接合至少兩個管狀部件的方法和系統與流程
本發明一般性涉及聚烯烴管道和其他結構，且更具體地涉及用于修復和/或接合聚烯烴管道和其他結構的方法和裝置。
背景技術：
聚烯烴材料包括如下：熱塑性聚烯烴：聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚甲基戊烯(pmp)、聚丁烯-1(pb-1)；聚烯烴彈性體(poe)：聚異丁烯(pib)、乙丙橡膠(epr)、三元乙丙單體(m-級)橡膠(epdm橡膠)。這些材料，尤其是在管狀構造(也就是管道)中用于遞送或運輸可能具有腐蝕性的化學性質的這類介質。例如，煤氣公司通常用pe和pp管道。這樣的管道本身可以在也使管的外部經受腐蝕性或其他物理或化學損壞條件的環境中使用。聚烯烴也是可以在惡劣的環境中使用的各種其它類型的結構例如儲存罐，壓力容器等的材料。
當在具體的應用中使用聚烯烴時，當然時常需要將管道的兩個區段端對端地接合。完成這樣的接合的一種方法是通過將管道區段焊接在一起。在通常已知為熔接的技術中，兩個管道區段由加熱盤形式的焊接板加熱，以使管的端部變得熔融。焊接板隨后移除且取決于壁厚度和管道直徑，將管道區段用一些預定的力以預定的持續時間壓在一起。結果是焊接處典型地具有圍繞周長的珠帽(beadcap)。由于在熱影響區可能存在的應力差異性等，這樣的焊接處存在已知的潛在問題。或者由于外力如土壤移動或物理沖擊，或由于材料隨時間的推移變脆，隨時間的推移焊接處易開裂。
還可以對聚烯烴管進行各種類型的現場連接。這些包括聯接件(couplings)例如三通、管彎、異徑接頭等。現場連接通常采用某種形式的壓接力將接合處擠壓在一起。這些壓接方法已知會在管道材料中引入微裂紋。由于循環壓力(cyclicpressures)、暴露于溫度波動下、材料的脆化等，這些微裂紋隨時間的推移會增長，導致失效或滲漏。
本領域普通技術人員將理解，聚烯烴由于其分子密度和低表面能，是其本身性質難以結合的材料。這阻止了完全有效地將大多數類型的材料結合到聚烯烴表面的最簡單的方法。因此，迄今為止很少能夠修復已經通過如上所述的機理劣化的聚烯烴結構。管道可能展現出機械性的損害，包括可由壓接連接導致的微裂紋的增長。當然，這是不希望的，這樣的缺陷可使得泄漏發生，對個人或環境構成危險。
技術實現要素：
考慮到上述和其他的事項，本發明涉及用于修復聚烯烴結構(特別(但不限于)pe或pp管道)的方法和裝置。在本發明的一個實施方案中，聚烯烴管道的損壞區域根據需要施加有填充材料以填充管道的裂紋、隙或其它劣化。在使用填充材料之后，將過渡膜施用到進行修復的區域上。過渡膜具有適合結合到聚烯烴材料上的第一側。結合過程可包括施加熱/或壓縮力。在過渡膜施用且結合后，將加固系統(例如纖維增強的聚氨酯的應用)施用至修復區域以完成修復過程。
在本發明的另一實施方案中，將對接焊接處修復或增強。在一些情況下，可能有必要通過平滑或消除在焊接過程中形成的珠帽來準備焊接處。在這個實施方案中，填充材料不是必需的。上述提及的過渡膜施用到焊接處上且結合至管道的接合段。隨后，將加固系統施用到過渡膜上以完成焊接處的修復或預防性加固。
在本發明的另一實施方案中，以類似于上述用于修復或加固對接焊接的方式修復或加固壓接區域，例如在現場連接時。
附圖說明
結合附圖參考本發明的實施方案的以下具體描述最好地理解本發明，其中相同的附圖標記表示相同的元件，其中：
圖1為根據本發明的一個實施方案的待修復的一段管道的側面縱向截面圖；
圖2為填充材料施加到管道的損壞區域的圖1的管道的側面縱向截面圖；
圖3為過渡膜施用其上的圖2的管道的側面縱向截面圖；
圖4為加固系統施加到包括過渡膜的修復區域上方的圖3的管道的側面縱向截面圖；
圖5是根據本發明的一個實施方案的準備接合操作的端對端對準的管道的兩個區段的側面縱向截面圖；
圖6是過渡膜施用于接合區域的圖5的管道的兩個區段的側面縱向截面圖；
圖7是加固系統施用到過渡膜上方的圖5的管道的兩個區段的側面縱向截面圖；
圖8是使用常規的熔接技術將管道的兩個區段焊接到一起的側面縱向截面圖；
圖9是根據本發明的一個實施方案的將焊接處加固的圖8的管道的兩個焊接區段的側面縱向截面圖；
圖10是說明根據本發明的一個實施方案修復管狀部件的步驟的流程圖；
圖11是說明根據本發明的另一個實施方案修復非管狀部件的步驟的流程圖。
圖12示出了至少兩個聚烯烴管狀部件端對端接合的系統。
圖13示出了具有三個管狀部件的管接頭。
圖14示出了具有四個管狀部件的管接頭。
具體實施方式
在下面的公開中，為了清楚起見，沒有描述實際執行的所有特征。當然應當理解，在任何這種實際執行的研究中，如在任何這樣的項目中，必須進行許多工程和技術決策以實現研發者的特定目標和子目標(例如，符合系統和技術的約束)，這在一個執行到另一執行彼此不同。此外，必須注意與環境有關的適當工程實踐。應當理解，這種研發工作是復雜和耗時的，在通常的外行人的知識庫之外，但是對于相關領域的普通技術人員來說仍將是常規任務。
參考圖1，其顯示了用附圖標記10表示的聚烯烴管道(例如pe或pp管道)的區段的縱向截面圖。如圖1所示，管道10具有損壞區域12，在該處管道10已經劣化。盡管圖1的實施方案包括管道，受益于本公開的本領域普通技術人員將理解，本發明可以在其他類型的pe結構上來實施。
圖2說明了依據本發明的示例性實施方案的修復方法的第一步，其中根據需要將填充材料14施加在損壞區域12上以填充損壞區域12。在一個實施方案中，填充材料14可以是聚酯、環氧樹脂、乙烯基酯、聚氨酯、熱塑性材料、橡膠配合物(rubbercompound)或丙烯酸類如甲基丙烯酸酯或熱塑性材料。
一旦填充材料被施加且固化或硬化，根據本發明公開的實施方案下一步是將過渡膜16覆蓋在管道進行修復的區段，如圖3所示。在本發明的現有的優選實施方案中，過渡膜16包括可商購自nolaxag的共擠出多層粘合劑膜nolaxs22.2202，該公司是總部在瑞士sempachstation的collanogroup的成員。請參見www.nolax.com。
過渡膜16的優選屬性是其適合于在其一側上有效地與聚烯烴材料如pe、eva、epom和pp結合，并且在其相對側上適于結合pvc、聚氨酯、abs、pc、pa等。
在示例性實施方案中，過渡膜圍繞進行修復的管道10的長度包裹。本領域普通技術人員會認識到，膜16與管道10的結合必須被激活。通常，這通過施加熱和壓縮力來實現。實現這一點的一種方法是通過使用熱激活的收縮帶(圖中未示出)，例如可從總部設在美國北卡羅來納州夏洛特市的dunstone有限公司商購的220r4“20％收縮離型涂覆卷(shrinkreleasecoatedroll)。請參見www.shrinktape.com。
一旦膜16已經結合到管道10的進行修復的區域上，將外層加固系統18施用到修復區域，如圖4所示。注意到在應用外層加固系統18之前，優選地去除熱收縮帶或用于激活膜14與管道10的結合的其他手段，因此在圖4中未示出。在本發明的一個優選的實施方案中，外層加固系統18包括a+wraptm，其是由浸漬有濕固化的聚氨酯的玻璃纖維增強基片(fiberglassreinforcedsubstratefactory)構成的高強度帶。a+wraptm可從pipewrap有限公司，houston，texas商購獲得。參見http：//www.piperepair.net/products/structural-repair/a-wrap/，通過引用整體并入本文。在另一個實施方案中，外層加固系統18包括纖維增強的環氧樹脂體系，例如formashieldtm，其也可從pipewrap有限公司商購獲得。參見http://www.piperepair.net/products/structural/repair/formashield/，通過引用整體并入本文。
除了提供實現聚烯烴結構如pe管道的結構修復的手段，如上文參考圖1-4所述，可以設想，本發明可以用于在管道的兩個區段之間形成接合處，繞過對常規的熔接操作的需求。這如圖5-7所示。
具體地，圖5示出附圖標記20和22標示的管道的兩個區段的縱向截面圖。管道區段20和22端對端放置以準備在其間建立接合處。
圖6示出了過渡膜層24結合到接合區域上方的圖5相應的管道區段20和22。如前述實施方案所述，過渡膜層24的一側適合地結合到聚烯烴上，且所述結合可通過施加熱和壓縮力激活。
圖7示出了相應的管道區段20和22，其中，加固系統26在過渡膜24的區域上施加并結合管道區段20和22。上述的a+wraptm或formashieldtm產品認為是用于本發明目的的適合的加固系統26。
還認為本發明可以用作預防措施，以加強管的兩個區段之間的常規熔接處的完善。圖8示出了聚烯烴管道的兩個區段28和30，它們已經使用常規的熔接技術焊接到一起。如先前所注意到的，這樣的技術通常導致圍繞焊接處的周圍形成珠帽32。
圖9示出了管道區段28和30，其間的焊接處根據本發明的一個實施方案加固。從圖9明顯得出珠帽32優選在施用和結合過渡膜32和加固系統34之前移除。
轉向圖10，其示出說明根據本發明的一個實施方案的修復方法的流程圖。具體地，圖10所描述的方法被認為是修復管狀部件例如管道的優選的方法。
如圖10所示，第一步40是清潔修復區域，例如用適合的溶劑，以確保在修復過程中最佳的結合。
如上所述，下一步42是根據需要施加填充材料以提供相對平滑的修復表面。取決于進行修復的損壞的特性，步驟42可為必須或不必要的。如上所述，適合的填充材料可以為聚酯、環氧樹脂、乙烯基酯、聚氨酯、熱塑性材料、橡膠配合物或丙烯酸類如甲基丙烯酸酯或熱塑性材料。
下一步44是施用雙材料共擠出過渡膜至修復區域。在一個實施方案中，過渡膜至修復區域的結合是通過施加熱(例如用熱風槍等)完成，如框46所示。
接下來在框48中，將加固系統施加到修復區域上。上述a+wraptm或formashieldtm體系都是加固系統的備選。
接下來在框50中，將壓縮力施加至修復區域。如上所述，完成其的方式為通過使用熱收縮帶，將熱收縮帶圍繞進行修復的管狀部件包裹且隨后施加熱，例如使用熱風槍，以使得帶狀包裹物以圍繞管狀部件和修復區域束緊或壓縮。
如框52所述，使加固系統固化，在此時可以移除施加壓縮力的手段(例如熱收縮帶)。
轉向圖11，其示出本發明的實施方案，其可以有利地用于修復非管狀聚烯烴部件。該方法從框56開始，其中通過用適合的溶劑清潔準備修復表面。如先前的實施方案，填充材料可以施用或可以不施用，如圖11中框58所示。
在框60中，施用雙材料共擠出膜，如上文所述。如框62所示，熱是將過渡膜結合到修復表面的優選方法。隨后，施加上文所述的加固系統。
在圖11的實施方案中，下一步在框66中，在加固系統上施加離型膜。在優選的實施方案中，離型膜是硅樹脂處理的有孔的pe片。如框68所示，在施用離型膜之后，在修復區域上施用吸收布材料(bleederclothmaterial)。在一個實施方案中，吸收布材料是無紡的聚酯材料，其適合吸收在固化過程中從加固系統出來的多余的樹脂。
采用真空袋壓力系統隨著固化系統的固化對修復區域施加壓力。在圖11的框70中，圍繞修復區域用真空袋密封。在一個實施方案中，使用基于氧化鋅的雙面膠帶以創建真空袋的密封，真空袋可以是例如高密度聚乙烯膜。
在框72中，針對修復區域，施加真空壓力以壓縮真空袋。壓縮力保持時間與加固系統固化所需的時間一樣長，通常為2至4小時。
參照圖12，其示出至少兩個聚烯烴管狀部件20、22端對端接合的系統。所述兩個管狀部件20、22放置在管接頭(coupler)110中使得其相應的端部在管接頭110內。施用過渡膜24且結合到管接頭110和至少兩個管狀部件20、22的至少一部分上。過渡膜具有第一側和第二側，第一側適合結合到聚烯烴上，且過渡膜的放置使得第一側面向管狀部件20、22。加固系統26施用到過渡膜24上。優選地，加固系統包含纖維增強的聚氨酯或纖維增強的環氧樹脂體系。加固系統26結合到過渡膜的第二側。
過渡膜24和加固系統26可以是任何其他實施方案中所描述的任意的過渡膜24和加固系統26。
當管狀部件20、22相應的端部放置在管接頭110內，所述管接頭限定管接頭接合處(聯接接合處包括管接頭和在管接頭內的管狀部件的一部分)。優選地，當過渡膜24施用且結合至管接頭110以及至少兩個管狀部件20、22的至少一部分上時，其圍繞管接頭110和管狀部件20、22包裹。過渡膜24的包裹優選完全覆蓋管接頭110。過渡膜24的包裹在通過管接頭的末端后在管狀部件20、22上優選延伸至少約0.5英寸更優選1英寸。
在一個實施方案中，過渡膜至管狀部件相應的端部的結合包括施加熱至過渡膜。在一個實施方案中，過渡膜至管狀部件相應的端部的結合包括用熱激活收縮帶包裹管道并加熱損壞區域以激活過渡膜至管狀部件相應的端部的結合過程。
在一個實施方案中，在過渡膜上施用加固系統包括在過渡膜上包裹加固系統。在一個實施方案中，過渡膜的表面區域的少于100％或少于90％由加固系統覆蓋。在另一實施方案中，過渡膜的基本上所有表面區域由加固系統覆蓋。“基本上所有”在本申請中定義為至少95％。在另一實施方案中，加固系統覆蓋過渡膜的基本上所有表面區域以及過渡膜區域以外的管狀部件的至少一部分。
管接頭可以由任何適合的材料例如金屬或聚合物制成。其可以由與管狀部件相同或不同的材料制成。
管接頭可容納多于兩個管狀部件。圖13示出具有三個管狀部件20、22、124的管接頭110。圖14示出具有4個管狀部件20、22、124、126的管接頭110。管接頭可包括多于4個管狀部件。對于圖13和圖14的實施方案中的每一個，過渡膜和加固系統可以與圖12所示相似的方式施用于管接頭和管狀部件的一部分上。
待接合到一起的管狀部件的端部必須位于管接頭內，但不必要物理接觸。在一個實施方案中，管狀部件的端部物理接觸，它們中間沒有其他東西。在另一實施方案中，端部彼此靠近，分開小于約5毫米，更優選小于3毫米。在另一實施方案中，端部以更大的距離分開，相距約0.5-2英寸。在另一實施方案中，在管狀部件的端部之間存在材料，例如在熔接過程中形成的材料、粘合劑、墊片或任何其他適合的材料。
從上文具體的描述中，對于本領域技術人員而言很顯然公開了用于修復聚烯烴結構例如pe或pp管以及非管狀結構例如儲存罐等的方法和裝置(系統)。盡管具體的實施細節在文中已提供，這僅僅是為了一般地說明在所附權利要求中限定的本發明的范圍的目的。應當理解，在不脫離本發明的實際范圍的情況下，可以對所公開的實施方式進行各種替換、更改和/或修改。
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