CN104160195B - 管状元件和制造该管状元件的方法 - Google Patents

管状元件和制造该管状元件的方法 Download PDF

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Abstract

该管状元件包括结构层(10)，结构层(10)包括尤其是占据结构层重量的15％‑40％的树脂和占据结构层重量的2％‑10％的纤维（20）。纤维包括尤其占据结构层重量的4％‑7％的以铁、磷、碳、铬为主要成分的无定形金属合金纤维。用于运输废水或饮用水的管道。

Description

管状元件和制造该管状元件的方法
技术领域
本发明涉及一种包括至少一个结构层的管状元件，所述或每个结构层包括占据结构层重量的15％-60％的树脂和占据结构层重量的2％-10％的纤维。
背景技术
从文件FR 2309779得知一种管状元件，该管状元件包括带有玻璃纤维的树脂。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有改善的耐腐蚀性以及抗微小龟裂的管状元件。另外，管状元件应当可用于输送排污水。
为此，本发明的目标是上述类型的管状元件，其特征在于，纤维包括以铁、磷、碳、铬为主要成分的无定形金属合金纤维，尤其是包括占据结构层重量的4％-7％的纤维。
根据一些特定实施例，根据本发明的管状元件可以包括以下特征中的一个或几个：
-无定形金属合金纤维为具有15mm-30mm长度，0.5mm-2mm宽度，15μm-30μm厚度的带子形状；
-无定形金属合金纤维由无定形混合物(Fe,Cr)80(P,C,Si)20组成；
-纤维包括至少一类以下附加纤维：
·玻璃纤维；
·塑料纤维，尤其是聚丙烯纤维；
·天然纤维，尤其是竹纤维；
-结构层另外包括尤其占据结构层重量30％-80％的矿物填充物；
-矿物填充物包括以下材料中的至少一种：
·硅砂；
·硅钙砂；
·碳酸钙；或
·这些材料的混合物；
-树脂为以下树脂中的一种：
·聚酯树脂，如邻苯二甲酸(orthophtalique)树脂或间苯二甲酸(isophtalique)树脂；
·乙烯酯(Vinylester)树脂；
·环氧(époxydique)树脂；
-管状元件包括内层，内层包括树脂并且没有无定形金属合金纤维，尤其是完全没有纤维；
-内层在任何点都具有0.5mm-3mm的厚度；
-管状元件包括外层，外层包括树脂并且没有无定形金属合金纤维，尤其是完全没有纤维；
-管状元件包括与一结构层相邻的惰性层，惰性层包括占据惰性层重量的10％-30％的树脂和占据惰性层重量的70％-90％的矿物填充物，并且惰性层没有纤维；
-管状元件包括附加结构层；
-结构层中的至少一个和/或外层包括柔性颗粒，这些柔性颗粒占据它们所在层重量的3％-30％；
-管状元件为管道系统的管子。
另外，本发明的目标是一种制造上述管状元件的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
-驱动模具转动；
-将液态树脂和无定形金属合金纤维的混合物喷射到旋转模具的内表面；
-使树脂聚合；
-从模具取出管状元件。
附图说明
阅读下面仅作为例子给出的描述并参照附图更好地理解本发明，在以下附图中：
图1是根据本发明第一实施例的管状接头的轴向剖面图；
图2是根据本发明第二实施例的管状接头与图1类似的示意图；
图3是图1和2管状元件的一部分剖面图；
图4是图1和2的管状接头的管状元件第一变型与图3类似的剖面图；
图5是图1和2的管状接头的管状元件第二变型与图3类似的剖面图；
图6是图1和2的管状接头的管状元件第三变型与图3类似的剖面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的管状接头，整体用参考标记2表示。
管状接头2包括两个管状元件4(例如为管道的管子)、连接套筒6和两个密封衬8。
每个管状元件4包括插入套筒6中的端部。每次，密封衬8中的一个位于套筒6与管状元件4之间。
套筒6可以是金属，例如铸铁。作为变型，套筒6具有与下面参照管状元件4描述的结构横截面相同的结构。
图2示出了根据第二实施例的管状接头2，下面只描述它与图1所示的不同。相似零件带有相同参考标记。
管状接头2包括带有连接端4A的管状元件4和带有套入端4B的管状元件4。连接端4A被插入到套入端4B中。管状接头2包括位于连接端4A与套入端4B之间的单一密封衬8。管状接头2不包括连接套筒6。
图3示出了管状元件4结构的横截面。
管状元件4包括结构层10和内层12。结构层10界定管状元件4的外表面14，而内层12界定管状元件4的内表面16。结构层10和内层12直接相邻并互相固定。
结构层10包括树脂18、纤维20，并且在所示情况下包括矿物填充物22。结构层10特别地由这些成分构成。
结构层10的树脂18构成结构层10重量的15％-60％。树脂18尤其构成结构层重量的20％-35％。
树脂18可以是聚酯树脂，尤其是邻苯二甲酸或间苯二甲酸，作为变型，树脂18可以是乙烯酯树脂或环氧树脂。在树脂为聚酯树脂的情况下，树脂可包括加速剂，特别是占据树脂重量的0.1％-1％的加速剂，和占据树脂重量的1％-4％的催化剂。
树脂18使结构层10具有柔韧性。
纤维20构成结构层10重量的2％-10％。纤维包括以铁、磷、碳、铬为主要成分的无定形金属合金纤维，尤其是其含量可以为结构层重量的4％-7％。特别地，无定形金属合金纤维可以构成结构层10重量的5％-6％。
本发明范围内使用的无定形金属纤维优选地由无定形混合物(Fe,Cr)80(P,C,Si)20组成。
这些金属纤维的内在组成产生于铁-铬合金，它们的无定形结构有利地保证甚至在诸如如含盐和酸的环境之类腐蚀性很强的环境中的抗氧化性。
这些无定形金属合金纤维具有根据专利申请FR 2 500 851或FR 2 765 212中特别描述的方法制造的不连续带子的形状。因此带子通过将液体金属射流喷射到诸如盘或轮之类高速旋转元件上并用水冷却进行制造。该剧烈冷却使液体金属在无定形(非晶)状态凝固，除了柔韧性外，这还赋予纤维非常强的机械强度。另外，由于存在铬，铬的存在使得无定形态可以得到出色的耐腐蚀性。
这里带子是指长度明显大于宽度并且宽度明显大于厚度的基本平行四边形的形状。这些金属带具有优选地为15-30毫米特别是20-25毫米的长度，优选地为0.5-2毫米的宽度，优选地为15-30微米的厚度。这些金属带表现出的拉伸强度可以达到1800Mpa。
对于优选地用于本发明范围的无定形结构的金属带，特别要提到由SAINT-GOBAINSEVA公司销售的纤维。
纤维20可以包括以下补充纤维类型中的至少一种：
-玻璃纤维；
-塑料纤维，尤其是聚丙烯纤维；
-天然纤维，尤其是竹纤维。
这些补充纤维的含量可以达到结构层10重量的2％。
例如，补充纤维可以具有15-20毫米之间的长度。另外，纤维20可以由上述纤维的任何混合物构成，因此，纤维20包括以铁、磷、碳、铬为主要成分的无定形金属合金纤维。
矿物填充物22尤其构成结构层10重量的30％-80％。特别地，结构层10的矿物填充物22的含量为该结构层10重量的至少65％。
矿物填充物22可以包括以下材料中的至少一个：硅砂、硅钙砂、碳酸钙。作为变型，矿物填充物22可以是包括这些材料中至少两种的混合物。矿物填充物具有10微米到4毫米之间的粒径，尤其在60微米到2毫米之间的粒径。
内层12包括树脂24，并且该内层12没有无定形金属合金纤维，尤其是完全没有纤维。内层12可以包括直到10％重量的矿物填充物22，或者没有矿物填充物22。
树脂24可以是聚酯树脂，尤其是邻苯二甲酸或间苯二甲酸树脂，乙烯酯树脂或环氧树脂。树脂24优选地为与结构层10的树脂18相同的树脂。
内层12在任何点都具有0.5mm-3mm的厚度。内层12是能够耐受pH1-pH10流体的化学阻挡层。
对公称直径为200mm的管状元件，管状元件4在外表面14与内表面16之间的总厚度为4mm-32mm，或者为4mm-60mm，并且优选地为4mm-8mm，或4mm-15mm，对400mm的公称直径为16mm-32mm或8mm-30mm，对800mm的公称直径为16mm-60mm。
图4示出了图3的管状元件4的第一变型。下面只描述该变型与图3管状元件4的不同。相似零件带有相同参考标记。
管状元件4包括带有树脂32并且没有无定形金属合金纤维的外层30。外层30尤其没有纤维。另外，外层30可能没有矿物填充物22。
因此，外层30优选地完全由树脂32构成。树脂32可以是聚酯树脂，尤其是邻苯二甲酸或间苯二甲酸树脂，乙烯酯树脂或环氧树脂。优选地，树脂32是与结构层10的树脂18相同的树脂。外层30在任何点都具有500微米到1毫米之间的厚度。
外层30与结构层10直接相邻。管状元件4的外表面14由外层30形成。因此外层30是精加工层，并保证材料不渗透，并耐受埋入有管状元件的土壤中的化学侵蚀。
图5表示图3管状元件4的第二变型。下面只描述该变型与图3管状元件4的不同。相似零件带有相同参考标记。
管状元件4包括两个结构层，即结构层10和附加结构层10A。两个结构层10和10A中的每一个具有与上述图3、4的管状元件4的结构层10相同的组成。
管状元件4还包括惰性层40。该惰性层40与结构层10、10A中至少一个相邻。惰性层40包括占据惰性层重量的10％-30％的树脂，和尤其占据惰性层重量的70％-90％的矿物填充物。另外，惰性层40没有纤维20。因此惰性层40优选地由树脂和矿物填充物构成。惰性层40的矿物填充物可以是与上述矿物填充物22相同的矿物填充物。惰性层40的树脂可以是与上述树脂18相同的树脂。
这样，惰性层40位于两个结构层10、10A之间。
惰性层40优选地位于管状元件4的厚度中央。因此，管状元件在惰性层40处的硬度很高。
惰性层40的厚度大于结构层10或10A的厚度。优选地，每个惰性层40具有2mm到30mm之间的厚度。
由于矿物填充物比纤维更合算，惰性层40是有利的。因此以合算的方式得到大厚度管状元件4。
要指出的是，管状元件4可以包括一个以上的惰性层40和两个以上的结构层。
图6表示本发明的管状元件4的另一变型。下面只描述该变型与图4管状元件4的不同。相似零件带有相同参考标记。
结构层10包括柔性颗粒42。外层30也包括柔性颗粒42。
总的来说，结构层10或外层30中的至少一个包括柔性颗粒42。对柔性颗粒而言，为了在断裂前承受巨大的形变，必须包括具有弹性特征的颗粒，尤其具有断裂伸长比A％大于70％的弹性特征。
柔性颗粒可以包括在上述管状元件4中以使得结构层10、10A中的至少一个和/或外层30包括柔性颗粒。
特别地，其它层不包括柔性颗粒。
柔性颗粒42是例如具有小于4mm的颗粒尺寸的弹性颗粒材料。替代性地，柔性颗粒42是具有小于4mm的颗粒尺寸的热塑材料小球或碎屑。
所考虑的层中的柔性颗粒的含量为这些柔性颗粒所在层重量的3％-30％。
图3-6的管状元件4优选地通过以下方法进行制造。
根据第一方法，通过将液态树脂18、纤维20以及矿物填充物22的混合物置于旋转模具中来制造结构层10。然后，将内层12置于结构层10上。
根据第二方法，将液态树脂18、纤维20以及矿物填充物22置于旋转模具中，离心力通过渗透(ressuage)导致形成没有纤维20的内层12。
最后，独立于该方法之外，随后使树脂聚合并从模具中取出管状元件4。
通过带有以下改变的相同方法制造图4的管状元件4。
根据第三实施例，将对应于外层30的液态树脂放置在旋转模具中。然后，在外层30完全聚合前，并且当该外层的树脂足够粘稠以不再流动时，按照上述方法之一将结构层10的混合物直接放置在外层30的内表面上。
根据第四实施例，首先如上所述制造结构层10和内层12，然后将外层30放置在结构层10的外表面。
使用与图4类似的方式制造图5的管状元件，并有如下改变。
使用与图3或4的结构层10相同的方式制造结构层10和10A以及惰性层40。
因此通过相继使这些不同层置于旋转模具中制造层10、40和10A，在前面的层完全聚合前并且该层的树脂足够粘稠以便不再流动时将新层置于前一层上。
同样，使用与图3、4的内层12和外层30相同的方式得到图5的管状元件4的内层12和外层30。
管状元件4的制造可以使用FR 2958203中描述的方法和装置来完成。与该文件相比的改进如下：
将树脂18、纤维20和矿物填充物22的混合物置于形成旋转模具的诸如钢制的金属外壳中，而不是如文件FR 2 958 203所述置于铸铁管子中。
例如通过FR 2 958 203的第一和/或第二液体材料引入装置将树脂18引入到混合和喷射装置中，并且通过FR 2 958 203的第一和/或第二干料引入装置将纤维20和矿物填充物22引入。
一旦结构层10聚合，将其从外壳中取出。
通过对FR 2 958 203的装置进行补充的方式，可以使用通常用于使油漆雾化的雾化杆放置纯树脂，以便在外壳中形成外层30或者形成内层12。
可以加热外壳并在放置结束时冷却外壳以加速聚合和热收缩，以便能够将管子从它的外壳中取出。
结构层10包含的无定形金属合金纤维在腐蚀性环境中不氧化并且不随时间降解。并且由于纤维牢固固定在树脂18中，纤维还可增大管状元件对微小龟裂的抵抗和对拉伸的抵抗。
另外，无定形金属合金纤维具有很大的柔韧性，这便于将纤维适用于根据本发明的管状元件制造方法中。
最后，结构10中存在的无定形金属合金纤维允许通过任何适当的磁检测方法远距离检测埋入的管状元件4。

Claims (25)

1.一种管状元件，该管状元件包括至少一个结构层(10；10、10A)，所述结构层或每个结构层包括树脂以及纤维(20)，其特征在于，所述纤维包括基于铁、磷、碳和铬的无定形金属合金纤维；且所述管状元件包括内层(12)，所述内层(12)包括树脂(24)并且没有所述无定形金属合金纤维。
2.根据权利要求1所述的管状元件，其特征在于，所述无定形金属合金纤维具有15mm-30mm长度，0.5mm-2mm宽度，15μm-30μm厚度的带子形状。
3.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，所述无定形金属合金纤维由无定形混合物(Fe,Cr)80(P,C,Si)20组成。
4.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，所述纤维(20)包括以下类型的附加纤维中的至少一种：
玻璃纤维；
塑料纤维；
天然纤维。
5.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，所述结构层(10)另外包括矿物填充物(22)。
6.根据权利要求5所述的管状元件，其特征在于，所述矿物填充物(22)包括以下材料中的至少一种：
硅砂；
硅钙砂；
碳酸钙；或
这些材料的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，树脂为以下树脂中的一种：
聚酯树脂；
乙烯酯树脂；
环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的管状元件，其特征在于，所述内层(12)在任何点都具有0.5mm-3mm的厚度。
9.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，所述管状元件包括外层(30)，所述外层(30)包括树脂(32)并且没有无定形金属合金纤维。
10.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，所述管状元件包括与所述结构层(10；10、10A)相邻的惰性层(40)，所述惰性层(40)包括占据所述惰性层重量的10％-30％的树脂和占据所述惰性层重量的70％-90％的矿物填充物，并且所述惰性层没有所述纤维(20)。
11.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，所述管状元件包括附加结构层(10A)。
12.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，所述结构层(10；10、10A)中的至少一个包括柔性颗粒。
13.根据权利要求1或2所述的管状元件，其特征在于，所述管状元件为管道系统的管子。
14.根据权利要求1所述的管状元件，其特征在于，所述树脂占据结构层重量的15％-60％。
15.根据权利要求1所述的管状元件，其特征在于，所述纤维(20)占据结构层重量的2％-10％。
16.根据权利要求1所述的管状元件，其特征在于，所述无定形金属合金的纤维占据结构层重量的4％-7％。
17.根据权利要求4所述的管状元件，其特征在于，所述塑料纤维是聚丙烯纤维。
18.根据权利要求4所述的管状元件，其特征在于，所述天然纤维是竹纤维。
19.根据权利要求5所述的管状元件，其特征在于，所述矿物填充物(22)占据结构层重量30％-80％。
20.根据权利要求7所述的管状元件，其特征在于，所述聚酯树脂为邻苯二甲酸树脂或间苯二甲酸树脂。
21.根据权利要求1所述的管状元件，其特征在于，所述内层(12)完全没有纤维。
22.根据权利要求9所述的管状元件，其特征在于，所述外层(30)完全没有纤维。
23.根据权利要求12所述的管状元件，其特征在于，所述柔性颗粒占据所述柔性颗粒所在层的重量的3％-30％。
24.根据权利要求9所述的管状元件，其特征在于，所述外层(30)包括柔性颗粒。
25.一种制造根据权利要求1至24中任一项所述的管状元件的方法，其特征在于以下步骤：
驱动模具旋转；
将液态树脂(18)和无定形金属合金纤维喷射到旋转模具的内表面；
使树脂(18)聚合；
从模具取出所述管状元件。
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