专利名称：多层复合体系和方法
多层复合体系和方法
背景技术：
各种情况要求修复塑料(即聚乙烯)管道、罐或容器。可以通过将粘合剂或复合材料直接施用到管道、罐或容器中的裂缝上来实施修复或连接。或者，可以在缺陷或管道接头上放置多部件套管并在其周围密封。管道受损时的另一备选方案是切除受损区域并将其换成新的一段管道。再一备选方案是如本领域中已知的那样将塑料管道“熔焊”在一起。关于罐和容器，通常使用“经典”修补法修复缺陷，如施用到玻璃或其它纤维/网上的环氧或树脂以形成复合材料。上述方法具有若干缺点。例如，将粘合剂或复合材料施用到裂纹上往往未提供均勻密封。该施用还可能涉及延长的“固化”时间，其中在管道内施用的压力可能将该材料从裂纹中挤出。例如，对于完全固化，固化时间为2-3小时至1-7天。至于将多部件套管施用到受损区域，这通常可能需要大量劳动力以开凿管道周围的区域以使套管可围绕受损区域放置。为进行修复而切削管道通常是不合意的，尤其是在管道含液体，如油或水，或易燃气体时。操作人员需要切断液体或气体并清洗管道以避免液体污染或冒着气体爆炸的危险。这对大多数应用而言通常不可接受。另外，如上所述，要求在要更换的区段周围开凿。 这经证实在时间以及其它财政资源方面相当昂贵。焊接，包括熔焊也可能成问题。如果该管道含有或曾含有易燃物，焊接中一般涉及的电弧、火花、明火和/或相对高温可能点燃该材料。仍可能要求围绕大面积的开凿以到达修复位置并且可能是高花费的。关于受损罐或容器的修复，具体而言，常常用与原始基底匹配的材料覆盖缺陷，或如果损伤太大，必须更换它们。如果用基底匹配材料覆盖缺陷，则一般仅围绕周界热焊覆盖区域，未提供原始罐或容器的强度。另外，目前没有修复聚烯烃中的缺陷的有效粘合剂方法。例如，聚烯烃中的缺陷的现有修补方法常常无法粘合到罐或容器表面上，或要使用成问题的不同修补材料修补。因此，需要提供改进的体系和方法以修复塑料管道、罐或容器。
发明内容
本发明提供新型复合材料和使用这些复合材料以修复和/或连接塑料管道、储罐、管道闷头(bullheads)、塑料容器等的零件的新方法，它们克服本领域中现有的一个或多个缺点。一般而言，本公开的复合材料和方法可改进粘合强度、固化速率、易施用性和施用所需的时间。在一个实施方案中，本发明提供包括至少第一和第二层的多层补片(MLP)。第一层是聚合物粘合剂；这包括由溶解的聚合物、溶剂溶胀的聚合物膜或溶剂饱和的聚合物泡沫形成的凝胶。第二层是支承膜或背衬层，其在施加热量时与第一聚合物粘合剂层密切合并。在一些实施方案中，在需要封套包装造构时，本发明提供包含三层或任选四层的
5复合材料。一层，例如与要修复的管道接触的底部最外层，可以由密切合并到聚合物粘合剂层中并最终在固化后合并到粘结体(bond)中的合适的膜构成。另一层，例如顶部最外层可包含在与底部最外层结合时形成该补片组合体的保护性封套的合适的材料(例如膜)。在一些实施方案中，顶部最外层和底部最外层在固化过程中都变得合并到聚合物粘合剂层中并最终成为粘结体的一部分。在一些实施方案中，只有底层变得合并到聚合物粘合剂层中；顶层具有的材料或厚度使其不完全合并到聚合物粘合剂层中，而是在固化过程后实际产生粘结基底。在一些实施方案中，顶层可以是增强塑料。顶层中所含的增强材料可以例如是超高分子量聚乙烯，如Spectrae牌，或聚芳酰胺纤维，如Kevla/牌，或任何其它适当的增强材料。在一些实施方案中，该聚合物粘合剂层可包括合适的增强材料；这些材料可以是无规排列的单个纤维、连续纤维层(即片材)、纤维网，或它们可包含连续纤维或纺织或非织纤维或金属线或网的分立层。在一个实施方案中，该增强材料可进一步包括涂层，例如，聚四氟乙烯涂层(例如TeflorO。在一些实施方案中，在粘合剂层聚合物表面上施用或沉积金属层，例如，膜、网或溅射涂布膜以充当射频感受体(SUS(^pt0r)以吸收电磁能。因此优选通过使用该感受体-射频组合加热粘结界面。通常，聚合物粘合剂层是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯(PVC)或聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABQ和溶剂的组合。在本发明的范围内考虑了各种分子量的聚合物粘合剂。合适的溶剂可包括溶解一部分聚合物或使聚合物泡沫饱和以使该聚合物以大约2 至大约60重量％存在于该凝胶或泡沫中的那些。其它合适的溶剂包括使聚合物溶胀以使该聚合物以大约15至大约60重量％存在于溶胀膜中的那些。根据所选聚合物，合适的溶剂可包括1，2，3，4-四氢化萘、十氢化萘、四氯乙烯、四氯乙烷、二甲苯、环己烷、二乙醚、二氯甲烷、亚甲基氯、甲乙酮、四氢呋喃、苯、甲苯、1-氯萘、环己酮、间甲酚、乙基环己烷、庚烷、 壬烷和/或1，2，4-三氯苯。或者，可以使用本领域已知的任何类似溶剂。通常，第二支承膜层是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、PVC或ABS。在本发明的范围内考虑了各种分子量的支承膜聚合物层。该MLP可进一步包括与该聚合物粘合剂层接触的充当阻隔或防粘膜(release film)的第三层。一方面，所述第三层为在施加热量时可密切合并到第一聚合物粘合剂层中的类型。合适的膜包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯(PVC)、聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酮、含氟聚合物、聚氨酯或其组合。在本发明的范围内考虑了构成该膜层的聚合物的各种分子量。另一方面，所述第三层是防粘材料并可以是膜、涂层或粉末。在一些实施方案中使用装溶剂的安瓿以在正要将MLP施用到修复位置之前将溶剂递送到该MLP组合体中。该安瓿可以是耐溶剂的并集成到MLP中以使该安瓿可以在施用该补片之前在该组合体内破裂并使溶剂饱和该泡沫聚合物粘合剂层。或者，可以将溶剂连接/注射口(由此可以在临施用之前将溶剂递送到该MLP组合体中)集成到MLP中。本公开的MLP可以施用到例如塑料管上以利于连接末端或修复管道中的碎裂、开口、裂纹、裂缝、凿口、划痕等。或者，本公开的MLP可用于任何聚合物修复用途，例如聚合物罐和容器。此外，本公开的MLP可用于将服装织物粘结到高强度聚合材料上。本发明的MPLs提供优于现有修复/粘合技术的某些优点。例如，用本发明的复合材料实现均勻密封。该材料具有足够的完整性以使其不渗入例如裂纹中和随着时间损失强
6度。
图1、1A和IB描绘含和不含任选防粘或包封阻隔膜的本公开的MLP的一个方面。图2描绘包括纤维或金属增强的MLP的本发明的另一方面。图3描绘包括内部加热的MLP的本发明的另一方面。图4描绘本公开的MLP的又一方面。
具体实施例方式本发明提供新型MLPs和在聚合物修复应用和/或粘合应用中使用该新型MLPs的方法，它们克服本领域中现有的一个或多个缺点。例如，该MUs可用于连接、修复或增强塑料管或修复罐或容器中的缺陷。作为进一步实例，该MUs可用于将服装织物粘结到高强度聚合材料上。图1、1A和IB描绘本发明的一个方面，其提供包括至少第一层3和第二层5以及任选的第三层和/或第四层7的MLP 1。第一层3是聚合物粘合剂层。第二层5是支承膜或更厚的基底(背衬层)，其表面在施加热量时变成与第一聚合物粘合剂层密切合并。任选的第三层和/或第四层7可以是防粘膜或包封阻隔膜。术语“密切合并”意在表示在物理作用时，如加热挨着基底(未显示)的第一层3 和第二层5时，保留在第一聚合物粘合剂层3中的溶剂会使支承膜5变成与其它一个或多个层均勻或不均勻合并。不受理论限制，对这两层施用应力有效地使这两层成为单层。用于实现此的温度可以为原始聚合物(即不存在溶剂)的软化点/熔点以下大约5至90°C。 表1提供聚合物-溶剂对的示例性名单，包括原始聚合物的熔融或玻璃化转变温度以及聚合物-溶剂对的熔融或玻璃化转变温度。例如，从表1中看出，根据所用溶剂，在连接或修复聚乙烯基底时，可以将超高分子量聚乙烯聚合物粘合剂基MLP加热至大约80至大约120°C。 要理解的是，表1是聚合物-溶剂对的示例性名单并且决不限制本公开的范围，
权利要求
1.包含聚合物粘合剂层和在施热时变得与所述聚合物粘合剂层密切合并的聚合物支承膜层的多层复合材料。
2.权利要求1的多层复合材料，其中所述聚合物粘合剂层是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯或聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和溶剂的组合。
3.权利要求2的多层复合材料，其中所述溶剂是1，2，3，4-四氢化萘、十氢化萘、四氯乙烯、四氯乙烷、二甲苯、环己烷、二乙醚、二氯甲烷、亚甲基氯、甲乙酮、四氢呋喃、苯、甲苯、 1-氯萘、环己酮、间甲酚、乙基环己烷、庚烷、壬烷或1，2，4-三氯苯。
4.权利要求2的多层复合材料，其中所述聚烯烃是聚乙烯且其中所述聚乙烯是低密度、中密度、高密度、很高分子量或超高分子量聚乙烯。
5.权利要求4的多层复合材料，其中所述聚乙烯以所述聚合物粘合剂层的大约2至大约60重量％存在。
6.权利要求1的多层复合材料，其中所述支承膜层是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯或聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
7.权利要求1的多层复合材料，进一步包含外层，其中所述外层与至少所述聚合物粘合剂层接触且其中所述外层在施热时被密切合并到所述聚合物粘合剂层中。
8.权利要求7的多层复合材料，其中所述外层是包含聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、 聚氯乙烯、聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚酮、含氟聚合物或聚氨酯的膜。
9.权利要求7的多层复合材料，其中所述外层是阻隔层。
10.权利要求1的多层复合材料，其中所述聚合物粘合剂层是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯或聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和溶剂的组合，其中所述聚合物粘合剂层包含增强材料且其中所述支承膜层在施热时变得与所述聚合物粘合剂层密切合并。
11.权利要求10的多层复合材料，其中所述增强材料包括纤维、线、网、毡子或布。
12.权利要求10的多层复合材料，其中所述粘合剂层以聚合物凝胶、溶胀聚合物膜或溶剂饱和的泡沫形式形成。
13.权利要求10的多层复合材料，其中所述溶剂是1，2，3，4-四氢化萘、十氢化萘、四氯乙烯、四氯乙烷、二甲苯、环己烷、二乙醚、二氯甲烷、亚甲基氯、甲乙酮、四氢呋喃、苯、甲苯、 1-氯萘、环己酮、间甲酚、乙基环己烷、庚烷、壬烷或1，2，4-三氯苯。
14.权利要求12的多层复合材料，其中所述聚烯烃是聚乙烯，且其中所述聚乙烯是低密度、中密度、高密度、很高分子量或超高分子量聚乙烯。
15.权利要求14的多层复合材料，其中所述聚乙烯以所述聚合物凝胶、溶胀聚合物膜或溶剂饱和的泡沫的大约2至大约60重量％存在。
16.权利要求10的多层复合材料，其中所述支承膜层是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯或聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
17.权利要求10的多层复合材料，进一步包含与所述聚合物凝胶、溶胀聚合物膜或溶剂饱和的泡沫接触的一个或多个外层，其中所述一个或多个外层在施热时与所述聚合物凝胶层、溶胀聚合物膜或溶剂饱和的泡沫密切合并。
18.权利要求17的多层复合材料，其中所述外层是包含聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氯乙烯、聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的至少一种的膜。
19.权利要求18的多层复合材料，其中所述外层是阻隔层。
20.权利要求11的多层复合材料，其中所述纤维是聚烯烃、聚酰胺、聚酯或聚芳酰胺。
21.权利要求9的多层复合材料，其中所述支承膜层和所述一个或多个外层密封在一起以形成封套。
22.权利要求9的多层复合材料，其中所述外层密封在一起以形成封套。
23.权利要求17的多层复合材料，其中所述支承膜层和所述一个或多个外层密封在一起以形成封套。
24.权利要求17的多层复合材料，其中所述一个或多个外层密封在一起以形成封套。
25.权利要求10的多层复合材料，其中该增强材料包含线网/绳，且其中可以加热该线网/绳使得所述支承膜在所述线网/绳周围熔化。
26.权利要求23的多层复合材料，其中所述支承膜层包含聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯或聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯材料。
27.权利要求M的多层复合材料，其中所述一个或多个外层与所述支承膜层接触。
28.权利要求27的多层复合材料，其中所述一个或多个外层是包含聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氯乙烯、聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚酮、含氟聚合物或聚氨酯的膜。
29.权利要求10的多层复合材料，其中所述增强材料包含可通过施用射频能量来加热的感受体。
30.基底修复方法，包括下列步骤形成多层补片，其包含含聚合物泡沫-溶剂溶液的聚合物粘合剂层；和聚合物支承膜层；将该多层补片施用到要修复的基底上；和对该多层补片施热使得该聚合物支承膜层变得与所述聚合物粘合剂层密切合并。
31.权利要求30的方法，其中在将该多层补片施用到要修复的基底上之前通过弄破嵌在聚合物泡沫中的装溶剂的安瓿来将溶剂递送到聚合物泡沫上。
32.权利要求30的方法，其中经由集成到聚合物粘合剂层中的溶剂注射口将溶剂递送到聚合物泡沫上。
33.权利要求30的方法，其中所述聚合物泡沫是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯或聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
34.权利要求30的方法，其中所述溶剂是1，2，3，4_四氢化萘、十氢化萘、四氯乙烯、四氯乙烷、二甲苯、环己烷、二乙醚、二氯甲烷、亚甲基氯、甲乙酮、四氢呋喃、苯、甲苯、1-氯萘、 环己酮、间甲酚、乙基环己烷、庚烷、壬烷或1，2，4-三氯苯。
35.权利要求30的方法，其中所述聚合物泡沫是聚乙烯，且其中所述聚乙烯是低密度、 中密度、高密度、很高分子量或超高分子量聚乙烯。
36.权利要求35的方法，其中所述聚乙烯以所述聚合物粘合剂层的大约2至大约60重量％存在。
37.权利要求30的方法，其中所述支承膜层是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯或聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
38.权利要求30的方法，进一步包含外层，其中所述外层与至少所述聚合物粘合剂层接触，且其中所述外层在施热时被密切合并到所述聚合物粘合剂层中。
39.权利要求38的方法，其中所述外层是包含聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氯乙烯、聚-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚酮、含氟聚合物或聚氨酯的膜。
40.权利要求30的方法，其中所述聚合物粘合剂层进一步包含增强材料。
41.权利要求40的方法，其中所述增强材料包含可通过施用射频能量来加热的感受体。
42.多层复合材料，其包含 服装织物层；和高强度聚合物层；和聚合物粘合剂层；其中该聚合物粘合剂层设置于服装织物层和高强度聚合物层之间，在服装织物层和高强度聚合物层之间形成粘结。
全文摘要
多层复合材料包括聚合物粘合剂层和在施热时与该聚合物粘合剂层密切合并的聚合物支承膜层。
文档编号B32B27/04GK102264482SQ200980142965
公开日2011年11月30日 申请日期2009年8月20日 优先权日2008年8月29日
发明者E. 哈里斯 K., H. 格林 K., 万南马赫 N., A. 范诺尔曼 S., E. 罗什富尔 W. 申请人:林线工具有限责任公司