CN1181281C - 硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网。包括管道连接件，硅烷交联乙烯复合管，管道连接件管体至少由有机硅单体接枝引发剂、水解缩聚催化剂和聚乙烯组成的材料加工反应形成，其至少一端上有承插口，承插口内壁有粘结剂或被粘结剂与粘结剂的聚合物的混合物包覆的电热丝，硅烷交联聚乙烯复合管至少包括硅烷聚乙烯内层和包覆于硅烷聚乙烯内层外且与之复合的热塑性聚合物外层，硅烷交联聚乙烯复合管的端头伸入管道连接件承插口中通过其外层热塑性材料或管道连接件承插口中的粘结剂或电热丝热熔连接或电热熔连接。耐热性及热强度、耐热老化性、耐环境应力开裂性、电绝缘性、阻隔性、耐汽油和芳烃性、抗蠕变性高。

Description

硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网

技术领域：

本发明涉及的是一种管网，特别涉及的是一种可采用热熔连接或粘接连接的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网。

背景技术：

交联聚乙烯与不交联聚乙烯比较，特别是制成塑料管道后比较，因为聚乙烯经交联，由线形结构转变为三维网状结构，明显改善了其性能，使交联聚乙烯管道有非常优异的性能，聚乙烯管道交联后，耐性及热强度、耐热老化性、耐环境应力开裂性、电绝缘性、阻隔性、耐汽油和芳烃性、抗蠕变性等都得较大的提高。聚乙烯可以通过物理或化学方法进行交联。物理方法是利用电子加速器或高能辐射产生的高能电子或γ射线引发聚乙烯大分子产生自由基，形成C-C交联键。这种方法不适合管道的生产，因管道直径较大、壁较厚、辐射深度不够，交联度达不到要求且大批量生产易、成本也高，一般不用此法生产管道，多用此法生产热收缩材料。化学交联方法有偶氮交联、过氧化物交联、硅烷交联，前这种方法也不适合生产管道，特别是输送饮水等有卫生要求的管道，且工艺不易控制，温度控制要求严格，比如用DCP引发时挤出温度不得超过40℃，管子交联时要有支撑体，否则管子变形。因其交联是在挤出机内和挤出管在加热通道中进行交联，此时管子呈粘流态(未冷却定型)，因此这两种方法多用于交联PE电缆的生产，较少用于管道的生产。

后一种生产方法即硅烷交联法多用于管道生产，它的交联工艺主要包括聚乙烯硅烷熔融接枝和硅烷接枝聚乙烯的水解缩合两化学反应。前者在挤出机中完成，后者在有一定的温度和显度条件下进行水解缩聚反应。温度越高、交联时间越长，交联反应越彻底。

一般市售硅烷交联乙烯管道，都已在工厂经过交联反应罐的水解缩聚交联反应，已经是有约大于60％的交联度，这种管道彼此之间已不好再熔接，或者说熔接后此处的承压强度与该管道已不等同，也不好粘结，或者说粘结处的承压强度与该管道也不等同。

所以现在工程上应用，特别是各种流体介质的输送，对其管道的连接基本上都采用各种金属制成的接头，用机械的连接方法连接管道，由于金属与塑料之间的受力能力和强度不一样，蠕变性能不一样，使管道的接头很不牢固和可靠，使用温度的变化会使接头泄漏，管道轴向受力会使接头泄漏，安装时机械夹紧力不好控制，夹松了使接头泄漏，夹紧了甚至还可能损伤管道，出现事故隐患，即使连接好了，工程也验收通过了，但管材的寿命是50年，管件及密封件寿命不等同，且使用因蠕变经常会有维修跟不上的严重问题存在。因为连接的方法没有解决好，使这样好的管道的应用受到很大限制，特别是管径较大的管道，比如大于Φ110mm，采用金属管件或塑料管件用机械夹紧的方式来连接硅烷交联的管道更不实际，因此也影响了该管较大口径管道的工程应用。

为了充分发挥交联聚乙烯管道的优异性能，特别是优秀的管道必须是在管网中发挥出其优异性能才有工程价值。针对以上存在的问题，重点应解决好管网中管道连接件性能与管道性能的等同性，即要解决管材与连接件连接性能以及性能优化与等同性，人们在专利号00220438.X热熔连接的交联聚乙烯管，发明了用热塑性塑料制成的热熔接头来连接内层为交联聚乙烯，在其端部外层为热塑性塑料层的塑料管的技术。使前述的用金属连接件连接交联聚乙烯管的技术大大提高了一步，特别是防腐、抗蠕变性能在有较大的进步。

但是，前述说明中已明确了交联聚乙烯与聚乙烯或其它热塑性塑料比较，交联反应使其线形结构转变三维结构，明显改善了其材料性能，而连接件采用热塑性塑料制成，虽然方便可行地连接交联聚乙烯管的外层热塑性塑料，但因连接件基体是热塑性塑料，与交联聚乙烯管材在耐压、耐老化、耐温、寿命等性能上仍然是不等同的，作为管网来讲连接件仍然是薄弱环节，仍然存在普通塑料管存在的问题，管网仍然不能说具备了交联聚乙烯材料的优异性能。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种耐热性及热强度、耐热老化性、耐环境应力开裂性、电绝缘性、阻隔性、耐汽油和芳烃性、抗蠕变性高的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网包括管道连接件，硅烷交联聚乙烯复合管，管道连接件管体是至少由有机硅单体接枝引发剂、水解缩聚催化剂和聚乙烯组成的材料加工反应形成的硅烷交联聚乙烯管体或是未进行水解缩聚反应的可交聚硅烷聚乙烯管体，硅烷交联聚乙烯复合管至少包括硅烷交联聚乙烯内层和包覆于硅烷交联聚乙烯内层外周且与之复合的热塑性聚合物外层，管道连接件至少一端上有承插口，硅烷交联聚乙烯复合管的端头伸入管道连接件承插口中利用硅烷交联聚乙烯未进行水解缩聚反应前还具有热熔融连接性能这一特点，将管道连接件和复合管通过热熔方式连接起来形成管网，或者是已完成硅烷交联反应的管道连接件承插口内壁有粘结剂或被粘结剂或粘结剂与聚合物的混合物包覆的电热丝，硅烷交联聚乙烯复合管的端头伸入管道连接件承插口中与管道连接件热熔连接或电热熔连接形成管网。

上述的管道连接件中有有孔钢板或钢丝焊制成的钢骨架增强体。

上述的管道连接件镶有含连接螺纹的金属连接件。

上述的管道连接件和硅烷交联聚乙烯复合管连接形成管网后在满足交联缩聚反应的湿热环境和条件下再进行交联缩聚反应而形成的硅烷交联聚乙烯管体。

上述的硅烷交联聚乙烯复合管内位于硅烷交联聚乙烯内层、热塑性聚合物外层间有钢骨架增强体且与之复合成一体。

上述的硅烷交联聚乙烯复合管硅烷交联聚乙烯内层外壁上有至少一根左旋缠绕或至少一根右旋缠绕或至少一根呈左旋缠绕和至少一根呈右旋缠绕的被粘结剂或粘结剂与聚合物的共混物包覆的钢丝所形成的钢丝结构层，在钢丝结构层上挤出热塑性聚合物外层且与内层复合为一体将网丝包覆。

上述的硅烷交联聚乙烯复合管外壁复合有发泡保温层，发泡保温层上有质密层。

上述的硅烷交联聚乙烯复合管外壁复合有阻燃或难燃的热塑性聚合物或聚合物与无机物的共混物复合层或不燃或绝热的无机材料复合层。

上述的硅烷交联聚乙烯复合管内复合有至少一根被粘结剂或粘结剂与聚合物的共混物包覆的轴向钢丝。

上述的硅烷交联聚乙烯管道连接件形状为二通或三通或四通或弯头或法兰状。

本发明管网针对管道工程中压力等级要求较高的领域，既需要良好防腐性能和耐温、耐老化性能的交联聚乙烯材料，又需要金属结构作增强体的金属和聚合物复合的材料，加之偶氮交联和过氧化物交联不易生产低成本管道且不能分两阶段交联反应的问题，利用硅烷交联聚乙烯可以分两阶段实现管道的交联反应这个特性，用硅烷交联法来设计和制造复合管材和管道连接件，并丰富了用钢塑复合，热塑性聚合物和硅烷交联聚乙烯复合的方法来设计、制造和连接硅烷交联聚乙烯管网。本发明耐热性、耐热老化性、耐环境应力开裂性和芳烃性、抗蠕变性高。

附图说明：

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为本发明实施例2结构示意图。

图3为本发明实施例3结构示意图。

图4为本发明实施例4结构示意图。

图5为本发明实施例5结构示意图。

图6为本发明实施例6结构示意图。

图7为本发明实施例7结构示意图。

图8为本发明实施例8结构示意图。

图9为本发明实施例9结构示意图。

图10为图9中电热丝与粘结剂位置图。

图11为本发明实施例10结构示意图。

图12为本发明实施例11结构示意图。

图13为本发明实施例12结构示意图。

图14为本发明实施例13结构示意图。

图15为图14中电热丝与粘结剂位置图。

图16为本发明实施例14结构示意图。

图17为本发明实施例15结构示意图。

图18为本发明实施例16结构示意图。

图19为本发明实施例17结构示意图。

图20为图19中电热丝与粘结剂位置图。

图21为本发明实施例18结构示意图。

图22为本发明实施例19结构示意图。

图23为本发明实施例20结构示意图。

图24为本发明实施例21结构示意图。

图25为图24中电热丝与粘结剂结构示意图。

图26为本发明实施例22结构示意图。

图27为本发明实施例23结构示意图。

图28为本发明实施例24结构示意图。

图29为本发明实施例25结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

图1给出了本发明实施1结构示意图。(本实施例1中的复合管和管道连接件均是硅烷可交联聚乙烯，还未进行水解缩聚交联反应)。硅烷交联聚乙烯管道连接件1两端有承插口2、3。复合管4、5分别由交联硅烷聚乙烯内层6，中密度聚乙烯(或高密度聚乙烯)外层7复合而成且分别伸入管道连接件插口承2、3中利用硅烷可交联聚乙烯还有熔接性能的特点采用热熔焊接的方法将其连接为管网8。管道连接件和复合管的公称直径在Φ16～Φ50之间，连接成的管网最适合于纬度高的北方地区的室内热水采暖管网。将小直径管如Φ16～Φ50用于室内预埋在地面和墙体，Φ32至Φ50用于楼层间的热水集中输送。将管材、管件连接好以后再通热水对管网进行交联反应，使之成为硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网。这种管网，与正在采用金属连接件连接交联聚乙烯的管网比较，更可靠、接头不漏水，将接头用水泥掩盖之后不会发生渗漏事故。与采用热塑性塑料制作的管件连接交联聚乙烯的管网，有更好的耐温、耐压、耐老化性能，使用寿命更长。

实施例2：

图2给出了本发明实施例2图。本实施例2基本与实施例1同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件9一端上有含连接通孔92的连接法兰10。

实施例3：

图3给出了本发明实施例3图。本实施例3基本与实施例1同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件11形状为90°弯头。

实施例4：

图4给出了本发明实施例4图。本实施例4基本与实施例1同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件12形状为三通。

实施例5：

图5给出了本发明实施例5图。本实施例5基本与实施例1同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件13两端承插口处内壁有热熔粘结剂14并通过热熔粘结剂与硅烷交联聚乙烯复合管15、16热熔融粘结为整体形成管网17。

实施例6：

图6给出了本发明实施例6图。本实施例6基本与实施例5同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件18一端上有含连接通孔19的连接法兰20。

实施例7：

图7给出了本发明实施例7结构示意图。本实施例7基本与实施例5同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件21形状为90°弯头。

实施例8：

图8给出了本发明实施例8结构示意图。本实施例8基本与实施例5同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件22形状为三通。

实施例9：

图9、图10给出了本发明实施例9结构示意图。在硅烷交联聚乙烯管道连接件23两端承插口24、25内壁上有如图10所示被的热熔粘结剂(或热熔粘结剂与聚合物的共混物)26包覆的电热丝27。其管体端面轴向方向有正、负极接线柱28、29，电热丝27的正、负极以轴向方式引出分别与正、负极接线柱连接。复合管30、31由硅烷交联聚乙烯内层32、高密度聚乙烯外层33复合而成。复合管30、31分别伸入管道连接件两端承插口中且通过电热丝与管道连接件热熔连接而形成管网34。复合管与管道连接件的公称尺寸在Φ50至Φ315之间，它们连接成的管网最适合天然气、煤气及饮用水的输送。特别是水、煤气的输送，因其交联后的溶剂的溶胀性和气密性与聚乙烯比较，性能有大幅度提高。热熔连接时，对管件的电热丝施以电流，管件承插口内的包复有粘结剂或粘结剂与聚合物混合物的电热丝加热熔化包复的粘结剂或聚合物，同时也熔化管材外层的高密度聚乙烯，使它们熔融连接为一体。若管材和管件是可交联的硅烷交联聚乙烯，也可以连接成管网后再通过热水对管网进行硅烷交联反应成为硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网。该管网与聚乙烯燃气管网比较有更高的承压能力和寿命。有更好的气隔性能；与金属连接件的交联聚乙烯管网比较，连接更可靠、寿命长、不维护维修；与用热塑性塑料制作的管道连接件连接的交联聚乙烯网比较，管网有更好的等同性，能充分发挥交联聚乙烯管材的优异性能。该管网不仅寿命长、耐压度高，也方便管网在不停水、不停气的情况下开口接支管。即利用硅烷交联聚乙烯复合管的外层是高密度聚乙烯，用硅烷交联聚乙烯管道连接件，特别是鞍形歧管连接件的上述电热丝结构，对管外壁进行电热熔接，再在管壁上切挖孔，使歧管与主管道连通，实现不停输开孔连接。

实施例10：

图11给出了本发明实施例10图。本实施例10基本与实施例9同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件35一端有连接通孔36的法兰37。

实施例11：

图12给出了本发明实施例11图。本实施例10基本与实施例10同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件38形状为90°弯头。正、负极接线柱39、40位于管道连接件外周边上。其承插口内的电热丝以径向方式引出分别与正、负极接线柱连接。

实施例12：

图13给出了本发明实施例12图。本实施例12基本与实施例11同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件41的形状为三通。

实施例13：

图14、图15给出了本发明实施例13图。硅烷交联聚乙烯管道连接件42中有有孔金属钢骨架增强体43。其两端承插口44、45处分布有如图15所示的被粘结剂46(或粘结剂与聚合物的共混物)包覆的电热丝47。其轴向装有正、负极接线柱48、49，电热丝以轴向方式引出分别与正、负极接线柱连接。硅烷交联聚乙烯复合管50、51分别由可交联硅烷交联聚乙烯(或已交联的硅烷聚乙烯)内层52，无规共聚聚丙烯即PP-R外层53。通过位于内外层间的用有孔金属板制成(或钢丝制成)的类似金属管的金属筒形骨架增强体54上的孔相经连接将增强体包覆而成一体。骨架与内、外层的接触面有粘结剂55。硅烷交联聚乙烯复合管50、51一端分别伸入管道连接件承插口处且通过电热丝与管道连接件热熔为一体而成管网56。该管网作油田的采油和输水的集输管网有较高的经济性，能输送工作压力为3.0MPa，介质温度小于80℃的流体介质。

实施例14：

图16给出了本发明实施例14图。本实施例14基本与实施例13同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件57一端有含连接通孔58的法兰59。

实施例15：

图17给出了本发明实施例15图。本实施例15基本与实施例14同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件60形状为90°弯头。其周边有正、负极接线柱61、62。电热丝以径向方式引出分别与正、负极接线柱连接。

实施例16：

图18给出了本发明实施例16图。本实施例16基本与实施例14同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件63形状为三通。

实施例17：

图19、图20给出了本发明实施例17图。本实施例17基本与实施例13同，不同处是硅烷交联聚乙烯复合管64包括可交联硅烷聚乙烯或已交联硅烷聚乙烯内层65，在内层的外壁上螺旋缠绕有如图20所示的被粘结剂(或粘结剂与聚合物的共混物)66包复的钢丝67，钢丝是由4根呈左旋和4根呈右旋的方式螺旋缠绕，在螺旋缠绕钢丝结构层的外壁上，挤出复合一层无规共聚聚丙烯即PP-R外层68，内层和外层复合为一体将钢丝包复形成管壁，在此管壁上采用复合挤出的方式包复了一层PP-R的保温发泡层69，发泡层的最外面有一层很薄的质密层70作为防水层。复合管插入管道连接件承插口之前，应将插入部分的发泡层剥除。该管道可以用于纬度高的北方地区的中小城市和小区的住宅采暖供热水市政管网。由于是硅烷交联聚乙烯管网，寿命至少有50年，加之有保温发泡层与传统的网管采暖供热水市政管网比较，埋在冻土线下不仅是节省能耗，还可以免去钢管保温层的维护维修以及地面上管网的占地占道。

因为管材的钢丝与基体已被粘结剂或粘结剂与聚合物的共混物粘结并复合为一体，成为了硅烷交联聚乙烯的复合材料，今后在管网上任意地段开口接管不存在技术难题，完全可类似实施例2一样的开孔接管。该管网的应用，可以使热电厂的冷凝水不再冷凝，直接输送给城市作采暖使用后再回到热电厂作发电用水。因上述几个实施例已说明城市热采暖可以利用硅烷交联聚乙烯管网全塑料无铁锈污染，使热电厂的冷凝水即脱盐水循环使用成为可能，因不污染，不仅不需要再脱盐处理，而且利用了能源，使电厂也获得经济效益。

实施例18：

图21给出了本发明实施例18图。本实施例18基本与实施例17同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件71一端上有连接通孔72的法兰73。

实施例19：

图22给出了本发明实施例19图。本实施例19基本与实施例17同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件74的形状为90°弯头。正、负极接线柱75、76位于管道连接件外周上，电热丝以径向方式引出与正、负极接线柱连接。

实施例20：

图23给出了本发明实施例20图。本实施例23基本与实施例22同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件77的形状为三通。

实施例21：

图24、25给出了本发明实施例21图。本实施例21基本与实施例14同，不同处是硅烷交联聚乙烯复合管78、79的最外层挤出涂复一层氯化聚乙烯和无机物的共混物或氯化聚氯乙烯和无机物的共混物形成的阻燃(或难燃)层80使管道外层增加阻燃和难燃能力。作为连接好的管网，为了不燃和绝热的要求，可以在管材的最外层用隔热和不燃的无机材料制成一层掩盖层来防燃和绝热。以满足一些化工厂，输送特殊的化学介质丙酮、乙炔、氨水、醇类、芳香族酸、汽油等，它们除需要耐腐蚀外，还需要管道阻燃或难燃。

实施例22：

图26给出了本发明实施例22图。本实施例22基本与实施例21同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件81一端上有连接通孔82的法兰83。

实施例23：

图27给出了本发明实施例23图。本实施例23基本与实施例22同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件84的形状为90°弯头。正、负极接线柱85、86位于管道连接件外周上，电热丝以径向方式引出与正、负极接线柱连接。

实施例24：

图28给出了本发明实施例24图。本实施例24基本与实施例22同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道连接件87的形状为三通。

实施例25：

图29给出了本发明实施例25图。本实施例25基本与实施例5同，不同处是硅烷交联聚乙烯复合管88、89中包覆有被热熔粘结剂(或热熔粘结剂与聚合物的共混物)90包覆的轴向钢丝91。

Claims (10)

1、硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于包括管道连接件，硅烷交联聚乙烯复合管，管道连接件管体是至少由有机硅单体接枝引发剂、水解缩聚催化剂和聚乙烯组成的材料加工反应形成的硅烷交联聚乙烯管体或是未进行水解缩聚反应的可交聚硅烷聚乙烯管体，硅烷交联聚乙烯复合管至少包括硅烷交联聚乙烯内层和包覆于硅烷交联聚乙烯内层外周且与之复合的热塑性聚合物外层，管道连接件至少一端上有承插口，硅烷交联聚乙烯复合管的端头伸入管道连接件承插口中利用硅烷交联聚乙烯未进行水解缩聚反应前还具有热熔融连接性能这一特点，将管道连接件和复合管通过热熔方式连接起来形成管网，或者是已完成硅烷交联反应的管道连接件承插口内壁有粘结剂或被粘结剂或粘结剂与聚合物的混合物包覆的电热丝，硅烷交联聚乙烯复合管的端头伸入管道连接件承插口中与管道连接件热熔连接或电热熔连接形成管网。

2、根据权利要求1所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于管道连接件中有孔钢板或钢丝焊制成的钢骨架增强体。

3、根据权利要求1或2所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于管道连接件镶有含连接螺纹的金属连接件。

4、根据权利要求1或2所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于管道连接件和硅烷交联聚乙烯复合管连接形成管网后在满足交联缩聚反应的湿热环境和条件下再进行交联缩聚反应而形成的硅烷交联聚乙烯管体。

5、根据权利要求1或2所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于硅烷交联聚乙烯复合管内位于硅烷交联聚乙烯内层、热塑性聚合物外层间有钢骨架增强体且与之复合成一体。

6、根据权利要求1或2所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于硅烷交联聚乙烯复合管硅烷交联聚乙烯内层外壁上有至少一根左旋缠绕或至少一根右旋缠绕或至少一根呈左旋缠绕和至少一根呈右旋缠绕的被粘结剂或粘结剂与聚合物的共混物包覆的钢丝所形成的钢丝结构层，在钢丝结构层上挤出热塑性聚合物外层且与内层复合为一体将钢丝包覆。

7、根据权利要求1或2所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于硅烷交联聚乙烯复合管外壁复合有发泡保温层，发泡保温层上有质密层。

8、根据权利要求1或2所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于硅烷交联聚乙烯复合管外壁复合有阻燃或难燃的热塑性聚合物或聚合物与无机物的共混物复合层或不燃或绝热的无机材料复合层。

9、根据权利要求1或2所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于硅交联聚乙烯复合管内复合有至少一根被粘结剂或粘结剂与聚合物的共混物包覆的轴向钢丝。

10、根据权利要求1或2所述的硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网，其特征在于硅烷交联聚乙烯管道连接件形状为二通或三通或四通或弯头或法兰状。

Images