專利名稱：有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是鋼塑復合管材和管件的設計、制造與工程連接，涉及到有孔洞的鋼骨架增強復合聚合物管材與管件的設計與工程應用連接，特別是涉及到有孔洞的鋼骨架增強復合聚合物管件的制造、設計和工程應用連接。
背景技術(shù)：
以孔網(wǎng)鋼板(帶)曲卷成筒形骨架并焊接成為鋼塑復合管材管壁中的金屬增強體；以及緯向鋼絲纏繞經(jīng)向鋼絲經(jīng)焊接或經(jīng)向鋼絲在螺旋卷繞的緯向鋼絲上分布并焊接，成為鋼塑復合管材管壁中的金屬增強體；以及在已成形的聚合物管壁上螺旋纏繞或編織鋼絲形成筒形鋼骨架后在鋼絲上再復合擠出聚合物形成管壁，以筒形纏繞或編織的鋼絲作為鋼塑復合管材管壁中的金屬增強體，這樣以有孔洞的筒形鋼骨架作為管壁中的增強體生產(chǎn)的鋼骨架增強復合物管材，已在工程應用中成為重要的復合管道。這種管道比金屬管道有好的防腐性能和衛(wèi)生性能及更高的輸送效率，比純聚合物管有更好的強度和耐壓能力。與這種管材壓力和性能等同的管道連接件(以下稱管件)是鋼骨架增強復合聚合物管件。當使用壓力不高的情況下，管材可以用上述鋼骨架增強復合聚合物管材，而管件用純的沒有鋼骨架增強的與管材的管壁連續(xù)體相同的聚合物材料制成的管件來連接，這種管件與管材連接是靠純聚合物管件承插口內(nèi)壁布設的電熱絲加熱來使管件與管材連界面產(chǎn)生聚合物熔融連接成為永久性連接，由于管件是純聚合物管件，較好熔接，連接方便可靠。當管道的使用壓力要求較高時，比如管徑為φ160、輸送20℃的水、使用壓力為大于1.6Mpa時或輸送天燃氣大于0.8Mpa時管件就要使用與管材壓力等同的鋼骨架增強的聚合物管件。因為純聚合物管件的承壓能力和安全性以及可靠性缺乏保證。
90年代以來，上述這種鋼骨架增強的管材、管件的設計、制造以及結(jié)構(gòu)和連接有很多技術(shù)文獻專利，他們都主要是為了提高管道的承壓能力和連接的可靠性，特別是適應不同的壓力和環(huán)境應用條件及不同的輸送介質(zhì)。由于承壓能力要求高，不能使用方便熔融連接的純聚合物管件，必須使用鋼骨架增強復合聚合物管件，特別是有孔洞的鋼骨架增強的聚合物管件，這類管件既有較高承壓能力，又有與管材同等的內(nèi)外防腐能力和方便的熔融連接性能。
但是，這類有孔洞的鋼骨架增強的聚合物管件由于管壁主要還是聚合物材料制成，它與同類管材一樣，在軸向上的線脹系數(shù)接近鋼管，但在徑向上的膨脹卻比軸向線脹系數(shù)高一個數(shù)量級，特別是管徑較大的這類管材，管材的外徑尺寸與管件的承插口的內(nèi)徑尺寸之間的配合公差比較大，間隙也比較大，以φ200的管徑為例有0.8至1.2mm的間隙，特別是連接時因環(huán)境溫度變化大，徑向尺寸的熱脹冷縮，這個間隙可能還更大，使管材與管件承插口的配合和熔融連接更不好掌握，以至連接不可靠，加之管材2、管件，(參見圖10)中因引入了有孔洞的鋼骨架，實際上以鋼骨架為中間層，將包覆其上的內(nèi)、外壁聚合物分為僅靠孔洞連接起來的外層A、C和內(nèi)層B、D(參見附圖10)，當管材插入管件的承插口中，布設在承插口內(nèi)周壁上的電熱絲加熱管材的外壁C、管件的承插口內(nèi)層B，使兩個界面聚合物加熱，在聚合物高彈態(tài)溫度下產(chǎn)生聚合物的特性即膨脹，排除管材C層與管件B層之間的配合公差間隙及排出空氣，再加大供給電熱絲的電流或電壓，使配合面之間溫度升高到聚合物的粘流態(tài)溫度，在C層與B層之間因產(chǎn)生的膨脹力的作用將界面熔融連接起來，冷卻后成為永久性連接，為了保證鋼骨架在管壁中的增強作用，不因在骨架上開孔洞而使骨架的強度損失太多，而又兼顧到聚合物包覆骨架時聚合物粘流物能順利流動通過孔洞并順利地在骨架內(nèi)外壁上流動包覆骨架，目前已有技術(shù)一般鋼骨架開孔面積占筒形鋼骨架展開面積的15％-30％，鋼骨架與管件形狀相似，在軸向長度上鋼骨架與承插口內(nèi)壁周向分布的電熱絲在全長度上全部重疊。由于鋼骨架在連續(xù)體中分別隔離A、B層和C、D層，使管材和管件的管壁聚合物連續(xù)體不能因上述的加溫過程使管壁的全部厚度的聚合物都產(chǎn)生膨脹而使間隙和空氣容易排除，以使界面B、C不能在有較大的膨脹力作用下熔融連接，所以鋼骨架增強的復合聚合物管材、管件的電熱熔連接沒有純聚合物管和純聚合物管件之間連接方便和可靠，也沒有純聚合物管件與鋼骨架增強的復合聚合物管材之間連接可靠，而使鋼骨架增強的復合聚合物管材與鋼骨架增強的復合聚合物管件的電熱熔連接技術(shù)成為關(guān)鍵技術(shù)被重視和不斷追求完善和改進。例如專利號99241245.5，98207676.2，華創(chuàng)或星河公司的管道安裝規(guī)范、規(guī)程，這些已有和公開的技術(shù)，都重點著眼于如何在生產(chǎn)和加工、安裝過程中減少管材和管件之間的配合間隙，或者提高公差配合精度，或者是利用管件承插口內(nèi)腔的錐度及管材配合部分的錐度的最佳配合來減小或消除間隙，都缺乏對純聚合物管材、管件利用高彈態(tài)溫度下的膨脹性能進行熔接實驗和研究。更缺乏當引入鋼骨架作增強體后，骨架對連續(xù)體起到分層屏撇作用，使聚合物的高彈態(tài)的膨脹性能在此類管中的作用大衰減后，如何解決管件承插口內(nèi)周壁布設的螺旋環(huán)狀電熱絲與管件管體內(nèi)骨架重疊部份的骨架設計問題。
鋼骨架對管材、特別是管件的增強作用是毋用質(zhì)疑的，鋼骨架必須作為增強體置入管件的管體連續(xù)體中，管件與管材配合和連接時骨架起到如何的增強作用，怎樣的管件骨架與管材熔融連接才能既可靠連接，又與管材有等同承壓力，骨架增強體應是怎樣的鋼材制作，骨架應是怎樣的孔結(jié)構(gòu)和孔分布以及開孔面積多少才能既能使管件承壓力提高又能使管體聚合物材料在骨架的內(nèi)外層上通過適當?shù)目捉Y(jié)構(gòu)及開孔面積順利流動和參加膨脹使管體材料與管材有最佳的熔接和可靠的連接，只有這樣才能發(fā)揮這類管材、管件的承壓力高，連接處和管件耐環(huán)境應力強，耐應力強，強度高的優(yōu)點，只有解決了上述這些問題，才能使這類管道在大于1.6Mpa及50℃以上的環(huán)境中可靠應用。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服以上不足，提供一種承壓能力高，與管件連接時耐環(huán)境應力強，強度高，安全，可靠的有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭。
本實用新型的目的是這樣來實現(xiàn)的本實用新型有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭包括聚合物連續(xù)管體，與聚合物連續(xù)管體復合的與管體形狀相似的增加強度的有孔洞的鋼骨架，管體至少一端上有與管材連接用的承插口，承插口內(nèi)壁周向布設有螺旋環(huán)狀的電加熱絲，管體的徑向和/或軸向有電加熱絲的接線柱，鋼骨架在管體軸線上投影與螺旋環(huán)狀布設的電加熱絲在管體軸線上投影的重合部分的鋼骨架上的分布的孔的總面積占該部分鋼骨架展開表面積的30％～95％，管件形狀可為二通、三通或其它形狀，管體中與承插口內(nèi)呈螺旋環(huán)狀布設的電加熱絲在軸向上投影重疊部份的鋼骨架的開孔面積占該段鋼骨架展開面積的30％以上時就達到具有骨架增強作用的一般管材和管件中鋼骨架的開孔面積的最小值，在小于95％時，使骨架在管體中即還有骨架的增強作用，特別是軸向抗拉強度的增強作用，又有較大的骨架通孔面積讓管體的聚合物材料盡多質(zhì)量參加熱膨脹和在孔網(wǎng)上順利流動，對管材、管件加熱熔接時，骨架對包覆在其上的如圖10所示，A、B兩層聚合物連續(xù)體膨脹力的屏撇作用隨孔面積的增加而減少，也即A面的連續(xù)體也容易通過增大了的孔面積參加到B面對C面的高彈態(tài)膨脹，可以使電熱熔接的膨脹力增加而改善B、C面的熱熔接，提高熔接強度和提高可靠性，同時管體中又有骨架參與增強作用，特別是軸向抗拉強度及抵抗拉應力對管件聚合物材料的破壞作用，由于該段骨架在承插口內(nèi)與電熱絲重疊也即與承插共同焊接的有骨架增強的管材重疊，不會因為骨架開孔面積的增加而影響連接處的內(nèi)承壓力能力，反而會因提高了焊接可靠性而提高了焊接處的內(nèi)承壓能力，聚合物連續(xù)管體為交聯(lián)聚乙烯或硅烷交聯(lián)聚乙烯或非交聯(lián)耐高溫聚乙烯制成，管體承插口內(nèi)壁周向布設的電加熱絲被粘結(jié)劑或粘結(jié)劑與非交聯(lián)耐高溫聚乙烯的共混物包覆。采用交聯(lián)聚乙烯或硅烷交聯(lián)聚乙烯或非交聯(lián)耐高溫聚乙烯，可以將此類管道用于較高溫度領(lǐng)域和更寬的工程領(lǐng)域，利用電熱絲包覆的復合層可實現(xiàn)與表面復合擠出一層非交聯(lián)耐高溫聚乙烯的交聯(lián)聚乙烯管材的熱熔連接，有更高價值的應用。鋼骨架是有孔洞的鋼板或鋼絲焊制而成或精鑄而成，可以根據(jù)承壓能力的不同要求和注塑成型模具及工藝的不同要求選用鋼板或鋼絲來焊制骨架，或采用精鑄方式制取骨架。一般精鑄骨架方便設計孔形及孔形面積，特別是方形孔或異形孔經(jīng)過清砂和除砂及噴砂處理后，與聚合物復合更牢，骨架強度高，但開孔面積要偏向大值，鋼絲焊制骨架在骨架內(nèi)外層上的聚合物較易參加膨脹和熔融流動。鋼板焊制骨架既有較高強度，又能方便設計開孔面積。
上述的鋼骨架內(nèi)和/或外表面有粘結(jié)劑層或粘結(jié)劑與聚合物的共混物的復合物層，鋼骨架表面通過粘結(jié)劑或粘結(jié)劑與聚合物的共混物增加了復合物層，可以使鋼骨架的極性表面與聚合物的一般非極性表面牢牢復合在一起成為真正意義上的復合材料，可以更加增加管件的承壓能力，特別是管件的軸向抗拉力強度的提高，也可以增加與管材的連接強度。
上述的鋼骨架在聚合物連續(xù)管體外側(cè)，鋼骨架在聚合物連續(xù)管體的外側(cè)，可以使如圖10所示的骨架內(nèi)的B面的聚合物連續(xù)管體質(zhì)量更大，參與高彈態(tài)的膨脹力更大，可以使熱熔接更可靠。
上述的承插口內(nèi)壁周向布設的螺旋環(huán)狀的電加熱絲表面有粘結(jié)劑層或粘結(jié)劑與聚合物的共混物的復合層，電熱絲有此復合層，可以將電熱絲與管道接頭聚合物連續(xù)體和管材的聚合物連續(xù)體更好熔接為一體，可以防止腐蝕性介質(zhì)在高內(nèi)壓時隨電熱絲與聚合物復合的界面滲漏。若管材與管件的聚合物材料有差異時，可以通過選擇粘結(jié)劑與聚合物混合物來實現(xiàn)和改善熔接性能，可以擴大鋼骨架增強復合管的工程應用范圍。
上述的管體有一端是與其它設備或管道連接的有孔法蘭或有斜坡凸臺的法蘭，通過有孔法蘭或有凸臺的法蘭，可以實現(xiàn)與各種設備和管件甚至非標準件的連接。
上述的鋼骨架有在注塑模具中定位的環(huán)狀的或塊狀的或銷釘式的定位凸臺，有定位塊或凸臺或銷釘，可以在制造管件時使鋼骨架在模具中正確定位，可以預先在定位件上噴涂或涂覆粘結(jié)劑或粘結(jié)劑與聚合物的混合物，可以不裸露定位件。
上述的管體承插口內(nèi)壁有一層與聚合物連續(xù)管體材料不同的聚合物材料層，利用承插口內(nèi)腔有一層不同的聚合物材料，通過這層材料和電熱絲復合材料的選擇，可以實現(xiàn)不同材料的管材與管件的熱熔連接。
本實用新型有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭承壓能力高，與管件連接處耐環(huán)境應力強，耐應力高，強度高，適用范圍廣，可可靠應用于壓力大于1.6Mpa及50℃以上溫度的環(huán)境中。


圖1為鋼骨架位于聚合物連續(xù)管體外壁的本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為鋼骨架位于聚合物連續(xù)管體中的的本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中電加熱絲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為表面有粘結(jié)劑層的鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為螺旋纏繞鋼絲焊接的鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖5的左視圖。
圖7為管件為三通狀的本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為精密鑄造的三通鋼骨架的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為90°彎頭鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為管件中有有孔鋼骨架的本實用新型與鋼塑復合管的連接示意圖。
圖11為管體中有表面有粘結(jié)劑層的有孔鋼骨架的本實用新型與鋼塑復合管的連接示意圖。
圖12為有鋼絲螺旋纏繞焊接而成的鋼骨架的本實用新型與鋼塑復合管連接示意圖。
圖13為管體形狀為90°彎頭時本實用新型與鋼塑復合管連接示意圖。
具體實施方式
實施例1圖1給出了本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。在二通聚合物連續(xù)管體1的外壁中有與之復合的有孔洞的鋼板焊制而成的有孔鋼骨架2。鋼骨架外側(cè)有鋼骨架保護層3。管體兩端的承插口4處周向分布有螺旋環(huán)狀的電加熱絲5，裝在管體外壁上的與電加熱絲相通的正、負極接線柱6。鋼骨架在管體軸線上的投影與螺旋環(huán)狀布設的電加熱絲在軸線上的投影重疊的部分(如圖中所示a1、b1)的鋼骨架開孔面積為該段鋼骨架展開表面積的50％。
實施例2圖2、圖3給出了本實用新型實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。在二通聚合物連續(xù)管體7中有與之復合的有孔鋼骨架8。管體兩端承插口內(nèi)壁有與管體材料不同的聚合物材料層9，周向分布在聚合物材料層上的螺旋環(huán)狀電加熱絲10，裝在管體外周的正、負極接線柱11。鋼骨架在管體軸線上與電加熱絲在軸線上的投影重合的部分(如圖a2、b2)的開孔面積為該部分鋼骨架展開面積的30％。電加熱絲10如圖3所示其外周包覆有粘結(jié)劑層12。本實施例中所用的鋼骨架可選用圖4所示的由間隔不等距孔和孔距不等的鋼板焊制而成的鋼骨架，鋼骨架的表面有粘結(jié)劑層13或如圖5、圖6所示的間隔不等距的鋼絲纏繞焊接而成的鋼骨架。
實施例3圖7給出了本實用新型實施例3圖。在三通聚合物連續(xù)管體14中復合有其形狀與其相似的有孔鋼骨架15。其承插口內(nèi)壁分別有螺旋纏繞電加熱絲16、17且分別與之連通的正、負極接向柱18、19。鋼骨架上部或下部在管體軸線上與電加熱絲在軸線上投影重合部分的開孔面積(如圖中a3、b3、a4、b4)為該部分鋼骨架展開面積的95％。
本實施例3可選用如圖8所示的有間隔不等距孔和孔徑不等的精密鑄造的鋼骨架。
圖9為90°彎頭鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。在其兩平直端頭處的開孔面積為此段展開面積的30～95％間，其彎頭處的開孔面積小于30％此段展開面積。
圖10為本實用新型管道接頭與鋼塑復合管連接示意圖。聚合物連接管體內(nèi)有有孔鋼骨架，其兩端承插口內(nèi)分布有電加熱絲。兩待連接的端頭有時鋼骨架接封的塑料封頭20的鋼塑復合管21分別伸入管道接頭兩端的承插口中，通過向接線柱內(nèi)的電加熱絲通電，使兩鋼塑復合管與本實用新型管道接頭熔接成一體。
圖11為本實用新型管道接頭與鋼塑復合管另一連接示意圖。本連接方式與圖10所示的加接方式相同。不同處是管道接頭管體中的有孔鋼骨架周邊復合有粘結(jié)劑層22。
圖12為本實用新型管道接頭與鋼塑復合管再一連接示意圖。本連接方式與圖10所示的連接方式相同。不同處是管道接頭管體中的有孔鋼骨架是用鋼絲螺旋纏繞焊接而成。
圖13為形狀為90°彎頭的本實用新型管道接頭與鋼塑復合管連接示意圖。鋼塑復合管23一端伸入本實用新型管道接頭承插口內(nèi)，通過正、負極接線柱向電加熱絲通電使鋼塑復合管一端與管道接頭熔接成一體。
權(quán)利要求1.一種有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，其特征在于包括聚合物連續(xù)管體，與聚合物連續(xù)管體復合的與管體形狀相似的增加強度的有孔洞的鋼骨架，管體至少一端上有與管材連接用的承插口，承插口壁周向布設有螺旋環(huán)狀的電加熱絲，管體的徑向和/或軸向有電加熱絲的接線柱，鋼骨架在管體軸線上的投影與螺旋環(huán)狀布設的電加熱絲的在管體軸線上的投影重合部分的鋼骨架上分布的孔的孔總面積為該部分鋼骨架展開表面積的30％～95％。
2.如權(quán)利要求1所述的有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架內(nèi)和/或外表面有粘結(jié)劑層或粘結(jié)劑與聚合物的共混物層的復合層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架在聚合物連續(xù)管體的外壁。
4.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，其特征在于管體承插口內(nèi)壁周向布設的螺旋環(huán)狀的電加熱絲表面有粘結(jié)劑層或粘結(jié)劑與聚合物的共混物的復合層。
5.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，其特征在于管體一端上有與其它設備或管道連接的有孔法蘭或有斜坡凸臺的法蘭。
6.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架上有在注塑模具中定位的環(huán)狀的或塊狀的或銷釘式的定位凸臺。
7.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，其特征在于管體承插口內(nèi)壁有一層與聚合物連續(xù)管體材料不同的聚合物材料層。
專利摘要本實用新型提供了一種有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，包括聚合物連續(xù)管體，與聚合物連續(xù)管體復合的與管體形狀相似的增加強度的有孔洞的鋼骨架，管體至少一端上有與管材連接用的承插口，承插口壁周向布設有螺旋環(huán)狀的電加熱絲，管體的徑向和/或軸向有電加熱絲的接線柱，鋼骨架在管體軸線上的投影與螺旋環(huán)狀布設的電加熱絲的在管體軸線上的投影重合部分的鋼骨架上分布的孔的孔總面積為該部分鋼骨架展開表面積的30％～95％。承壓能力高，與管件連接處耐環(huán)境應力強，耐應力高，強度高，適用范圍廣，可可靠應用于壓力大于1.6MPa及50℃以上溫度的環(huán)境中。
文檔編號F16L47/03GK2608803SQ03233028
公開日2004年3月31日 申請日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月27日
發(fā)明者甘國工 申請人:甘國工