專利名稱：有孔鋼骨架增強復(fù)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(fù)合管材和管件的設(shè)計、制造與工程連接，涉及到有孔洞的鋼骨架增強復(fù)合聚合物管材與管件的設(shè)計與工程應(yīng)用連接，特別是涉及到有孔洞的鋼骨架增強復(fù)合聚合物管件的制造、設(shè)計和工程應(yīng)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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)的鋼骨架增強聚合物管材，已在工程應(yīng)用中成為重要的復(fù)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(fù)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(fù)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(shè)的電熱絲加熱來使管件與管材連接界面產(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(shè)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(yīng)不同的壓力和環(huán)境應(yīng)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(fù)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、管件，(參見圖11)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11)，當管材插入管件的承插口中，布設(shè)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(fù)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(fù)合聚合物管材之間連接可靠，而使鋼骨架增強的復(fù)合聚合物管材與鋼骨架增強的復(fù)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)體起到分層屏蔽作用，使聚合物的高彈態(tài)的膨脹性能在此類管中的作用大大衰減后，如何解決管件承插口內(nèi)周壁的螺旋環(huán)狀布設(shè)的電熱絲長度與管材配合熔接的長度，以及該長度中鋼骨架在管體中的影響及長度變化后的影響及液體介質(zhì)試驗內(nèi)承壓力與其關(guān)系的實驗、研究和設(shè)計制造。
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既連續(xù)體中，但骨架在管體連續(xù)體中處于什么位置，管件與管材配合和連接時骨架起到如何的增強作用和在什么位置起到增強作用，增強作用的變化，怎樣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(yīng)是怎樣的鋼材制作，骨架應(yīng)是怎樣的孔結(jié)構(gòu)和孔分布才能既能使管件承壓力提高，又能與管材最佳的熔接和可靠的連接，骨架與承插口內(nèi)電熱絲螺旋環(huán)狀的布設(shè)長度應(yīng)該是何種位置關(guān)系才能使骨架增強的管材和管件有最佳連接，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(yīng)力強，耐應(yīng)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(yīng)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(yīng)力強，強度高，安全，可靠的有孔鋼骨架增強復(fù)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(fù)合聚合物管道接頭包括聚合物連續(xù)管體，管體中有與聚合物連續(xù)管體復(fù)合的與管體形狀相似的增加強度的有孔洞的鋼骨架，管體至少一端有與管材連接用的承插口，承插口內(nèi)壁周向布設(shè)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，其特征是鋼骨架軸向的端口相對于承插口內(nèi)壁周向布設(shè)的螺旋環(huán)狀的電加熱絲從承插口端第一圈計相對長度距離L為螺放環(huán)狀分布的電加熱絲沿軸向長度S的25％到130％，管體形狀可為二通或三通或彎頭，當骨架端口距電熱絲承插端口的距離大于電熱絲分布總長度的25％時，這25％長度的熱熔接已沒有鋼骨架對聚合物高彈態(tài)膨脹的屏撇作用，已使如圖11的B、C面的熔接可以達到滿足1.6Mpa的工作壓力的承壓試驗，距離越增加，骨架的屏撇作用越減少，承插口內(nèi)電熱的熔接面越可靠，承壓能力也越高，只要骨架對管件的增強作用足以抵消液體試壓的內(nèi)壓對管體的內(nèi)脹變形而不使B、C面產(chǎn)生熔接面的變形撕開、撕裂，距離達100％的長度可以使管材與管件連接的管網(wǎng)達到管材、管件的爆破內(nèi)承壓最大值，當距離增加到長度的130％時，內(nèi)承壓能力又降低到距離25％時長度的基本值，因骨架所處位置的變化，可以減少骨架對聚合物高彈態(tài)下的膨脹力的屏撇作用而使B、C面是處于膨脹力的作用產(chǎn)生熔接，因而熔接面更大，熔接的間隙和空氣排除更好，而使管材與管件的連接處強度更高，可以達到管材的同等內(nèi)承壓力，因為管件承插口的電熱絲熔接長度是對有鋼骨架的管材的連接，雖然管件的鋼骨架從電熱絲重疊的長度方向減少了長度，但連接處仍然有鋼骨架的管材作支撐，并不會因為管件的鋼骨架在此減少了重疊而影響連接處的強度。
上述的鋼骨架軸向的端口相對于承插口內(nèi)壁周向布設(shè)的螺旋環(huán)狀的電加熱絲從承插口端第一圈計相對長度距離L為螺旋環(huán)狀分布的電加熱絲軸向長度S的25％到100％的這段在管體軸線上的投影與在承插口內(nèi)螺旋環(huán)狀布置的電加熱絲在軸線上的投影重疊的部分至少為該部分鋼骨架的開孔的孔總面積占該段鋼骨架展開面積的30％，管體中在與螺旋環(huán)狀電熱絲長度方向上重合的這一段鋼骨架因為比另一部分的骨架有更大面積的開孔布孔面積，加熱熔接時，骨架對包覆在管件骨架上的A、B兩層(見圖11)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，也既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，這個技術(shù)措施與權(quán)利要求1所述的措施配合還可以產(chǎn)生更好的熔接效果。在管件中有重疊電熱絲螺旋環(huán)狀總長度的25％至100％的鋼骨架參加連接，可有更可靠的連接強度和耐應(yīng)力變形，同時也提高了管件的強度和可靠性。
上述的鋼骨架表面有粘結(jié)劑層或粘結(jié)劑與聚合物的共混物層的復(fù)合層，鋼骨架表面有了粘結(jié)劑或粘結(jié)劑與聚合物的共混物復(fù)合層，可以使鋼骨架的極性表面與聚合物的非極性表面牢牢復(fù)合在一起，成為真正意義上的復(fù)合材料，可以增加管件的承壓能力，特別是管件的軸向抗拉力強度提高很多，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)續(xù)管體的外側(cè)，鋼骨架在聚合物連續(xù)管體的外側(cè)，可以使如圖11所示骨架內(nèi)的B面的聚合物連續(xù)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(shè)的螺旋環(huán)狀的電加熱絲有粘結(jié)劑層或粘結(jié)劑與聚合物的共混物層的復(fù)合層，電熱絲有此復(fù)合層可以將電熱絲與聚合物連續(xù)體和管材的連續(xù)體更好的熔接為一體，可以防止腐蝕性介質(zhì)在高壓力時隨電熱絲與聚合物復(fù)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(fù)合管的工程應(yīng)用范圍。
上述的管體一端上有與其它設(shè)備或管道連結(jié)件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(shè)備和管件甚至非標件的連接。
上述的鋼骨架有在注塑模具中定位的環(huán)狀或塊狀的或銷釘式的定位凸臺，有定位塊或凸臺或銷釘，可以在制造管件時鋼骨架在模具中正確定位，可以預(yù)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)腔有一層與管體聚合物連續(xù)管體材料不同的聚合物材料，利用承插口內(nèi)腔可以有一層不同的聚合物材料，通過這層材料和電熱絲復(fù)合材料的選擇，可以實現(xiàn)不同材料的管件與管材的熱熔連接。
上述的聚合物連續(xù)管體為非交聯(lián)耐高溫聚乙烯或硅烷交聯(lián)聚乙烯或交聯(lián)聚乙烯制成，承插口內(nèi)壁周向布設(shè)的電熱絲被粘結(jié)劑或粘結(jié)劑與非交聯(lián)耐高溫聚乙烯的共混物包覆，采用非交聯(lián)耐高溫聚乙烯或硅烷或交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)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(fù)合層，可實現(xiàn)與表面復(fù)合擠出一層非交聯(lián)耐高溫聚乙烯的交聯(lián)聚乙烯管材熱熔連接，有更高的應(yīng)用價值。
本實用新型有孔鋼骨架增強復(fù)合聚合物管道接頭承壓能力高，耐環(huán)境應(yīng)力強，強度高，安全，適用范圍廣，可可靠應(yīng)用于壓力大于1.6Mpa及溫度50℃以上的環(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)管體中的本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中電熱絲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為有間隔等距的鋼絲纏絲焊接鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為有間隔不等距的鋼絲纏絲焊接鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為間隔不等距孔和孔徑不等的網(wǎng)骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為管體為三通狀的本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為位于管體中的有間隔等距孔的鋼板焊接的鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為位于管體中的有間隔不等距孔和孔徑不等的鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為位于管體中有間隔不等距孔和孔徑不等的彎頭鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為管體中有有孔鋼骨架的本實用新型與鋼塑復(fù)合管連接示意圖。
圖12為管體中有鋼絲纏繞焊接鋼骨架的本實用新型與鋼塑復(fù)合連接示意圖。
圖13為管體形狀為二通彎頭時本實用新型與鋼塑復(fù)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(fù)合的有孔鋼骨架2，鋼骨架2表面有一層保護鋼骨架的復(fù)合層3。管體兩端的承插口4處分別周向布置有螺旋環(huán)狀的電加熱絲5，裝在管體外壁上的正、負極接線柱6、7。鋼骨架軸向端口相對于電熱絲從承插口端第一圈計的相對距離L，為電加熱絲軸向距離S1的80％。鋼骨架在管體軸線上的投影與電加熱絲在軸線上的投影重合的部分鋼骨架的開孔布孔面積為此部分鋼骨架展開面積的40％。
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)管體中8中有與之復(fù)合的有孔鋼骨架9。管體兩端承插口10內(nèi)壁有與管體材料不同的聚合物材料層11，承插口聚合物材料層周向布置的有螺旋環(huán)狀的電加熱絲12，裝在管體外壁上的正、負極接線柱13、14。鋼骨架軸向端口對于電熱絲從承插口第一圈計的相對距離L2為電熱絲軸向距離S2的130％。電加熱絲12如圖3所示其外周上包覆有粘接劑層15。
本實施例2可選用圖4所示的有間隔不等距的鋼絲纏繞焊接鋼骨架或如圖5所示的有間隔不等距的鋼絲纏繞焊接鋼骨架或如圖6所示的間隔不等距孔(或孔徑不等)的鋼骨架。
實施例3圖7給出了本實用新型實施例3結(jié)構(gòu)示意圖。在三通聚合物連續(xù)管體16中復(fù)合有有孔鋼骨架17，其承插口內(nèi)壁螺旋環(huán)狀布置布電加熱絲18、19，分別與電加熱絲18、19連接的裝于管體外的正負極接線柱20、21、22、23。鋼骨架的上端口距電加熱絲18的第一圈的距離L3為電加熱絲軸向距離S3的25％其下部端口距電熱絲19的第一圈的距離L4為電加熱絲19的軸向距離S4的90％。鋼骨架上部或下部在管體軸線上的投影與電加熱絲18或電加熱絲19在管體軸線上投影重合的部分開孔的孔總面積為此部分鋼骨架展開面積的50％。
本實施例3可選用圖8所示的位于管體中的有間隔等距孔鋼板焊接鋼骨架或如圖9所示的位于管體中的有間隔不等距離孔和孔徑不等的鋼骨架。
圖10為用于90°彎頭聚合物連續(xù)管體中的有間隔不等距孔和孔徑不等的鋼骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為管體中有有孔鋼骨架的本實用新型管道接頭與鋼塑復(fù)合管連接示意圖。本實用新型管道接頭中的鋼骨架兩端端頭分別距離端承插口內(nèi)電加熱絲第一圈的距離L5大于25％電加熱絲軸向距離S5。兩待連接的端頭有對鋼骨架熱封的塑料封頭24的鋼塑復(fù)合管25分別從管道接頭的兩端伸入承插口內(nèi)，通過對其內(nèi)的電加熱絲通電，使兩鋼塑復(fù)合管材與本實用新型管道接頭熔融連接。
圖12為管體中有鋼絲螺旋纏繞的鋼骨架的本實用新型管道接頭與鋼塑復(fù)合管的連接示意圖。本實用新型管道接頭中的鋼絲螺旋纏繞的鋼骨架兩端頭分別距兩端承插口內(nèi)電加熱絲第一圈的距離L6為電加熱絲軸向距離S6的60％。其兩鋼塑復(fù)合管道通過管道接頭承插口內(nèi)的電加熱絲熔接成一體。
圖13為管體形狀為90°彎頭的本實用新型管道接頭與鋼塑復(fù)合管的連接示意圖。本實用新型管道接頭中的有孔鋼骨架的一端頭距電加熱絲第一圈的距離L7為電加熱絲軸向距離S7的25％。鋼塑復(fù)合管26一端伸入管道接頭承插口內(nèi)向電加熱絲通電使鋼塑復(fù)合管與管道接頭熔接為一體。
權(quán)利要求1.有孔鋼骨架增強復(fù)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(fù)合的與管體形狀相似的增加強度的有孔洞的鋼骨架，管體至少一端有與管材連接用的承插口，承插口內(nèi)壁周向分布有螺旋環(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，鋼骨架軸向的端口相對于管體承插口內(nèi)壁周向布設(shè)的螺旋環(huán)狀的電加熱絲從承插口端第一圈計相對長度距離L為布設(shè)的電加熱絲沿軸向長度S的25％到130％。
2.如權(quán)利要求1所述的有孔鋼骨架增強的復(fù)合的聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架軸向的端口相對于承插口內(nèi)壁周向布設(shè)的螺旋環(huán)狀的電加熱絲從承插口端第一圈計相對長度距離為布設(shè)的電加熱絲沿軸向長度的25％到100％的這段在管體軸線上的投影與承插口內(nèi)電加熱絲在管體軸線上的投影重合的鋼骨架的開孔的孔總面積至少為該段鋼骨架展開面積的30％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復(fù)合的聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架表面有粘結(jié)劑層或粘結(jié)劑與聚合物的共混物層的復(fù)合層。
4.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復(fù)合的聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架在聚合物連續(xù)管體的外側(cè)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復(fù)合的聚合物管道接頭，其特征在于承插口內(nèi)壁周向布設(shè)的螺旋環(huán)狀的電加熱絲外周包覆有粘結(jié)劑層或粘結(jié)劑與聚合物的共混物的復(fù)合層。
6.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復(fù)合的聚合物管道接頭，其特征在于管體有一端上有與其它設(shè)備或管道連結(jié)件連接的有孔法蘭或有斜坡凸臺的法蘭。
7.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復(fù)合的聚合物管道連接件，其特征在于鋼骨架上有在注塑模具中定位的環(huán)狀或塊狀的或銷釘式的定位凸臺。
8.如權(quán)利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復(fù)合的聚合物管道接頭，其特征在于承插口內(nèi)腔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(fù)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(fù)合的與管體形狀相似的增加強度的有孔洞的鋼骨架，管體至少一端有與管材連接用的承插口，承插口內(nèi)壁周向布設(shè)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，鋼骨架軸向的端口相對于管體承插口內(nèi)壁周向布設(shè)的螺旋環(huán)狀的電加熱絲從承插口端第一圈計相對長度距離L為布設(shè)的電加熱絲軸向長度S的25％到130％。承壓能力高，耐環(huán)境應(yīng)力強，強度高，安全，適用范圍廣，可可靠應(yīng)用于壓力大于1.6MPa及溫度50℃以上的環(huán)境中。
文檔編號F16L47/02GK2608804SQ03233029
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
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