DE2912722A1 - Waermeschrumpffaehige umhuellung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstraße 12 · D-8000 München «SO · Telefon 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent 9 912722

S14 P4 D

SIGMAFORM CORPORATION Santa Clara, CaI., USA

Wärmeschrumpf fähige Umhüllung

Priorität: 3. April 1978 - USA - Ser. No. 892 673

Zusammenfassung

Es werden wickel bare Umhüllungen für Kabel, Rohre, Spleiße und Verbindungen beschrieben, um eine Reparatur, Isolierung, Wasserabdichtung und dergl. zu bewirken,sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Umhüllungen. Die Umhüllungen bestehen im allgemeinen aus einem rechteckigen Blatt aus wärmeschrumpffähigem Polymer mit einem großen Mittelteil, der warmgestreckt ist und im gestreckten Zustand abgekühlt, und zwei kleinen, flachen, ungestreckten Endabschnitten, die mit dem Mittel abschnitt einstückig sind. Jeder Endabschnitt trägt eine Schicht aus einem Nichtsiükon-Klebstoff, der eine seiner Oberflächen abdeckt, wahlweise eine Lage aus nicht-

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porösem Tragmaterial, das die Klebstoffschicht abdeckt und an dieser haftet, eine Schicht aus Silikon-Klebstoff, der die nicht Silikon-Tragschicht abdeckt und an dieser haftet, und eine durch Pellen entfernbare Abdeckschicht, die die Oberfläche der Silikonklebstoffschicht abdeckt. Die verschiedenen Lagen oder Schichten liegen auf der Oberseite des einen der Endabschnitte und auf der Unterseite des anderen Endabschnittes.

Hintergrund der Erfindung

Wärmeschrumpffähige Schläuche werden seit mehreren Jahren dazu verwendet, um Band oder andere langwierige Mittel zum Schutz von Spleißen in Kabeln und Reparaturstellen an Rohren usw. zu ersetzen, üblicherweise wird der zu isolierende Spleiß oder das abzudeckende Rohr oder Kabel aufgeschnitten, damit der Schlauch über ein Segment geschoben werden kann, danach werden das Kabel oder Rohr wieder verbunden, und anschließend wird der wärmeschrumpf fähige Schlauch über die Reparatursteile oder den Spleiß geschoben. In vielen Fällen ist es jedoch nicht praktikabel, ein vorgeformtes Rohr oder einen vorgeformten Schlauch über den Spleiß oder die Reparatursteile zu schieben, es ist vielmehr nützlich, über ein wärmeschrumpffähiges Element zu verfugen, das zu einem Rohr mit einer offenen Längsnaht geformt ist. Ein solches Rohr kann um einen vorhandenen Spleiß oder Rohr- oder Kabel-Abschnitt, der repariert werden soll, geschoben werden, so daß das Kabel nicht geschnitten zu werden braucht, um die Schutzabdeckung über ihn aufzubringen.

Wärmeschrumpffähige Gegenstände mit einer solchen Schlauch- oder Rohrform sind in der Literatur bereits beschrieben worden (ÜS-PS 33 79 218). Das Verfahren, die Schlauchnaht zu schließen, bestand bisher aus einem mechanischen Verschluß, beispielsweise einer metallenen Schiene, Knöpfen, Klemmen usw., um die beiden Seiten des Schlauches während des Wärmeschrumpfprozesses zusammenzuhalten.

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Ein fester mechanischer Verschluß ist bisher für notwendig gehalten worden, und zwar wegen der sehr hohen Scherkräfte, die auf die beiden Enden wirken, die während des Schrumpfens zusammengehalten werden. Während diese mechanischen Verschlüsse insoweit erfolgreich waren, als die beiden Kanten daran gehindert wurden, sich während der Wärmeerholung voneinander zu entfernen, resultierten sie in einem massigen Verschluß, dessen Querschnittsfläche erheblich größer ist als die Wandstärke des wärmeschrumpffähigen Elementes. Während des Wärmeschrumpfens oder der Wiedererholung wird deshalb die Rohr- oder Schlauchwand erheblich heißer als der mechanische Verschluß, was in einer größeren Beanspruchung der Wand des Gegenstandes während des Wiedererhol ens resultiert, was zu einer Aufspaltung des sich wiedererholenden Teils führen kann. Um das Schließsystem zu vereinfachen und die Nachteile der erwähnten mechanischen Verschlußmittel zu vermeiden, ist die Verwendung von Klebstoffen beschrieben worden, um die beiden Enden des Umhüllungsblattes miteinander zu verbinden (US-PS 37 70 556; 39 59 052). Soweit bekannt ist, sind Umhüllungen der in der US-Patentschrift 37 70 beschriebenen Art in der Praxis nicht verwendet worden, vermutlich weil die Klebstoffverbindungen dieser Umhüllung nicht ausreichend fest waren. Die Umhüllung nach der US-PS 39 59 052 bzw. DAS 26 11 ist kommerziell benutzt worden und ergibt eine vollständig zufriedenstellende Umhüllung. Es wird dabei als Klebstoff ein niederes Alkyl-alpha-Cyanoacrylat verwendet. Dieser Klebstoff bildet Verbindungen enormer Festigkeit und resultiert in fertigen Umhüllungen, die vollständig zufriedenstellend sind. Die Klebstoffe sind jedoch chemisch reaktionsfähig und härten sehr schnell aus. Die Klebstoffe müssen deshalb an Ort und Stelle verwendet werden, häufig unter ungünstigen Arbeitsbedingungen, und einige Benutzer solcher Umhüllungen haben gezögert, die Cyanoacrylat-Klebstoffe zu verwenden, weil sie sorgfältig gehandhabt werden müssen, wenn Schaden für die damit Arbeitenden vermieden werden sollen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klebeinrichtung verfügbar zu machen, mit der zwei Kanten eines wärmeschrumpffähigen oder -wiedererhol baren Gegenstandes dicht zusammengefügt werden können, so daß ein rohr- oder schlauchförmiges Element um den Gegenstand gebildet werden kann, auf das das Element aufgeschrumpft wird, um Lecks zu reparieren, Spleiße oder Kabel verbindungen abzudichten, bei dem es nicht erforderlich ist, einen Klebstoff, der Gefahren für die damit Arbeitenden birgt an Ort und Stelle zu verwenden.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die zum Umwickeln geeignete Umhüllung nach der Erfindung besteht im allgemeinen aus rechteckigen Blättern aus wärmeschrumpffähigem Polymer mit einem großen Mittelabschnitt, der warm gestreckt und im gestreckten Zustand auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist, und zwei kleinen, flachen, ungestreckten Endabschnitten, die einstückig am Mittelteil befestigt sind. Jeder Endabschnitt ist mit einer Lage aus einem Nichtsilikon-Klebstoff bedeckt, über der Klebstoff!age liegt eine Lage Silikon-Klebstoff, und dessen Oberseite ist mit einer durch Abpellen entfernbaren Abdecklage gestützt. Wahlweise kann die Nichtsilikon-Klebstoffschicht mit einem dünnen, nicht klebenden Blatt aus einem Material wie einer Metallfolie, Papier oder Kunststoff abgedeckt werden, und bei dieser Ausführungsfonn wird die Silikon-Klebstoffschicht auf die Oberseite des nicht klebenden Blattes aufgebracht.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

Figur 1 eine Aufsicht auf ein Umhüllungsblatt;

Figur 2 einen Schnitt durch das Umhüllungsblatt nach Figur 1; und

Figur 3 einen Schnitt durch einen der Endabschnitte des Umhüllungsblattes.

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Das Kunststoffblatt nach Figur 1 kann dadurch hergestellt werden, daß ein flaches Blatt aus einem Polyvinyl-Kunststoff geformt oder extrudiert wird, der dann auf chemische Weise oder durch Bestrahlung vernetzt wird. Das geformte oder extrudierte Blatt wird dann über den Schmelzpunkt des kristallinen Teils des vernetzten Kunststoffmaterials erwärmt und während es sich auf dieser erhöhten Temperatur befindet werden die beiden entgegengesetzten Endkanten des Blattes geklemmt und das Material zwischen den geklemmten Kanten wird gestreckt und unter den Kristal!schmelzpunkt des Materials abgekühlt, während sich das Blatt noch im gedehnten Zustand befindet. Das resultierende Blatt hat einen Mittelabschnitt, der wärmeschrumpffähig oder wärmeerholungsfähig ist,und zwei Endkanten, die, das sie nicht gestreckt worden sind, bei Erwärmen nicht schrumpfen. Wenn es erwünscht ist, das Blatt in die Rohrform zu bringen, wird das Blatt nach dem Wärmestrecken in Rohrform gebracht, und ehe der Mittelteil auf Umgebungstemperatur abgekühlt worden ist. Um zu gewährleisten, daß die beiden flachen Endabschnitte nicht in den Streckprozess miteinbezogen werden, kann es erwünscht sein, die Klemmen abzukühlen, die diese Endabschnitte während des Wärmestreckprozesses halten.

Ein Blatt, das allgemein dem nach Figur 1 ähnlich ist, kann auch dadurch hergestellt werden, daß ein Kunststoffschlauch extrudiert wird, der Schlauch warmgestreckt wird, bis sein Umfang etwa das Eineinhalbbis Vier-fache des Umfangs des Originalschlauchs beträgt, der Schlauch von Anfang bis Ende aufgeschlitzt wird, so daß er geöffnet werden könnte, um ein rechteckiges Blatt zu bilden, und dann ein schmaler Abschnitt des Kunststoffes auf jeder Seite des Schlitzes erwärmt wird, um diesen schmalen Abschnitt auf die Abmessungen vor dem Strecken zu schrumpfen. Das Resultat ist ein Blatt, bei dem die schmalen Abschnitte, die auf die Dimensionen vor dem Strecken geschrumpft sind, die Lappen oder Endabschnitte 2 bilden, die nicht wärmeschrumpffähig sind.

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Das Kunststoffmaterial, aus dem das in Fig. 1 dargestellte Blatt hergestellt werden kann, kann irgendein Kunststoffmaterial sein, das die Eigenschaft hat, auf etwa das Zwei- bis Vierfache seiner ursprünglichen Abmessungen streckbar zu sein, wenn es über die Schmelzpunkte seines kristallinen Teils erwärmt wird,und dann, wenn es im gestreckten Zustand abgekühlt wird, die Eigenschaft hat, bei Erwärmung auf etwa 250 bis 375° F (121 - 191° C) auf seine ursprünglichen Abmessungen zurückzukehren.

Die bevorzugten Kunststoffmaterialien sind vernetzte Vinylpolymere wie Polyäthylen hoher Dichte, Polyäthylen niedriger Dichte, Äthyl-Vinyl-Azetat-Copolymere, Äthyl-Alkyl-Acrylat-Copolymere, chloriniertes Polyäthylen, chlorosulfoniertes Polyäthylen, Äthyl-Propyl-Copolymere oder Mischungen von Polyäthylen mit irgendeinem aer modifizierten Polyäthylene. Die Vernetzung kann entweder durch chemische Behandlung mit Peroxyden wie Dicumylperoxyd, 2,5bis(t-Butylperoxy)-2,5 Dimethylhexan, αα'-bis(t-Butylperoxy) di-Isopropylbenzol und dergl. oder dadurch erreicht werden, daß die Polymere einer intensiven Bestrahlung unterworfen werden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine komplette Umhüllung nach der Erfindung. Die Elemente 1 und 2 entsprechen den Elementen 1 und 2 in Fig. 1, es handelt sich jeweils um einen großen Mittelabschnitt, der wärmegestreckt und im gestreckten Zustand abgekühlt ist.und relativ kleine ungestrecke Abschnitte, die aus einem Stück mit dem gestreckten Abschnitt 1 bestehen. Ober den ungestreckten Abschnitten befinden sich Lagen 3, 4, 5 und 6, nämlich eine Lage aus einem Nichtsilikon-Klebstoff, eine nicht-poröse nicht klebende Schicht, eine Silikon-Klebstoff-Schicht und eine/haftende Abdecklage. Diese verschiedenen Lagen liegen über der Oberseite des rechten ungestreckten Abschnittes 2 und über der Unterseite des linken ungestreckten Abschnittes 2. Die Verwendung der nicht-porösen, nicht klebenden Lage ist wahlfrei, sie kann weggelassen werden und die Silikon-Klebstoffschicht kann auf die offene Seite der Nichtsilikon-Klebstoffschicht

aufgebracht werden.

Fig. 3 zeigt im einzelnen die mehrlagige Anordnung entsprechend dem rechten ungestreckten Abschnitt 2 in Fig. 2. Die Nichtsilikon-Klebstoffschicht 3 ist eine dünne Lage aus einem starken Klebstoff, beispielsweise einem niederen Alkyl-Cyanoacrylat-Klebstoff,wie der Klebstoff, der kommerziell unter der Bezeichnung LOCTITE 414 erhältlich ist, einem Epoxy-Klebstoff oder einem Neopren-Klebstoff. Die Schicht 4 ist wahlfrei, aber wenn sie verwendet wird, ist es ein nicht-poröses Substratmaterial, beispielsweise Glasleinen oder ein relativ inerter, fester Kunststoffilm, wie ein Polyimidfilm. Geeignete Polyimidfilrne werden unter den Handelsbezeichnungen NOMEX und KAPTON vertrieben. Die Lage 5 ist ein Silikon-Klebstoff wie beispielsweise Diphenyl-Dimethyl-Siloxan. Nach Aufbringen des Silikon-Klebstoffes auf das Substrat wird dieses vorzugsweise einer Wärmebehandlung bei etwa 300° F (149° C) für eine kurze Zeit unterworfen, um die Bindungsfestigkeit scheinbar durch Vernetzung zu verstärken. Die Abdecklage 6 ist eine nicht-poröse, nicht haftende Lage, bei der es sich um Papier oder einen Kunststoffilm handeln kann, dessen den Silikon-Klebstoff berührende Fläche mit einem Trennmittel beschichtet ist, beispielsweise einem Wachs oder einem Metallsalz einer höheren Fettsäure, beispielsweise Zink-, Aluminium- oder Calcium-Stearat. Die Trennschicht haftet nicht fest am Silikon-Klebstoff und kann leicht von dessen Oberfläche abgepellt werden. Materialblätter, die aus den Lagen 4, 5 und 6 bestehen und in der in der Zeichnung dargestellten Weise zusammenmontiert sind, sind kommerziell verfügbar. Kommerziell sind auch Material streifen verfügbar, die aus den Materialien der Lagen 4 und 5 bestehen, beispielsweise PERMACEL, bei dem es sich um ein Glasleinen handelt, das mit einer Lage Silikon-Klebstoff beschichtet ist, oder SAUNDERS S-51, bei dem es sich um einen Polyimid-(KAPTON)-FiIm handelt, der mit einem Silikon-Klebstoff beschichtet ist. Diese Materialien können bei der Herstellung der umwickelbaren Umhüllung verwendet werden, aber wenn sie verwendet werden, muß das nicht haftende Abdeckblatt 6 auf die Oberseiten aufgebracht sein. Diese kommerziellen Produkte werden üblicherweise vorher entweder thermisch oder chemisch behandelt, um die Verbindung zwischen dem Silikonharz

und dem Substrat zu verstärken.

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Die Oberfläche des Umhlillungsblattes, die mit dem einzuschließenden Material in Kontakt stehen soll, kann mit einer Lage aus einem heiß schmelzenden Mittel (in der Zeichnung nicht dargestellt) bedeckt sein, um das wärmegeschrumpfte Kunststoffblatt in engen und kontinuierlichen Eingriff mit dem abzudeckenden Gegenstand zu bringen. Geeignete Abdichtungsmittel sind bekannt, beispielsweise Vinyl-Azetat-Polymer, Wachs, Polyisobuten, Polyamid und dergl.

Beispiel

Eine Mischung von 50 Teilen Polyäthylen niedriger Dichte und 50 Teilen chlorosulfoniertes Polyäthylen wurde mit Ruß, Stabilisatoren und Katalysator (1,5 %), 2,5bis(t-Butylperoxyd) 2,5 Dimethylhexaη gemischt. Ein aus diesem Material geformter Block wurde bei etwa 330° F (166° C) fünf Minuten lang gehärtet und aus der Form herausgenommen. Der Block maß 4 χ 5" (102 χ 127 mm) und war 0,06" (1,5 mm) dick. Die beiden entgegengesetzten Enden des Blockes wurden 0,75" (19 mm) von der Kante geklemmt und der Mittelabschnitt wurde auf etwa 300° F (149° C) erwärmt und auf eine Länge von 10" (254 mm) gestreckt und dann im gedehnten Zustand abgekühlt. Der rechte Endabschnitt wurde dann mit einer dünnen Lage aus einem niederen Alkyl-Cyanoacrylat-Klebstoff (LOCTITE 414) beschichtet. Ein Streifen aus Material mit Abmessungen entsprechend der Oberfläche des Endabschnittes, das aus einem Polyimidfilm-Substrat, einer Lage Silikon-Klebstoff (Diphenyl-Dimethyl-Siloxan-Polymer) und einem Papierstreifen besteht, der auf seiner Unterseite eine Trennmittelschicht trägt. Dieser dreilagige Materialstreifen wurde auf den Cyanoacrylat-Klebstoff gepresst, so daß sich der Polyimidfilm in Kontakt mit dem Cyanoacrylat befand. Der linke ungestreckte Abschnitt wurde in der gleichen Weise abgedeckt, die Abdeckung wurde jedoch auf die Seite des linken ungestreckten Abschnittes aufgebracht, die der entgegengesetzt war, auf die die Abdeckung des rechten ungestreckten Abschnittes aufgebracht wurde. Der wärmegestreckte Mittelabschnitt wurde mit einer Lage Äthyl-Vinyl-Azetat-Polymer beschichtet, das als heiß schmelzendes Dichtmittel wirkt. Das Dichtmittel wurde nur auf eine Fläche des gestreckten Mittelabschnittes aufgebracht. Das Blatt wurde dann um ein zweizolliges Kabel gewickelt, wobei die Wärmedichtungsmittelfläche in Kontakt mit dem Kabel war. Die Trenn-Abdecklagen

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wurden vom SiIikon-Klebstoff an jedem Endstreifen abgepellt und die beiden Lagen Silikon-Klebstoff wurden zusammengepresst und haftend verbunden. Eine gasbefeuerte Propanfackel wurde dann gleichförmig über die ganze Oberfläche der Umwiekel-Umhüllung angelegt, die sich·jetzt in Rohrform befand, so daß die Temperatur des umhüllenden Blattes auf einen Wert von über 300° F (149° C) kam,und die Erwärmung wurde fortgesetzt, bis die Umhüllung in festen Kontakt mit dem Kabel geschrumpft war.

Die Silikon-Silikon-Klebstoffbindung zeigt regelmäßig eine Scherfestigkeit oberhalb von 10 lbs. per inch (1,8 kg/cm) und bildet einen sicheren Verschluß.

Die Umhüllung nach der Erfindung hat mehrere deutliche Vorteile gegenüber der Umhüllung nach der US-PS 39 59 052. Die Cyanoacrylat-Klebstoffe binden nicht fest, wenn sie bei Temperaturen unter etwa 30° F (- 1° C) aufgebracht werden, während die Silikon-Klebstoffe fest bei Temperaturen unter 0° F (- 18° C) binden. Cyanoacrylat-Klebstoff muß auf die Oberflächen des Polymerblattes an Ort und Stelle aufgebracht werden, und da dieser Klebstoff ein sehr schnell aushärtender Klebstoff ist, kann die geringste Sorglosigkeit des Monteurs darin resultieren, daß Haut an Haut bindet, so daß zwei oder mehr Finger des Monteurs zusammenkleben, was zumindest störend ist und gefährlich sein kann. Die Silikon-Silikon-Klebstoffbindung wird durch die Gegenwart von Wasser nicht beeinflußt, ein Stoff, der häufig im Freien anzutreffen ist; tatsächlich können Silikon-Silikon-Verbindungen unter Wasser hergestellt werden.

Die Venvendung der oben beschriebenen mehrlagigen Anordnung wurde deshalb notwendig, weil festgestellt wurde, daß, wenn die beiden ungestreckten Endabschnitte einfach mit Silikon-Klebstoff beschichtet wurden und die beiden Silikon-Schichten zusammengebracht wurden, die Silikon-Silikon-Bindung vollständig fest war, der Silikon-Klebstoff jedoch nicht fest

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am vernetzten Polyolefiη-Blatt haftete. Wegen der Schwäche dieser Bindung Silikon-Polymerblatt wurde es für notwendig gehalten, eine Lage aus Nichtsilikon-Klebstoff zu verwenden, auf deren Oberseite eine Lage Silikon-Klebstoff angeordnet wird. Wahlweise kann ein
nicht klebendes, nicht-poröses Tragblatt an den Nichtsilikon-Klebstoff gebunden werden und die Silikon-Klebstoffschicht wird dann auf die Oberseite des Tragblattes aufgebracht.

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Claims (4)

1. S14 P4 D

   Patentansprüche

   .11. IWärmesch rumpffähige Umhüllung, bestehend aus einem allgemein reentry eckigen Blatt aus einem Kunststoffmaterial, das die Eigenschaft hat, bei Erwärmung auf seine ursprünglichen Abmessungen zu schrumpfen, nachdem es bei einer Temperatur oberhalb seines Kristall Schmelzpunktes gestreckt ist und in gestreckter Form auf eine Temperatur unterhalb seines Kristall Schmelzpunktes abgekühlt ist, das einen großen Mittelabschnitt aufweist, der wärmegestreckt ist und gekühlt, einen Endabschnitt, der aus einem Stück mit dem Mittelabschnitt besteht und nicht wärmeschrumpf fähig ist, und einer Klebstoffschicht auf wenigstens einem Endabschnitt, bei der beide Endabschnitte nicht gestreckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des einen Endabschnittes und der Unterseite des anderen Endabschnittes jeweils eine Lage aus einem Nichtsilikon-Klebstoff aufgebracht ist, eine Lage aus einem Silikon-Klebstoff die Nichtsilikon-Klebstoff-Lage abdeckt und an dieser haftet, und eine durch Abpellen entfernbare Abdecklage die Oberfläche der Silikon-Klebstofflage abdeckt.
2. 2. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nichtsilikon-Klebstoff ein niederes Alkyl-Cyanoacrylat ist.
3. 3. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nichtsilikon-Klebstoff ein Neopren-Klebstoff ist.
4. 4. Umhüllung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht klebendes Tragblatt zwischen der Nichtsilikon-Klebstoffschicht und der Silikon-Klebstoffschicht angeordnet ist.

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