專利名稱：塑料管體和密封體的組合體及其制造方法和模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及將熱塑彈性密封體與熱塑材料塑料管體的連接方法;連接是通過用壓力方法，最好是注塑成型方法，將所述彈性體附加在塑料管體上實現的。
這種塑料管體是已知技術。這種已知塑料管體的制造方法是在硬聚氯乙烯或聚烯烴(如聚丙烯)塑料管的端部再注塑上一種熱塑性橡膠。
已有的這類塑料管體的缺點是熱塑性橡膠不具有長期，可靠的密封性能。并且，塑料管體與熱塑性橡膠之間的接合會很快受到破壞。
因此，至今為止，管材連接，特別是熱塑性管材(如聚氯乙烯管)連接所使用的密封環主要是用彈性材料，如具有一定性能的硫化橡膠制成的。常用的橡膠是丁苯橡膠，由丁苯橡膠制成的密封環非常適用于熱塑性管材的連接。但是，這種密封環的缺點是主要由于需要硫化過程，使制造周期很長，而且要在高溫下完成。所述密封環的硫化也可通過幅射方法來實現，但在制造過程中又出現有復雜的時間和安全措施問題。
近年來，雖然已制造出一些熱塑性橡膠產品，它們的機械性能適合于作密封環，但當用于熱塑性管材之間連接時，這類橡膠與熱塑性管體之間常得不到可靠的接合。因此，如采用這類熱塑性橡膠密封環，通常是不能保證有良好的接合，密封體極易在短期內與管體相脫離，即按放時，管子承口部分就會穿透密封體內圓周。
出人意料地發現，如若采用特定類型的熱塑性彈性體與一定型式的塑料管體相組合，就可以消除上述所有缺點。
本發明的目的是提供一種塑料管體和熱塑彈性密封體的組合;這種組合制造簡便，密封體與塑料管體鍵合牢固，并不存在密封體塑料管體相脫離的危險，管材間、特別是熱塑性管材間的密封良好。
實現上述目的的途徑是，使熱塑彈性體中含有部分熱塑性聚合物，這種熱塑性聚合物能與上述熱塑彈性體相容，并與管體形成物理鍵合。
所謂物理鍵合是指由各鍵合部分的分子之間形成緊密接合，其中不發生化學反應。這種物理鍵合的例子有焊接、范得華力鍵合等。
由于在熱塑性彈性體中主要含有與塑料管體的熱塑性材料相容的熱塑性聚合物，密封體將以物理方式緊密地鍵合在塑料管體上，即使在長期工作條件下，或在高應力下也不會脫落。這種高應力是當管子插口插入采用上述密封體密封的管體接合部時產生的。
最好的實施例是上述管體采用聚烯烴材料和熱塑性彈性體中至少應含有一個烯烴鏈段，將該熱塑彈性體以物理方式鍵合在管體上，以實現管體與密封體之間的良好接合。
熱塑彈性體中至少應含有一個烯烴鏈段是指，例如使彈性體具有彈性的烯烴基團的分子鏈中，應部分是烯烴鏈段組成;該烯烴基團與非烯烴基團(如聚苯乙烯)之間產生化學鍵合。
含有烯烴鏈段的熱塑性彈性體，也可以是在聚烯烴(如聚丙烯)的連續相中共存有交聯的乙烯-丙烯-二烯類三元共聚的彈性體;其中聚烯烴與管體中的聚烯烴形成鍵合。
將上述可賦予熱塑性彈性體以熱塑性能的烯烴鏈段或做為聚烯烴的基體，或做為彈性體的組成部分，都為密封體與塑料管體牢固結合提供了條件。
本方法的一個優點是，構成塑料管體的聚合物與構成熱塑性彈性體烯烴鏈段中的烯烴都是基于同樣的聚烯烴。
具體地說，當聚丙烯塑料管體與熱塑性彈性體中的烯烴鏈段其鏈節單元都是基于丙烯基團，或聚乙烯塑料管體與熱塑性彈性中的烯烴鏈段都以乙烯基為鏈節單元時，一旦將彈性體注塑在管體上，塑料管體的熱塑性材料與熱塑性彈性體彼此間就都可獲得良好的粘接;這種物理鍵合是通過管體熱塑性材料與熱塑彈性體的交融而實現的。
當熱塑管體是由聚乙烯或聚丙烯構成，且熱塑性橡膠是由聚丙烯和/或聚乙烯的鏈段構成熱塑性彈性體時，即可實現密封體與管體的良好連接。
如果熱塑性橡膠密封體的硬度和彈性摸量遠大于通常作密封環的橡膠的硬度和彈性模量，如果熱塑性橡膠密封環與普通橡膠密封環具有相同的形狀，則總難以實現良好密封。克服這一缺點的方法是在密封體內壁上至少應設有一個環形密封套筋，并且在與管壁相接一側至少應有一個環形的凸緣密封套筋。
這樣，密封部分就具有了足夠的柔軟性，從而即使在熱塑性管材的表面由于有溝槽或劃痕而不是完全光滑的情況下，也能實現熱塑性管材之間的良好密封。
該方法特別適用于下述情況構成密封體的熱塑性橡膠的硬度大于肖氏硬度A55°，在10%定伸下其彈性模量大于5N/mm2。
上述密封套筋最好采用多元側向密封筋。
一個較好的實施例是，用一個或多個側向密封筋構成多元密封套筋。塑料管體應選適用的塑料管、管件、承口和卡環。
一個很好的實施例是，塑料管體包括一個用來卡住密封體的卡環，卡環上裝有連接裝置以連接卡環、管上的套環或管件。
在由卡環表面向密封體表面的第一過渡段上，可方便地在卡環上裝一個環形密封唇;從卡環與密封體的截面看去，密封唇沿密封環方向沿伸至密封環的外圍，在密封環外圍上的密封唇表面，最好基本與相接的卡環表面位于同一平面內，密封唇的厚度沿指向密封唇自由端方向迅速減小，和/或者在由卡環表面向密封環表面的第二過渡段內，裝有一個環形突頭，從卡環與密封體的截面看去，這一過渡段位于所述截面的內側。
通過上述方法，可得到性能良好的密封體，它不會產生所謂“翹邊”。
所謂“翹邊”多在密封環的注射成型階段發生被高壓注入模具腔的流動密封環材料，把位于由卡環表面向相連的模具腔表面的過渡段內的較軟的卡環材料壓走。將模具腔密封，可避免這種情況。
本發明的權利要求15和權利要求20中，還涉及一種塑料管體的制造方法，這種管體的卡環與密封體是粘合在一起的。此方法是將由熱塑性材料構成卡環固定在管體一端，再將密封環與所述卡環同軸放置并粘合在一起，卡環和密封環之中有一個是已預先注塑成型的，另一個在模具腔中注塑成型，而模具腔的一部分是由前一件已經成型的模塑體組成的，其特征在于卡環首先在第一模具腔內注塑成型;第一模具腔由第一外模具腔表面和第一內模具腔表面圍成;將兩個表面沿模具腔軸向相對移動，即打開了第一模具腔，已注塑成型的卡環仍留在第一內模具表面;使用脫模裝置將卡環由第一內模具表面脫模，并放回對面的第一外模具腔表面上;然后，密封環在第二模具腔中注塑成型，第二模具腔緊接卡環，它由卡環表面的一部分與第二內模具腔表面和第二外模具腔表面圍成;第二外模具腔表面可沿模具腔軸向對第二內模具腔表面作相對移動;將密封環與卡環粘合起來，再打開第二模具腔，最后由模具中取出卡環和密封環。另一方法是將密封環與所述卡環同軸放置，并經注塑粘合在一起;卡環已預先注塑成型，并且是用來注塑成型密封環的模具腔的一部分，其特征在于在密封環注塑成型時，模具腔是密封的，至少在一個過渡段是密封的，所述過渡段由卡環上形成模具腔的那一部分與圍成模具腔的相鄰模具腔表面形成。
最后，本發明的權利要求23中，還涉及一種制造塑料管體的模具，這種模具制造的管體卡環與密封環是粘合在一起的。用于制造卡環與密封環粘為一體的塑料管體的模具，其特征在于模具由兩塊對剖模塊組成，兩模塊可相對移動，其中一塊模塊上至少設有兩個第一外模具腔表面和兩個內模具腔表面，每個第一外模具腔表面與一個第二內模具腔表面。兩表面與第一外模具腔表面和第二內模具腔表面相對放置，以形成至少一個第一模具腔和第二模具腔。
本發明的較好實施例將在下面的權利要求中進一步提出。
以下，通過實施例和參考圖，對本發明予以說明。其中
圖1是本發明所述的帶有密封體管子部分的截面圖;
圖2是本發明中帶密封體的卡環;
圖3為本發明中帶密封體卡環的另一個實施例;
圖4為圖3中與卡環相接的承口管;
圖5為本發明中與另一卡環相接的承口管;
圖6繪出了一個卡環，以及將卡環與密封體連接的模具。
圖7繪出了是本發明所述的裝有密封體的承口;
圖8為本發明中裝有另一種密封體的卡環。
圖9所示的是如圖2中帶密封體的卡環，在注塑成型過程中不同階段的示意圖。
圖10表示的是模塊在閉模狀態下的截面圖，該模具用于模制圖2中帶有密封體的卡環;
圖11為圖9d的放大圖;
圖12為圖11中的第×11部分放大倍數更大的示意圖，圖中帶有未完全關閉的模具腔。
圖13表示裝有按本發明方法制成的密封體的另一個卡環，該圖的一部分是剖面圖，另一部分是正視圖。
圖14繪出了圖13中密封體卡環在成型過程中的不同相。
圖15所示的是閉模狀態下模具部分的斷面示意圖，該模具是用于成型圖13中裝有密封體的卡環。
圖16是裝有用本發明方法制成的密封體的其它卡環的截面圖。
圖1中的1是一個具有雙承口的塑料管體，2為附在塑料管體兩端的熱塑性橡膠密封體。它是以注塑成型方法，將熱塑性橡膠附在承口內壁上以使密封體2與承口套管1的管壁3相固定。
雙承口套管1由聚丙烯制成，熱塑橡膠密封體2由連續相聚丙烯和交聯乙烯丙烯二烯類共聚物構成。
密封體2和承口1之間的接觸面3α由熱塑橡膠與承口套管1的聚丙烯融熔成型，從而形成兩部分之間的整體結合。
圖2中，密封環12由頭部28和密封套13構成，密封套13上加有密封加強筋27。
塑料卡環11上加有波浪形突頭20，24，26，與密封環12相連接。卡環11由聚丙烯制成，密封環的材料是一種以聚丙烯為基礎的橡膠(孟山都Monsanto公司制造，商標Santoprene )以及摻混有交聯乙烯丙烯二烯類三元橡膠的連續相聚丙烯。
卡環11與密封環12的整體連接是這樣實現的將聚丙烯卡環11放入由模塊29和31組成的突頭模具之后，再將以聚丙烯為基體的熱塑性橡膠注入其中的凹槽中以成型密封體2(參見圖6)。
圖3中，聚丙烯卡環11和密封環12，采用注塑成型方法，被固定在卡環的內支腿16上。J型卡環的內支腿16，通過底框15，與具有環形內突頭17的外支腿14相連接。
卡環與管體5(參見圖4)承口的外側連接;連接方法是通過卡環翻邊17與第一承口翻邊8的咬接實現的。
闊口6的端頭上有一道翻邊8;闊口6是經過渡段9與承口4連接。另一個承口翻邊7是用來限制卡環11的軸向移動。
卡環11和密封環12之間的接觸面13a，是由卡環11的熱塑性材料與熱塑彈性體交融而成;該熱塑性彈性體是熱塑性橡膠與聚丙烯的共混物。
圖5是另一個卡環11，上面裝有固定在卡環上的密封體。卡環外支腿14的內側有波浪狀突頭20，24;這兩道突頭與承口4上的闊口6外側的突頭19，23和凹槽22，25相配合。
卡環11由聚丙烯構成，熱塑性橡膠是聚苯乙烯-聚烯烴-聚苯乙烯橡膠，聚烯烴部分可以是乙丙聚合物，當然，也可以是乙烯聚合物，或丙烯聚合物。這種熱塑橡膠由Shell公司制造，商標是Kraton 。
圖7是聚乙烯管體5，承口4和闊口6頂端。在闊口頂端上，用注塑成型方法固定了環形密封12a。密封12a材料的熱塑性橡膠是與圖5中密封環所采用的橡膠相同。
圖8中的密封環12由頭部28和密封套13組成。密封套的內側設有三個環形凸密封套筋32，31，27。截頭錐密封套的外側也設有三個環形密封套筋33、29和30。在密封套筋27和31上分別設有深入徑向的兩道密封側筋34。
密封環完全由熱塑性橡膠制成的，這種熱塑橡膠的硬度(肖氏硬度A)大于55°(按照ASTMD-2240方法測量)，在10%定伸下的彈性模量大于5N/mm2(按照ASTMD-412方法測量)，由于有側面密封筋34，密封套13仍具有足夠的柔軟性，因而盡管熱塑橡膠的硬度和彈性模量比丁苯橡膠的還大(丁苯橡膠的硬度(肖氏硬度A)大于55°，彈性模量大于42N/mm2)，該密封環仍可滿意地用作熱塑管接頭的密封環。
在密封套13端頭的兩個密封套筋27和30形成一個V形截面，最外面的翻邊密封套筋30是否嚴格與密封套13共線無關緊要。
卡環11通常由聚烯烴材料，最好是聚丙烯構成;密封套13和頭部28通常由以聚烯烴(最好是聚丙烯)為基體的熱塑橡膠構成。具體地說，如果構成頭部28的熱塑橡膠的基本材料，與構成卡環11的材料相同，則可實現頭部28和卡環11之間的良好粘合。這種共同材料最好采用上文所述的材料。
本發明中密封環的形狀并不只限于上述的實施例。因此，本發明中的密封套上裝有的翻邊密封筋與翻邊密封筋上的側面密封筋的數目可多可少，可以改變。頭部或卡環的形狀也可以改變。
圖9繪出了卡環成型過程中的不同階段，卡環上裝有圖2中所示的密封體。圖9a中卡環11已在第一模具腔中注塑成型，第一模具腔由第一外模具腔表面45與第一內模具腔表面46圍成。兩個模具腔表面可以沿模具腔軸向相對移動。因此，將兩個模具腔表面45和46相對移開即可打開模具腔。已成形的卡環11留在第一內模具腔表面46上。而卡環11的外側暴露在外。如圖9b所示。然后，用脫模裝置47將卡環11由第一內模具腔表面46上挪開，這一操作會使卡環產生暫時形變;當將卡環放回第一外模具腔表面45(參看圖9c)時，這種形變立即消失。按圖9d所示的方法配入第二外模具腔表面48，即可形成用于成型密封環12的第二模具腔49，這一模具腔49由第二外模具腔面48、卡環11表面的一部分50、第二內模具腔表面51圍合而成，最后通過注塑成型，最好是注入熱塑性材料，如熱塑性橡膠，使密封環12在內模具腔51內成型。將密封環12粘合在卡環11。將第二外模具腔表面48由第二內模具表面51移開，即可打開模具腔49，這兩個表面可沿模具腔49軸向相對移動;打開模具腔49后，卡環11和密封環12仍留在第一外模具腔表面45與第二內模具腔表面51上，而密封環12的外表面52暴露在外(參見圖9e)。
最后，用可以沿卡環11軸向移動的注入裝置53，沿圖9e中箭頭54所示方向，將卡環11和密封環12由模具腔表面45，51上脫模;由于密封環12是用彈性材料制成的，因此上述方法是可行的。
圖10是模具處于密封狀態時的一部分斷面示意圖，模具是用來成型帶有密封環12的卡環11。模具由兩塊對剖模具55，56組成，并被57分開。在組成模具的一塊模塊上，至少裝有兩個第一外模具腔表面45a和45b，和兩個第二內模具表面51a和51b，每個第一外模具腔表面45a和45b分別與第二內模具腔表面51a，51b相連接，如圖10和圖9所示，并且裝有可沿軸向對一塊對剖模具55作相對移動的注塑裝置53a、53b。在另一塊對剖模具56上分別在模塊58和59上，至少裝有一個第一內模具腔表面46和第二外模具腔表面48，并且裝有可沿模塊58移動的脫模裝置47。兩塊對剖模具55和56可繞軸62相對轉動，軸62分別位于兩第一外模具腔表面45a，45b和兩第二內模具腔表面51a，51b的中心，也分別位于第一內模具腔表面46和第二外模具腔表面48的中心，并平行沿模具腔表面的對稱軸延伸。可將模塊55的模具腔表面45a，45b，51a，51b相對于模塊56的模具腔表面同軸放置，以分別用于封閉卡環11′與密封環12的第一模具腔和第二模具腔，如圖10所示。
因此，實際可以同時在同一模具中，但被分隔開的第一和第二模具腔中成塑卡環11′。
用于制作密封環12和卡環11′的材料，可分別由分開的注入口60和61喂入模具。
當密封環12和卡環11′在封閉模具中同時注塑成型，并且密封環12與已成型的卡環11粘接后，將模塊55和56沿模具腔軸向移開，再用注入裝置53b將卡環11和密封環12同時由模具上脫模，用脫模裝置47將卡環11′由第一內模具腔表面46脫模，并將卡環11′重新放在第一外模具腔表面45a上。再將模塊55，56繞軸62相對旋轉180度，直到第一內模具腔表面46位于與第一外模具腔表面45b同軸相對的位置，第二外模具腔表面48位于與載有卡環11′的第一外模具腔表面45a和第二外模具腔表面51a同軸相對的位置為止;從而使模具再次閉合，使下一個卡環和密封環注塑成形。
由圖2，圖5和圖8還可以看到，在由卡環11表面向密封環12表面的第一過渡段35中，卡環11裝有環形密封唇36，沿密封環12方向延伸，密封唇36的表面37位于卡環11與密封環12的交接面外側，與卡環11表面的連接部38處于同一平面上。密封唇36的厚度沿它的自由端方向遞減。
在由卡環11表面向密封環12表面的第二過渡段39中，卡環11上設有環形突頭26。
圖11是用于密封環12的模具腔49的截面圖。模具腔49由已注塑成型，緊貼靠在與它相對的模具腔表面45上的卡環11的一部分50，還有內模具腔表面51和外模具腔表面48圍成。外模具腔表面48位于模塊59上，模塊59的一部分貼在卡環11上。在卡環11上設有密封裝置36、26，其中36是環形密封唇，26是環形密封突頭，在注塑成型密封環12時，密封裝置36和26分別與模具腔49的內、外模具腔表面51、48形成密封，該密封的位置分別在由卡環11表面部分50向連接模具腔表面51、48的過渡段40、41處;50、51、48都圍成模具腔49表面的一部分。
在由卡環11表面部分50向模具腔表面51的過渡段40內，密封唇36的表面37與模具腔表面51相接。
在由卡環11表面部分50向模具腔表面51的過渡段41內，環形突頭26被卡在正對著位于卡環11內側的模塊59的一部分43的外圍42上。(參看圖-12)。
由于有上述密封裝置36、26，當向模具腔49在高壓下注入流動性很好的密封環材料時，可在過渡段40、41處達到良好的密封。特別是當澆口位于模具腔49的端頭44處，密封唇36被高速流入的材料壓在模具腔表面51時，在過渡段40處可以實現極好的密封。
請注意，利用過渡段40、41作為密封措施的辦法并不只限于卡環11與密封環12的注塑成型是連續進行的情況。這種密封措施同樣可用于下列情況;卡環11已在一模具中預先注塑成型，將它放入另一模具，以將密封環12注塑成型在卡環11上。
圖13是按本發明方法制造的另一個卡環111與密封環112。與圖1中的卡環11與密封環12相仿，卡環111由熱塑性材料構成，密封環112最好由熱塑性橡膠構成。
圖14繪出了卡環111與密封環112注塑成型過程中的不同階段;圖15繪出了用于卡環111與密封環112注塑成型的模具的一部分。
圖14和圖15分別與圖9、圖10相似。圖14、圖15與圖9、圖10各對應部分編號相同，區別是圖9和10多加了一個“1”字。
圖13所示的制造卡環111與密封環112的方法，與前述的圖2所示制造卡環11與密封環12的方法相比，除最后一階段外，兩者完全相同。也就是說，最后階段中由模具上取下密封體的方法不同。因為圖13中附有密封環112的卡環111是自己由上模塊155脫下來的。
由圖14e可見，在第二模具腔打開期間，卡環111與密封環112是在第二外模具腔表面148上，而密封環112內側面155暴露在外。
最后，用可沿卡環111軸向移動的脫模裝置153，沿圖14e中箭頭所示方向154，將卡環111與密封環112由模具腔表面148上脫模;由于密封環112是由彈性材料制成，這種方法是可行的。
圖15所示的用于將卡環111與密封環112注塑成型的模具，與圖10所示的模具不同，前者有可沿下模塊156上的模塊159軸向移動的脫模裝置153。當密封環112和卡環111′已同時注塑成型后，將模塊155和156移開，然后可用脫模裝置154，將卡環111和密封環112由腔表面148脫模，并同時將卡環111′由第一內模具腔表面146上脫模，再重放在第一外模具腔表面145a上。
圖16繪出了按本發明方法制造的其它粘有密封環112的其它卡環111。由圖16可見，卡環111和密封環112都可以具有不同形狀。圖13和圖16所示的密封體都可以由上模塊155取下而不產生形變。也就是說，每個密封體是自己由模具腔表面145、145a、145b和151、151a、151b上脫模。
需要說明，圖13和圖16中的卡環111上，在由卡環111表面向密封體112表面的一個的或兩個過渡段35、39內，也可以設有密封裝置36和/或26。
采用上述方法和模具，可以制造出卡環和粘接在卡環上的密封環，方法簡便，周期短，質量高，不會在由卡環向密封環的過渡段上產生密封環材料的所謂“翹邊”。
顯然，為了提高生產效率，使用適當數量的第一和第二模具腔，同時制出兩個或多個密封體，在同一模具以代替一個密封體。
還需要說明，本發明中的方法和模具并不限于上述實施例，其它形式的組合密封體，只要密封環與卡環粘接形式與本發明中的相同，也可以用本方法制造。
權利要求
1.一種生產由熱塑性材料制成的塑料管體與熱塑性彈性體制成的密封體結合而成的組合體的方法，將熱塑性材料構成的卡環固定于管體的一端，再將密封環與所述卡環同軸放置，并經注塑粘合在一起；卡環已預先注塑成型，并且是用來注塑成型密封環的模具腔的一部分，其特征在于在密封環注塑成型時，模具腔是密封的，至少在一個過渡段是密封的，所述過渡段由卡環上形成模具腔的那一部分與圍成模具腔的相鄰模具腔表面形成。
2.按權利要求1的方法，其特征在于裝有密封裝置的卡環，當密封環注塑成型時，在至少一個由圍成模具腔的卡環表面上圍成模具腔的相鄰表面的過渡段內，與接合模具腔表面形成密封。
3.按權利要求2的方法，其特征在于裝有密封裝置的卡環中在卡環的第一過渡區內有一個環狀密封唇，沿所要注塑成型的密封環方向延伸;當密封環注塑成型時，密封唇與內模具腔表面相接，其厚度沿自由端迅速減少，和/或者在卡環的第二過渡區，有一個環狀突頭，當密封環注塑成型時，突頭與對面的外模具表面的一部分相接，這部分最好是模塊的一部分，該模塊位于卡環內側，并構成模具腔的一部分。
全文摘要
一種熱塑性彈性體制成的一個環狀密封體12采用物理接合的方法連接在塑料管體11上，包括采用注塑成型的方法將彈性體成型在卡環11的熱塑性材料上，熱塑性彈性體中含有可以與塑料管體11的熱塑性材料相容的熱塑性聚合物，特點是卡環。密封體12利用前一個已經成型的卡環11的一部分圍成模具腔進行模塑。一個密封環及其相接的卡環可以采用設在同一套模具上進行模塑的，但在互相隔開的第一模具腔和第二模具腔中的模塑成型幾乎是同時進行的。
文檔編號F16L47/06GK1041128SQ8910810
公開日1990年4月11日 申請日期1986年1月14日 優先權日1985年1月14日
發明者約翰尼斯·亨德里克斯·比尤恩, 約翰尼斯·約瑟夫斯·拉爾霍文, 厄林·卡爾里斯 申請人:韋文公司