DE69000876T2 - Verschlusseinrichtung fuer schrumpfumhuellungen. - Google Patents

Description

• In der Fachwelt ist wohlbekannt, Schutzhüllen zum Schutz rohrförmiger Gegenstande, wie Ölleitungsrohre od.dgl. vorzusehen. Solch ein Schutz ist wegen sowohl äußerer als auch innerer Degradationskräfte erforderlich, die auf im Boden verlegte Ölleitungsrohre einwirken. Die äußeren Kräfte werden von der Umgebung ausgeübt und zeigen sich in Bodenspannungen, Sedimentation, Wasseransammlung, Bakterienansammlung usw., die alle zur Zerstörung der Unversehrtheit im Boden verlegter Ölleitungsrohre od.dgl. beitragen. Die inneren Kräfte sind hauptsächlich Spannungen infolge der abschnittweisen Verlegung der Ölleitungsrohre im Boden.
• Wie in der Fachwelt üblich, besteht ein Ölleitungsrohr aus einer Reihe einzelner Rohrabschnitte, wobei benachbarte Rohrabschnitte unter Bildung einer Rohrverbindung, wie sie einfach bezeichnet wird, zusammengeschweißt sind. Nach der Verbindung werden die Rohrverbindungen typischerweise gegen die vorgenannten Degradationskräfte durch eine Klebstoffschicht und eine flüssigkeitsundurchlässige Außenhülle geschützt.
• Eine besonders wirkungsvolle Außenhülle besteht aus einer sogenannten Schrumpfmuffe bzw. wärmeschrumpfbaren Folie, die auf die Rohrverbindung aufgebracht und sodann erwärmt wird, um ein Schrumpfen der Folie zu bewirken, sodaß sie und die darunterliegende Klebstoffschicht an der Rohrverbindung fest haften.
• Der Klebstoff kann ursprünglich auf der Unterlage für die wärmeschrumpfbare Folie zur Bildung eines wärmeschrumpfbaren Klebebandes enthalten sein. Alternativ und anstatt den Klebstoff an der Unterlage für die wärmeschrumpfbare Folie vorzusehen, ist auch bekannt, zuerst auf die Rohroberflächen einen Überzug und danach darüber eine wärmeschrumpfbare Folie aufzubringen.
• Obwohl nicht beabsichtigt ist, dies als umfassenden Überblick über den Stand der Technik auszulegen, werden nichtsdestoweniger die folgenden Patente als anschaulich für wärmeschrumpfhare Folien betrachtet.
• Die US-A-3 144 398 betrifft die Herstellung bestrahlten Polyethylens, dessen Zustand ohne weiteres vom gereckten in den geschrumpften geändert werden kann. Es ist angegeben, daß die Ziele durch Kaltrecken des Polyethylens bei einer Temperatur von 65ºC und nachfolgende Bestrahlung mit einer bestimmten Dosis, vorzugsweise mit Elektronen erreicht werden.
• Die US-A-3 144 399 betrifft ein bestrahltes, biaxial orientiertes Polyethylen, das unter der Reißgrenze in jeder Richtung um zumindest 100% gereckt wird. Das Polyethylen wird zuerst mit einer bestimmten Dosis bestrahlt, danach bis auf oder über die Glastemperatur erwärmt und zum Orientieren gereckt. Der gereckte Zustand wird bei der Abkühlung auf Raumtemperatur beibehalten.
• Die US-A-3 455 337 betrifft einen unterschiedlich bestrahlten, vernetzten regenierbaren Polymergegenstand, wobei insbesondere Schläuche geoffenbart sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er nahe einer Oberfläche eine ausreichende Vernetzungsdichte, damit er im wesentlichen unschmelzbar ist, und über seine Dicke eine fortschreitend abnehmende Vernetzungsdichte aufweist, wobei die einander gegenüberliegenden Oberflächen im wesentlichen unvernetzt sind. Wie darin erläutert, wird der Gegenstand dadurch hergestellt, daß er zunächst einer Strahlendosis ausgesetzt wird, die nicht ausreicht, die einander gegenüberliegenden Oberflächen unschmelzbar zu machen. Sobald das Rohr ausreichend vernetzt worden ist, wird es erwärmt und einem Druckunterschied zwischen Innen- und Außenseite unterworfen, wobei der Druck zum Erweitern des Rohres in gesteuerter Weise ausreicht.
• Der US-A-3 886 056 ist zum Ziel gesetzt, aus Polyethylen mit hoher Kristallinität ein Polyethylen mit stark erhöhter Schmelz- und Erweichungstemperatur, verbesserter Transparenz und ausgezeichneter Dimensionsstabilität bei hohen Temperaturen herzustellen. Dieses Ziel soll durch Bestrahlung mit einer Dosis von 0,2 bis 16 Mrad erreicht werden, um ein vernetztes Polyethylen mit einem Gelgehalt von wenigstens einem Gewichtsprozent, Strecken des vernetzten Polymers in zumindest einer Richtung bei einer Temperatur von mindestens dem anisotropen Schmelzpunkt und folgendes Abkühlen zu erzeugen.
• Die US-A-3 949 110 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeschrumpfbaren Schlauches mit den Schritten der Bestrahlung des Schlauches, der Erwärmung auf zumindest die Erweichungstemperatur, des teilweise Aufblasens und der anschließenden Wärmehärtung durch Abkühlung.
• Die US-A-3 988 399 bezieht sich auf wärmeregenierbare Umhüllungsmuffen für Rohrverbindungen, Kabel, Drahtspleißstellen od.dgl., welche die Eigenschaft besitzt, sich bei Anwendung von Wärme evolventenförmig einzurollen. Wie z.B. in Sp. 6 dargelegt, kann eine oder beide der ursprünglichen Außenseiten mit einem geeigneten Klebstoff überzogen werden.
• Die US-A-4 348 438 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Schrumpfhüllen aus einem Homopolymer aus Ethylen oder einem Copolymer aus Ethylen mit bis zu 20 Gewichtsprozenten eines oder mehrerer anderer Monomere. Wie dargelegt, wird die Folie bei einer Temperatur von wenigstens 5ºC unter dem Folienschmelzpunkt uniaxial kaltorientiert, mit ionisierender Srahlung bestrahlt und längs einer zur Orientierungsrichtung senkrechten Naht verschlossen. Die Bestrahlung, die vorzugsweise vor der Orientierung durchgeführt wird, erfolgt mit einer Dosis von 1 bis 20 Mrad, wobei 3 bis 5 Mrad als bevorzugt angegeben ist.
• Die US-A-4 469 742 bezieht sich auf eine mehrlagige Schrumpffolie zum Kochen, bestehend aus: (1) einer eigenen Abschlußchicht, (2) einer Schrumpfschicht, (3) einer eigenen Klebstoffschicht, (4) einer Sperrschicht, (5) einer weiteren Klebstoffschicht und (6) einer Grundschicht, wobei die betreffenden Schichten verschmolzen und zur Vernetzung bestrahlt werden, um sie gegen Delamination während des Gebrauches ausreichend widerstandsfähig zu machen.
• Die US-A-4 517 234 betrifft eine flache Luange aus wärmeregenierbarem Material mit einstückigen Rasteinrichtungen, sodaß das Material um Kabel, Rohre usw. gehüllt, verrastet und sodann geschrumpft werden kann.
• Die US-A-4 521 470 betrifft ein System zum Einschließen eines Gegenstandes durch aufeinanderfolgendes Bereitstellen oder als einzigen Gegenstand: (a) einen wärmeerweichbaren Klebstoff, (b) ein vorgeschriebenes thermoplastisches Polymermaterial und (c) einen wärmeregenerierbaren Überzug sowie anschließendes Erwarmen zum Bewirken der Regeneration (Schrumpfung).
• Die US-A-4 590 020 lehrt eine orientierte, hochdichte Polyethylenfolie mit maximaler Vernetzung an den Oberflächen und minimaler innerer Vernetzung. Hergestellt wird die Folie durch Vernetzung der einander gegenüberliegenden Oberflächen durch Bestrahlung mit Elektronenstrahlen in solcher Weise, daß der Vernetzungsgrad von der Oberfläche nach innen zu derart abnimmt, daß die Außenlägenbereiche eine Gelfraktion zwischen 0 bis 5% erhalten, und anschließendes Erwärmen und Recken, um eine orientierte Folie zwischen 10 und 50u zu erzeugen. Wie in Sp. 3 angegeben, sollten beide Seiten mit derselben Dosis bestrahlt werden, wobei die Durchstrahlungskraft der Elektronenstrahlen gemäß der Dicke durch Verändern der angelegten Spannung oder durch Anwendung einer Blende passend eingestellt wird.
• Meine gleichlaufenden Patentanmeldungen US-Serial Nr. 003091, eingereicht am 14. Jänner 1987, und 1770,177, eingereicht am 18. März 1988 betreffen ebenfalls wärmeschrumpfbare Folien und Bänder, die als Rohrhüllen, z.B. zum Schutz von Verbindungen von Ölleitungsrohren angewendet werden können.
• Nachdem die Schrumpfmuffe auf der Rohrverbindung angeordnet worden ist, müssen Mittel geschaffen werden, um sie auf der darunterliegenden Rohroberfläche vor dem Erwärmen festzuhalten. In der Fachwelt sind verschiedene Mittel zum Verbinden des offenen Längsstoßes einer wärmeregenerierbaren Schrumpfhülle während der Installation rohrförmiger Gegenstände, wie Rohren, wohlbekannt. Die von solchen Verschlüssen zu erfüllende Aufgabe ist in erster Linie die Bewahrung der Naht trotz der inneren Schrumpfkräfte in der Muffe während ihrer Wärmeregeneration beim Heißverschmelzen mit der darunterliegenden Oberfläche, wie eines Rohrüberzuges.
• Die ersten unter den bekannten Verschlußverfahren sind mechanische Verschlüsse, wie aufschiebbare Metallkanäle, wie sie im US-Patent Nr. 3 455 335 beschrieben sind, Knopfe, wie sie im US-Patent Nr. 3 530 383 beschrieben sind, und eingebettete Einsätze, wie sie im US-Patent Nr. 3 542 077 beschrieben sind. Obwohl mechanische Verschlüsse wirtschaftliche Verwendung gefunden haben, besitzen sie dennoch Nachteile. Unter den Nachteilen befinden sich die bei der Herstellung der Metallverschlüsse auftretenden Kosten und die Montage derartiger Verschlüsse an durchmessergroßen Gegenständen, z.B. Ölleitungsrohren, auf dem Feld. Desgleichen sind die Wärmespannungen nachteilig, die während der Wärmeregenerationsstufe hervorgerufen werden konnen.
• Obwohl derzeit bekannte Folienklebeverschlüsse die von den mechanischen Verschlussen gezeigten Nachteile beseitigen, sind sie ihren eigenen Nachteilen unterworfen. Beispiele von Klebeverschlußmaterialien sind die Cyanacrylate, wie sie im US-Patent Nr. 3 959 052 beschrieben sind, Siliconkleber, wie sie im US-Patent Nr. 4 153 747 beschrieben sind, Kontaktkleber auf Chloroprenbasis, wie sie im US- Patent Nr. 3 770 556 beschrieben sind, und vernetzte Schmelzkleber, wie sie im US-Patent Nr. 4 220 676 beschrieben sind.
• Obwohl sich Schmelzkleber-Verschlußsysteme im Handel befinden, sind sie insoferne problematisch, als längs der Längsachse der Muffe eine kalte Zone beibehalten werden muß, um zu verhindern, daß die Kontraktionskräfte während der Wärmeanwendung den Schmelzkleber unter dem Verschluß abzuscheren und somit den Verschluß zu öffnen. Mit anderen Worten, da die Schmelzkleberverschlüsse einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als den Schrumpfpunkt der Polyolefinmuffe, kann derjenige Bereich, der unmittelbar unter dem Schmelzkissen liegt, nicht geschrumpft werden, ohne den Schmelzkleber zu verflüssigen und ein Abziehen der Polyolefinmuffe vom Schmelzkissen und daher eine Zerstörung des Verschlusses zu bewirken.
• Druckempfindliche Klebstoffe sind in den US-Patenten Nr. 4 153 747 und 4 268 559 beschrieben worden. Die druckempfindlichen Klebstoffe für Verschlüsse sind entweder vernetzte oder unvernetzte. Der Nachteil, auf den man bei den Verschlüssen mit vernetzten druckempfindlichen Klebstoffen stößt, ist wieder die Verflüssigung, die zum Abziehen von der darunterliegenden Polyolefinmuffe und daher zur Zerstörung des Verschlusses führt. Dieses Problem wird durch Verwendung teilweise orientierter Muffen zum Teil überwunden, bei denen die Muffenränder ungereckt sind. Der solchen Systemen innewohnende Nachteil liegt in der Notwendigkeit der Herstellung verschieden großer Muffen zur Anpassung der verschiedenen Rohrdurchmessergrößen.
• Verschlüsse mit vernetzten druckempfindlichen Klebstoffen schaffen eine bessere Haftung zwischen dem Verschluß und der Muffe, weil die Vernetzung bei hohen Temperaturen eine gute Scherfestigkeit bietet. Obwohl das Problem in den darüberliegenden Schichten gelöst ist, ist es allerdings bei der Haftung zwischen Substrat und Muffe nicht angesprochen. Die Muffen werden noch immer mit einem Mastixharz oder einem Schmelzklebstoff aufgebracht. Infolgedessen wird die darunterliegende Haftung zerstört. Exemplarisch für die Probleme, auf die man bei vernetzten druckempfindlichen Klebstoffen stößt, ist das US-Patent Nr. 4 731 274 von Bonk et al, das einen Verschluß beinhaltet, bei dem zwei Klebstoffe angewendet werden, nämlich ein Klebstoff, der die Befestigung des Verschlusses am Substrat sichert, ein wärmeaktivierbarer Klebstoff, und ein zweiter Klebstoff, der als Verschlußmittel für die Verschlußeinrichtung selbst dient, ein druckempfindlicher Klebstoff. Da die beiden Klebstoffe unterschiedliche Schmelzpunkte haben, wird bei der Wärmeanwendung der wärmeaktivierbare Klebstoff verflüssigt und die Befestigung zwischen dem Verschluß und dem Substrat auftrennen. Alternativ schlagen Bonk et al die Trennung des druckempfindlichen Klebstoffes vom wärmeaktivierbaren Klebstoff durch Pfropfpolymerisation der gesamten Polyolefinmuffe vor, und die Befestigung einer eigenen Verschlußeinrichtung über der Muffenüberlappung zu ermoglichen. Es sei bemerkt, daß die Pfropfpolymerisation der gesamten Muffe ein sehr teures und arbeitsintensives Verfahren ist.
• Schließlich sind druckempfindliche Klebstoffe im allgemeinen mehr sauerstoff- und wasserdurchlässig als Schmelzklebstoffe oder Polyolefine, ein Nachteil, der bei der Anwendung bei im Boden verlegten Rohren sehr schädlich ist, deren Unversehrtheit von der Verhinderung degradierender Umwelteinflüsse abhängt.
• Der vierte bekannte Verschlußmechanismus ist die "Canusa wrapid"-Muffe, die eine einteilige Muffe ist. Diese Muffe hat einen klebstofffreien Bereich, der das direkte Verschmelzen der Substrat-Rohrhülle mit der Muffe gestattet. Das bei diesem Verschlußsystem auftretende Problem ist wieder die Notwendigkeit, ein großes Inventar zur Anpassung an die unterschiedlichen Rohrdurchmessergrößen zu haben.
• Bei den gegebenen, vorerwähnten Nachteilen ist die Aufgabe der Erfindung, einfach gesagt, die Schaffung eines neuen Verschlusses zur Abdeckung der Überlappung einer wärmeschrumpfbaren Folie oder Bandes, wie solche bisher in der Fachwelt bekannt sind, welcher Verschluß den Schrumpfkräften der Hülle widersteht, wodurch ein fester Verschluß ermöglicht und folglich Schutz vor Korrosion geboten wird, die von den vorstehend erläuterten äußren und inneren Kräften hervorgerufen wird.
Kurze Beschreibung der Erfindung
• Eefindungsgemäß wird diese Aufgabe in wirksamer und eleganter Weise durch die Schaffung eines Verschlusses gelöst, bestehend aus einer hochtemperaturbeständigen, flammenbeständigen und dimensionsstabilen Unterlage, einem vernetzten, hochtemperaturbeständigen, scherfesten und flammenbeständigen, druckempfindlichen Klebstoff, der an einer Seite der Unterlage aufgebracht ist, und einer wärmeschrumpfbaren Folie, deren Dimensionen kleiner als diejenigen der druckempfindlichen Klebstoffschicht sind und die auf die druckempfindliche Klebstoffschicht derart aufgebracht ist, daß ein Umfangsbereich an freiliegendem druckempfindlichem Klebstoff aufrechterhalten ist, sowie gegebenenfalls einer lösbaren Abdeckfolie, die derart aufgebracht ist, daß die freiliegende druckempfindliche Klebstoffschicht vor vorzeitiger und unerwünschter Berührung vor der Verwendung geschützt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine Rückansicht der erfindungsgemäßen Verschlußeinrichtung,
• Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Verschlußeinrichtung nach Fig. 1, und
• Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht zur Darstellung der Verwendung der Verschlußeinrichtung beim Halten einer Schrumpfhülle an ihrem Platz über einer Rohrverbindung vor dem Erwärmen zum Bewirken der Verschmelzung und daher der Befestigung der Schrumpfhülle an dem Rohr.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Wie vorstehend erwähnt, sind der Fachwelt Rohrhüllen zur Verhinderung des Angriffes von Degradationskräften an im Boden verlegten Ölleitungsrohren bekannt.
• Um Korrosion und/oder andere Degradationskräfte am Angriff an Ölleitungsrohren zu hindern, ist es übliche Praxis, eine Schutzabdeckung an der Rohroberfläche anzubringen. Während diese Schutzabdeckung in ihrer einfachsten Form ein Antikorrosionsüberzug sein kann, besteht für optimale Lebensdauer, insbesondere für im Boden verlegte Ölleitungsrohre das Schutzsystem zumindest aus einer Außenfolie oder einem Klebeband, die bzw. das typischerweise spiralig um das Rohr gewunden ist. Aus ersichtlichen Gründen wird auf dem Gebiet des Ölleitungsschutzes solch eine Außenhülle üblicherweise als "Rohrhülle" bezeichnet.
• Bei einem derzeit gebräuchlichen typischen Antikorrosionssystem wird zunächst ein Grundierüberzug auf die Rohroberfläche aufgebracht und dann auf diesen Grundierüberzug ein druckempfindliches Band mit fester, abrasionsfester Unterlage gewickelt. Bei diesem typischen Ölleitungs-Verlegesystem werden Rohrabschnitte vorbestimmter Länge, z.B. in der Größenordnung von 40 Fuß (12,2 m), und mit einer Rohrhülle der vorstehenden allgemeinen Beschreibung am Feld zum Einlegen in den Boden zusammengesetzt.
• Wenn die aneinander zu stoßenden und zu verbindenden Endabschnitte derart umhüllt sind, werden sie von der Schutzhülle befreit und dann zusammengeschweißt. Sodann wird eine Schutzhülle über der Rohrverbindung und den angrenzenden Bereichen der betreffenden Rohrhüllen angeordnet, um die Schweißstelle bzw. Rohrverbindung zu sichern, wovon gesagt werden kann, daß sie das schwächste Glied des Ölleitungsrohres ist und somit den größten Schutz vor Umweltkräften und -belastungen erfordert.
• Erfindungsgemäß besteht das neue Verschlußsystem zum Festhalten der Schrumpfhülle vor dem Erwärmen zum Schrumpfen aus einer hochtemperaturbeständigen, flammenbeständigen und dimensionsstabilen Unterlage, einem vernetzten, hochtemperaturbeständigen, scherfesten und flammenbeständigen druckempfindlichen Klebstoff, der an einer Seite der Unterlage aufgebracht ist, und einer wärmeschrumpfbaren Folie, deren Dimensionen kleiner als diejenigen der druckempfindlichen Klebstoffschicht sind und die auf die druckempfindliche Klebstoffschicht derart aufgebracht ist, daß ein Umfangsbereich an freiliegendem druckempfindlichem Klebstoff aufrechterhalten ist, sowie gegebenenfalls einer lösbaren Abdeckfolie, die derart aufgebracht ist, daß die freiliegende druckempfindliche Klebstoffschicht geschützt ist.
• Das erfindungsgemäße Verschlußsystem ist am besten unter Bezug auf die erläuternden Zeichnungen verständlich. Unter Bezug auf Fig. 1 und 2 besteht das Verschlußsystem 10 aus einer Unterlage 12 aus einer hochtemperaturbeständigen, flammenbeständigen und dimensionsstabilen Folie, die an einer Seite einen vernetzten, hochtemperaturbeständigen, scherfesten und flammenbeständigen druckempfindlichen Klebstoff 14 aufweist. Dann ist eine wärmeschrumpfbare Folie 16, deren Dimensionen kleiner als diejenigen der Unterlage 12 sind, im wesentlichen mittig auf der druckempfindlichen Klebstoffschicht angeordnet, wobei ein klebstofffreier Flächenbereich zum Anbringen des Verschlußsystems vorgesehen ist. Gegebenenfalls kann eine lösbare Folie 18, deren Dimensionen größer als diejenigen der Unterlage 12 sind, aufgebracht sein, um die freiliegenden, klebstoffhaltigen Bereiche zum leichten Anbringen zu bedecken.
• Fig. 3 stellt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verschlußsystems auf ein eine Schrumpfmuffe dar, die auf einer Rohrverbindung zweier benachbarter Rohre angebracht ist.
• Wie gezeigt, ist auf zwei zur Bildung einer allgemein als 22 gezeigten Rohrverbindung zusammengeschweißten Rohrabschnitten 20 eine wärmeschrumpfbare Folie 24 über der Rohrverbindung angeordnet. Es ist verständlich, daß für die Zwecke der Erfindung die jeweils angewandte wärmeschrumpfbare Folie bzw. das Band 24 von untergeordneter Bedeutung ist. Sie kann irgendeine der an sich bekannten, z.B. eine derjenigen der in den vorerwähnten Patenten oder vorerwähnten gleichlaufenden Patentanmeldungen der Anmelderin sein.
• In der Praxis wird zunächst die abnehmbare Abdeckfolie 18 entfernt und dann der Verschluß auf die Überlappung der Schrumpfhülle aufgebracht, wie mit strichlierten Linien gezeigt, um die Schrumpfhülle zur Vorbereitung des Erwärmungsschrittes sicher an ihrem Platz zu halten.
• Die jeweiligen Materialien, die zur Realisierung der Erfindung für die Folie 16 gewählt werden können, können irgendwelche der bisher in der Fachwelt bekannten zu Herstellung wärmeschrumpfbarer Folien und Rohrhüllen sein. Demgemäß stellt die Auswahl dieser Materialien an sich keinen Teil der Erfindung dar.
• Zum Zweck der Erläutertung wird allerdings angegeben, daß anwendbare Polyolefinmaterialien im allgemeinen als wärmeschrumpfbare (oder wärmeregenerierbare, wie sie auch manchmal in der Fachwelt bezeichnet werden) Materialien gekennzeichnet sind, die Eigenschaften eines elastischen Gedächtnisses besitzen, die ihnen durch das Vernetzen und die Orientierung verliehen werden. Die bevorzugten Materialien sind Polyethylene, z.B. niedrigdichtes Polyethylen (LDPE), mitteldichtes Polyethylen (MDPE), hochdichtes Polyethylen (HDPE), sehr niedrigdichtes bzw. ultraniedrigdichtes Polyethylen (VLDPE) und niedrigdichtes lineares Polyethylen (LLDPE) sowie Mischungen derselben.
• Als Beispiele anderer nützlicher Polymere, die allein oder in Kombination mit Polyethylen verwendet werden können, seien Ethylenvinylacetat-Copolymere, Ethylenpropylen- Kautschuk, EPDM, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyisobutene, konjugiertes Butyldien, Butylkautschuk usw. erwähnt, die zur Bildung einer Polymermischung mit anderen Reagentien gemischt werden, um die jeweils erwünschten Eigenschaften der Folie zu erzielen, z.B. einem Färbstoff wie Ruß, einem Antioxydationsmittel, Ultraviolettstabilisatoren, Füllstoffen, Vernetzer, Antiblockmitteln usw. Im allgemeinen sind nützliche Materialien für Schrumpfhüllenfolien typischerweise aus semikristallinen, vernetzbaren Polymeren wie einem Polyolefin (d.h. Polyethylen, Polypropylen und Copolymere aus Ethylen mit ungesättigten Vinylarten, wie Vinylacetat, Acrylsäure, Methylacrylat, Ethylacrylat usw.), Polyester (d.h. Polyethylenterephthalat), Polyamiden (z.B.Nylon), die vorzugsweise gegen oxydierende Degradation stabilisiert sind.
• Mischungen nichtkristalliner Polymere (z.B. Neopren, Ethylenpropylenkautschuk, chloriertes Polyethylen) mit einem semikristallinen Polymer sind ebenfalls nützlich. Außerdem sind nichtkristalline Polymere mit hohem Tg (z.B. Polyvinylchlorid) genauso geeignet. Im Falle von Polyethylen und anderen Copolymeren, die ohne bemerkenswerte Degradation strahlungsvernetzbar sind, oder Polymeren, wie Polyvinylchlorid und Polypropylen, die durch Hinzunehmen geeigneter pro-rad so gemacht werden können, ist die Elektronenstrahl-Vernetzung für die Folienverarbeitung höchst erwünscht.
• Jedenfalls sollte vorzugsweise die wärmeschrumpfbare Folie 16 aus demselben Material wie die Schrumpfhülle bestehen, bei der sie angewendet werden soll.
• Die Zusammensetzung der Schrumpfmuffe (und des Verschlusses) bestimmt die Temperatur, bei der eine erhebliche Schrumpfung erfolgt (d.h. den kristallinen Schmelzpunkt bzw. den Tg der Zusammensetzung). Das Ausmaß der der Unterlage der Schrumpfhülle verliehenen Vernetzung und der Betrag an Orientierung steuert den Betrag der Schrumpfregeneration, zu der die Folie fähig ist, sowie die Regenerationskraft, welche die Folie auf den Überlappungsverschluß ausübt, wenn die Folie auf einem zwangsläufig beschränkenden Zylinderkörper, wie einem Rohr, geschrumpft wird, wobei das Rohr und das Verschlußsystem als zwangsläufige Beschränkung gegen Erreichen der maximalen Schrumpfung wirken.
• Die Unterlage 12 des Verschlusses sollte von einer Zusammensetzung sein, die gegen Hitze und Flammen eines Schweißbrenners ausreichend lange widerstandsfähig ist, um das Schmelzen und Verschmelzen des darunterliegenden Bandes mit der Unterlage der Schrumpfhülle zu ermöglichen. Materialien, die sich als geeignet erwiesen haben, sind Polyamidfolien (z.B. "Kapton", Handelsname von Dupont) und Aluminiumfolien. Weitere anwendbare Materialien sind Kevlar-Fasern, Glasfasergewebe, Laminate aus Glasfasergeweben und Aluminiumfolien, flammenbeständige Baumwolle usw.
• In gleicher Weise können die jeweils angewandten Klebstoffe aus den bisher bei wärmeschrumpfbaren Folien ausgewählt werden, nämlich aus vernetzen, hochtemperaturbeständigen, scherfesten und flammenbeständigen druckempfindlichen Klebstoffen. Der bevorzugte druckempfindliche Klebstoff ist ein Klebstoff auf Siliconbasis.
• Da der Klebstoff, der bei der Realisierung der Erfindung angewandt werden kann, von einer an sich bekannten und auf dem Fachgebiet der Klebebänder, z.B. dem Gebiet der Rohrschutzhüllen verwendeten Art sein kann, kann die Auswahl des jeweiligen Klebstoffes als Angelegenheit der persönlichen Wahl oder Laune betrachtet werden und stellt an sich keinen Teil der Erfindung dar. In gleicher Weise ist die jeweilige Klebstoffdicke sowie die Art der Aufbringung der wärmeschrumpfbaren Folie eine Wahl im Rahmen des voraussichtlichen Ermessens des Facharbeiters.
• Zwecks Erläuterung, nicht jedoch als Einschränkung, kann die Folie 16 eine Dicke in der Größenordnung von 10 bis 30 mils (0,25 bis 0,76 mm) aufweisen. Die Klebstoffschicht 14 kann 0,5 bis 5 mils (0,013 bis 0,076 mm) dick sein und die Unterlage kann eine Dicke in der Größenordnung von 0,5 bis 5 mils (0,013 bis 0,13 mm) aufweisen.
Beispiel 1
• Eine angenähert 20 mils (0,020" (0,51 mm)) dicke Folie wurde durch Kalandern einer Zusammensetzung hergestellt, die bestand aus: Material Gewichtsteile niedrigdichtes Polyethylen (Schmelzindex 2,0, Dichte 0,920 g/cm³ Ethylen/Vinylacetat-Copolymer (17 Gew.-% Vinylacetat; Schmelzindex 1,8, Dichte 0,937 g/cm³ "Agerite"-Harz D (Vanderbilt), ein polymerisiertes Dihydroquinolin-Antioxydationsmittel Ruß
• Die Folie wurde mit einem Electrocurtain -Elektronenstrahlprozessor (E.S.I. Woburn, MA) bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgte beidseitig mit 215 kV bis zu einer oberflächlichen Gesamtdosis von 20 Mrad auf beiden Seiten. Unter diesen Bedingungen wird die Dosis über die Foliendicke aus genormten Tiefendosiskurvenblättern berechnet, damit sie im wesentlichen gleichmäßig ist.
• Die obige wärmeschrumpfbare Folie wurde zu Rechtecken mit einer Breite von 3½" (8,9 mm) und einer Lange von 18" (45,7 mm) geschnitten. Bei der Realisierung der Erfindung sollte die Länge der Kunststoffolie im wesentlichen mit der Breite der hiemit angewandten Schrumpfhülle identisch sein. Die Breite kann von 1" bis 10" (2,5 bis 25 cm) reichen.
Beispiel 2
• Es wurde ein druckempfindliches Band hergestellt, indem eine 2 mil (0,051 mm) dicke Folie aus "Kapton" (Dupont- Handelsname für Polyimide) mit einem Siliconklebstoff beschichtet. Der Klebstoff war ein mit 2 phr (auf der Basis von Feststoffen) von Benzoylperoxyd vernetztes Dow Corning Q2-7406. Der Klebstoff wurde vernetzt, indem er nach Entfernung des Lösungsmittels einer Temperatur von 210ºC (410ºF) für 80 s ausgesetzt wurde. Die "Kapton"- Folie wurde vorher mit einem Dimethylsiloxan-Grundierüberzug zwecks guter Verankerung [einem Verfahren, das üblich und auf dem Fachgebiet des Aufbringens von druckempfindlichen Klebstoffen auf Siliconbasis auf Kunststoffolien bekannt ist] grundiert. Der erhaltene Klebstoff war 1,6 mils (0,041 mm) dick und gut verankert.
• Die Schälkraft dieses Bandes aus Polyolefinfolie der obigen Zusammensetzung wurde mit 40 ozs./inch Breite bestimmt. Die Scherhaltekraft wurde als geringer als 1/8" (32, mm) Weg bei 500ºF (260ºC) bei einer Scherspannung von 50 g/inch² (mil spec I23594) bestimmt.
• Das Band wurde zu Rechtecken mit einer Breite von 5½" (14 cm) und einer Lange von 20" (51 cm) geschnitten, um die Polyolefinrechtecke um 1" (2,5 cm) an allen Seiten zu überlappen.
Beispiel 3
• Die gemäß Beispiel 2 hergestellten Bandrechtecke wurden auf die Polyolefinrechtecke gemäß Beispiel 1 mit angenähert 1" (2,5 cm) des PSA-Bandes aufgeklebt, das an allen Seiten der Polyolefinrechtecke verlief. Das PSA auf dem Kapton-Silicon-Band wurde gegen Kontamination bei Lagerung und Transport durch Ankleben an eine geeignete Abdeckfolie geschützt, von der ein Beispiel eine steife PVC-Prägefolie wie diejenigen ist, die von 4P Folie Forchheim, Deutschland hergestellt werden. Für siliconfreie vernetzte PSA's sind dimethylsiloxanbehandelte Abdeckfolien und -papiere passend.
• Aus im wesentlichen derselben Zusammensetzung aus einem Polyethylen und Ethylenvinylacetat-Copolymer wie die der nach Beispiel 1 hergestellten Schrumpffolie wurde ein wärmeschrumpfbares Band mit einer Schrumpffähigkeit von 35% hergestellt. Das Unterlagenmaterial war nach dem Recken 29 mils (0,74 mm) dick und mit 55 mils (1,4 mm) eines Mastixklebstoffes auf Butylbasis beschichtet. Die Muffe, die 18" (45,7 mm) breit und in der Schrumpfrichtung 32,5" (82,6 mm) lang war, wurde um die Schweißverbindung zweier Rohrstücke von angenähert 8,625" (21,9 mm) Durchmesser gewickelt, wobei eine Überlappung von angenähert 3" bis 4" (7,6 bis 10 cm) verblieb.
• Von dem gemäß Beispiel 3 hergestellten Verschluß wurde die Abdeckfolie entfernt und dann der Verschluß auf die Überlappung derat aufgebracht, daß das Kunststoffband auf die untere Lage und die obere Lage der Schrumpfhülle an der Überlappung gleich aufgeteilt war. Das Kapton-Silicon-Band wurde niedergepreßt, um das Kunststoffstreifenkissen an seinem Platz festzuhalten.
• Ein Flüssigpropangas- (LP-) Schweißbrenner (exact 3151) wurde an eine geregelte LP-Gaszufuhr angeschlossen und die Flamme auf etwa ¼ der Höchstdurchflußmenge bei 30 psi eingestellt. Die Flammen wurdenunmittelbar auf das Polyimidsiliconband gerichtet und vor- und zurückgeführt, bis die darunterliegende wärmeschrumpfbare Folie zu schmelzen begann. Zu diesem Zeitpunkt wird der gesamte Verschluß mit behandschuhter Hand auf die darunterliegende Muffe niedergepreßt und abwechselnd Wärme und Druck ausgeübt, bis die wärmeschrumpfbare Folie und die darunterliegende Schrumpfhüllenunterlage miteinander verschmolzen sind, wobei ein flaches Kissen verbleibt, das im wesentlichen mit der Unterlage der Schrumpfmuffe einstückig ist. Nachdem die Verschlußeinrichtung verschmolzen ist, wird die übrige Hülle auf dem Rohr in normaler Weise geschrumpft. Es braucht keine besondere Vorsorge zur Vermeidung einer Wiedererwarmung des Überlappungsbereiches getroffen werden,da die Zugfestigkeit der wärmeschrumpfbaren Folie bei der Aufbringtemperatur im wesentlichen diejenige der Schrumpfmuffenunterlage selbst ist. Es gibt keinen Klebstoff, der sich bei der Aufbringtemperatur verformen oder abscheren konnte. Nachdem sich sowohl Hülle als auch Rohr auf Umgebungstemperatur abgekühlt haben, wird das Kapton- Silicon-Band abgenommen und weggeworfen. Wird ein Versuch unternommen, die wärmeschrumpfbare Folie von der Schrumpfmuffe zu entfernen, so stellt sich heraus, daß die Folie bei über 28 lbs./inch reißt, bevor sie sich von der Unterlage der Schrumpfmuffe abschälen läßt. Somit übersteigt die Haftung zwischen der wärmeschrumpfbaren Folie und der Schrumpfmuffenunterlage die Zugfestigkeit des jeweiligen Materiales, d.h. die wärmeschrumpfbare Folie und die Schrumpfmuffenunterlage sind im wesentlichen einstückig miteinander geworden.
• Die folgende Tabelle zeigt Versuchsergebnisse, die für die vorstehenden Beispiele erhalten worden sind. Tabelle Wärmebeständigkeit Schrumpftemperatur Aufbringtemperatur Zersetzungstemperatur Flammenbeständigkeit Nicht entflammbar. Selbstlöschend am Ende von 15 s; dreimal wiederholte Flammeneinwirkung. Dimensionsstabilität des Verschlusses Kein Schrumpfen nach 10- minütiger Erwärmung auf 350ºF (177ºC) Adhäsion
• 1. Adhäsion der Polyimidsilicon-Schicht an der Schrumpfmuffe. 32 bis 40 ozs./inch vor Erwärmung. 64 bis 80 ozs./inch nach Erwärmung auf 350ºF (177ºC) für 10 min.
• 2. Adhäsion der Schrumpfhüllenschicht im Verschluß an der darunterliegenden Schrumpfmuffe. Schälfestigkeit größer als Zugfestigkeit, d.h. größer als 25 lbs./inch.
• 3. Adhäsion der mit dem Verschluß verschmolzenen Schrumpfmuffe an Stahl größer als 15 lbs./inch bei 70ºF (21ºc).
• Aus der vorangegangenen Beschreibung, den Beispielen und Ergebnissen ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung einen eleganten Verschlußmechanismus für Schrumpfhüllen schafft.
• Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung einen wärmebeständigen, flammenbeständigen und dimensionsstabilen Schrumpfhüllenverschluß, der eine maximale Verschmelzung zwischen Verschluß/Schrumpfhülle und Rohr ermöglicht, ohne von den bei bekannten Klebstoff-Verschlußmechanismen beobachteten Dimensionsverformungen begleitet zu sein.

Claims (5)

1. Verschlußeinrichtung, bestehend aus

(a) einer hochtemperaturbeständigen, flammenbeständigen und dimensionsstabilen Unterlage (12),

(b) einem vernetzten, hochtemperaturbeständigen, scherfesten und flammenbeständigen druckempfindlichen Klebstoff (14), der an einer Seite der Unterlage aufgebracht ist, und

(c) einer wärmeschrumpfbaren Folie (16), deren Dimensionen kleiner als diejenigen der druckempfindlichen Klebstoffschicht sind und die auf die druckempfindliche Klebstoffschicht derart aufgebracht ist, daß ein Umfangsbereich an freiliegendem druckempfindlichem Klebstoff aufrechterhalten ist.

2. Verfahren zum Schutz eines Ölleitungsrohres, bestehend aus folgenden Schritten:

(a) Umhüllen der Oberfläche eines Abschnittes des Ölleitungsrohres mit einer wärmeschrumpfbaren Folie (24),

(b) Überlappen der Längsränder der wärmeschrumpfbaren Folie,

(c) Aufbringen einer Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1 auf die überlappten Ruander der wärmeschrumpfbaren Folie, und

(d) Erwärmen der Verschlußeinrichtung auf eine zur Verschmelzung der Verschlußeinrichtung mit der wärmeschrumpfbaren Folie ausreichende Temperatur.

3. Teilegarnitur bestehend aus der Kombination:

(a) einer wärmeschrumpfbaren Folie, die zum Umhüllen einer Stoßstelle eines Ölleitungsrohres mit einander überlappenden Folienlängsrändern ausgebildet ist, und

(b) einer Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, die zum Aufbringen auf die einander überlappenden Ränder ausgebildet ist, wodurch die einander überlappenden Ränder der wärmeschrumpfbaren Folie in ihrer Übereinanderlage festgehalten werden.

4. Teilegarnitur nach Anspruch 3, wobei der Schmelzpunkt der wärmeschrumpfbaren Folie des Verschlusses sehr ähnlich dem Schmelzpunkt der um die Stoßstelle des Ölleitungsrohres zu hüllenden wärmeschrumpfbaren Folie ist.

5. Teilegarnitur nach Anspruch 3 oder 4, wobei die beiden wärmeschrumpfbaren Folien aus demselben Material bestehen.