CN103108746B - 多层的塑料管，所述塑料管的应用以及包括所述塑料管的焊接连接 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层的塑料管（1），其优选地应用于住宅和房屋建筑工程中，所述塑料管包括第一层（2）和第二层（3），所述第一层包围塑料管（1）的管腔（4）并且包括交联的聚乙烯（PE-X），所述第二层设置在第一层（2）和塑料管（1）的外侧之间，所述第二层优选地形成塑料管（1）的最外的层并且由PE-RT制造。此外，本发明涉及将根据本发明的多层的塑料管（1）应用于制造塑料管（1）和模制件之间的焊接连接，尤其是加热元件承插焊接连接或电焊承插连接，所述模制件的内层至少在塑料管（1）和模制件之间的连接区域中由热塑性材料制造，并且本发明涉及相应的焊接连接以及将这种多层的塑料管（1）作为用于引导介质的管应用在饮用水管路系统、饮用水设备、气体管路系统、自动喷水灭火系统、加热体接合、混凝土芯温度控制以及面采暖系统和/或面制冷系统中或者作为工业管以传导气体介质和液体。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层的塑料管和所述多层的塑料管的应用。
背景技术
在住宅和房屋建筑工程中，在塑料管的领域中通常使用由热塑性的塑料、尤其是由聚乙烯(PE)制成的管。然而，由传统的聚乙烯、例如由PE-80或PE-100制成的管在高温下具有低的持久强度(longtermhydrostaticstrength；LTHS；长期静液压强度)进而不适合于用作热水导管。为了克服所述缺点，发展PE-RT，PE-RT是根据ISO24033的具有提高耐热性的聚乙烯。由PE-RT组成的管由于材料的热塑特性而原则上能够借助于任意的连接技术(例如，例如为对焊、电焊承插技术、加热元件承插焊接技术的焊接连接、紧固螺钉连接、径向的压制连接或滑套技术)连接或联接。此外，由交联的聚乙烯(PE-X)制成的管在高温下具有突出的持久强度。在由PE-X制成的管中，在挤压期间或之后对管进行处理，使得引起聚乙烯分子链的交联。因此，提高管的质量，使得PE-X管在热学特性和机械特性(例如冲击韧性、抗弯强度、集中载荷稳定性)方面强于传统的PE管，也强于PE-RT。然而，交联的聚乙烯不再具有热塑性的特性，使得由PE-X制成的管仅在使用电焊承插的情况下才可进行焊接连接，或者必须经由机械的连接技术、例如经由径向的压制连接或滑套技术来连接。所述连接技术是极其可靠且持久的，然而与成本提高联系在一起。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种塑料管，所述塑料管克服现有技术的缺点。特别地，根据本发明的塑料管应当可借助于低成本的连接技术可靠地连接。在此，在高温下应当保证管的高的持久强度。此外，根据本发明的塑料管应当具有与PE-X管相似的突出的机械和热学特性并且能够通过挤压工艺来制造。
根据本发明已知的是，将由PE-RT制造的外层施加到包括交联的聚乙烯的内层上引起所得到的多层的塑料管在高温下具有与由交联的聚乙烯制成的管相似的持久强度，而PE-RT外层的热塑特性实现对热塑性的管模制件进行焊接连接。
因此，本发明在于提供一种多层的塑料管，所述多层的塑料管包括第一层和第二层，所述第一层包围塑料管的管腔并且包括交联的聚乙烯，所述第二层设置在第一层和塑料管的外侧之间，并优选地形成塑料管的最外的层并且由PE-RT制造。由于有利的特性，根据本发明的多层的塑料管承受用于优选在建筑物之内运输液体和气体的管的要求，进而优选作为用于引导介质的管使用在饮用水设备(热水和冷水)、气体管路系统、自动喷水灭火设备、加热体接合、混凝土芯温度控制以及面采暖和/或面制冷系统和工业管系统中。与此相应地，本发明也在于所述多层的塑料管的应用，其作为用于引导介质的管应用在饮用水设备、气体管路系统、自动喷水灭火设备、加热体接合、混凝土芯温度控制以及面采暖和/或面制冷系统和工业管系统中。此外，本发明在于将所述多层的塑料管应用于制造塑料管和模制件之间的焊接连接，尤其是加热元件承插焊接连接或电焊承插连接，所述模制件的内层在根据本发明的塑料管和模制件之间的连接的区域中由热塑性的材料制造，例如由聚乙烯(PE)、尤其由PE-RT或改性的聚乙烯(例如马来酸酐改性的聚乙烯)制造。此外，本发明在于一种焊接连接，所述焊接连接包括根据本发明的塑料管和模制件，所述模制件的内层在塑料管和模制件之间的连接的区域中由热塑性的材料制造，例如由聚乙烯(PE)、尤其由PE-RT或改性的聚乙烯(例如为马来酸酐改性的聚乙烯)制造。
如同在此所应用的，术语“PE-PT”指根据ISO24033的具有提高耐热性的聚乙烯。
如同在此所应用的，术语“多层的塑料管”指由至少两个塑料层构成的管，所述管不包含连续的金属层。在优选的实施形式中，仅穿孔的金属层能够作为功能层包含在多层的塑料管中。
如同在此所应用的，术语“模制件”指安装管系统的配件，尤其是联接件、联接角件、多路分配器、T型件、壁面T型件、壁面角件、角件、系统过渡装置、过渡件、弯曲的过渡件等。所述模制件能够构造成是具有或没有螺纹的。
如同在此所应用的，术语“PE-X”指交联的聚乙烯，其中包括过氧化物交联的聚乙烯(PE-Xa)、硅烷交联的聚乙烯(PE-Xb)、电子束交联的聚乙烯(PE-Xc)以及偶氮交联的聚乙烯(PE-Xd)。根据本发明，将过氧化物交联的聚乙烯(PE-Xa)用作第一层的优选的材料。在此，在本发明的范围内没有意义的是，在何种基底(高密度聚乙烯“PE-HD”、中密度聚乙烯“PE-MD”、低密度聚乙烯“PE-LD”或线性低密度聚乙烯“PE-LLD”)上制造交联的聚乙烯。
证实为有利的是，第二层具有0.1mm至10.0mm、优选0.30mm至6.0mm、优选0.5mm至2.5mm并且尤其优选大约1.0mm的层厚度。在制造根据本发明的多层的塑料管和由热塑性的材料制造的模制件之间的焊接连接之后，由PE-RT制造的层的所述层厚度一方面保证外层的PE-RT和模制件之间的可靠持久的连接，并且另一方面保证在焊接期间没有成胶状的PE-RT上的足够的剩余厚度，使得保证所述层在根据本发明的塑料管的位于所述层之下的层上的附着性。此外，也保证，为根据本发明的塑料管尽可能地保持PE-X内层的突出的机械特性，尤其是高温下的持久抗内压强度。在此，0.40mm至4.0mm并且尤其0.5mm至3.2mm的第二层的厚度被证实为是尤其适合的。
也能够使用的是，根据本发明的多层的塑料管附加地包括增附层，所述增附层设置在第一层和第二层之间。由此，确保第一层和第二层之间的可靠连接。
根据本发明，优选将由功能化的聚烯烃、尤其由功能化的聚乙烯和例如由马来酸酐接枝的LLDPE(线性低密度聚乙烯)制成的层用作增附层。增附层根据本发明优选具有25μm至500μm、尤其50μm至200μm、优选70μm至120μm并且尤其优选为大约100μm的层厚度。
能够有利的是，根据本发明的多层的塑料管附加地具有功能层，所述功能层设置在第一层和第二层之间或第二层和管的外侧之间。通过将功能层引入到根据本发明的多层的塑料管中，根据本发明的多层的塑料管适合于特定的用途，例如适合于特殊的应用，尤其适合于作为用于引导介质的管用在加热体接合、混凝土芯温度控制以及尤其面采暖系统的加热系统中。在此，能够使用的是，将功能层设置在第一层和第二层之间，并且根据本发明的多层的塑料管附加地包括设置在第一层和功能层之间的增附层以及设置在功能层和第二层之间的另一增附层。替代于此能够使用的是，将功能层设置在第二层和管的外侧之间，并且塑料管附加地包括设置在第二层和功能层之间的增附层。同样也优选的是，在没有增附层的情况下，功能层能够设置在根据本发明的塑料管中。根据本发明，功能层优选具有25μm至500μm、尤其50μm至200μm、优选70μm至120μm并且尤其优选约为100μm的层厚度。根据本发明优选地使用信息层、穿孔的金属层、扩散阻挡层、导电层或上述层的组合作为功能层。信息层是优选为透明的塑料层(尤其由热塑性的材料制成，例如PE-RT)，将至少一个包含或用于发送信息的元素容纳于所述信息层中。包含或用于发送信息的元素例如能够为标记、编号、条形码、尺寸、但是也能够为电子装置，例如应答器或RFID(无线射频识别)芯片。根据本发明，将穿孔的金属层用作金属层，以便保证将金属结合到根据本发明的塑料管中。根据本发明，穿孔的铝层、穿孔的铜层或穿孔的不锈钢层的应用是尤其优选的。在尤其优选的实施形式中，功能层构成为扩散阻挡层。在此，尤其有利的是，扩散阻挡层由聚乙烯醇(PVA)或乙烯-乙烯醇-共聚物(EVOH)制造。
表明为有利的是，根据本发明的多层的塑料管的壁厚度为1.0mm至30mm、尤其为1.1mm至25mm。在第二层的优选的层厚度的情况下，通过所述壁厚度保证，包含PE-X的第一层为根据本发明的多层的塑料管尤其在管腔中引导的介质PE-X方面保持有利的特性。在此，1.3mm至22mm范围内的、尤其2.0mm至6.0mm范围内的并且优选地3.5mm至5.0mm范围内的管的总厚度被证实为是尤其适合的。
在根据本发明的多层的塑料管中，第一层的厚度与第二层的层厚度并且可能的增附层的和功能层的层厚度补充成管的壁厚度。
根据本发明，对于16号塑料管(管尺寸16，外径大约为16mm)，多层的塑料管的总厚度优选位于1.5mm至2.6mm的范围内，其中包括PE-X的第一层的层厚度优选位于0.8mm至2.0mm的范围内、尤其位于1.1mm至1.8mm的范围内，并且第二层的层厚度优选位于0.2mm至1.3mm的范围内、尤其位于0.6mm至0.9mm的范围内。
此外，根据本发明，对于20号塑料管(管尺寸20，外径大约为20mm)，多层的塑料管的总厚度优选位于1.9mm至3.2mm的范围内，其中包括PE-X的第一层的层厚度优选地位于从1.3mm至2.8mm的范围内、尤其位于从1.8mm至2.2mm的范围内，并且第二层的层厚度优选位于0.4mm至1.6mm的范围内、尤其位于0.6mm至1.2mm的范围内。
对于63号塑料管(管尺寸63，外径约为63mm)，根据本发明的多层的塑料管的总厚度优选为5.8mm至9.6mm，而包括PE-X的第一层的层厚度优选位于3.0mm至8.8mm的范围内、尤其位于4.8mm至8.2mm的范围内，并且第二层的层厚度优选位于0.8mm至6.8mm的范围内、尤其位于1.1mm至3.8mm的范围内。
最后，根据本发明，对于160号塑料管(管尺寸160，外径约为160mm)，多层的塑料管的总厚度优选位于14.6mm至24.2mm的范围内，其中包括PE-X的第一层的层厚度优选位于7.9mm至22.4mm的范围内、尤其位于12.1mm至21.4mm的范围内，并且第二层的层厚度优选位于1.8mm至11.9mm的范围内、尤其位于2.8mm至9.8mm的范围内。
对于所述的管尺寸，根据本发明的增附层和功能层的层厚度优选位于优选的层厚度的范围内，只要所述层存在于根据本发明的多层管的相应的实施形式中。
根据本发明的多层的塑料连接管优选通过共挤法、尤其通过后共挤法来制造。根据本发明，优选如在DE10251152B4中所描述的那样进行交联成交联的聚乙烯。
关于根据本发明的焊接连接优选的是，整个模制件由热塑性的塑料制成。替代于此，模制件也能够构成为三明治式双组份模制件。
附图说明
在下文中能够参考在附图中示出的实施形式详细地阐明本发明。在此，图1示出根据本发明的一个实施形式的多层的塑料管的横截面图，并且图2示出根据本发明的另一实施形式的多层的塑料管的横截面图。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的多层的塑料管1的实施形式的横截面图。多层的塑料管1由第一层2和第二层3构成。在此，第一层2由交联的聚乙烯(PE-X)制成，优选地由过氧化物交联的聚乙烯(PE-Xa)制成，并且包围根据本发明的塑料管1的管腔4。因此，第一层2是根据本发明的多层的塑料管1的最内的层，进而置于与在管1中引导的介质的直接接触。直接在所述第一层上设置第二层3，所述第二层是根据本发明的塑料管1的最外的层。第二层3由PE-RT制造。
根据本发明的多层的塑料管1的外径为20mm，管1的壁厚度大约为2.8mm，其中第一层2的厚度约为2.2mmm并且第二层3的厚度约为0.6mm。
根据本发明的多层的塑料管1通过共挤工艺制造，其中第一层2的聚乙烯在改型成管之后通过热量和/或水/水蒸气加热，由此引起交联。优选如在DE10251152B4中所描述的那样进行交联成交联的聚乙烯。通过所选择的制造工艺，实现第一层2和第二层3之间的足够的附着性。
在一个替选的实施形式中，根据本发明的多层的塑料管1还包括增附层。所述增附层具有优选25μm至500μm的并且尤其优选50μm至200μm的层厚度。在此，作为增附层的材料的是功能化的聚烯烃，例如称为马来酸酐接枝的LLDPE(线性低密度聚乙烯)。
图2示出根据本发明的多层的塑料管1的另一实施形式的横截面视图。具有20mm的外径和2.8mm的壁厚度的多层的塑料管1是由具有1.6mm壁厚度的第一层2、具有0.1mm壁厚度的增附层5、0.3mm壁厚度的扩散阻挡层6、0.1mm壁厚度的另一增附层7和0.7mm壁厚度的第二层3所构成。由交联的聚乙烯(PE-X)、优选由过氧化物交联的聚乙烯(PE-Xa)制成的第一层2还包围根据本发明的塑料管1的管腔4，进而形成根据本发明的多层的塑料管1的最内的层。
在第一层2上设置增附层5，其中马来酸酐接枝的LLDPE优选地用作增附层5的材料。在增附层5上设置扩散阻挡层6。优选将聚乙烯醇(PVA)、聚酰胺(PA)或乙烯-乙烯醇-共聚物(EVOH)用作扩散阻挡层6的材料。另一增附层7联接到扩散阻挡层6上，在所述增附层中再次将马来酸酐接枝的LLDPE用作优选的材料。最终，在所述增附层上设置作为第二层3的由PE-RT制成的层，所述第二层是根据本发明的多层的塑料管1的外层。
根据在图2中示出的实施形式的根据本发明的多层的塑料管1以与根据图1的实施形式相似的方式制造，其中第一层2的聚乙烯在改型成管之后通过热量和/或水/水蒸气加热，由此引起交联。根据本发明，优选如在DE10251152B4中所描述的那样进行交联成交联的聚乙烯。两个增附层5、7保证第一层2和扩散阻挡层6之间的或扩散阻挡层6和第二层3之间的附着性。
在替选的实施形式中，扩散阻挡层6也能够通过例如信息层或穿孔的金属层、尤其是由穿孔的铝制成的层、穿孔的铜层或穿孔的不锈钢层的其他的功能层替代。在此，具有或没有增附层5、7d功能层能够集成到根据本发明的多层的塑料管1中。但是，在根据本发明的多层的塑料管1中也能够以组合的形式存在多个所述的功能层。
利用由PE-RT制成的第二层3的热塑特性进行根据本发明的多层的塑料管1和优选由PE-RT制成的热塑性的模制件之间的加热元件承插焊接连接的制造。对此，利用适当的加热工具在根据本发明的塑料管1的端部上熔化第二层3并且在所述模制件的相应表面上熔化相应模制件的相应的管容纳部的内侧。在移走加热工具之后，将塑料管2的端部插入到模制件的管容纳部中。在第二层3和模制件的相应的热塑性材料凝固之后，在根据本发明的多层的塑料管1和热塑性的模制件之间构成材料配合的连接。
由于包含PE-X的第一层2的突出的持久抗压强度，多层的塑料管适合于作为用于引导介质的管应用在饮用水设备、气体管路系统、自动喷水灭火设备、加热体接合、混凝土芯温度控制以及面采暖和/或面制冷系统中或者用作工业管。
Claims (24)
1.多层的塑料管(1)，所述多层的塑料管具有第一层(2)和第二层(3)，所述第一层包围所述塑料管(1)的管腔(4)并且包括交联的聚乙烯(PE-X)，所述第二层设置在所述第一层(2)和所述塑料管(1)的外侧之间，所述第二层由PE-RT制造，所述塑料管(1)附加地包括功能层，所述功能层设置在所述第二层(3)和塑料管(1)的外侧之间，所述功能层是扩散阻挡层(6)。
2.根据权利要求1所述的多层的塑料管(1)，其特征在于，所述多层的塑料管用于住宅和房屋建筑工程。
3.根据权利要求1所述的多层的塑料管(1)，其特征在于，所述第二层(3)具有0.1mm至10mm的层厚度。
4.根据权利要求1所述的多层的塑料管(1)，其特征在于，所述第二层(3)具有0.30mm至6.0mm的层厚度。
5.根据上述权利要求1-4中任一项所述的多层的塑料管(1)，其特征在于，所述塑料管(1)附加地包括增附层(5，7)，所述增附层设置在所述第一层(2)和所述第二层(3)之间。
6.根据权利要求1所述的多层的塑料管(1)，其特征在于，所述塑料管(1)附加地包括增附层(5，7)，所述增附层设置在所述第二层(3)和所述功能层之间。
7.根据权利要求3所述的多层的塑料管(1)，其特征在于，所述第二层(3)具有0.40mm至4.0mm的层厚度。
8.根据权利要求7所述的多层的塑料管(1)，其特征在于，所述第二层(3)具有0.5mm至3.2mm的层厚度。
9.根据权利要求1-4和6-8中任一项所述的多层的塑料管，其特征在于，所述塑料管(1)的壁厚度为1.0mm至30mm。
10.根据权利要求1-4和6-8中任一项所述的多层的塑料管，其特征在于，所述塑料管(1)的壁厚度为1.1mm至25mm。
11.根据权利要求5所述的多层的塑料管，其特征在于，所述塑料管(1)的壁厚度为1.0mm至30mm。
12.根据权利要求5所述的多层的塑料管，其特征在于，所述塑料管(1)的壁厚度为1.1mm至25mm。
13.根据权利要求1至12之一所述的多层的塑料管(1)的应用，以用于制造所述塑料管(1)和模制件之间的焊接连接，所述模制件的内层至少在所述塑料管(1)和所述模制件之间的连接的区域中由热塑性的材料制造。
14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，所述焊接连接为加热元件承插焊接连接或电焊承插连接。
15.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，所述模制件的内层至少在所述塑料管(1)和所述模制件之间的连接的区域中由聚乙烯(PE)制造。
16.根据权利要求15所述的应用，其特征在于，所述模制件的内层至少在所述塑料管(1)和所述模制件之间的连接的区域中由改性的聚乙烯制造。
17.根据权利要求16所述的应用，其特征在于，所述模制件的内层至少在所述塑料管(1)和所述模制件之间的连接的区域中由PE-RT制造。
18.根据权利要求16所述的应用，其特征在于，所述改性的聚乙烯为马来酸酐改性的聚乙烯。
19.根据权利要求1至12之一所述的多层的塑料管(1)的应用，所述多层的塑料管应用为用于引导介质的管应用在饮用水管路系统、饮用水设备、气体管路系统、自动喷水灭火系统、加热体接合、混凝土芯温度控制以及面采暖系统和/或面制冷系统中或者作为工业管以传导气体介质和液体。
20.焊接连接，所述焊接连接包括根据权利要求1至12之一所述的多层的塑料管(1)和模制件，所述模制件的内层在所述塑料管(1)和所述模制件之间的连接的区域中由热塑性的材料制造。
21.根据权利要求20所述的焊接连接，其特征在于，所述模制件的内层至少在所述塑料管(1)和所述模制件之间的连接的区域中由聚乙烯(PE)制造。
22.根据权利要求21所述的焊接连接，其特征在于，所述模制件的内层至少在所述塑料管(1)和所述模制件之间的连接的区域中由改性的聚乙烯制造。
23.根据权利要求22所述的焊接连接，其特征在于，所述模制件的内层至少在所述塑料管(1)和所述模制件之间的连接的区域中由PE-RT制造。
24.根据权利要求22所述的焊接连接，其特征在于，所述改性的聚乙烯为马来酸酐改性的聚乙烯。
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