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
技術領域：
本發明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：
以孔網鋼板(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向鋼絲經焊接或經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的鋼骨架增強聚合物管材，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壁布設的電熱絲加熱來使管件與管材連接界面產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、制造以及結構和連接有很多技術文獻專利，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境應用條件及不同的輸送介質。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接近鋼管，但在徑向上的膨脹卻比軸向線脹系數高一個數量級，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、外壁聚合物分為僅靠孔洞連接起來的外層A、C和內層B、D(參見附圖11)，當管材插入管件的承插口中，布設在承插口內周壁上的電熱絲加熱管材的外壁C、管件的承插口內層B，使兩個界面聚合物加熱，在聚合物高彈態溫度下產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溫度，在C層與B層之間因產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外壁上流動包覆骨架，目前已有技術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成為關鍵技術被重視和不斷追求完善和改進。例如專利號99241245.5，98207676.2，華創或星河公司的管道安裝規范、規程，這些已有和公開的技術，都重點著眼于如何在生產和加工、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，骨架對連續體起到分層屏蔽作用，使聚合物的高彈態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周壁的螺旋環狀布設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試驗內承壓力與其關系的實驗、研究和設計制造。
鋼骨架對管材，特別是管件的增強作用是毋用質疑的，鋼骨架必須作為增強體置入管件的管體既連續體中，但骨架在管體連續體中處于什么位置，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，骨架增強體應是怎樣的鋼材制作，骨架應是怎樣的孔結構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，骨架與承插口內電熱絲螺旋環狀的布設長度應該是何種位置關系才能使骨架增強的管材和管件有最佳連接，才能發揮這類管材、管件的承壓力高，連接處和管件耐環境應力強，耐應力強、強度高的優點，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℃以上的環境中可靠應用。
發明內容
本發明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。
本發明的目的是這樣來實現的本發明有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭包括聚合物連續管體，管體中有與聚合物連續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，管體至少一端有與管材連接用的承插口，承插口內壁周向布設有螺旋環狀的電加熱絲，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壁周向布設的螺旋環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壓對管體的內脹變形而不使B、C面產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達到管材、管件的爆破內承壓最大值，當距離增加到長度的130％時，內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壁周向布設的螺旋環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螺旋環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，這個技術措施與權利要求1所述的措施配合還可以產生更好的熔接效果。在管件中有重疊電熱絲螺旋環狀總長度的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劑層或粘結劑與聚合物的共混物層的復合層，鋼骨架表面有了粘結劑或粘結劑與聚合物的共混物復合層，可以使鋼骨架的極性表面與聚合物的非極性表面牢牢復合在一起，成為真正意義上的復合材料，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續管體的外側，鋼骨架在聚合物連續管體的外側，可以使如圖11所示骨架內的B面的聚合物連續體質量更大，參與高彈態的膨脹力更大，可以使熱熔接更可靠。
上述的承插口內壁周向布設的螺旋環狀的電加熱絲有粘結劑層或粘結劑與聚合物的共混物層的復合層，電熱絲有此復合層可以將電熱絲與聚合物連續體和管材的連續體更好的熔接為一體，可以防止腐蝕性介質在高壓力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，可以通過選擇粘結劑與聚合物混合物來實現和改善熔接性能，可以擴大鋼骨架增強復合管的工程應用范圍。
上述的管體一端上有與其它設備或管道連結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與各種設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狀或塊狀的或銷釘式的定位凸臺乙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，可以預先在定位件上噴涂或涂覆粘結劑或粘結劑與聚合物的混合物，可以不裸露定位件。
上述的管體聚合物連續管體為非交聯耐高溫聚乙烯或硅烷交聯聚乙烯或交聯聚乙烯制成，承插口內壁周向布設的電熱絲被粘結劑或粘結劑與非交聯耐高溫聚乙烯的共混物包覆。采用非交聯耐高溫聚乙烯或硅烷或交聯聚乙烯交聯聚乙烯可以將此類管道用于較高溫度領域和更寬的工程領域。利用電熱絲包覆的復合層，可實現與表面復合擠出一層非交聯耐高溫聚乙烯的交聯聚乙烯管材熱熔連接，有更高的應用價值。
上述的管體承插口內腔有一層與管體聚合物連續管體材料不同的聚合物材料，利用承插口內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合材料的選擇，可以實現不同材料的管件與管材的熱熔連接。
本發明有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭承壓能力高，耐環境應力強，強度高，安全，適用范圍廣，可可靠應用于壓力大于1.6Mpa及溫度50℃以上的環境中。
圖1為鋼骨架位于聚合物連續管體外壁的本發明結構示意圖。
圖2為鋼骨架位于聚合物連續管體中的本發明結構示意圖。
圖3為圖2中電熱絲結構示意圖。
圖4為有間隔等距的鋼絲纏絲焊接鋼骨架結構示意圖。
圖5為有間隔不等距的鋼絲纏絲焊接鋼骨架結構示意圖。
圖6為間隔不等距孔和孔徑不等的網骨架結構示意圖。
圖7為管體為三通狀的本發明結構示意圖。
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構示意圖。
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構示意圖。
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構示意圖。
圖11為管體中有有孔鋼骨架的本發明與鋼塑復合管連接示意圖。
圖12為管體中有鋼絲纏繞焊接鋼骨架的本發明與鋼塑復合連接示意圖。
圖13為管體形狀為二通彎頭時本發明與鋼塑復合管連接示意圖。
具體實施例方式實施例1圖1給出了本發明實施例1結構示意圖。在二通聚合物連續管體1的外壁中有與之復合的有孔鋼骨架2，鋼骨架2表面有一層保護鋼骨架的復合層3。管體兩端的承插口4處分別周向布置有螺旋環狀的電加熱絲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給出了本發明實施例2結構示意圖。在二通聚合物連續管體中8中有與之復合的有孔鋼骨架9。管體兩端承插口10內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給出了本發明實施例3結構示意圖。在三通聚合物連續管體16中復合有有孔鋼骨架17，其承插口內壁螺旋環狀布置布電加熱絲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°彎頭聚合物連續管體中的有間隔不等距孔和孔徑不等的鋼骨架結構示意圖。
圖11為管體中有有孔鋼骨架的本發明管道接頭與鋼塑復合管連接示意圖。本發明管道接頭中的鋼骨架兩端端頭分別距離端承插口內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的鋼塑復合管25分別從管道接頭的兩端伸入承插口內，通過對其內的電加熱絲通電，使兩鋼塑復合管材與本發明管道接頭熔融連接。
圖12為管體中有鋼絲螺旋纏繞的鋼骨架的本發明管道接頭與鋼塑復合管的連接示意圖。本發明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％。其兩鋼塑復合管道通過管道接頭承插口內的電加熱絲熔接成一體。
圖13為管體形狀為90°彎頭的本發明管道接頭與鋼塑復合管的連接示意圖。本發明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％。鋼塑復合管26一端伸入管道接頭承插口內向電加熱絲通電使鋼塑復合管與管道接頭熔接為一體。
權利要求
1.有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，包括聚合物連續管體，與聚合物連續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，管體至少一端有與管材連接用的承插口，承插口內壁周向分布有螺旋環狀的電加熱絲，管體的徑向和/或軸向有電加熱絲的接線柱，其特征在于鋼骨架軸向的端口相對于管體承插口內壁周向布設的螺旋環狀的電加熱絲從承插口端第一圈計相對長度距離L為布設的電加熱絲沿軸向長度S的25％到130％。
2.如權利要求1所述的有孔鋼骨架增強的復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壁周向布設的螺旋環狀的電加熱絲從承插口端第一圈計相對長度距離為布設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.如權利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復合的聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架表面有粘結劑層或粘結劑與聚合物的共混物層的復合層。
4.如權利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復合的聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架在聚合物連續管體的外側。
5.如權利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復合的聚合物管道接頭，其特征在于承插口內壁周向布設的螺旋環狀的電加熱絲外周包覆有粘結劑層或粘結劑與聚合物的共混物的復合層。
6.如權利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復合的聚合物管道接頭，其特征在于鋼骨架是用有孔洞的鋼板或用鋼絲焊制而成或精鑄而成。
7.如權利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復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備或管道連結件連接的有孔法蘭或有斜坡凸臺的法蘭。
8.如權利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復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狀或塊狀的或銷釘式的定位凸臺。
9.如權利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復合的聚合物管道接頭，其特征在于管體聚合物連續管體為非交聯耐高溫聚乙烯或硅烷交聯聚乙烯或交聯聚乙烯制成，承插口內壁周向布設的電熱絲被粘結劑或粘結劑與非交聯耐高溫聚乙烯的共混物包覆。
10.如權利要求1或2所述的有孔鋼骨架增強的復合的聚合物管道接頭，其特征在于承插口內腔有一層與聚合物連續管體材料不同的聚合物材料層。
全文摘要
本發明提供了一種有孔鋼骨架增強復合聚合物管道接頭，包括聚合物連續管體，與聚合物連續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，管體至少一端有與管材連接用的承插口，承插口內壁周向布設有螺旋環狀的電加熱絲，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管體承插口內壁周向布設的螺旋環狀的電加熱絲從承插口端第一圈計相對長度距離L為布設的電加熱絲軸向長度S的25％到130％。承壓能力高，耐環境應力強，強度高，安全，適用范圍廣，可可靠應用于壓力大于1.6Mpa及溫度50℃以上的環境中。
文檔編號F16L47/02GK1431422SQ0311724
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月27日 優先權日2003年1月27日
發明者甘國工 申請人:甘國工