Текстильное изделие плоской формы для предотвращения проникновения и распространения воды в кабелях - RU2664903C1

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к водонепроницаемому текстильному изделию плоской формы. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления текстильного изделия плоской формы, а также его применению для предотвращения проникновения и распространения воды в кабелях.

Уровень техники

Кабельные системы, например, системы подземных кабелей, в том числе силовой (энергетический) кабель или кабель для обмена данными и телекоммуникационный кабель, и, в частности, кабельные системы с водоснабжением, очень чувствительны к повреждению и разрушению, при которых вода проникает в сердцевину кабеля и распространяется вдоль кабеля. Этим могут быть обусловлены значительные нарушения, а также полные отказы в работе кабельных систем.

Многие кабельные изделия для защиты от проникновения и распространения воды оснащаются одним или несколькими блокирующими доступ воды защитными слоями. Для этого служат, например, водонепроницаемые оболочки, блокирующие доступ воды слои, которые размещаются между центральной сердцевиной и сердцевиной и оболочкой, блокирующие доступ воды нити, блокирующие доступ воды ленты, и их комбинации. Такие блокирующие доступ воды защитные устройства противодействуют проникновению воды по направлению к областям центральной сердцевины, которая, например, содержит волоконные световоды, а также распространению воды вдоль оси кабеля, которое приводило бы к повреждению других участков кабеля.

Слоистые блокирующие доступ воды ленты имеют тот недостаток, что активные блокирующие доступ воды соединения могут частично утрачиваться во время изготовления кабеля, например, вследствие механического истирания. Чтобы предотвратить это, блокирующие доступ воды ленты часто уплотняют и связывают повышающими адгезию средствами и активаторами адгезии. Однако такие повышающие адгезию средства и активаторы адгезии невыгодны, так как они препятствуют влиянию набухания и снижают скорость набухания блокирующих доступ воды соединений, и тем самым ухудшают характеристики блокирования доступа воды лентами. Кроме того, повышается вес покровных материалов вследствие применения связующих средств. Для этого зачастую используются водорастворимые связующие материалы и активаторы адгезии. Результатом этого является то, что связующий материал при контакте с водой растворяется, и блокирующее доступ воды соединение начинает набухать. Вследствие этого блокирующее доступ воды средство утрачивает свое сцепление с подложкой и тем самым может быть вымыто при повреждении кабеля, а также под давлением воды может мигрировать вдоль полостей в кабелях.

DE 4134370С1 описывает способный к набуханию кабельный бандаж, состоящий из нетканого материала, который с помощью адгезионного состава покрыт порошкообразным суперабсорбентом. В этой публикации обсуждается проблема нанесения порошка с помощью связующего материала применительно к способности к набуханию и, соответственно, к степени набухания для использования в кабелях. Предлагается компромисс между сцеплением порошка и способностью к набуханию.

Таким образом, было бы желательно получить текстильное изделие плоской формы, с помощью которого может эффективно предотвращаться распространение воды в кабелях. Текстильное изделие плоской формы должно по возможности обходиться без активатора адгезии и/или адгезионного состава, чтобы максимизировать эффект набухания и скорость набухания. Кроме того, было бы желательно, чтобы текстильное изделие плоской формы имело малый вес и достаточную гибкость для применения в различных кабельных конструкциях.

Также известно применение волокон, которые состоят из суперабсорбента (SAP-волокна). Однако недостаток этих волокон состоит в том, что они в набухшем состоянии проявляют незначительную прочность геля. Кроме того, SAP-волокна проявляют непрочное сцепление в бикомпонентных волокнах матрично-фибриллярного типа или вокруг них. При гидростатическом давлении гель очень быстро перемещается вдоль полостей в кабеле.

Из DE 000069609828 Т2 известен комбинированный материал, включающий подложку, которая покрыта смесью из полимеризуемого облучением соединения и набухающего в воде соединения. В качестве подложки используются волокна (стеклянные волокна, пряжа, оптические волокна), проволока или прутки (например, воспринимающие растягивающую нагрузку элементы в кабеле), или трубы (например, полимерные кабельные оболочки или стаканы для закрытия конца кабеля), или другие изделия. Они снабжаются набухающим соединением, и при этом формируют покрытие с переменной толщиной. Конструкция покрытий, которые описываются в этой публикации, имеет тот недостаток, что подобные комбинированные материалы лишь относительно пригодны для предотвращения распространения воды в продольном направлении вдоль кабеля. В частности, комбинированные материалы проявляют скорее низкое набухание - и тем самым скорость блокирования. К тому же получается, что вследствие нанесения набухающего соединения в качестве покрытия не может быть достигнуто прочное сцепление с подложкой. Это приводит к отслоениям способного к набуханию соединения при изготовлении и/или при применении, например, в контакте с водой.

Сущность изобретения

Поэтому в основу изобретения положена задача создания блокирующего доступ воды текстильного изделия плоской формы, которое больше не имеет вышеуказанных недостатков уровня техники. В частности, должно быть создано текстильное изделие плоской формы, при котором можно отказаться от применения порошкообразного суперабсорбента, а также от адгезионного состава, и которое в то же время, при экономичном изготовлении, в условиях применения в кабелях и/или на них в случае повреждения эффективно предотвращает распространение воды в продольном направлении вдоль кабеля.

Настоящее изобретение решает вышеуказанную задачу согласно признакам пункта 1 формулы изобретения.

Соответственно этому, указанное вначале текстильное изделие плоской формы отличается тем, что оно имеет воздухопроницаемость, измеренную согласно стандарту DIN EN ISO 9237 при давлении воздуха 100 Па более 200 дм³/(м²·с), предпочтительно в диапазоне от 300 до 5000 дм³/(м²·с), более предпочтительно от 500 до 3000 дм³/(м²·с), в особенности предпочтительно в диапазоне от 800 до 2500 дм³/(м²·с). Измерения воздухопроницаемости выполнялись перед установлением контакта с жидкостью на образцах толщиной от 0,1 до 3 мм, предпочтительно 0,3 мм, при продуваемой воздухом площади образца 20 см², при разности давлений воздуха 100 Па.

Было обнаружено, что может быть получено соответствующее изобретению текстильное изделие плоской формы, несмотря на его высокую воздухопроницаемость, которое эффективно предотвращает проникновение и распространение воды по направлению продольной оси кабелей (высокая непроницаемость в продольном направлении).

Для специалиста оказалось неожиданным, что изделия с высокой воздухопроницаемостью проявляют хорошее герметизирующее действие, поскольку по вполне понятным соображениям для этой цели должны были использоваться изделия, которые уже в сухом состоянии имеют высокую непроницаемость. Воздухопроницаемость представляет собой меру открытой пористости текстильного изделия плоской формы. Однако согласно изобретению было найдено, что именно высокая воздухопроницаемость и, соответственно, открытая пористость изделия плоской формы обеспечивает возможность быстрого и сравнительно беспрепятственного набухания абсорбента и вместе с тем эффективной герметизации против поступления воды, а также гидроизоляции против дальнейшего переноса воды вдоль продольной оси кабеля. Кроме того, было неожиданным, что высокая воздухопроницаемость и, соответственно, открытая пористость обусловливает особенно хорошее сцепление сухой, но также и набухшей абсорбционной среды с текстильным изделием плоской формы. Это обеспечивает особенно эффективную герметичность в продольном направлении, так как миграция набухшей абсорбционной среды под действием внешнего давления воды значительно ограничивается. Как известно специалисту, высокая воздухопроницаемость текстильного изделия плоской формы может быть установлена регулированием различных параметров, например, выбором подходящей подложки с открытой пористостью, технологических параметров во время нанесения материала, например, вязкости, количества абсорбента, а также проведением надлежащей дополнительной обработки материала (промывания и высушивания, механической чистовой обработки).

Без намерения регламентировать соответствующий изобретению механизм действия, представляется, что согласно изобретению образуется взаимопроникающая сетчатая структура из волокон и сшитого абсорбента, которая, по меньшей мере, частично неразъемно связывается с текстильным слоем, и, таким образом, также может прочно фиксироваться без применения дополнительного адгезионного состава. Под дополнительным адгезионным составом подразумевается активатор адгезии, который был добавлен в полимеризуемую смесь при изготовлении текстильного изделия плоской формы, например, полимерные связующие материалы, такие как полиакрилаты, поливиниловый спирт, поливинилацетат, полиуретаны, бутадиен-стирольный каучук, бутадиен-нитрильный каучук и/или способные к полимеризации сомономеры, такие как винильные соединения. Этот дополнительный адгезионный состав предпочтительно присутствует в количестве менее 20 вес.%, предпочтительно 0-10 вес.%, более предпочтительно 0-5 вес.%, в особенности 0-3 вес.%, в каждом случае в расчете на совокупный вес текстильного изделия плоской формы.

Однако в принципе допустимо, что изделие плоской формы имеет адгезионный состав. Он может наличествовать для упрочнения нетканого материала. Для этого целесообразно использование нерастворимых в воде связующих материалов, например, полиакрилатов, полиуретанов, бутадиен-стирольного каучука, бутадиен-нитрильного каучука. Из уровня техники известно, что для применения порошкообразного суперабсорбента необходим дополнительный адгезионный состав для закрепления порошка на текстильном изделии плоской формы. Для этого целесообразно использование водорастворимого связующего материала, например, поливинилового спирта, чтобы гарантировать способность суперабсорбента к набуханию. В соответствующем изобретению подходе от применения такого дополнительного адгезионного состава можно отказаться. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, соответствующее изобретению изделие плоской формы имеет содержание водорастворимых связующих материалов менее 20 вес.%, предпочтительно 0-10 вес.%, более предпочтительно 0-5 вес.%, и в особенности 0-3 вес.%, в каждом случае в расчете на совокупный вес текстильного изделия плоской формы.

Практические испытания показали, что абсорбент сохраняет свою высокую прочность даже во влажном состоянии (высокая прочность геля). Представляется, что хорошее фиксирование геля, по меньшей мере, частично обусловливается высокой воздухопроницаемостью и, соответственно, открытой пористостью текстильного изделия плоской формы. А именно, это обеспечивает возможность сцепления абсорбента на обширной площади. Это является весьма благоприятным, поскольку при росте гидростатического давления происходит незначительное перемещение геля, и место повреждения тем самым может быть пространственно ограничено маленьким участком кабеля. К тому же было обнаружено, что абсорбент при повреждении кабеля вымывается лишь в незначительной степени.

Благодаря особенно хорошему герметизирующему действию соответствующего изобретению текстильного изделия плоской формы нанесение полимеризуемой смеси материала может выполняться также в форме плоскостных образцов, например, в форме лент, путем напечатания или напыления на текстильный слой, и тем самым может быть значительно сокращен расход материала, что уменьшает в целом вес кабеля.

По сравнению с содержащими абсорбент покрытиями, применение пористого слоя текстильного материала в качестве базового материала обеспечивает следующие преимущества:

полимеризация в слое приводит к полному пропитыванию матричного материала, что ведет к прочному связыванию и незначительному истиранию.

Текстильный слой имеет большую площадь поверхности, которая является решающей для быстрого блокирования. Для этого пригодны, в частности, базовые материалы, которые сами по себе имеют высокую воздухопроницаемость и, соответственно, открытую пористость, например, химически связанные или упрочненные водяными струями нетканые материалы. В принципе, также пригодны тонкие, термически упрочненные нетканые материалы. Однако они нередко имеют скорее компактную поверхностную структуру, в которую труднее может быть внедрен абсорбент, так что достигается скорее плоскостное поверхностное покрытие.

Если сравнивать с применением порошкообразных абсорбентов на нетканых материалах, то выявляются дополнительные преимущества. Так, нет необходимости в использовании дополнительного полимерного связующего материала для фиксирования порошка, который может ухудшать способность материала к набуханию. Благодаря прочному закреплению абсорбента в матричном материале не нужно применять никакой покровный слой, чтобы избежать осыпания порошка. Вследствие высокой прочности абсорбента одновременно достигается высокая устойчивость абсорбента в сухом и влажном состоянии против химического и термического разложения. Возможно введение добавок, например, сажи, волокнистой массы, и т.д., в абсорбент непосредственно при изготовлении. Текстильное изделие плоской формы способно набухать с обеих сторон. Не проявляется никакое блокирование геля. Напротив, абсорбент может набухать беспрепятственно.

Соответственно изобретению было выяснено, что вследствие неразъемного соединения абсорбирующего материала внутри слоя ограничивается поглотительная емкость абсорбирующего материала, и поры могут замыкаться с самоуплотнением. Замыкание и, соответственно, самоуплотнение происходит таким образом, что абсорбент вследствие своего набухания полностью или частично заполняет поры, и они закрываются для доступа жидкостей и/или газов, преимущественно против проникновения воды.

Кроме того, текстильное изделие плоской формы отличается прочностью на растяжение в продольном направлении (MD), превышающей 50 Н/5 см. Это является благоприятным, поскольку необходима определенная прочность для процесса изготовления кабеля, при котором материалы наносятся, например, в виде обмотки. Однако в принципе величины прочности на растяжение могут быть отрегулированы в зависимости от данных в каждом случае целей применения на предпочтительные значения, например, от 80 до 1500 Н/5 см, и/или от 100 до 1500 Н/5 см, и/или от 150 до 800 Н/5 см, измеренные согласно стандарту DIN ISO 9073-3. Высокая прочность на растяжение очень благоприятна для производства кабеля, так как материалы, как правило, наносятся с растягивающим напряжением, например, в виде обмотки. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, текстильное изделие плоской формы имеет вышеуказанные высокие величины прочности на растяжение в продольном направлении уже при малых толщинах, например, менее 3 мм, как, например, в диапазоне от 0,1 мм до 2 мм.

Текстильное изделие плоской формы может быть изготовлено с толщинами в самых различных диапазонах. Это позволяет использовать раскроенное текстильное изделие плоской формы сообразно различным вариантам применения. Так, например, текстильное изделие плоской формы может иметь толщины в диапазоне от 0,1 до 3 мм, или от 0,1 до 2 мм. Для вариантов применения, в которых ограничена рабочее место или вообще имеющаяся площадь, текстильное изделие плоской формы не будет приводить к чрезмерному увеличению диаметра кабеля. В этих случаях предпочтительны толщины менее 1 мм, например, от 0,1 мм до 0,8 мм, или от 0,2 мм до 0,6 мм, измеренные согласно стандарту DIN ISO 9073-2. В определенном варианте применения кабеля текстильное изделие плоской формы может дополнительно исполнять функцию упругого подкладочного слоя. Тогда предпочтительны толщины между 1,0 мм и 3,0 мм, например, от 1,1 до 2,0 мм, или от 1,2 мм до 1,8 мм.

Под абсорбционным материалом согласно изобретению следует понимать способный к набуханию, преимущественно набухающий в жидкостях, в частности, способный к набуханию в воде материал, который предпочтительно может впитывать жидкость примерно в 10-кратном, в частности, примерно в 20-кратном, и предпочтительно почти в 30-кратном количестве относительно собственного веса. Соответствующий изобретению абсорбционный материал в принципе пригоден для поглощения любых жидкостей, в частности, таких как вода, водные солевые растворы, дождевая вода, морская вода, грунтовая вода и/или водный конденсат. Абсорбционный материал предпочтительно является нерастворимым в воде.

В результате неразъемного соединения абсорбционный материал размещается в слое, будучи менее склонным к потерям. Соответствующий изобретению слой предпочтительно представляет собой текстильный слой. Этим обеспечивается возможность простой обработки текстильного изделия плоской формы при изготовлении кабеля.

Благодаря неразъемному соединению преимущественно возможна однослойная конструкция. Кроме того, предпочтительно, чтобы текстильное изделие плоской формы ввиду своей однослойной структуры было особенно гибким и подвижным, а также имело незначительную толщину.

Дополнительное преимущество состоит в том, что абсорбционный материал стабилизирует текстильный слой, и не требуется дополнительный укрепляющий элемент.

Абсорбционный материал может быть использован как адгезионный состав.

Кроме того, введение переменного количества абсорбционного материала позволяет регулировать поглотительную емкость текстильного изделия плоской формы в отношении жидкости. Благодаря этому могут достигаться оптимальные характеристики блокирования в кабеле, и при надлежащем регулировании может быть минимизировано возрастание веса и объема.

Волокна слоя частично или полностью предпочтительно покрыты абсорбционным материалом. В результате этого абсорбционный материал наносится на поверхность волокон в виде прочно сцепленного слоя. В отношении покрытия речь может идти о тонком или толстом слое, который со всех сторон и связно окружает и, соответственно, заключает в оболочку волокна. Это обеспечивает возможность хорошей адгезии между абсорбционным материалом и волокнами слоя. Кроме того, может быть оптимально отрегулирована толщина слоя абсорбционного материала.

Следует различать покрытие отдельных волокон и формирование покрытия на поверхности самого изделия плоской формы. А именно, формирование подобного покрытия согласно изобретению является менее целесообразным тогда, когда вследствие этого воздухопроницаемость и, соответственно, открытая пористость изделия плоской формы сокращается до значения ниже желательного согласно изобретению. Как обсуждалось выше, это является неблагоприятным именно для характеристик набухания абсорбционного материала.

Тем самым решена названная вначале задача.

Абсорбционный материал мог бы присутствовать не содержащим покрытия, то есть, абсорбционный материал не является покрытым и, соответственно, окруженным покровным слоем. Это обеспечивает возможность быстрого восприятия жидкости, так как не требуется прохождение жидкости через несущий или, соответственно, покровный слой.

Применяемый согласно изобретению абсорбционный материал в состоянии закупоривать поры при контакте с жидкостью в результате изменения формы, в частности, набухания и возрастания объема.

Текстильный слой мог бы быть выполнен как прочес, нетканый материал, ткань, вязаное изделие и/или как специальное текстильное плоское изделие со скрепленными волокнами. В результате этого получается текстильное изделие плоской формы с особенно плоскостной структурой, и текстильное изделие плоской формы может легко деформироваться. Это облегчает дальнейшую переработку текстильного изделия плоской формы.

Согласно изобретению предпочтительным является применение нетканого материала. В особенности предпочтительно согласно изобретению использование одного нетканого материала. Укладка нетканого материала может выполняться в сухом состоянии в процессе кардочесания, или же в мокром способе получения нетканого материала. Укладка нетканого материала предпочтительно происходит таким образом, что в нетканом материале волокна в большей степени ориентируются по продольному направлению (машинному направлению), нежели по поперечному направлению (продольно уложенный прочес). Это является благоприятным, так как могут достигаться более высокие значения прочности на растяжение. Для повышения значений прочности на растяжение, альтернативно или дополнительно, могли бы быть введены упрочняющие нити в продольном направлении. Упрочнение могло бы быть выполнено механическим, химическим и/или термическим способом. Механическое упрочнение может быть произведено с помощью технологии иглопрошивания или спутыванием волокон слоя с помощью струй воды и/или воздуха. Для применения в кабелях требуются нетканые материалы малой толщины и с высокой прочностью на растяжение. Поэтому упрочнение по технологии иглопрошивания для соответствующего изобретению использования в кабельных изделиях представляется скорее неподходящим.

При химически связанных нетканых материалах волоконный прочес мог бы быть снабжен адгезионным составом или применяемой для изготовления текстильного изделия плоской формы смесью путем импрегнирования, набрызгивания или с помощью общепринятых способов нанесения. В результате этого может быть изготовлено достаточно прочное изделие с высокой прочностью на растяжение, что является благоприятным для соответствующего изобретению применения в кабельных изделиях.

Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, текстильный слой содержит волокна, выбранные из группы, состоящей из: полиолефиновых, в частности, полифениленсульфидных, сложнополиэфирных, в частности, полиэтилентерефталатных, полибутилентерефталатных; полиамидных, в частности, из полиамида 6.6 (Nylon^®), полиамида 6.0 (Perlon^®); поливинилхлоридных, полиакрилонитрильных, полиимидных, политетрафторэтиленовых (Teflon^®), арамидных, шерстяных, хлопковых, шелковых, конопляных, бамбуковых, кенафовых, сизалевых, целлюлозных, соевых, льняных, стеклянных, базальтовых, углеродных, вискозных волокон, и их смесей.

В особенности предпочтительно текстильный слой содержит волокна, выбранные из группы, состоящей из: полиэтиленовых, полипропиленовых, полиамидных, поли-пара-фенилентерефталамидных, поли-мета-фенилентерефталамидных, сложнополиэфирных, хлопковых, вискозных волокон, и их смесей. Благодаря его хорошим механическим свойствам, термической устойчивости и экономичности, особенно предпочтительным согласно изобретению является сложный полиэфир, и при этом, в частности, полиэтилентерефталат.

Согласно изобретению, текстильный слой имеет поры. Поры могли бы быть образованы имеющимися в слое порами, конкретнее, вследствие волокнистой структуры. Текстильное изделие плоской формы согласно изобретению имеет пористость согласно стандарту ISO 8971-4 в диапазоне от 50 до 95%, в частности, в диапазоне от 80 до 90%. Изделие плоской формы предпочтительно имеет распределение пор по величине, с наименьшим диаметром пор от 2 до 20 микрометров, и/или со средним диаметром пор от 10 до 150 микрометров, и/или наибольшим диаметром пор от 50 до 500 микрометров, по измерению согласно стандарту ASTM E 1294-89, с составом Galden в качестве измерительной жидкости и с помощью капиллярного потокового порометра CFP-1200-AEXL.

Кроме того, представимо, что поры могут быть внесены формированием углублений и/или сквозных протоков. Посредством пор абсорбционный материал после поступления жидкости может расширяться с пространственным ограничением соответственно геометрической форме пор, и можно варьировать прирост веса и объема текстильного изделия плоской формы.

Поры могли бы распределяться статистически. Это обеспечивает возможность быстрого поглощения жидкости. Локальное впитывание предпочтительно происходит внутри вентиляционного отверстия непосредственно на месте проникновения.

Кроме того, поры могли бы иметь геометрически регулярную структуру. При этом возникают капиллярные эффекты, которые приводят к очень быстрому впитыванию жидкости в слой.

Удельный вес в расчете на единицу площади может колебаться в широких пределах. Текстильное изделие плоской формы предпочтительно имеет удельный вес согласно стандарту DIN EN 29073-1 от 20 до 400 г/м², предпочтительно от 20 до 300 г/м², в частности, от 30 до 250 г/м². Согласно изобретению, изделия плоской формы с такими величинами удельного веса обладают превосходной стабильностью.

Текстильное изделие плоской формы могло бы не содержать дополнительно введенные гидрофильные волокна, например, на основе поливинилового спирта, полиакриловой кислоты, поливинилацетата, целлюлозы. Доля дополнительно вводимых гидрофильных волокон относительно общего веса текстильного изделия плоской формы могла бы составлять менее 100 вес.%, предпочтительно менее 50 вес.%, в особенности предпочтительно менее 25 вес.%, в частности, 0 вес.%.

Текстильное изделие плоской формы может быть использовано как таковое в качестве герметизирующего элемента в кабеле и/или вокруг него. Однако для некоторых целей применения может быть предпочтительным, чтобы изделие плоской формы было выполнено как композиционный материал, например, в виде многослойного материала в соединении с опорными и/или защитными слоями в форме текстильных изделий, пленок, бумаг.

Изобретение также включает способ изготовления соответствующего изобретению текстильного изделия плоской формы, включающий следующие технологические стадии:

а) обработку имеющего поры слоя смесью, содержащей способный к полимеризации мономер или олигомер, и сшивающий реагент, в качестве полуфабриката для абсорбционного материала, смачивающее средство и инициатор, и

b) полимеризацию мономера или олигомера с образованием абсорбционного материала, при формировании, по меньшей мере частично, неразъемного соединения между абсорбционным материалом и слоем.

Неожиданно было установлено, что применением смачивающего средства поверхностное натяжение смеси регулируется таким образом, что происходит неразъемное соединение абсорбционного материала с слоем, и абсорбционный материал прочнее связывается с слоем, будучи менее склонным к осыпанию. Одновременно текстильное изделие плоской формы приобретает высокую воздухопроницаемость и, соответственно, открытую пористость. Как уже было изложено выше, эта высокая воздухопроницаемость и, соответственно, открытая пористость приводит к хорошему фиксированию абсорбента как в сухом, так и во влажном, и тем самым в набухшем, состоянии, что обусловливает неожиданно эффективное блокирование дальнейшего распространения воды в продольном направлении кабеля.

Преимуществом является то, что для связывания абсорбционного материала с слоем не требуется применение клея, адгезионного состава и/или активатора адгезии. Поэтому можно отказаться от дополнительной технологической стадии, а именно, связывания абсорбционного материала с слоем. Не требуется также термическое фиксирование абсорбционного материала с слоем.

С помощью соответствующего изобретению способа абсорбционный материал может быть непосредственно нанесен на текстильный слой и связан с ним. Благодаря этому выполняются целенаправленное регулирование поглощения жидкости и набухание абсорбционного материала, а также самоуплотняющееся закупоривание пор внутри слоя.

Дополнительное преимущество соответствующего изобретению способа состоит в том, что в результате полимеризации абсорбционный материал имеет хорошее сцепление внутри слоя, и изготовленное согласно способу текстильное изделие плоской формы отличается высокой устойчивостью к износу.

Согласно изобретению, под смачивающим средством следует понимать вещества природного или синтетического происхождения, которые в растворе или в смесях снижают поверхностное натяжение воды или других жидкостей, так что они лучше проникают в поверхности твердых тел, таких как слой, и могут пропитывать и смачивать его с вытеснением воздуха.

Смачивающее средство предпочтительно выбирается из группы, состоящей из: глицерина, пропиленгликоля, сорбита, тригидроксистеарина, фенола, кислой смолы, фосфолипидов, простого эфира этиленоксида и алифатического спирта, этоксилатов из пропиленоксида с пропиленгликолем, сложных эфиров сорбита и глицерина, и их смесей.

В качестве смачивающего средства особенно предпочтительно применение соединения следующей формулы

RO(CH₂CH₂O)_xH,

причем R представляет линейный или разветвленный алкильный остаток, и причем х=4; 5; 6,3; 6,5; 7; 8; 9; 10 или 11, предпочтительно 6,5; 7; 8; 9; 10, в частности, 6,5; 7; 8; 9. Практические испытания показали, что при применении подобного смачивающего средства особенно эффективно снижается поверхностное натяжение смеси, благодаря чему облегчается проникновение смеси в текстильный слой. Это приводит к превосходному сцеплению между абсорбционным материалом и слоем.

Алкильный остаток согласно изобретению представляет собой насыщенную алифатическую углеводородную группу с атомами углерода числом от 1 до 30, предпочтительно от 3 до 20, более предпочтительно от 4 до 17, и, в частности, от 6 до 11. Алкильная группа может быть линейной или разветвленной, и по выбору иметь в качестве заместителей одну или многие алифатические, в частности, насыщенные углеводородные группы с 1-4 атомами углерода.

Практические испытания показали, что при содержании смачивающего средства относительно общего веса смеси в диапазоне от 0,1 до 5 вес.%, предпочтительно от 1 до 4 вес.%, в частности, от 1,5 до 3,5 вес.%, получается особенно равномерное и однородное смачивание.

В особенности хорошие результаты в отношении смачивания слоя были достигнуты при добавлении смачивающего средства, которое устанавливает поверхностное натяжение согласно стандарту DIN 55660 смеси в диапазоне от 10 до 72 дин (мН/м), предпочтительно в диапазоне от 15 до 60 дин (мН/м), в частности, в диапазоне от 20 до 68 дин (мН/м).

Сшивание включает реакции, при которых многочисленные отдельные макромолекулы связываются друг с другом с образованием трехмерной сетчатой структуры. Связывание может достигаться либо непосредственно при формировании макромолекул, либо реакциями с уже образованными полимерами.

В результате процесса сшивания могут быть изменены свойства сшитых веществ. Изменение возрастает с увеличением степени сшивания. В отношении степени сшивания речь идет о количественной мере для охарактеризования полимерных сетчатых структур. Степень сшивания рассчитывается как соотношение числа молей сшитых основных структурных единиц к числу молей имеющихся в целом основных структурных единиц в макромолекулярной сетчатой структуре. Она выражается либо как безразмерная величина, либо в процентах (количественного содержания вещества).

Используемый согласно изобретению сшивающий реагент соединяет и, соответственно, сшивает мономеры или, соответственно, олигомеры местами между собой химическими мостиками. Это образование мостиков может снижать нерастворимость абсорбционного материала в воде. При проникновении жидкости в абсорбционный материал он набухает и натягивает эту сетчатую структуру на молекулярном уровне - поры закупориваются с самоуплотнением. Тем самым может предотвращаться проникновение жидкости в поры и, соответственно, прохождение через них.

Применяемый в соответствующем изобретению способе сшивающий реагент предпочтительно имеет по меньшей мере две реакционноспособные функциональные группы, которые могут реагировать с функциональными группами полимеризуемых мономеров или олигомеров во время полимеризации.

Сшивающий реагент преимущественно имеет по меньшей мере одну олефиновую, карбоксильную и/или карбоксилатную группу. Сшивающие реагенты выбираются из группы, состоящей из: бисакрилата этиленгликоля, диметакрилата диэтиленгликоля, диметакрилата полиэтиленгликоля, диметакрилата пропиленгликоля, диметакрилата полипропиленгликоля, тетраметилолметантриметакрилата, N-метилолакриламида, триметакрилата глицерина, глицидилметакрилата, Ν,Ν'-метиленбисметакриламида, диаллилмалеата, диаллилфталата, диаллилтерефталата, триаллилцианурата, триаллилизоцианурата, триаллилфосфата, гексаакрилата дипентаэритрита, простого диглицидилового эфира полиэтиленгликоля, ди- или полиглицидиловых простых эфиров алифатических многоатомных спиртов, простого диглицидилового эфира этиленгликоля, мирцена, и их смесей.

В особенности предпочтительными сшивающими реагентами являются диметакрилат триэтиленгликоля, этилендиметакрилат, 1,1,1-триметилпропантриакрилат, 1,3,5-триаллил-1,3,5-триазин-2,4,6(1H,3H,5H)-трион, диметакрилат 1,3-бутандиола, диметакрилат 1,4-бутандиола, диметакрилат этиленгликоля, триметилолметантриметакрилат, Ν,Ν'-метилендиакриламид, и их смеси. Эти сшивающие реагенты особенно пригодны для целенаправленного регулирования поглотительной емкости абсорбционного материала, так что для закупоривания пор необходимо лишь незначительное поглощение жидкости.

Степень сшивания предпочтительно регулируется на величину в диапазоне от 4,7·10^-5 до 1,9·10^-1, предпочтительно от 2,3·10^-4 до 1,3·10^-1, в частности, от 4,7·10^-4 до 4,9·10^-2. Высокой степенью сшивания ограничивается поглотительная емкость абсорбционного материала, и поры закрываются при незначительном поглощении жидкости.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, содержание сшивающего реагента в расчете на общий вес содержащегося мономера составляет от 0,01 до 40,00 вес.%, предпочтительно от 0,05 до 28,00 вес.%, в частности, от 0,10 до 20,00 вес.%. При таком содержании сшивающего реагента поглотительная емкость является вполне достаточной для того, чтобы поры при контакте с жидкостью могли закрываться оптимально и по возможности быстро.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту исполнения, способный к полимеризации мономер или олигомер выбирается из группы, состоящей из: монокарбоновых кислот с одной этиленовой ненасыщенностью, в частности, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты; кротоновой кислоты, сорбиновой кислоты, итаконовой кислоты, коричной кислоты; ангидридов поликарбоновых кислот с одной этиленовой ненасыщенностью, в частности, ангидрида малеиновой кислоты; солей карбоновых кислот, предпочтительно водорастворимых солей, в частности, солей со щелочными металлами, аммониевых солей или солей с аминами; моно- или поликарбоновых кислот с одной этиленовой ненасыщенностью, в частности, натриевой, триметиламмониевой, триэтаноламмониевой солями метакриловой кислоты, малеината натрия, малеината метиламмония; сульфоновых кислот, предпочтительно, алифатических или ароматических винилсульфоновых кислот, в частности, винил-, аллил-, винилтолуил-, стирил-, метакрилсульфоновых кислот; 2-гидрокси-3-метакрилоксипропилсульфоновой кислоты; сульфопропилметакрилата, солей сульфоновых кислот, предпочтительно солей со щелочными металлами, аммониевых солей и солей с аминами содержащих группировки сульфоновых кислот мономеров или олигомеров; гидроксилсодержащих соединений, предпочтительно спиртов с одной этиленовой ненасыщенностью, содержащих одну этиленовую ненасыщенность простых эфиров или сложных эфиров полиолов, в частности, металлилового спирта, алкиленгликолей, глицерина, полиоксиалкиленполиолов, гидроксиэтилметакрилата, гидроксипропилметакрилата, метакрилата триэтиленгликоля, монометаллилового простого эфира полиоксиэтиленоксипропиленгликоля, причем гидроксильные группы при необходимости являются этерифицированными или эстерифицированными; амидов, предпочтительно содержащих одну этиленовую ненасыщенность винилформамида, акриламида, метакриламида, N-алкилметакриламида, Ν,Ν-диалкилметакриламида, N-гидроксиалкилметакриламида, N-гексилакриламида N,N-диметилакриламида, Ν,Ν'-ди-н-пропилакриламида, N-метилолметакриламида, N-гидроксиэтилметакриламида, Ν,Ν-дигидроксиэтилметакриламида, виниллактамов, в частности, N-винилпирролидона; аминосоединений, предпочтительно содержащих аминогруппы сложных эфиров, моно- или дикарбоновых кислот с одной этиленовой ненасыщенностью, гетероциклических винилсоединений, в частности, диалкиламиноалкильных, дигидроксиалкиламиноалкильных, морфолиноалкильных сложных эфиров; винилпиридинов, в частности, 2-винил-, 4-винил-, N-винилпиридина, N-винилимидазола; четвертичных солей аммония, предпочтительно N,N,N-триалкил-N-метакрилоилоксиалкиламмониевых солей, в частности, хлорида N,N,N-триметил-N- метакрилоилоксиэтиламмония, хлорида N,N,N-триэтил-N- метакрилоилоксиэтиламмония, хлорида 2-гидрокси-3-метакрилоилоксипропил-триметиламмония, в частности, диметиламиноэтилметакрилата, диэтиламиноэтилметакрилата, морфолиноэтилметакрилата, диметиламиноэтилфумарата, и их смесей. Предпочтительными согласно изобретению являются акриловая кислота, метакриловая кислота, амиды и винилсульфоновые кислоты, и их смеси.

Содержание мономера или олигомера относительно общего количества смеси преимущественно составляет от 3 до 80, предпочтительно от 5 до 70 вес.%, в частности, от 10 до 50 вес.%. Практические испытания показали, что при таком содержании мономера или, соответственно, олигомера поглотительная емкость абсорбционного материала, в частности, в отношении воды, является достаточно высокой, и текстильное изделие плоской формы является особенно стабильным.

Инициаторами согласно изобретению называются вещества, которые добавляются в смесь, содержащую мономеры или, соответственно, олигомеры, и смачивающее средство, чтобы иметь возможность начать и, соответственно, инициировать желательную полимеризацию.

В качестве инициаторов целесообразно применяются водорастворимые азосоединения; редокс-системы; пероксикарбоновые кислоты; сложные эфиры пероксикарбоновых кислот; тиоксантен; тиоамины; пероксиды кетонов; гидропероксиды; дикарбонаты; оксалаты; нитрилы, предпочтительно валеронитрил; анизоины; бензофеноны; ацетофеноны; антрахиноны; бензол(трикарбонил)хром; бензоин; простые эфиры бензоина; бензил; кетали бензила; 4-бензоилбифенил; фенилпропандиол; гексафторфосфат циклопентадиенил(кумол)-железа(II); 10,11-дигидро-5H-дибензо[a,d]циклогептен-5-он; дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфиноксид; 2-гидрокси-2-метилпропиофенон; 4^'-этоксиацетофенон; этилантрахинон; 1-гидроксициклогексилфенилкетон, 2-метил-4'-(метилтио)-2-морфолинопропиофенон, фенантренхинон, 4-феноксиацетофенон; гексафторантимонаты триарилсульфония в пропиленкарбонате; гексафторфосфатные соли триарилсульфония в пропиленкарбонате; α-гидроксикетоны; фенилглиоксилат; диметилкеталь бензила; α-аминокетоны; 2,5-диметил-2,5-дигидропероксигексан; 1,3-ди-(2-гидроксипероксиизопропил)-бензол; моноацилфосфины; бисацилфосфины; фосфиноксиды; металлоцены; пероксиды; персульфаты; перманганаты; хлориты; соли церия; соли иода и/или гипохлориты; предпочтительно 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2-ил)пропандигидрохлорид; азобис(2-амидинопропан)дигидрохлорид; азобисциановалериановая кислота; хлорид 4-бензоил-N,N,N-триметилбензолметанаминия; моногидрат хлорида 2-гидрокси-3-(4-бензоилфенокси)-3-N,N,N-триметил-1-пропанаминия; хлорид 2-гидрокси-3-(3,4-диметил-9-оксо-9H-тиоксантон-2-илокси)-N,N,N-триметил-1-пропанаминия; 2-гидрокси-1-[4-(гидроксиэтокси)фенил]-2-метил-1-пропанон; 2-гидрокси-2-метил-1-фенилпропан-1-он; хлорид 4-бензоил-N,N-диметил-N-[2-(1-оксо-2-пропенил)окси]этилбензолметанаминия; 1-[4-(2-гидроксиэтокси)-фенил]-2-гидрокси-2-метил-1-пропан-1-он; 2,2'-азобис(4-метокси-2,4-диметилвалеронитрил); моногидрат натриевой соли антрахинон-2-сульфоновой кислоты; бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид; дибензолхром; анилин; простой этиловый эфир бензоина; простой метиловый эфир бензоина; простой изобутиловый эфир бензоина; диангидрид 3,3',4,4'-бензофенонтетракарбоновой кислоты; 4-фенилбензофенон; 2-бензил-2-(диметиламино)-4'-морфолинобутирофенон; 4,4'-бис(диэтиламино)бензофенон; 4,4'-бис(диметиламино)бензофенон, 4,4'-диметилбензил; 2,5-диметилбензофенон; 3,4-диметилбензофенон; 3'-гидроксиацетофенон; 4'-гидроксиацетофенон, 3-гидроксибензофенон; α,α-диметокси-α-фенилацетофенон; 4-гидроксибензофенон; 2-метилбензофенон; диалкоксиацетофеноны; α-гидроксиалкилфеноны; α-аминоалкилфеноны; 4,4'-дигидроксибензофенон; 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон; 4-(диметиламино)бензофенон, 3-метилбензофенон, 1-гидроксициклогексилфенилкетон; 2-гидрокси-2-метилпропиофенон; 2-гидрокси-2-метилпропиофенон; 4-диметиламинобензофенон; 2,2-диэтокси-2-фенилацетофенон; 2,2-диэтоксиацетофенон; метилбензоилформиат; 2-[2-оксо-2-фенилацетоксиэтокси]-этиловый сложный эфир оксифенилуксусной кислоты; 2-[2-гидроксиэтокси]-этиловый сложный эфир оксифенилакриловой кислоты; 2-хлортиоксантен-9-он; 2-бензил-2-(диметиламино)-l-[4-(4-морфолинил)фенил]-1-бутанон; 2-метил-1-[4-(4-морфолинил)фенил]-1-пропанон; дифенил-(2,4,6-триметилбензоил)-фосфиноксид; фенил-бис-(2,4,6-триметил)-бензоилфосфиноксид; ферроцен; титаноцен; бис-η⁵-2,4-циклопентадиен-1-ил)-бис-[2,6-дифтор-3-(1H-пиррол-1-ил)-фенил]титан; гексафторфосфат (4-метилфенил)-[4-(2-метилпропил-(4-метилфенил)-[4-(2-метилпропил)фенил]-иодония; персульфат аммония; персульфат калия; камфорохинон; гексафторфосфат циклопентадиенил(кумол)железа; дибензоциклогептадиенон; гидроксиацетофенон; тиоксантен-9-он; 4,4'-диметилбензил; 2-этилантрахинон; акрилфосфиноксид; 2-метилбензоилформиат; дидеканоилпероксид; дилаурилпероксид; дибензоилпероксид; ди-(2-этил)-пероксидикарбонат; дициклогексилпероксидикарбонат; ди-(4-трет-бутил)-циклогексилпероксидикарбонат; диацетилпероксодикарбонат; димиристилпероксодикарбонат; ди-трет-бутилпероксиоксалат; 2,2-азобис(2,4-диметилвалеронитрил); 2,2-азобис(4-метокси-2,4-диметилвалеронитрил); 2,2'-азобис(2-метилбутиронитрил); 2,2'-азобис(N-(2-пропенил)-2-метилпропионамид; диметил-2,2'-азобис(2-метилпропионат); диметил-2,2'-азоизобутират; 1-гидроксициклогексилфенилкетон; сложные эфиры пероксикарбоновых кислот, полученные из триметилуксусной кислоты, неодекановой кислоты, 2-этилкапроновой кислоты, трет-бутилгидропероксид, трет-амилгидропероксид, и/или гидропероксид кумола; трет-амилгидропероксид; гидропероксид кумола; диацилпероксиды; пероксид водорода; 2-ди(3,5,5-триметилгексеноил)пероксид; гидрокси- и/или трет-бутилпероксид, в частности, бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид, 1-гидроксициклогексилфенилкетон, бензофеноны и/или 1-[4-(2-гидроксиэтокси)-фенил]-2-гидрокси-2-метил-1-пропан-1-он.

Содержание инициатора в расчете на общее количество смеси могло бы составлять величину в диапазоне от 0,1 до 3 вес.%, предпочтительно от 0,5 до 2 вес.%, в частности, от 0,7 до 1,5 вес.%.

В зависимости от области применения, смесь могла бы содержать наполнитель. Наполнители увеличивают объем или вес, и могут улучшать технологические свойства смеси. Наполнитель предпочтительно выбирается из группы, состоящей из: карбонатов, в частности, карбоната кальция, разных сортов сажи, в частности, электропроводного технического углерода, графита, ионообменных смол, активированного углерода, силикатов, в частности, талька, глины, слюды, кремнезема, цеолитов, мела, сульфата кальция и бария, гидроксида алюминия, стеклянных волокон и шариков, а также древесной муки, целлюлозного порошка, перлита, пробкового и пластмассового гранулята, размолотых термопластичных материалов, хлопковых волокон, углеродных волокон, в частности, измельченных углеродных волокон, и их смесей. Добавлением наполнителя может быть изменена проницаемость для жидкости и/или воздуха, а также отрегулирована термическая и/или электрическая проводимость материала.

Кроме того, смесь могла бы содержать дезинфицирующие средства, антиоксиданты, сомономеры, антикоррозионные добавки, в частности, триазолы и/или бензимидазолы, загустители, пенообразователи, пеногасители, душистые и/или действующие вещества.

В результате проведенной в технологической стадии b) полимеризации мономеров или, соответственно, олигомеров мог бы быть образован суперабсорбент. Суперабсорбенты отличаются тем, что они могут превосходно связывать жидкость и поглощать ее. Согласно изобретению, под суперабсорбентом подразумевается полимер, который в состоянии впитывать и, соответственно, поглощать жидкости в количестве, многократно превышающем его собственный вес - вплоть до 500-кратного, причем его объем возрастает.

Для формирования смеси мономер или, соответственно, олигомер, растворяется или эмульгируется предпочтительно в водном растворе. Содержание воды в смеси могло бы варьировать в диапазоне от 20 до 90 вес.%, предпочтительно в диапазоне от 30 до 80 вес.%, в каждом случае в расчете на общее количество смеси. Когда сшивающий реагент является нерастворимым, он может быть добавлен в форме эмульсии. Дополнительно может быть прибавлен смешивающийся с водой органический растворитель для растворения или диспергирования сшивающего реагента. Затем могут быть добавлены смачивающее средство и инициатор.

Полимеризация происходит предпочтительно в кислотной области рН от 3 до 6, в частности, от 4,3 до 5,5. В этих условиях смесь является особенно стабильной.

Для нейтрализации мономеров на основе акриловой кислоты или, соответственно, вышеупомянутых кислотных мономеров или олигомеров мог бы быть использован гидроксид, предпочтительно гидроксид щелочного металла, в частности, гидроксид натрия, калия или лития, карбонат щелочного металла и/или гидроксид аммония. В особенности предпочтительны гидроксид натрия или калия ввиду их коммерческой доступности, их цены и их безопасности.

Обработка слоя смесью могла бы быть выполнена импрегнированием, напечатанием и/или напылением. При выборе способа нанесения и регулирования данных в каждом случае технологических параметров важно, чтобы посредством их могли быть достигнуты устанавливаемые согласно изобретению воздухопроницаемость и, соответственно, открытая пористость. Обычными способами нанесения покрытий являются нанесение слоя ракелем и нанесение покрытия прикатным роликом. При нанесении слоя ракелем скребок работает во взаимодействии с основой, валиком, столом или с самой подложкой. Под ракелем подразумевается устройство для намазывания. Оно могло бы быть закреплено по всей ширине текстильного полотна. Нанесение смеси может производиться следующими скребковыми инструментами (ракелями): ракелем для очистки валиков, воздушной раклей, ракелем из прорезиненной ткани, опорным ракелем, настольным ракелем, спиральным ракелем и/или ракелем для разглаживания пленок. При нанесении покрытия прикатным роликом обычно применяется печатный вал с гладкой поверхностью, или с вытравленными, сформированными станочной обработкой или накатанными углублениями на поверхности. Смесь могла бы быть перенесена с печатного вала на покрываемое изделие плоской формы. Углубления могут иметь любые произвольные размеры или формы, и распределены на поверхности печатного вала периодически или непрерывно.

Нанесение смеси с помощью импрегнирования является особенно предпочтительным, в частности, с использованием плюсовки или с помощью пенного импрегнирования. Плюсование может быть проведено в одну стадию или в несколько стадий, причем определенная смесь наносится равномерно на каждый м² текстильного материала. При плюсовании красильный раствор вдавливается в текстильное изделие плоской формы давлением вала. Понятием «красильный раствор» при этом обозначается совокупность всех его компонентов, то есть, растворителя, предпочтительно воды, а также всех содержащихся в нем растворенных, эмульгированных или диспергированных составных частей, таких как красители, частицы, пигменты, химикаты и вспомогательные добавки.

Количество наносимой смеси для импрегнирования, нанесения покрытия или напыления на слой может варьировать в широких пределах. Обычно в волокнистую структуру слоя вводятся количества в диапазоне от 10 до 2500 г/м², в частности, от 50 до 1200 г/м².

После обработки слоя импрегнированием, нанесением покрытия или набрызгиванием он может быть подвергнут обжатию между двумя роликами и/или валиками. Практические испытания показали, что при давлении обжатия в диапазоне от 0,5 до 8 бар (0,05-0,8 МПа), предпочтительно в диапазоне от 1 до 3 бар (0,1-0,3 МПа), может быть отрегулировано оптимальное количество наносимого материала, и получается равномерное распределение нанесенной смеси в волокнистую структуру слоя.

Затем в следующей стадии могла бы происходить полимеризация и, соответственно, отверждение мономеров или олигомеров, вследствие чего образуется абсорбционный материал. В зависимости от использованного инициатора и реакционных условий полимеризация может быть начата автокаталитически, термическим воздействием ионизирующего излучения или с помощью плазмы. Мономер и, соответственно, олигомер предпочтительно полимеризуются в присутствии ультрафиолетового излучения.

УФ-Отверждение могло бы происходить с использованием УФ-лампы. Интенсивность и продолжительность облучения выбираются сообразно составу смеси и свойствам слоя. Особенно хорошие результаты достигаются при интенсивности излучения в диапазоне от 40 до 400 Ватт/см, предпочтительно в диапазоне от 100 до 250 Ватт/см, при продолжительности облучения в диапазоне от 0,1 до 120 секунд. Целесообразным является проведение УФ-отверждения в вакууме, или в присутствии неорганического газа, предпочтительно азота, гелия или аргона, или на воздухе.

Термическое отверждение могло бы происходить в печи, на воздухе или в инертной атмосфере, или в вакууме. Также возможно, что нанесенная смесь полимеризуется и, соответственно, отверждается, в сушильном устройстве, таком как сушилка с продуванием воздуха или инфракрасная сушилка. Обычно полимеризация и, соответственно, отверждение проводятся в диапазоне температур от 40 до 100°С.

В этом контексте также представимо применение облучения электронным пучком для отверждения смеси. Обычно отверждение происходит при поглощенной дозе излучения в диапазоне от 1 до 16 Мрад, предпочтительно в диапазоне от 2 до 8 Мрад.

По завершении полимеризации обработанное текстильное изделие плоской формы может быть подвергнуто промыванию в одной или многих технологических стадиях. Тем самым из текстильного изделия плоской формы могут быть удалены загрязняющие примеси, например, непрореагировавший мономер, несшитый полимер, добавки или вспомогательные вещества, остатки инициатора. Промывание предпочтительно проводится водой и может выполняться непрерывно или периодически. Практические испытания выявили, что в результате проведения процесса промывания может быть усилено герметизирующее действие. Представляется, что наблюдаемое усиление герметизирующего действия обусловливается выравниванием структуры пор и/или преобразованием волоконной структуры.

Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, по завершении полимеризации проводится стадия нейтрализации. Для этого текстильное изделие плоской формы могло бы быть доведено до значения рН в диапазоне от 9 до 14, предпочтительно в диапазоне от 10 до 14, в частности, в диапазоне от 12 до 14.

Для нейтрализации могут быть применены уже указанные ранее гидроксиды, предпочтительно гидроксид щелочного металла, в частности, гидроксид натрия, калия или лития, карбонат щелочного металла, и/или гидроксид аммония.

После отверждения и, соответственно, полимеризации могла бы быть удалена остаточная жидкость с помощью дополнительного высушивания в печи с циркуляцией воздуха или с использованием инфракрасных ламп. Согласно изобретению, высушивание предпочтительно выполняется путем бесконтактного подведения энергии (бесконтактной сушки). При этом под бесконтактной сушкой подразумевается, что передача энергии производится не непосредственным контактом с теплопередающим материалом (например, нагретыми валками), а бесконтактно, например, облучением, предпочтительно инфракрасным или микроволновым излучением, и/или с помощью горячего воздуха в качестве теплопереносящей среды, в частности, окружающего воздуха или в условиях вентиляции. Бесконтактная сушка оказалась более благоприятной, так как может быть предотвращено уплотнение поверхности, обусловленное прямым контактом с теплопередающим материалом. Обычно для большинства материалов оказываются пригодными температуры высушивания в диапазоне от 60°С до 180°С.

Также возможно, что текстильное изделие плоской формы подвергается последующей обработке или отделке химического типа, например, такой как антипилинговая обработка, гидрофилизация, антистатическая обработка, обработка для улучшения огнестойкости, и/или для изменения тактильных свойств или глянца, обработке механического типа, такой как шерохование, санфоризация, обработка наждачной бумагой, или обработка в галтовочном барабане, и/или обработка для изменения внешнего вида, такая как окрашивание или набивка. Кроме того, для некоторых целей применения может быть целесообразным последующее введение в текстильное изделие плоской формы одной или многих добавок и/или наполнителей, выбираемых, например, из карбонатов, в частности, карбоната кальция, разных сортов сажи, в частности, электропроводного технического углерода, графитов, ионообменных смол, активированного углерода, силикатов, в частности, талька, глины, слюды, кремнезема, цеолитов, мела, сульфата кальция и бария, гидроксида алюминия, стеклянных волокон и шариков, а также древесной муки, целлюлозного порошка, порошкообразного суперабсорбента, перлита, пробкового и пластмассового гранулята, размолотых термопластичных материалов, хлопковых волокон, углеродных волокон, в частности, измельченных углеродных волокон, и их смесей. Добавлением наполнителя и/или добавки может быть изменена, например, проницаемость для жидкости и/или воздуха, а также отрегулирована термическая и/или электрическая проводимость материала. Для улучшения сцепления добавки и/или наполнителя может быть использован адгезионный состав, например, на основе поливинилового спирта, полиакрилатов, полиуретанов, бутадиен-стирольного каучука и бутадиен-нитрильного каучука.

Соответствующее изобретению текстильное изделие плоской формы благодаря его способности эффективно предотвращать распространение воды вдоль продольной оси кабеля, его малому весу, его высокой гибкости исключительно пригодно для использования в качестве герметизирующего элемента в кабеле и/или на нем, например, (в токопроводящем подземном и морском подводном кабеле), в самых различных диапазонах напряжений. Согласно одному особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения, текстильное изделие плоской формы представляется в качестве обмотки или бандажа в кабеле. Согласно одному особенному варианту осуществления изобретения, текстильное изделие плоской формы используется в качестве герметизирующего элемента для полостей в области проводников, и/или в зоне экранирования, и/или в области армирования кабеля.

Так, соответствующее изобретению изделие плоской формы может быть применено, например, в области экранирования - над и/или под экранирующим элементом (например, металлическими (медными, алюминиевыми) проволоками, фольгами, лентами или металлическими оболочками). Этот вариант исполнения особенно целесообразен для кабелей в диапазоне напряжений средней величины (от 1 до 1150 кВ).

Согласно дополнительному предпочтительному варианту исполнения, изделие плоской формы используется в области проводников кабеля. Так, например, возможно размещение изделия плоской формы в сегментированной жиле, в качестве оболочки жильного сегмента, в жильных сегментах, в качестве оболочки всей жилы, будучи разрезанным на ленты и/или крученым с образованием пряжи, в качестве уплотнения вдоль открытых каналов в области проводников. Этот вариант исполнения особенно целесообразен для кабелей в диапазоне высоких и сверхвысоких напряжений (от 60 до 1150 кВ). Для кабелей этих типов изделие плоской формы преимущественно вводится дополнительно в область экранирования, например, над и/или под экранирующим элементом (металлическими (медными, алюминиевыми) проволоками, фольгами, лентами или металлическими оболочками).

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, изделие плоской формы применяется в качестве оболочки одиночных кабелей, кабельных жгутов и жильной сердцевины, будучи разрезанным на ленты и/или крученым с образованием пряжи, как уплотнение вдоль открытых каналов в кабельных жгутах в виде набивки кабеля. Этот вариант исполнения особенно предпочтителен в кабелях для обмена данными, сигнализационных, стекловолоконных и телекоммуникационных кабелях.

В случае морских подводных кабелей в качестве еще одной области применения, альтернативно или, предпочтительно, дополнительно к вышеуказанным вариантам применения, предлагается размещение внутри армирования.

Один предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к применению соответствующего изобретению текстильного изделия плоской формы в качестве герметизирующего элемента в полостях кабелей для обмена данными, сигнализационных, стекловолоконных и телекоммуникационных кабелей, и кабелей для передачи энергии. В особенности предпочтительно применение в кабелях для передачи энергии.

Дополнительный предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к применению соответствующего изобретению текстильного изделия плоской формы в форме ленты и/или крученым с образованием пряжи в качестве уплотнения вдоль открытых каналов в одиночных кабелях, кабельных жгутах, и/или между повивами кабеля, и/или в качестве оболочки отдельных повивов кабеля.

Дополнительный предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к применению соответствующего изобретению текстильного изделия плоской формы в качестве герметизирующего элемента для полостей в жиле и/или поверх нее, над и/или под экранированием, в армировании, и/или над ним, и/или под ним в кабелях для передачи энергии.

Дополнительный предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к применению соответствующего изобретению текстильного изделия плоской формы над и/или под экранирующим элементом кабелей, и/или в области проводников в качестве оболочки жильной сердцевины, и/или одного или многих жильных сегментов сегментированной жилы, и/или внутри жильной сердцевины или жильного сегмента, будучи разрезанным на ленты и/или крученым с образованием пряжи, в качестве уплотнения вдоль открытых каналов в области проводников.

Краткое описание чертежа

В чертеже показаны:

Фиг. 1 представляет схематический вид текстильного изделия плоской формы с полным покрытием,

Фиг. 2 представляет вид фрагмента показанного в Фигуре 1 текстильного изделия плоской формы в сухом состоянии,

Фиг. 3 представляет вид фрагмента показанного в Фигуре 1 текстильного изделия плоской формы при воздействии жидкости,

Фиг. 4 представляет схематический вид текстильного изделия плоской формы с частичным покрытием,

Фиг. 5 представляет вид фрагмента показанного в Фигуре 1 текстильного изделия плоской формы в сухом состоянии,

Фиг. 6 представляет вид фрагмента показанного в Фигуре 4 текстильного изделия плоской формы при воздействии жидкости,

Фиг. 7 представляет схематическое изображение слоистой конструкции кабеля для передачи энергии.

Осуществление изобретения

Фигура 1 показывает текстильное изделие 1 плоской формы, включающее по меньшей мере один слой 2, который, по меньшей мере частично, покрыт абсорбционным материалом 3 и имеет поры 4, причем поры 4 при воздействии жидкости могут, по меньшей мере частично, закрываться вследствие набухания абсорбционного материала 3.

Абсорбционный материал 3, по меньшей мере на отдельных участках, неразъемно соединен с слоем 2 текстильного материала.

Поры 4 и размер пор 4 распределяются статистически случайно. Геометрическая конфигурация пор 4 является нерегулярной. В отношении пор 4 речь идет не о регулярно сформированном геометрическом теле, таком как прямоугольный параллелепипед или октаэдр, а об открытоячеистых или замкнутых промежутках, которые отделены друг от друга волокнами 5 и, соответственно, абсорбционным материалом 3.

Слой 2 текстильного материала состоит из химически упрочненного нетканого материала.

Слой 2 текстильного материала в Фигуре 1 содержит сложнополиэфирные волокна 5.

Абсорбционный материал 3 в Фигуре 1 по существу полностью покрывает волокна 5.

Текстильное изделие 1 плоской формы в Фигуре 1 имеет толщину 0,5 мм.

Текстильное изделие 1 плоской формы в Фигуре 1 имеет удельный вес в расчете на единицу площади 100 г/м².

Фиг. 2 показывает вид фрагмента представленного в Фигуре 1 текстильного изделия 1 плоской формы в сухом состоянии. Это текстильное изделие 1 плоской формы включает по меньшей мере один слой 2, который, по меньшей мере частично, покрыт абсорбционным материалом 3 и имеет поры 4, причем поры 4 при воздействии жидкости могут, по меньшей мере частично, закрываться вследствие набухания абсорбционного материала 3. Абсорбционный материал 3, по меньшей мере на отдельных участках, неразъемно соединен с слоем 2 текстильного материала.

Волокна 5 слоя 2 полностью покрыты и, соответственно, облицованы абсорбционным материалом 3.

Показанное в Фигуре 2 вентиляционное отверстие 4 открыто.

Фиг. 3 показывает вид фрагмента представленного в Фигуре 1 текстильного изделия 1 плоской формы при воздействии жидкости. Впитанная жидкость поглощается абсорбционным материалом 3. Набухший абсорбционный материал 3 полностью заполняет представленное в Фигуре 2 вентиляционное отверстие 4 и закупоривает его, прекращая протекание жидкости или газа.

Фиг. 4 показывает текстильное изделие 1' плоской формы, включающее по меньшей мере один слой 2, который, по меньшей мере частично, покрыт абсорбционным материалом 3 и имеет поры 4, причем поры 4 при воздействии жидкости могут, по меньшей мере частично, закрываться вследствие набухания абсорбционного материала 3.

Абсорбционный материал 3, по меньшей мере на отдельных участках, неразъемно соединен с текстильным слоем 2.

Абсорбционный материал 3 частично покрывает волокна 5.

Поры 4 равномерно распределены в слое 2.

Представленное в Фигуре 4 текстильное изделие 1' плоской формы имеет удельный вес в расчете на единицу площади 100 г/м².

Фиг. 5 показывает вид фрагмента представленного в Фигуре 4 текстильного изделия 1' плоской формы в сухом состоянии. Абсорбционный материал 3, по меньшей мере на отдельных участках, неразъемно соединен с волокнами 5 слоя 2.

Поры 4 открыты.

Фиг. 6 показывает вид фрагмента представленного в Фигуре 4 текстильного изделия 1' плоской формы при воздействии воды.

Впитанная вода поглощается абсорбционным материалом 3 с возрастанием его объема. Вследствие набухания абсорбционного материала 3 вентиляционное отверстие 4 частично закрывается.

Толщина представленного в Фигуре 4 текстильного изделия 1' плоской формы при воздействии воды увеличивается в 3 раза.

Фигура 7 показывает схематическое изображение примерной слоистой конструкции кабеля для передачи энергии. Повив 1 кабеля представляет жилу, которая может быть сформирована из отдельных проволок или жильных сегментов. В качестве повива 2 кабеля в Фигуре 7 применяется соответствующее изобретению текстильное изделие плоской формы как герметизирующий слой. Повив 3 кабеля представляет изоляционный слой из полиэтилена, который в данном случае выполнен многослойным. В качестве повива 4 кабеля в Фигуре 7 используется соответствующее изобретению текстильное изделие плоской формы как герметизирующий слой. Повив 5 кабеля представляет собой экран. В качестве повива 6 кабеля в Фигуре 7 применяется соответствующее изобретению текстильное изделие плоской формы как герметизирующий слой. Повив 7 кабеля представляет собой оболочку кабеля. В чертеже не представлено армирование. Оно могло бы быть размещено под оболочкой кабеля.

Только что описанное текстильное изделие плоской формы может быть изготовлено согласно нижеследующим примерам исполнения:

Пример 1 исполнения:

Для приготовления частично нейтрализованного раствора акриловой кислоты 8,00 г гидроксида натрия растворяют в 21,00 г воды и смешивают с 21,00 г акриловой кислоты. Затем 25,00 г частично нейтрализованного раствора акриловой кислоты смешивают с 0,50 г 1-[4-(2-гидроксиэтокси)-фенил]-2-гидрокси-2-метил-1-пропан-1-она, 1,00 г гептилового простого эфира полиэтиленгликоля (С₇Н₁₅О(СН₂СН₂О)_6,5Н) и 47,00 г воды до однородного состояния. Значение рН раствора составляет около 4.

К раствору добавляют 0,25 г N,N'-метилендиакриламида, и смесь перемешивают в течение 15 минут при температуре около 22°С. Полученный раствор помещают в плюсовальную машину при температуре 20°С. Затем вводят нетканый материал из полиэтилентерефталата в качестве базового материала величиной 10×10 см с удельным весом 40 г/м² (с продольной укладкой, химически упрочненный, воздухопроницаемость свыше 1500 дм³/(м²·сек) при разности давлений воздуха 100 Па, толщина 0,2 мм), и протягивают через плюсовальную машину (Sawafill 1122, фирма Sandler). Материал вводится в волокнистую структуру слоя в количестве 180 г/м².

Импрегнированный нетканый материал обжимают между двумя валками, и воздействием УФ-облучения начинают полимеризацию смеси, содержащей акриловую кислоту, сшивающий реагент, смачивающее средство и инициатор. УФ-обработка производится включением УФ-излучателей (фирма Dr. Hönie, тип Uvahand 250, по 250 Ватт на излучатель). Продолжительность обработки составляет 10 секунд. Степень сшивания абсорбционного материала составляет 0,011. Облученный нетканый материал промывают водой и высушивают в течение четырех часов при температуре 70°С.

Удельный вес в расчете на единицу площади изготовленного в примере 1 исполнения текстильного изделия плоской формы составляет 65 г/м².

Скорость набухания определяется количеством воды, которое поглощается текстильным изделием плоской формы в пределах заданного промежутка времени, причем это значение относится к сухому весу текстильного изделия плоской формы.

Скорость набухания определяется измерением прироста веса в течение промежутка времени от 0 до 20 минут. После набухания удельный вес в расчете на единицу площади составляет 1800 г/м².

Толщина изготовленного в примере 1 исполнения текстильного изделия плоской формы составляет 0,3 мм. Его прочность на растяжение составляет 150 Н/5 см, его воздухопроницаемость составляет 1800 дм³/(м²·сек) при разности давлений воздуха 100 Па.

Контрольный пример 1:

Было изготовлено дополнительное текстильное изделие плоской формы соответственно способу действия из Примера 1. Однако в отличие от этого был использован термически упрочненный нетканый материал из полиэтилентерефталата с воздухопроницаемостью менее 500 дм³/(м²·сек). Вследствие этого было получено соответствующее изобретению изделие плоской формы с воздухопроницаемостью 120 дм³/(м²·сек).

Пример 2 исполнения:

Чтобы смоделировать блокирование транспорта воды вдоль полостей в кабеле, была исследована создаваемая текстильным изделием плоской формы герметичность в продольном направлении при постоянной высоте щели. Испытание проводится подобно методам испытаний, которые проводятся на готовых подземных и морских подводных кабелях. При этих испытаниях в кабеле сбоку просверливается отверстие, и прилагается давление воды величиной 1 м водяного столба. По истечении заданного времени кабель вскрывается, и анализируется длина продвижения воды.

Использованная здесь испытательная конфигурация описывается следующим образом: в качестве опорной пластины служит прямоугольная пластина из плексигласа с двумя длинными сторонами А (каждая с длиной 350 мм) и двумя короткими сторонами В и С (каждая с длиной 310 мм). На опорной пластине размечается прямоугольная площадка для укладки образца с двумя длинными сторонами А' (каждая с длиной 297 мм) и двумя короткими сторонами В' и С' (каждая с длиной 210 мм). При этом площадка для укладки образца своей короткой стороной В' заподлицо примыкает к стороне В опорной пластины, и стороны А' позиционированы на равных расстояниях от сторон А опорной пластины и пролегают параллельно им. На площадку для укладки образца накладывается образец текстильного изделия плоской формы формата DIN-A4. Площадка для укладки образца окаймляется выфрезерованной канавкой с глубиной 1 мм, которая пролегает вдоль сторон А' и С'. В канавку укладывается гибкая силиконовая трубка с диаметром 3 мм. Трубка позднее служит в качестве уплотнения с нанесенной покровной пластиной. Рядом с силиконовой трубкой на каждой из наружных сторон А опорной пластины укладывается стержень из высокосортной стали с длиной 350 мм и диаметром 2 мм (при круглом поперечном сечении). Затем укладывается покровная пластина из плексигласа, которая своими размерами (350 мм×310 мм) соответствует опорной плите. Покровная и опорная пластины с внешней стороны (снаружи относительно площадки для укладки образца) прочно свинчиваются друг с другом с помощью в каждом случае 3 винтов/гаек на каждую сторону А, и одной дополнительной пары винта/гайки на стороне В. При этом расстояние между покровной пластиной и опорной пластиной, так называемая высота щели, определяется предварительно введенными металлическими стержнями. Высота щели составляет около 2 мм. Кроме того, при затягивании винтов силиконовая трубка сминается так, что достигается герметизация в области площадки для укладки образца вдоль сторон А' и С'. На стороне В' площадка для укладки образца является открытой, что определяет последующее направление движения подводимой воды от стороны С' по направлению к стороне В'. Покровная пластина поверх площадки для укладки образца имеет прямоугольное отверстие с размером 210 мм×50 мм, которое своей длинной стороной совпадает со стороной С' площадки для укладки образца. На отверстие устанавливается водяной резервуар прямоугольной формы из плексигласа, который может быть заполнен водой объемом 500 мл.

Проведение испытания на герметичность выполняется в два этапа. На первом этапе водяной резервуар из открытой делительной воронки заполняют 500 мл деминерализованной воды. Вода течет в заданную щель в области площадки для укладки образца. Продвижение вперед водяного фронта может очень хорошо отслеживаться через прозрачную покровную пластину из плексигласа. Если было уложено текстильное изделие плоской формы, которое оснащено абсорбционным материалом, то он набухает, щель перекрывается, и продвижение фронта воды останавливается. Измеряется время до остановки продвижения фронта, и регистрируется как время герметизации. Соответствующая этому дистанция уплотнения определяется как среднее расстояние водяного фронта до стороны С' и наносится на график.

На втором этапе испытания на водяном резервуаре посредством прикрепленного штуцера создается водяной столб высотой 1 м. Для этого делительная воронка в качестве водяного резервуара соединяется трубкой со штуцером и размещается таким образом, что уровень воды в воронке находится на 100 см выше площадки для укладки образца. Тогда продвижение вперед водяного фронта регистрируется в зависимости от длительности измерения при постоянном давлении воды.

С помощью описанной испытательной конфигурации исследовано соответствующее изобретению текстильное изделие плоской формы из примера 1 исполнения. В качестве сравнения служит контрольный пример 1, а также материал, в котором на нетканый материал в качестве покрытия нанесен порошкообразный суперабсорбент (масса абсорбента: 30 г/м²) с помощью адгезионного состава (контрольный пример 2).

Время блокирования и дистанция блокирования материалов представлены в Таблице 1. Известный из прототипа материал приводит к блокированию фронта продвижения спустя 14 сек времени герметизации и при соответственной дистанции герметизации 7 см. Оказалось, что соответствующее изобретению текстильное изделие плоской формы из примера 1 исполнения, отличающееся воздухопроницаемостью 1800 дм³/(м²·сек), приводит к герметизации полости за явственно более короткое время герметизации 9 сек, и к тому же при значительно сокращенной дистанции герметизации в 2 см. В отличие от этого, текстильное изделие плоской формы из контрольного примера 1 с воздухопроницаемостью 120 дм³/(м²·сек) не проявило никакой герметизации против доступа воды. Поступающая вода полностью протекала через прибор. Объяснение следует находить в том, что высокая воздухопроницаемость и, соответственно, открытая пористость текстильного изделия плоской формы из примера 1 исполнения обеспечивает возможность очень быстрого поглощения воды. Тем самым обусловливается высокая скорость набухания и, соответственно, короткое время герметизации.

Анализ характеристик герметизации при постоянном давлении водяного столба высотой 1 м показан в Таблице 2.

В случае контрольного примера 2 фронт продвижения перемещается при постоянном давлении воды в 1 м водяного столба на 4,5 см в день (24 часа). При контакте с водой водорастворимый адгезионный состав растворяется, и порошкообразный суперабсорбент набухает. Поскольку действие адгезионного состава утрачивается, набухший суперабсорбент также утрачивает свое сцепление с подложкой из нетканого материала. При постоянном давлении воды набухший суперабсорбент становится подвижным и физически мигрирует вдоль полости. В отличие от этого, соответствующее изобретению текстильное изделие плоской формы (пример 1 исполнения) проявляет явно улучшенную долговременную герметизацию при постоянном давлении воды. Фронт продвижения перемещается только на 0,5 см в день (24 часа). Причиной тому является очень существенно улучшенное сцепление абсорбента с базовым материалом. Вследствие высокой воздухопроницаемости в 1800 дм³/(м²·сек) в соответствующем изобретению текстильном изделии плоской формы имеется очень обширная площадь контакта между абсорбентом и подложкой из нетканого материала. При этом абсорбент охватывает волокна текстильного слоя отчасти неразъемно, что приводит к превосходному фиксированию и очень хорошей эффективности уплотнения.

Пример 3 исполнения

Для исследования влияния сушки различных типов, то есть, контактной сушки и бесконтактной сушки, изготовленное в примере 1 исполнения изделие плоской формы было один раз высушено с помощью горячего воздуха, и один раз с использованием нагретой барабанной сушилки. Оказалось, что при использовании барабанной сушилки происходило уплотнение поверхности изделия плоской формы, которое проявилось в значительном уменьшении воздухопроницаемости. Результаты представлены в нижеследующей Таблице.

Реферат

Изобретение относится к текстильному изделию плоской формы (1, 1') для предотвращения проникновения и распространения воды в кабелях, включающему по меньшей мере один слой (2), который выполнен в виде прочеса, нетканого материала, ткани, вязаного изделия и/или текстильного плоского изделия со скрепленными волокнами и по меньшей мере частично покрыт абсорбционным материалом (3) и имеет поры (4), причем поры (4) при воздействии жидкости могут по меньшей мере частично закрываться вследствие набухания абсорбционного материала (3) и причем абсорбционный материал (3) по меньшей мере на отдельных участках неразъемно соединен с текстильным слоем (2), имеет прочность на растяжение в продольном направлении (MD) свыше 50 Н/5 см, измеренную согласно стандарту DIN ISO 9073-3, и может быть получен способом, включающим следующие технологические стадии: а) обработку имеющего поры (4) слоя (2) смесью, содержащей способный к полимеризации мономер, причем способный к полимеризации мономер выбран из группы, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, амидов, винилсульфоновых кислот и их смесей, и сшивающий агент в качестве полуфабриката для абсорбционного материала (3), смачивающее средство и инициатор, и b) полимеризацию мономера с образованием абсорбционного материала (3) при формировании по меньшей мере частично неразъемного соединения между абсорбционным материалом (3) и слоем, при этом текстильное изделие плоской формы имеет воздухопроницаемость согласно стандарту DIN EN ISO 9237 в сухом состоянии более 200 дм/(м⋅с). 7 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула