CN1041128A - 塑料管体和密封体的组合体及其制造方法和模具 - Google Patents

Abstract

一种热塑性弹性体制成的一个环状密封体12采用物理接合的方法连接在塑料管体11上，包括采用注塑成型的方法将弹性体成型在卡环11的热塑性材料上，热塑性弹性体中含有可以与塑料管体11的热塑性材料相容的热塑性聚合物，特点是卡环。密封体12利用前一个已经成型的卡环11的一部分围成模具腔进行模塑。一个密封环及其相接的卡环可以采用设在同一套模具上进行模塑的，但在互相隔开的第一模具腔和第二模具腔中的模塑成型几乎是同时进行的。

Description

本发明涉及将热塑弹性密封体与热塑材料塑料管体的连接方法;连接是通过用压力方法，最好是注塑成型方法，将所述弹性体附加在塑料管体上实现的。

这种塑料管体是已知技术。这种已知塑料管体的制造方法是在硬聚氯乙烯或聚烯烃（如聚丙烯）塑料管的端部再注塑上一种热塑性橡胶。

已有的这类塑料管体的缺点是热塑性橡胶不具有长期，可靠的密封性能。并且，塑料管体与热塑性橡胶之间的接合会很快受到破坏。

因此，至今为止，管材连接，特别是热塑性管材（如聚氯乙烯管）连接所使用的密封环主要是用弹性材料，如具有一定性能的硫化橡胶制成的。常用的橡胶是丁苯橡胶，由丁苯橡胶制成的密封环非常适用于热塑性管材的连接。但是，这种密封环的缺点是：主要由于需要硫化过程，使制造周期很长，而且要在高温下完成。所述密封环的硫化也可通过幅射方法来实现，但在制造过程中又出现有复杂的时间和安全措施问题。

近年来，虽然已制造出一些热塑性橡胶产品，它们的机械性能适合于作密封环，但当用于热塑性管材之间连接时，这类橡胶与热塑性管体之间常得不到可靠的接合。因此，如采用这类热塑性橡胶密封环，通常是不能保证有良好的接合，密封体极易在短期内与管体相脱离，即按放时，管子承口部分就会穿透密封体内圆周。

出人意料地发现，如若采用特定类型的热塑性弹性体与一定型式的塑料管体相组合，就可以消除上述所有缺点。

本发明的目的是：提供一种塑料管体和热塑弹性密封体的组合;这种组合制造简便，密封体与塑料管体键合牢固，并不存在密封体塑料管体相脱离的危险，管材间、特别是热塑性管材间的密封良好。

实现上述目的的途径是，使热塑弹性体中含有部分热塑性聚合物，这种热塑性聚合物能与上述热塑弹性体相容，并与管体形成物理键合。

所谓物理键合是指：由各键合部分的分子之间形成紧密接合，其中不发生化学反应。这种物理键合的例子有：焊接、范得华力键合等。

由于在热塑性弹性体中主要含有与塑料管体的热塑性材料相容的热塑性聚合物，密封体将以物理方式紧密地键合在塑料管体上，即使在长期工作条件下，或在高应力下也不会脱落。这种高应力是当管子插口插入采用上述密封体密封的管体接合部时产生的。

最好的实施例是：上述管体采用聚烯烃材料和热塑性弹性体中至少应含有一个烯烃链段，将该热塑弹性体以物理方式键合在管体上，以实现管体与密封体之间的良好接合。

热塑弹性体中至少应含有一个烯烃链段是指，例如使弹性体具有弹性的烯烃基团的分子链中，应部分是烯烃链段组成;该烯烃基团与非烯烃基团（如聚苯乙烯）之间产生化学键合。

含有烯烃链段的热塑性弹性体，也可以是在聚烯烃（如聚丙烯）的连续相中共存有交联的乙烯-丙烯-二烯类三元共聚的弹性体;其中聚烯烃与管体中的聚烯烃形成键合。

将上述可赋予热塑性弹性体以热塑性能的烯烃链段或做为聚烯烃的基体，或做为弹性体的组成部分，都为密封体与塑料管体牢固结合提供了条件。

本方法的一个优点是，构成塑料管体的聚合物与构成热塑性弹性体烯烃链段中的烯烃都是基于同样的聚烯烃。

具体地说，当聚丙烯塑料管体与热塑性弹性体中的烯烃链段其链节单元都是基于丙烯基团，或聚乙烯塑料管体与热塑性弹性中的烯烃链段都以乙烯基为链节单元时，一旦将弹性体注塑在管体上，塑料管体的热塑性材料与热塑性弹性体彼此间就都可获得良好的粘接;这种物理键合是通过管体热塑性材料与热塑弹性体的交融而实现的。

当热塑管体是由聚乙烯或聚丙烯构成，且热塑性橡胶是由聚丙烯和/或聚乙烯的链段构成热塑性弹性体时，即可实现密封体与管体的良好连接。

如果热塑性橡胶密封体的硬度和弹性摸量远大于通常作密封环的橡胶的硬度和弹性模量，如果热塑性橡胶密封环与普通橡胶密封环具有相同的形状，则总难以实现良好密封。克服这一缺点的方法是：在密封体内壁上至少应设有一个环形密封套筋，并且在与管壁相接一侧至少应有一个环形的凸缘密封套筋。

这样，密封部分就具有了足够的柔软性，从而即使在热塑性管材的表面由于有沟槽或划痕而不是完全光滑的情况下，也能实现热塑性管材之间的良好密封。

该方法特别适用于下述情况：构成密封体的热塑性橡胶的硬度大于肖氏硬度A55°，在10%定伸下其弹性模量大于5N/mm²。

上述密封套筋最好采用多元侧向密封筋。

一个较好的实施例是，用一个或多个侧向密封筋构成多元密封套筋。塑料管体应选适用的塑料管、管件、承口和卡环。

一个很好的实施例是，塑料管体包括一个用来卡住密封体的卡环，卡环上装有连接装置以连接卡环、管上的套环或管件。

在由卡环表面向密封体表面的第一过渡段上，可方便地在卡环上装一个环形密封唇;从卡环与密封体的截面看去，密封唇沿密封环方向沿伸至密封环的外围，在密封环外围上的密封唇表面，最好基本与相接的卡环表面位于同一平面内，密封唇的厚度沿指向密封唇自由端方向迅速减小，和/或者在由卡环表面向密封环表面的第二过渡段内，装有一个环形突头，从卡环与密封体的截面看去，这一过渡段位于所述截面的内侧。

通过上述方法，可得到性能良好的密封体，它不会产生所谓“翘边”。

所谓“翘边”多在密封环的注射成型阶段发生：被高压注入模具腔的流动密封环材料，把位于由卡环表面向相连的模具腔表面的过渡段内的较软的卡环材料压走。将模具腔密封，可避免这种情况。

本发明的权利要求15和权利要求20中，还涉及一种塑料管体的制造方法，这种管体的卡环与密封体是粘合在一起的。此方法是将由热塑性材料构成卡环固定在管体一端，再将密封环与所述卡环同轴放置并粘合在一起，卡环和密封环之中有一个是已预先注塑成型的，另一个在模具腔中注塑成型，而模具腔的一部分是由前一件已经成型的模塑体组成的，其特征在于：卡环首先在第一模具腔内注塑成型;第一模具腔由第一外模具腔表面和第一内模具腔表面围成;将两个表面沿模具腔轴向相对移动，即打开了第一模具腔，已注塑成型的卡环仍留在第一内模具表面;使用脱模装置将卡环由第一内模具表面脱模，并放回对面的第一外模具腔表面上;然后，密封环在第二模具腔中注塑成型，第二模具腔紧接卡环，它由卡环表面的一部分与第二内模具腔表面和第二外模具腔表面围成;第二外模具腔表面可沿模具腔轴向对第二内模具腔表面作相对移动;将密封环与卡环粘合起来，再打开第二模具腔，最后由模具中取出卡环和密封环。另一方法是将密封环与所述卡环同轴放置，并经注塑粘合在一起;卡环已预先注塑成型，并且是用来注塑成型密封环的模具腔的一部分，其特征在于：在密封环注塑成型时，模具腔是密封的，至少在一个过渡段是密封的，所述过渡段由卡环上形成模具腔的那一部分与围成模具腔的相邻模具腔表面形成。

最后，本发明的权利要求23中，还涉及一种制造塑料管体的模具，这种模具制造的管体卡环与密封环是粘合在一起的。用于制造卡环与密封环粘为一体的塑料管体的模具，其特征在于：模具由两块对剖模块组成，两模块可相对移动，其中一块模块上至少设有两个第一外模具腔表面和两个内模具腔表面，每个第一外模具腔表面与一个第二内模具腔表面。两表面与第一外模具腔表面和第二内模具腔表面相对放置，以形成至少一个第一模具腔和第二模具腔。

本发明的较好实施例将在下面的权利要求中进一步提出。

以下，通过实施例和参考图，对本发明予以说明。其中：

图1是本发明所述的带有密封体管子部分的截面图;

图2是本发明中带密封体的卡环;

图3为本发明中带密封体卡环的另一个实施例;

图4为图3中与卡环相接的承口管;

图5为本发明中与另一卡环相接的承口管;

图6绘出了一个卡环，以及将卡环与密封体连接的模具。

图7绘出了是本发明所述的装有密封体的承口;

图8为本发明中装有另一种密封体的卡环。

图9所示的是如图2中带密封体的卡环，在注塑成型过程中不同阶段的示意图。

图10表示的是模块在闭模状态下的截面图，该模具用于模制图2中带有密封体的卡环;

图11为图9d的放大图;

图12为图11中的第×11部分放大倍数更大的示意图，图中带有未完全关闭的模具腔。

图13表示装有按本发明方法制成的密封体的另一个卡环，该图的一部分是剖面图，另一部分是正视图。

图14绘出了图13中密封体卡环在成型过程中的不同相。

图15所示的是闭模状态下模具部分的断面示意图，该模具是用于成型图13中装有密封体的卡环。

图16是装有用本发明方法制成的密封体的其它卡环的截面图。

图1中的1是一个具有双承口的塑料管体，2为附在塑料管体两端的热塑性橡胶密封体。它是以注塑成型方法，将热塑性橡胶附在承口内壁上以使密封体2与承口套管1的管壁3相固定。

双承口套管1由聚丙烯制成，热塑橡胶密封体2由连续相聚丙烯和交联乙烯丙烯二烯类共聚物构成。

密封体2和承口1之间的接触面3α由热塑橡胶与承口套管1的聚丙烯融熔成型，从而形成两部分之间的整体结合。

图2中，密封环12由头部28和密封套13构成，密封套13上加有密封加强筋27。

塑料卡环11上加有波浪形突头20，24，26，与密封环12相连接。卡环11由聚丙烯制成，密封环的材料是一种以聚丙烯为基础的橡胶（孟山都Monsanto公司制造，商标Santoprene

）以及掺混有交联乙烯丙烯二烯类三元橡胶的连续相聚丙烯。

卡环11与密封环12的整体连接是这样实现的：将聚丙烯卡环11放入由模块29和31组成的突头模具之后，再将以聚丙烯为基体的热塑性橡胶注入其中的凹槽中以成型密封体2（参见图6）。

图3中，聚丙烯卡环11和密封环12，采用注塑成型方法，被固定在卡环的内支腿16上。J型卡环的内支腿16，通过底框15，与具有环形内突头17的外支腿14相连接。

卡环与管体5（参见图4）承口的外侧连接;连接方法是通过卡环翻边17与第一承口翻边8的咬接实现的。

阔口6的端头上有一道翻边8;阔口6是经过渡段9与承口4连接。另一个承口翻边7是用来限制卡环11的轴向移动。

卡环11和密封环12之间的接触面13a，是由卡环11的热塑性材料与热塑弹性体交融而成;该热塑性弹性体是热塑性橡胶与聚丙烯的共混物。

图5是另一个卡环11，上面装有固定在卡环上的密封体。卡环外支腿14的内侧有波浪状突头20，24;这两道突头与承口4上的阔口6外侧的突头19，23和凹槽22，25相配合。

卡环11由聚丙烯构成，热塑性橡胶是聚苯乙烯-聚烯烃-聚苯乙烯橡胶，聚烯烃部分可以是乙丙聚合物，当然，也可以是乙烯聚合物，或丙烯聚合物。这种热塑橡胶由Shell公司制造，商标是Kraton

。

图7是聚乙烯管体5，承口4和阔口6顶端。在阔口顶端上，用注塑成型方法固定了环形密封12^a。密封12a材料的热塑性橡胶是与图5中密封环所采用的橡胶相同。

图8中的密封环12由头部28和密封套13组成。密封套的内侧设有三个环形凸密封套筋32，31，27。截头锥密封套的外侧也设有三个环形密封套筋33、29和30。在密封套筋27和31上分别设有深入径向的两道密封侧筋34。

密封环完全由热塑性橡胶制成的，这种热塑橡胶的硬度（肖氏硬度A）大于55°（按照ASTMD-2240方法测量），在10%定伸下的弹性模量大于5N/mm²（按照ASTMD-412方法测量），由于有侧面密封筋34，密封套13仍具有足够的柔软性，因而尽管热塑橡胶的硬度和弹性模量比丁苯橡胶的还大（丁苯橡胶的硬度（肖氏硬度A）大于55°，弹性模量大于42N/mm²），该密封环仍可满意地用作热塑管接头的密封环。

在密封套13端头的两个密封套筋27和30形成一个V形截面，最外面的翻边密封套筋30是否严格与密封套13共线无关紧要。

卡环11通常由聚烯烃材料，最好是聚丙烯构成;密封套13和头部28通常由以聚烯烃（最好是聚丙烯）为基体的热塑橡胶构成。具体地说，如果构成头部28的热塑橡胶的基本材料，与构成卡环11的材料相同，则可实现头部28和卡环11之间的良好粘合。这种共同材料最好采用上文所述的材料。

本发明中密封环的形状并不只限于上述的实施例。因此，本发明中的密封套上装有的翻边密封筋与翻边密封筋上的侧面密封筋的数目可多可少，可以改变。头部或卡环的形状也可以改变。

图9绘出了卡环成型过程中的不同阶段，卡环上装有图2中所示的密封体。图9a中卡环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与第一内模具腔表面46围成。两个模具腔表面可以沿模具腔轴向相对移动。因此，将两个模具腔表面45和46相对移开即可打开模具腔。已成形的卡环11留在第一内模具腔表面46上。而卡环11的外侧暴露在外。如图9b所示。然后，用脱模装置47将卡环11由第一内模具腔表面46上挪开，这一操作会使卡环产生暂时形变;当将卡环放回第一外模具腔表面45（参看图9c）时，这种形变立即消失。按图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环12的第二模具腔49，这一模具腔49由第二外模具腔面48、卡环11表面的一部分50、第二内模具腔表面51围合而成，最后通过注塑成型，最好是注入热塑性材料，如热塑性橡胶，使密封环12在内模具腔51内成型。将密封环12粘合在卡环11。将第二外模具腔表面48由第二内模具表面51移开，即可打开模具腔49，这两个表面可沿模具腔49轴向相对移动;打开模具腔49后，卡环11和密封环12仍留在第一外模具腔表面45与第二内模具腔表面51上，而密封环12的外表面52暴露在外（参见图9e）。

最后，用可以沿卡环11轴向移动的注入装置53，沿图9e中箭头54所示方向，将卡环11和密封环12由模具腔表面45，51上脱模;由于密封环12是用弹性材料制成的，因此上述方法是可行的。

图10是模具处于密封状态时的一部分断面示意图，模具是用来成型带有密封环12的卡环11。模具由两块对剖模具55，56组成，并被57分开。在组成模具的一块模块上，至少装有两个第一外模具腔表面45a和45b，和两个第二内模具表面51a和51b，每个第一外模具腔表面45a和45b分别与第二内模具腔表面51a，51b相连接，如图10和图9所示，并且装有可沿轴向对一块对剖模具55作相对移动的注塑装置53a、53b。在另一块对剖模具56上分别在模块58和59上，至少装有一个第一内模具腔表面46和第二外模具腔表面48，并且装有可沿模块58移动的脱模装置47。两块对剖模具55和56可绕轴62相对转动，轴62分别位于两第一外模具腔表面45a，45b和两第二内模具腔表面51a，51b的中心，也分别位于第一内模具腔表面46和第二外模具腔表面48的中心，并平行沿模具腔表面的对称轴延伸。可将模块55的模具腔表面45a，45b，51a，51b相对于模块56的模具腔表面同轴放置，以分别用于封闭卡环11′与密封环12的第一模具腔和第二模具腔，如图10所示。

因此，实际可以同时在同一模具中，但被分隔开的第一和第二模具腔中成塑卡环11′。

用于制作密封环12和卡环11′的材料，可分别由分开的注入口60和61喂入模具。

当密封环12和卡环11′在封闭模具中同时注塑成型，并且密封环12与已成型的卡环11粘接后，将模块55和56沿模具腔轴向移开，再用注入装置53b将卡环11和密封环12同时由模具上脱模，用脱模装置47将卡环11′由第一内模具腔表面46脱模，并将卡环11′重新放在第一外模具腔表面45a上。再将模块55，56绕轴62相对旋转180度，直到第一内模具腔表面46位于与第一外模具腔表面45b同轴相对的位置，第二外模具腔表面48位于与载有卡环11′的第一外模具腔表面45a和第二外模具腔表面51a同轴相对的位置为止;从而使模具再次闭合，使下一个卡环和密封环注塑成形。

由图2，图5和图8还可以看到，在由卡环11表面向密封环12表面的第一过渡段35中，卡环11装有环形密封唇36，沿密封环12方向延伸，密封唇36的表面37位于卡环11与密封环12的交接面外侧，与卡环11表面的连接部38处于同一平面上。密封唇36的厚度沿它的自由端方向递减。

在由卡环11表面向密封环12表面的第二过渡段39中，卡环11上设有环形突头26。

图11是用于密封环12的模具腔49的截面图。模具腔49由已注塑成型，紧贴靠在与它相对的模具腔表面45上的卡环11的一部分50，还有内模具腔表面51和外模具腔表面48围成。外模具腔表面48位于模块59上，模块59的一部分贴在卡环11上。在卡环11上设有密封装置36、26，其中36是环形密封唇，26是环形密封突头，在注塑成型密封环12时，密封装置36和26分别与模具腔49的内、外模具腔表面51、48形成密封，该密封的位置分别在由卡环11表面部分50向连接模具腔表面51、48的过渡段40、41处;50、51、48都围成模具腔49表面的一部分。

在由卡环11表面部分50向模具腔表面51的过渡段40内，密封唇36的表面37与模具腔表面51相接。

在由卡环11表面部分50向模具腔表面51的过渡段41内，环形突头26被卡在正对着位于卡环11内侧的模块59的一部分43的外围42上。（参看图-12）。

由于有上述密封装置36、26，当向模具腔49在高压下注入流动性很好的密封环材料时，可在过渡段40、41处达到良好的密封。特别是当浇口位于模具腔49的端头44处，密封唇36被高速流入的材料压在模具腔表面51时，在过渡段40处可以实现极好的密封。

请注意，利用过渡段40、41作为密封措施的办法并不只限于卡环11与密封环12的注塑成型是连续进行的情况。这种密封措施同样可用于下列情况;卡环11已在一模具中预先注塑成型，将它放入另一模具，以将密封环12注塑成型在卡环11上。

图13是按本发明方法制造的另一个卡环111与密封环112。与图1中的卡环11与密封环12相仿，卡环111由热塑性材料构成，密封环112最好由热塑性橡胶构成。

图14绘出了卡环111与密封环112注塑成型过程中的不同阶段;图15绘出了用于卡环111与密封环112注塑成型的模具的一部分。

图14和图15分别与图9、图10相似。图14、图15与图9、图10各对应部分编号相同，区别是图9和10多加了一个“1”字。

图13所示的制造卡环111与密封环112的方法，与前述的图2所示制造卡环11与密封环12的方法相比，除最后一阶段外，两者完全相同。也就是说，最后阶段中由模具上取下密封体的方法不同。因为图13中附有密封环112的卡环111是自己由上模块155脱下来的。

由图14e可见，在第二模具腔打开期间，卡环111与密封环112是在第二外模具腔表面148上，而密封环112内侧面155暴露在外。

最后，用可沿卡环111轴向移动的脱模装置153，沿图14e中箭头所示方向154，将卡环111与密封环112由模具腔表面148上脱模;由于密封环112是由弹性材料制成，这种方法是可行的。

图15所示的用于将卡环111与密封环112注塑成型的模具，与图10所示的模具不同，前者有可沿下模块156上的模块159轴向移动的脱模装置153。当密封环112和卡环111′已同时注塑成型后，将模块155和156移开，然后可用脱模装置154，将卡环111和密封环112由腔表面148脱模，并同时将卡环111′由第一内模具腔表面146上脱模，再重放在第一外模具腔表面145a上。

图16绘出了按本发明方法制造的其它粘有密封环112的其它卡环111。由图16可见，卡环111和密封环112都可以具有不同形状。图13和图16所示的密封体都可以由上模块155取下而不产生形变。也就是说，每个密封体是自己由模具腔表面145、145a、145b和151、151a、151b上脱模。

需要说明，图13和图16中的卡环111上，在由卡环111表面向密封体112表面的一个的或两个过渡段35、39内，也可以设有密封装置36和/或26。

采用上述方法和模具，可以制造出卡环和粘接在卡环上的密封环，方法简便，周期短，质量高，不会在由卡环向密封环的过渡段上产生密封环材料的所谓“翘边”。

显然，为了提高生产效率，使用适当数量的第一和第二模具腔，同时制出两个或多个密封体，在同一模具以代替一个密封体。

还需要说明，本发明中的方法和模具并不限于上述实施例，其它形式的组合密封体，只要密封环与卡环粘接形式与本发明中的相同，也可以用本方法制造。

Claims (3)

1、一种生产由热塑性材料制成的塑料管体与热塑性弹性体制成的密封体结合而成的组合体的方法，将热塑性材料构成的卡环固定于管体的一端，再将密封环与所述卡环同轴放置，并经注塑粘合在一起；卡环已预先注塑成型，并且是用来注塑成型密封环的模具腔的一部分，其特征在于：在密封环注塑成型时，模具腔是密封的，至少在一个过渡段是密封的，所述过渡段由卡环上形成模具腔的那一部分与围成模具腔的相邻模具腔表面形成。

2、按权利要求1的方法，其特征在于：装有密封装置的卡环，当密封环注塑成型时，在至少一个由围成模具腔的卡环表面上围成模具腔的相邻表面的过渡段内，与接合模具腔表面形成密封。

3、按权利要求2的方法，其特征在于：装有密封装置的卡环中在卡环的第一过渡区内有一个环状密封唇，沿所要注塑成型的密封环方向延伸;当密封环注塑成型时，密封唇与内模具腔表面相接，其厚度沿自由端迅速减少，和/或者在卡环的第二过渡区，有一个环状突头，当密封环注塑成型时，突头与对面的外模具表面的一部分相接，这部分最好是模块的一部分，该模块位于卡环内侧，并构成模具腔的一部分。

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