиции лежит фенолформальдегидная смола, то, как правило, нет необходимости в использовании добавок антипиренов, но вместо этого желательно в состав композиции включать большее количество кислотного отвердителя, по сравнению с обычно используемым. Например, количество кислотного отвердителя для ,фенолформальдегидной смояы или смолы на основе фурфурилового спирта составляет от 1 до 4Ъ (от веса композиции).

Установлено, что использование сочетания техуглерода и избытка кислотного отвердителя или техуглерода

-и антипирена, который не является электропроводным, приводит к более .высокой электропроводности, чем использование того же количества техуглерода без добавки отвердителя или антипирена. В соответствии с этим легко составлять композиции, пригодные для филаментной намотки, 25 а сам процесс филаментной намотки проводить таким образом, что свойства композиции по объему будут одинаковыми, и, что особенно важно, техуглерод не будет сепарировать в объ- )Q еме композиции.

Желательно, чтобы.все ингредиенты полимерной композиции были ограничены соединениями, которые не образуют вредных, с точки зрения пра вил техники безопасности подземных разработок, веществ. Ацетиленовый техуглерод является очень подходящим типом техуглерода, так как он обладает наибольшей электропроводностью, но канальный, термический и 40 печной.техуглерод могут придать. смесям определенную степень электропроводности, в зависимости от размера частиц.

Армирующие волокна могут быть самых разнообразных форм, напрнмер, в виде текстильного материала, ровницы для намотки, слоя измельченных подпрессованных волокон, крученой ровницы или текстурированной ткани.

Обычно их получают из стекла. Предпочтительно полимерные композиции составляют так, чтобы в отсутствие техуглерода они имели вязкость от

500 до 1000 сП. Используемые композиции должны обеспечивать проникновение смолы в волокна, смачивать их, крепко соединяя друг с другом, с образованием непрерывной полимерной матрицы на армирующей намотке из волокон. Процесс филаментной намотки 6О проводят обычным способом.

Предлагаемая труба является особенно ценной для перекачки корродирующих шахтных вод. Однако ее можно использовать и для других целей. 65

Если поток, который йредстоит транспортировать по трубе, является неэлектропроводным, например сухой газ, содержащий частицы пыли, то другое преимущество трубы заключается в низком внутреннем удельном поверхностном сопротивлении, наряду с внешним удельным поверхностным сопротивлением. Кроме того, предлагаемую трубу можно использовать в качестве поручней,, в этом случае она может. быть сплошной и квадратной в поперечном сечении.

Пример 1. 4 ч. тонкоизмельченного ацетиленового техуглерода смешивают со 100 ч. полиэфирной смолы на основе тетрахлорфталевогб ангидрида, предварительно смешанной с тригидратом гидроокиси алюминия, используемым в качестве антипирена, и необязательно галоидсодержащим антипиреном и 2 ч. 50%-ой пасты перекиси бензола. Вязкость полученной смеси 4500 сП. Трубу изготавливают из нее и ровницы из стекловолокна или стеклоткани обычным методом филаментной намотки и полученное изо делие вулканизуют при 120 С в течение 15 мин. Стойкость к воспламенению оценивают описанным выше методом.

Электрическое сопротивление 0,03 МОм. Процесс повторяют в присутствии

10% техуглерода. Вязкость композиции перед вулканизацией составляет

2000000 сП, что значительно затрудняет проведение процесса филаментной намотки. Однако огнестойкость удовлетворительная, а электрическое сопротивление составляет 0 МОм.

Пример 2. 4 ч. тонкоизмельченной ацетиленовой сажи смешивают с 100 ч. фенолформальдегидной смолы и 5 ч. кислотного отвердителя. В качестве отвердителя используют любой из обычных сильнокислотных отвердителей, применяемых в сочетании с фенолформальдегидными смолами.

Смесь на основе смолы наносят на слои намотанного стекловолокна и стеклоткани обычным способом, продукт ,желатинизируется при комнатной температуре, а затем его подвулканизуют при

120 С в течение 15 мин. Вязкость композиции перед вулканизацией составляет 66500 сП. Вулканизованный продукт имеет удовлетворительную огнестойкость и электрическое сопротивление 8 МОм. Когда процесс повторяют в присутствии 10% отвердителя, огнестойкость удовлетворительная, но электрическое сопротивление составляет б MOM. При введении в состав композиции 15% отвердителя, огнестойкость удовлетворительная, но электрическое сопротивление еще ниже б МОм.

Таким образом, н одном из процес . сов, где использовано 5Ъ техуглерода, 5% отвердителя и 90% Полтека-2 дос843781. тигнуто электрическое сопротивление

0,1 ИОм.

Пример 3. 4 ч. тонкоизмельченного ацетиленового техуглерода смешивают с 100 ч. смолы на основе фурфурилового спирта, которую предварительно: смешивают с трис-(2, 3-дибромпропилфосфатом), используемым в качестве антипирена, и 2,5 ч. кислотного катализатора, например ароматической кислотой. Смесь, вязкостью 2680 сП, наносят на слои намотанного стекловолокна, стеклоткани и желатинизируют при комнатной темпЕратуре, затем подвулканизуют при.

120 С в течение 15 мин. Вулканизован-. ный продукт имеет удовлетворительную огнестойкость и электрическое сопротивление 0,1 МОМ. При проведении процесса в присутствии 10% техуглерода вязкость смеси превышает 1000000, что затрудняет прОведение процесса нанесения при филаментной намотке, Таблица 1

Опыт

Показатель

Е F

А В

15% С 15Ъ С

0% FR ЗОЪ FR

10% С

ЗОВ FR

10% С

ОЪ FR

4Ъ С 4% С

ОЪ FR ЗОВ 6К

680

Вязкость, сП

Огнестойкость

Неудовлетворительная

О Бесконечно велико

Бесконечно велико

Бесконечно велико

Бесконечно велико

Электрическое сопротивление, МОМ

Формула изобретения

1..Труба, выполненная из слоев стекловолокнистого наполнителя, пропитанных термореактивным связующим на основе полиэфирной или фенолформальдегидной или фурановой смолы, о т л и .ч а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения огнестойкости и электропроводности трубы, стекловолокнистый наполнитель пропитан огне60 стойким связующим с использованием в качестве полиэфирной смолы - смолы на основе тетрахлорфталевого ангидрида, в качестве фурановой смолы — смолы на основе фурфурилового

$5 спирта и связующее дополнительно со1000

2000

2 1500

4 500 б 100

1000

40

200

8 100

200

Результаты табл. свидетельствуют о том, что этот продукт совершенно неприемлем, независимо от того, содержит он антипирен или нет, электрическое сопротивление бесконечно велико, но при сравнении опытов С и Р видно, что добавка антипирена в смесь, содержащую 10% техуглерода, снижает электрическое сопротивление до нуля, но огнестойкость остается неудовлетворительной.

Результаты экспериментов антистатических труб представлены в табл.2.

Таблица 2 но огнестойкость после вулканизации удовлетворительная, а электрическое сопротивление равнялось нулю. Аналогичным образом, в присутствии 15% техуглерода огнестойкость также удовлетворительная, электрическое

5 сопротивление нуль, но вязкость превысила 2000000 сП.

Для,сравнения готовят трубу из полимерной композиции, не обладакщей стойкость к воспламенению. Процесс проводят аналогично примеру 1, но с использованием неогнестойкого полиэфира, т.е. негалоидированного полиэфира, например продукта Кристин-189

15 с различными количествами техугле-. рода и тригидрата гидроокиси алюминия в качестве антипирена.

Полученные результаты представлены в табл. 1, где FR -тригидрат гидЩ роокиси алюминия в качестве антипирена.

12200 2 млн

Предлагаемая;. труба экономична, так как обладает хорошей коррозионной стойкостью, огнестойкостью и механической прочностью в сочетании с низким электрическим сопротивлением, на основе использования легко45 перерабатываемой смолы обладающей .способностью смачивать волокнистый армирующий слой.

84 3781

100

5"15

Составитель В.Чистякова

Редактор E.Äè÷èíñêàÿ Техред A.ÁàáèíâÍ1 . Корректор О.Билак

Заказ 5081/49 Тираж 1006 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва; X-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 держит технический углерод при следующем соотношении компонентов связующего, Вес.ч.:

Смола 100

Технический углерод 2-8

Труба по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что содержит связующее на основе фенолформальдегидиой смолы и кислотного отвердителя нри следующем соотношении компонентов связующего, вес.ч.7"

Фенолформальдегидная смола . Кислотный отвердител ь

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1- a peB r Я Производство и применение .стеклопластиковых труб,.

10 М., ГОСИНТИ, 1962, с., 4-12 (прототип).