CN1880825A - 钢骨架增强复合塑料管的管端法兰及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，管端法兰由钢骨架增强的塑料复合管道或管件和一个与复合管道或管件端部的外圆锥表面和端面旋转摩擦加热熔融连接的塑料法兰组成，该塑料法兰有一与复合管道或管件外圆锥表面的锥度相配合的呈锥度的内壁和一个与复合管道或管件的端面熔融连接的台阶面，该内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面和端面接触并产生旋转摩擦时，它们的摩擦接触面因生热而熔融，产生的熔融物将塑料法兰内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面及管端面熔融连接起来，使塑料法兰与复合管道或管件成为永久性的熔融连接的管端法兰。本发明管端法兰同时与复合管道的端面和外圆锥表面熔融连接，连接可靠，施工方便，承压能力高，适用范围广。

Description

钢骨架增强复合塑料管的管端法兰及制造方法

技术领域：

本发明涉及一种管端法兰，特别涉及的是用于有孔洞的金属骨架的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰及制造方法。

背景技术：

以有孔洞的金属骨架作增强体，在此骨架上挤出复合聚合物材料作为连续体将骨架包覆而成钢塑复合管，或内外层塑料管壁可以应工程需要设计为不同聚合物材料、内外层塑料管壁与金属骨架特别是通过金属骨架的孔洞及粘结剂层相互之间连为一体牢固地复合在一起的钢骨架增强复合塑料管已大批量生产和使用，这种管道即有金属管道的较高的承压能力，又因具有塑料的内外壁且通过金属骨架的孔洞将内外壁连为一体，有较好的防腐性能和管道连接性能，与金属管道和纯塑料管道比较，有更好的综合性能，在化工、输油、输送燃气、输送压力和腐蚀性介质上取得广泛的应用，是一种较好的结构性复合管道。但是，目前管件与管材连接是靠聚合物管件承插口内壁布设的电热丝通过电加热来使管件与管材外圆连界面产生聚合物熔融连接成为永久性连接，这种传统的连接方式存在以下缺陷：第一，由于要在管件承插口内壁布设电热丝，管件的制造极为繁杂，技术难度大，由于设备或操作失误往往造成管件成品合格率降低，第二，管件与管材在施工现场连接，需要复杂的电加热设备和很高的人员操作技巧，才能保证管件承插口与管材外圆连界面完整产生聚合物熔融连接，特别是对于有孔洞的金属骨架的钢骨架增强复合塑料管的连接，由于金属骨架要吸取大量热量，因此需要利用电热丝对连接部位进行长时间大量加热，使复合管端头和管件(或法兰)内部集聚大量热量，冷却收缩量也很大，在冷却收缩过程中极易造成金属骨架与内外层塑料之间、复合管外层塑料与管件之间、塑料与电热丝之间撕裂分离脱层，严重影响连接质量。第三，由于传统的连接方式管件与管材只能在管件承插口与管材外圆连界面产生聚合物熔融连接，无法解决钢骨架增强复合塑料管端面必须密封以防止由于钢骨架裸露在外而造成钢骨架腐蚀、与塑料管壁分离脱层的难题，以往只好在钢塑复合管生产时增加一道封口工序，即先用注塑机制造封口环，再用电加热板将封口环与钢塑复合管端面热熔融密封连接起来，还要对密封面的内外圆进行切削修光，或者将复合管端头放入注塑机中，在复合管端头挤出复合一个密封头，这种方式的缺陷是熔融挤出的密封头不能很好地与处于常温状态的复合管端头完全进行热熔融连接，在施工或长期使用中易造成密封头与复合管端头分离脱层，有腐蚀介质通过管端的金属骨架与聚合物的界面渗透入金属骨架，腐蚀金属骨架，进而穿破金属骨架上的塑料外层而使管道失效，从而造成整个管道系统破坏失效。

而目前市场上普遍应用的铝塑复合管端部均没有进行密封处理，在长期使用中，输送介质对裸露的金属进行腐蚀，造成金属与塑料分离脱层，腐蚀介质通过管端的金属骨架与聚合物的界面渗透入金属骨架，进一步腐蚀金属骨架，进而穿破金属骨架上的塑料层而使管道失效，从而造成整个管道系统破坏失效。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种能解决金属骨架增强复合塑料管与聚合物管件在外圆锥表面和端面摩擦加热熔融连接的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰。本发明的另一个目的是为了提供一种生产效率高的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰的制造方法。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明钢骨架增强复合塑料管的管端法兰由钢骨架增强的塑料复合管道或管件和一个与复合管道或管件端部的外圆锥表面和端面旋转摩擦加热熔融连接的塑料法兰组成，该塑料法兰有一与复合管道或管件外圆锥表面的锥度相配合的呈锥度的内壁和一个与复合管道或管件的端面熔融连接的台阶面，该内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面和端面接触并产生旋转摩擦时，它们的摩擦接触面因生热而熔融，产生的熔融物将塑料法兰内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面及管端面熔融连接起来，使塑料法兰与复合管道或管件成为永久性的熔融连接的管端法兰，在施工现场安装钢骨架增强复合塑料管道时，只需采用简单的电加热板将复合塑料管道上的塑料法兰端面热熔融连接起来即可形成管网，不但取消了电热丝管件，降低了制造成本，大大简化了复合塑料管道的连接工序，同时提高了钢骨架增强复合塑料管道连接质量。

上述的钢骨架增强的塑料复合管道或管件的钢骨架增强体是钢管，在钢管的内外壁上复合有热塑性塑料形成管壁。

上述的钢骨架增强的塑料复合管道或管件的钢骨架增强体是纬向钢丝缠绕经向钢丝并经焊接成型的钢骨架，或是至少一根左旋缠绕塑料管壁和至少一根右旋缠绕塑料管壁形成交叉网格的钢骨架，或是在塑料管壁上缠绕编织钢丝形成的钢骨架，或是有孔网钢板卷绕焊接成筒形的钢骨架，通过骨架的孔洞将其内外壁的塑料连续体连接复合在一起形成内外管壁，将塑料法兰套上上述各种钢骨架增强复合塑料管的端头并采用摩擦产生热量使其表面熔融，复合管道的端头外圆和端面同时与塑料法兰的圆锥形承插口内表面和内部台阶面熔融连接成为永久性连接。

上述的塑料法兰中复合有金属骨架，进一步增强了塑料法兰的承压强度，也增强了复合塑料管道系统连接的可靠性和承压强度。

上述的塑料法兰有一个与钢骨架增强的塑料复合管道或管件的圆锥端面的壁厚相等的台阶面，台阶面与复合管道或管件的圆锥端面的壁厚相等，塑料法兰与复合管道或管件摩擦加热熔融连接后，除融熔挤压连接处有圆滑过渡的凸出的连接凸台外，能保证塑料法兰与复合管道或管件的内孔孔径一致，流体流动顺畅。

上述的塑料法兰上与其它塑料法兰连接的端面的管壁厚度大于复合管道或管件壁厚或大于复合管道或管件壁厚和塑料法兰壁厚之和，以保证塑料法兰上与其它塑料法兰连接后，在连接处有足够的强度和承压能力。

上述的塑料法兰一端上有可与另一管道或管件同样熔融连接的承插口。

上述的塑料法兰有可以与其它设备或管道连接的有孔法兰或有斜坡凸台的法兰，通过有孔法兰或有凸台的法兰，可以实现与各种设备和管件甚至非标准件的连接。

上述的塑料法兰镶嵌有含连接螺纹的金属嵌件，通过金属嵌件及连接螺纹，可以实现与金属管材或管件的牢固连接。

上述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，钢骨架增强的塑料复合管道或管件的内外层塑料为非交联耐高温聚乙烯。这种管道材料既能输送高温介质，又能与普通塑料法兰进行摩擦生热而熔融连接。

上述的钢骨架增强的塑料复合管道或管件的内层塑料为硅烷交联聚乙烯，外层塑料为非交联耐温聚乙烯。内层塑料为硅烷交联聚乙烯能输送高温介质，降低了材料成本，而外层塑料为非交联耐高温聚乙烯，可方便的与普通塑料法兰进行摩擦生热而熔融连接。

上述的钢骨架增强的塑料复合管道或管件的内外层塑料为硅烷交联聚乙烯，在管道未进行水解缩聚反应前，将非交联热塑性塑料法兰的内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面和端面摩擦旋转熔融连接为一体制成管端法兰，再在满足水解缩聚交联反应的湿热环境和条件进行水解缩聚交联反应而形成硅烷交联聚乙烯管道和非交联耐温聚乙烯并可热熔连接的管端法兰，内外层塑料为硅烷交联聚乙烯，能输送高温介质，降低了材料成本，而且这种管道材料在交联反应形成硅烷交联聚乙烯之前局有普通聚乙烯热熔融性能，能与普通塑料法兰进行摩擦生热而熔融连接。

本发明制造钢骨架增强复合塑料管的管端法兰的方法是将钢骨架增强的塑料复合管道或管件端部的外圆加工成圆锥表面，用注塑机制造或将塑料法兰加工一个与复合管道或管件外圆锥表面的锥度相配合的呈锥度的内壁和一个与复合管道或管件的端面摩擦熔融连接的台阶面，将塑料法兰固定装卡在一个可高速旋转的工具上，复合管道或管件端部套入塑料法兰，然后塑料法兰高速旋转，塑料法兰的呈锥度的内壁和复合管道或管件的外圆锥表面接触并产生旋转摩擦，同时复合管道或管件端部向塑料法兰内推进，当复合管道或管件端面与塑料法兰台阶面接触后，也产生旋转摩擦，它们的摩擦接触面因生热而熔融，向复合管道或管件施加轴向力对熔融物产生挤压同时，塑料法兰停止旋转，产生的熔融物将塑料法兰内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面及管端面熔融连接起来，使塑料法兰与复合管道或管件成为永久性的熔融连接的管端法兰。本发明复合管道或管件和塑料法兰连接结构是这样来实现的：用注塑机制造或用挤出法生产的厚壁管道机械加工制造管件或称法兰，该法兰承插口具有呈锥度的内壁，内壁不带电热丝、内壁有一个与复合管道或管件的端面可熔融连接的台阶面，将复合管道或管件的端头外圆进行切削加工成圆锥表面，将塑料法兰的圆锥形承插口套入复合管道或管件呈圆锥表面的端头，塑料法兰高速旋转，同时复合管道的端头向塑料法兰圆锥形承插口内推进，两个圆锥表面快速摩擦产生热量使其表面熔融，在复合管道的端头抵达塑料法兰内部台阶面时，复合管道的端面也与塑料法兰内部台阶面快速摩擦产生热量使其表面熔融，塑料法兰停止旋转，复合管道或塑料法兰作一定距离的轴向推动，使管端面与法兰台阶面挤压产生融熔连接，冷却后，复合管道的端头外圆和端面同时与塑料法兰的圆锥形承插口内表面和内部台阶面熔融连接成为永久性连接，这种快速摩擦产生热量使其表面熔融，热量只存在摩擦表面，塑料内部和钢骨架保持常温状态，连接部位冷却很快，克服了现有用电热丝对连接部位进行长时间大量加热、冷却收缩量很大、在冷却收缩过程中极易造成金属骨架与内外层塑料之间、复合管外层塑料与管件之间、塑料与电热丝之间撕裂分离脱层、严重影响连接质量的难题。

本发明钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，管端法兰同时与复合管道的端面和外圆锥表面熔融连接，连接可靠，施工方便，承压能力高，适用范围广。本发明制造方法简单、生产效率高。

附图说明：

图1为钢板孔网骨架增强复合塑料管与塑料法兰组成的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰结构示意图。

图2为纬向钢丝缠绕经向钢丝焊接后的钢骨架增强复合塑料管与塑料法兰组成的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰结构示意图。

图3为钢丝左右交叉螺旋缠绕的钢骨架增强复合塑料管与塑料法兰组成的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰结构示意图。

图4为钢丝左右交叉编织的钢骨架增强复合塑料管与塑料法兰组成的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰结构示意图。

图5为实壁钢管的钢骨架增强复合塑料管与塑料法兰组成的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰结构示意图。

图6为塑料法兰有可以与其它设备或管道连接的有孔法兰的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰结构示意图。

图7为塑料法兰中复合有金属骨架结构示意图。

图8为塑料法兰一端上有可与另一管道或管件同样熔融连接的承插口结构示意图。

图9为钢塑复合三通管件与塑料法兰热熔结合的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰结构示意图。

图10为塑料法兰镶嵌有含连接螺纹的金属嵌件结构示意图。

图11为本发明钢骨架增强复合塑料管的管端法兰制造方法流程示意图。

具体实施方式：

实施例1：

图1给出了本发明实施例1结构示意图。本实施例1的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰是由带孔口的钢带2制成的钢骨架增强复合塑料管1与塑料法兰5组成，钢骨架增强复合塑料管1有聚合物外管壁3和聚合物内管壁6，相互通过钢带的孔口紧密结合在一起，塑料法兰高速旋转与复合管道的端头外圆锥面和端面摩擦产生热量，使复合管道的端头外圆锥面和端面同时与塑料法兰的圆锥形承插口内表面和内部台阶面熔融连接成为永久性连接，管端法兰中有塑料法兰内圆锥表面与复合管道或管件外圆锥表面旋转摩擦加热相互熔融而连接为一体的热熔融结合面7，有塑料法兰内台阶面与复合管道或管件端面旋转摩擦加热相互熔融而连接为一体的热熔融结合面4。

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，不同处是钢骨架增强复合塑料管1中的金属骨架是由纬向钢丝8缠绕经向钢丝9并经焊接成型的有孔钢骨架，钢骨架增强的塑料复合管道1中的内外层塑料为非交联耐高聚乙烯。

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，不同处是钢骨架增强复合塑料管1中的金属骨架是在塑料内管壁6上左右螺旋缠绕塑料管壁形成交叉网格的钢丝骨架10，钢骨架增强的塑料复合管道1中的内层塑料为硅烷交联聚乙烯，外层塑料为非交联耐温聚乙烯。

实施例4：

图4给出了本发明实施例4结构示意图。本实施例4基本与实施例1同，不同处是钢骨架增强复合塑料管1中的金属骨架是由在塑料内管壁6上缠绕编织钢丝11形成的钢骨架。

实施例5：

图5给出了本发明实施例5结构示意图。本实施例5基本与实施例1同，不同处是钢骨架增强复合塑料管1中的金属骨架是无孔洞的实壁钢管12。

实施例6：

图6给出了本发明实施例6结构示意图。本实施例6基本与实施例2同，不同处是非交联耐温聚乙烯材料制成的塑料法兰5中有可以与其它设备或管道连接的有孔13连接法兰14。内、外层塑料为硅烷交联聚乙烯，利用其具有二个主要工艺过程：在公知配方熔融挤出使管道材料产生接枝反应；再在一定湿热环境和温度下进行水解缩聚交联反应，使之变为硅烷交联聚乙烯的工艺特点，在管道未进行水解缩聚交联反应前，利用其管道具有热熔融连接性能，将非交联热塑性塑料法兰的内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面和端面摩擦旋转熔融连接为一体制成管端法兰，再在满足水解缩聚交联反应的湿热环境和条件进行水解缩聚交联反应而形成硅烷交联聚乙烯管道和非交联耐温聚乙烯并可热熔连接的管端法兰，在工程应用时，可以方便地将硅烷交联聚乙烯管道或管件管端上已经预制好的具有热熔融连接性能的管端法兰加热熔融连接起来形成管网，此处的塑料法兰是非交联耐温聚乙烯(PE-RT)。

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6同，不同处是塑料法兰5中有可以与其它设备或管道连接的带钢骨架15的连接法兰14。

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4同，不同处是塑料法兰5中有可以与其它设备或管道同样熔融连接的承插口16。

实施例9：

图9给出了本发明实施例9结构示意图，在本实施例中，钢塑复合三通管件17与塑料法兰5旋转摩擦加热相互熔融而连接为一体形成钢骨架增强复合塑料管的管端法兰。

实施例10：

图10给出了本发明实施例10结构示意图，本实施例10基本与实施例4同，不同处是塑料法兰中镶嵌有含连接螺纹的金属嵌件18，可以与其它设备或管道机械连接。

实施例11：

图11给出了本发明管端法兰制造方法流程示意图。图中A表示将钢骨架增强的塑料复合管道端部的外圆加工成圆锥表面，B表示用注塑机制造或将塑料法兰加工一个与复合管道外圆锥表面的锥度相配合的呈锥度的内壁20和一个与复合管道的端面摩擦熔融连接的台阶面21，C表示将塑料法兰固定装卡在一个可高速旋转的工具(或旋转卡头)22上，复合管道端部套入塑料法兰，然后塑料法兰高速旋转，塑料法兰的呈锥度的内壁和复合管道的外圆锥表面接触并产生旋转摩擦，同时复合管道端部向塑料法兰内推进，当复合管道端面与塑料法兰台阶面接触后，也产生旋转摩擦，它们的摩擦接触面因生热而熔融，D表示向复合管道施加轴向力对熔融物产生挤压同时，塑料法兰停止旋转，产生的熔融物将塑料法兰内壁和台阶端面与复合管道的外圆锥表面及管端面熔融连接起来，使塑料法兰与复合管道成为永久性的熔融连接的管端法兰。图中序号19为刀杆。

上述各实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

Claims (13)

1、钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于管端法兰由钢骨架增强的塑料复合管道或管件和一个与复合管道或管件端部的外圆锥表面和端面旋转摩擦加热熔融连接的塑料法兰组成，该塑料法兰有一与复合管道或管件外圆锥表面的锥度相配合的呈锥度的内壁和一个与复合管道或管件的端面熔融连接的台阶面，该内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面和端面接触并产生旋转摩擦时，它们的摩擦接触面因生热而熔融，产生的熔融物将塑料法兰内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面及管端面熔融连接起来，使塑料法兰与复合管道或管件成为永久性的熔融连接的管端法兰。

2、如权利要求1所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于钢骨架增强的塑料复合管道或管件的钢骨架增强体是钢管，在钢管的内外壁上复合有热塑性塑料形成管壁。

3、如权利要求1所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于钢骨架增强的塑料复合管道或管件的钢骨架增强体是纬向钢丝缠绕经向钢丝并经焊接成型的钢骨架，或是至少一根左旋缠绕塑料管壁和至少一根右旋缠绕塑料管壁形成交叉网格的钢骨架，或是在塑料管壁上缠绕编织钢丝形成的钢骨架，或是有孔网钢板卷绕焊接成筒形的钢骨架，通过骨架的孔洞将其内外壁的塑料连续体连接复合在一起形成内外管壁。

4、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于塑料法兰中复合有金属骨架。

5、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于塑料法兰有一个与钢骨架增强的塑料复合管道或管件的圆锥端面的壁厚相等的台阶面。

6、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于塑料法兰上与其它塑料法兰连接的端面的管壁厚度大于复合管道或管件壁厚或大于复合管道或管件壁厚和塑料法兰壁厚之和。

7、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于塑料法兰一端上有可与另一管道或管件同样熔融连接的承插口。

8、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于塑料法兰有可以与其它设备或管道连接的有孔法兰或有斜坡凸台的法兰。

9、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于塑料法兰镶嵌有含连接螺纹的金属嵌件。

10、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于钢骨架增强的塑料复合管道或管件的内外层塑料为非交联耐高温聚乙烯。

11、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于钢骨架增强的塑料复合管道或管件的内层塑料为硅烷交联聚乙烯，外层塑料为非交联耐高温聚乙烯。

12、如权利要求1或2或3所述的钢骨架增强复合塑料管的管端法兰，其特征在于钢骨架增强的塑料复合管道或管件的内外层塑料为硅烷交联聚乙烯，在复合管道未进行水解缩聚反应前，将非交联热塑性塑料法兰的内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面和端面摩擦旋转熔融连接为一体制成管端法兰，再在满足水解缩聚交联反应的湿热环境和条件进行水解缩聚交联反应而形成硅烷交联聚乙烯管道和非交联耐温聚乙烯并可热熔连接的管端法兰。

13、制造钢骨架增强复合塑料管的管端法兰的方法，其特征在于将钢骨架增强的塑料复合管道或管件端部的外圆加工成圆锥表面，用注塑机制造或将塑料法兰加工一个与复合管道或管件外圆锥表面的锥度相配合的呈锥度的内壁和一个与复合管道或管件的端面摩擦熔融连接的台阶面，将塑料法兰固定装卡在一个可高速旋转的工具上，复合管道或管件端部套入塑料法兰，然后塑料法兰高速旋转，塑料法兰的呈锥度的内壁和复合管道或管件的外圆锥表面接触并产生旋转摩擦，同时复合管道或管件端部向塑料法兰内推进，当复合管道或管件端面与塑料法兰台阶面接触后，也产生旋转摩擦，它们的摩擦接触面因生热而熔融，向复合管道或管件施加轴向力对熔融物产生挤压同时，塑料法兰停止旋转，产生的熔融物将塑料法兰内壁和台阶端面与复合管道或管件的外圆锥表面及管端面熔融连接起来，使塑料法兰与复合管道或管件成为永久性的熔融连接的管端法兰。

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