CN1880826A - 硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰及连接管网 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰及连接管网，该管端连接法兰在硅烷交联聚乙烯管道进行水解缩合反应工艺而使管道交联前，在管端部制作一个非交联热塑性材料的管端连接法兰，该连接法兰的内腔与管道接触面熔融连接在一起，利用这个法兰可以将不能熔融连接的硅烷交联聚乙烯管道连接成管网，并利用此法兰可以对管道进行工程维修和更换，解决了该种管道只能用金属连接件连接的技术难题，扩大了该管的应用领域，该管道耐高温，耐腐蚀，连接可靠，施工方便，便于维护更换。

Description

硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰及连接管网

技术领域：

本发明涉及塑料管道工程及连接，特别涉及不能熔融连接的硅烷交联聚乙烯管道的连接及管网工程，更涉及在该管上制作可熔融连接的管端法兰，利用法兰热熔连接成管网的技术。

背景技术

人们都知道硅烷交联聚乙烯管道是一种能耐70°～90°热水使用温度、工作30年至50年的并耐化学流体介质腐蚀的性能优良的管道。但过去由于该管道在交联后，交联度在60％以上，无法再重新将接枝和水解缩合交联反应的管道熔融连接，或熔融连接后连接处强度性能远不如管道性能，一直无法用熔融连接的方法使该种管道在工程中应用，而一直沿用金属连接用管件和连接件连接的方法，至使该管的应用领域受到很大限制。

该领域的工程技术人员都知道硅烷交联聚乙烯管道是经过这样的生产配方和工艺过程生产出来的：(1)硅烷交联聚乙烯配方主要包含聚乙烯树脂，接枝引发剂、乙烯基硅烷、抗氧剂、催化剂等。(2)交联聚乙烯管材多采用硅烷交联工艺生产，该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种化学反应，前者在挤出机中完成，后者交联在一定湿度、温度的作用中完成。在单螺杆反应挤出机中，聚乙烯与乙烯基硅烷进行接枝反应，形成硅烷接枝聚乙烯，挤出成型后的硅烷接枝聚乙烯再经过在一定湿度、温度的作用下发生的水解缩合工艺过程，使已接枝聚乙烯管道发生交联反应而达到凝胶度大于60％、甚至68％的交联状况，而使管道在耐热水，耐环境开裂性能，耐化学性能等方面有较优异的性能。由于聚乙烯经硅烷交联，其线型结构转变成为三维网状结构，明显地改善了聚乙烯的性能，其耐热性及热强度、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、低温开裂性都有较大的提高，使原来聚乙烯的应用领域大大拓宽。为了解决上述不能熔融连接的技术难题，作者曾发明并公开了硅烷交联复合管及硅烷交联聚乙烯管件及连接的管网等方法及专利，如01128995.3《有发泡保温层及螺旋缠绕钢丝的硅烷交联聚乙烯复合管》、01129000.5《硅烷交联聚乙烯管道连接件》、01129001.3《硅烷交联聚乙烯管道连接件连接的管网》，由于硅烷交联聚乙烯的复合的管件和带电热丝的管件都有是仅靠管件承插口内的热塑性材料或电热丝上包覆的热塑性材料与硅烷交联的复合管上外壁上复合的一层热塑性塑料或PE-RT耐温聚乙烯材料进行热熔连接、电热熔连接，由于复合层和电热丝上或承插口内复合的热塑性材料都较薄且质量不足够满足加热时的热膨胀而使管件与管道连接的接触面的预留间隙充分排除而变得熔融连接可靠，因管道和管件在交联后有60％～70％的交联度即有60％～70％的体积是凝胶态，不易像塑料材料一样因加热而产生分子松驰，不同于普通热塑性管道，因加热后有较大的热膨胀系数或连续体有较大的体积膨胀，仅靠复合的那层热塑性塑料参加膨胀并对熔融连接面产生压力而使接触面熔融复合在一起，这样产生的压力是不够的，融结面的密度和质量也是不够的，严重的甚至会出现气孔和疏松状，熔融连接的质量保证是不够充分的，且这种管件连接直径较小的管道还算方便、快捷，较可靠，但连接直径较大的管道就有一定困难，一是因为管径大，按标准计管件与管道的间隙公差也较大，对于间隙大的要求参加加热膨胀弥补间隙的体积或质量也要求大，但复合层的厚度是不足以满足的。二是硅烷交联聚乙烯管道的椭圆度也较一般塑料管要大些，更加大造成了上述热膨胀熔融连接的困难。三是布置在管件承插口内壁的电热丝直接接触管道外壁的复合层当直径较大时，间隙大而使管道外壁复合层的加热不充分并传热不均匀，使接合面的熔融状况和温度分布都有不一致，至使熔融连接质量差异较大，可靠性差。加之大直径管道工程处于野外，电力供应和施工条件较差，仅用电热熔管件来连接硅烷交联聚乙烯管及复合管工程条件也不能保证。若能像普通聚乙烯管道的野外施工一样，利用成熟的电加热焊接机及对焊接机来焊接硅烷交联聚乙烯管道，将会减少工程施工的困难，并提高管网熔融连接的可靠性。因此如何在硅烷聚乙烯管道及其复合管道上预制连接法兰，并且该法兰具有热塑连接性能，并连接成管网后该连接处也要具有或等同具有硅烷交联聚乙烯管道的基本性能，特别是耐压能力和耐热水寿命能力及热老化能力，成为大家追求并努力寻求的技术方案。我们在充分的研究和试验后发现，可以充分利用硅烷交联聚乙烯管道在生产工艺过程中，管道在熔融挤出过程中硅烷聚乙烯处于接枝状态挤出成品管道，或注塑成型管件后，在没有进行水解缩合交联反应前，坯管、坯件完全类式普通聚乙烯管材及管件还具有优良的熔融焊接性能这一特性，在此时利用此特性制作连接法兰，就此解决上述技术难题的方案。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种硅烷交联聚乙烯管道在未进行水解反应工艺而使管道交联前在该管道端部制作一个非交联热塑性材料的管端连接法兰，耐高温，耐腐蚀，连接可靠，施工方便，便于维护更换，能将不能熔融连接的硅烷交联聚乙烯管道连接成管网的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰。本发明的另一个目的是为了提供一种硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰连接管网。

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的非交联热塑性管端法兰，硅烷交联聚乙烯管道在未进行水解缩合反应工艺而使管道在交联之前，在该管道端部利用注塑成型方法或热熔方法或摩擦旋转熔融方法制作一个非交联热塑性材料的管端连接法兰，管端连接法兰的内腔与硅烷交联聚乙烯管道接触面熔融连接在一起，管端连接法兰的端面壁厚大于管的壁厚。法兰的端面壁厚大于管的壁厚，可以按照使用要求来确定管道壁厚的倍率，可以利用增厚的强度来保证与管的性能等同，直径较小的管适宜用注塑成型的方法制作连接法兰，直径中等的适宜用热熔接方法制作法兰，直径较大的适宜用摩擦旋转熔融连接方法制作法兰，作为热水系统管道法兰材料适宜用PE-RT耐温聚乙烯材料，作为耐化学介质输送和燃气输送，宜用MDPE中密度聚乙烯和HDPE高密度聚乙烯，但法兰壁厚应采用管壁的较大倍率系数，比如1.2～1.5倍，今后维修可在法兰两连接处切开，整根更换，解决从前纯硅烷交联管安装后无法维修更换的难题。

上述的硅烷交联聚乙烯管道是复合管，在硅烷交联聚乙烯管的外壁复合挤出了一层非交联的与管端连接法兰材料相同的热塑性材料，连接法兰的内腔与该层热塑性材料和管端面的未交联反应的硅烷交联聚乙烯材料熔融连接。作为外层复合挤出材料的选择，原则同上，用复合层方便今后在管道上任意开口熔融接管并方便维修接管。

上述的管端连接法兰的内壁与硅烷交联聚乙烯管道的外壁熔融连接在一起。

上述的管端连接法兰的内腔有一与硅烷交联聚乙烯管道壁厚相等的凸出的台阶面，该台阶面与管道端面熔融连接，连接法兰制作时，同时将连接的接触面的外壁，端面都熔融连接，连接法兰和今后连接管网更可靠。

上述的管端法兰中，在硅烷交联聚乙烯管道或其复合管道的外壁复合挤出了一层防止划伤的热塑性材料和无机材料如陶瓷、玻纤、玻璃珠、碳酸钙等共混的硬化复合层，管端连接法兰的内壁是与去除了这层硬化复合层之后的硅烷交联聚乙烯管道外壁或非交联热塑性材料层熔融连接，复合挤出硬化层，使长尺寸的管道施工和施工环境差的、开挖沟的土质坚硬的施工、管道输送的是重要并安全性要求高的介质，该硬化层管有明显的保护作用。

上述的管端法兰中，在硅烷交联聚乙烯管道或其复合管道的外壁包覆了一层发泡塑料制成的保温层，发泡塑料保温层可以是将发泡生产好的材料在施工时包覆其上，也可以在管外壁复合挤出发泡层，发泡层可以是发泡聚乙烯，也可以是聚胺脂。

上述的管端法兰中，管端连接法兰的连续体中有金属构件作为增强体，金属增强体埋入连续体中，甚至可以预留螺栓连接的通孔，使该管端法兰与其它金属阀门、管件、非标准件连接、或利用卡夹法兰连接有较高的承压、承拉强度，不至于全塑料法兰承受不了高强度的螺栓拉力或压力。

上述的管端连接法兰镶嵌有含连接螺纹的金属嵌件。方便与任何金属连接件连接。

本发明硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰连接管网，该管网的管道是硅烷交联聚乙烯管道，管道的连接是依靠该管的非交联热塑性材料制作的管端法兰熔融对接焊在一起，该非交联热塑性材料制作的管端法兰是硅烷交联聚乙烯管道在未进行水解缩合反应工艺而使管道交联之前利用注塑成型方法或热熔接方法或摩擦旋转熔融方法制作在管道端部并与硅烷交联聚乙烯管道熔融连接为一体。该管网可以方便的利用制作在硅烷交联聚乙烯管道的管端土的非交联热塑性材料制成的管端法兰相互之间熔融对接焊接在一起而形成管网。管网中每一尺寸长度就有一个非交联热塑性连接法兰，加之外壁有复合挤出的热塑性材料可以任意开口熔融连接接管，修补损坏处，可以解决纯硅烷交联聚乙烯连接后，再通热水交联后在使用中若损坏无法更换管道和修补管道的难题，今后若有损坏无法修补，可以切开两个连接法兰的熔融连接处，更换后重新利用这个管端非交联热塑性连接法兰与更换管热熔融连接。

上述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰连接管网，该管网的硅烷交联聚乙烯管道的连接是依靠交联聚乙烯管道在未进行水解缩合反应工艺而使管道交联之前制作在管道管端的非交联热塑性材料制成的管端法兰中镶有的金属螺纹连接件或法兰连接件用螺栓连接成管网的。有金属件和螺纹金属连接件可以与各种管件连接、增加管网功能。

本发明提供了一种硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰及连接管网，该管端连接法兰在硅烷交联聚乙烯管道进行水解缩合反应工艺而使管道交联前，在管端部制作一个非交联热塑性材料的管端连接法兰，该连接法兰的内腔与管道接触面熔融连接在一起，利用这个法兰可以将不能熔融连接的硅烷交联聚乙烯管道连接成管网，并利用此法兰可以对管道进行工程维修和更换，解决了该种管道只能用金属连接件连接的技术难题，扩大了该管的应用领域，该管道耐高温，耐腐蚀，连接可靠，施工方便，便于维护更换。

附图说明：

图1为用注塑机在交联之前管道端头制作的管端法兰结构示意图。

图2为用注塑机在交联之前管道端头制作的有两个热熔融结合面的管端法兰结构示意图。

图3为热塑性塑料法兰高速旋转与交联之前管道的端头外圆锥面和端面摩擦产生热量、使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的管端法兰结构示意图。

图4为热塑性塑料法兰高速旋转与交联之前管道的端头外圆锥面摩擦产生热量、使管道的端头外圆锥面与塑料法兰的圆锥形承插口内表面熔融连接成为永久性连接的管端法兰结构示意图。

图5为在硅烷交联聚乙烯管道外表面复合有热塑性塑料层和表面硬化层的管端法兰结构示意图。

图6为硅烷交联聚乙烯管道外表面带保温层和塑料法兰镶嵌有含连接螺纹的金属嵌件的管端法兰结构示意图。

图7为硅烷三通管件带可螺栓连接的塑料法兰的管端法兰结构示意图。

图8为在硅烷交联聚乙烯管道外表面复合有热塑性塑料层和带金属结构件的管端法兰结构示意图。

图9为本发明将硅烷交联聚乙烯管道用热塑性塑料管端法兰连接成管网的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

图1给出了本发明实施例1结构示意图。本实施例1用注塑机将热塑性塑料法兰2在硅烷交联之前的管道1端头制成管端连接法兰3，塑料法兰2与管道1端头形成热熔融结合面4。管端连接法兰3的端面壁厚大于管道1的壁厚。

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，不同处是塑料法兰2中的台阶面与管道1端头端面同样形成热熔融结合面5。

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2同，不同处是塑料法兰2高速旋转与硅烷交联之前的管道1的端头外圆锥面和端面摩擦产生热量，使管道1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，从而制成本本发明管端连接法兰3，管端连接法兰3中有塑料法兰内圆锥表面与管道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4，有塑料法兰内台阶面与管道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5。

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3同，不同处是塑料法兰2高速旋转与硅烷交联之前的管道1的端头外圆锥面摩擦产生热量，使管道1的端头外圆锥面与塑料法兰的圆锥形承插口内表面熔融连接成为永久性连接，从而制成本本发明管端连接法兰3。

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3同，不同处是在硅烷交联聚乙烯管道1外表面复合有热塑性塑料层6和表面硬化层7。

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3同，不同处是硅烷交联聚乙烯管道外表面带保温层8和塑料法兰2中镶嵌有含连接螺纹的金属嵌件9，可以与其它设备或管道机械连接。

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中的管端连接法兰3是由硅烷三通管件10与带可螺栓连接的塑料法兰2组成，在塑料法兰2中有可以与其它设备或管道连接的带钢骨架11的连接法兰12，连接法兰中有连接孔13。

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7同，不同处是在硅烷交联聚乙烯管道1外表面复合有热塑性塑料层6连接法兰中无连接孔。

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，将硅烷交联聚乙烯管道1用热塑性塑料管端连接法兰3连接成管网14，管端连接法兰3之间形成热熔融结合面15，在管道损坏需要更换时，从热熔融结合面15处切断，换上一根新的带有本发明热塑性塑料管端法兰硅烷交联聚乙烯管，用加热板在15处热熔融连接即可。

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 (10)

1、硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰，其特征在于硅烷交联聚乙烯管道在未进行水解缩合反应工艺而使管道在交联之前，在该管道端部利用注塑成型方法或热熔方法或摩擦旋转熔融方法制作一个非交联热塑性材料的管端连接法兰，管端连接法兰的内腔与硅烷交联聚乙烯管道接触面熔融连接在一起，管端连接法兰的端面壁厚大于管的壁厚。

2、如权利要求1所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰，其特征在于硅烷交联聚乙烯管道是复合管，在硅烷交联聚乙烯管的外壁复合挤出了一层非交联的与管端连接法兰材料相同的热塑性材料，管端连接法兰的内腔与该层热塑性材料和管端面的未交联反应的硅烷交联聚乙烯材料熔融连接。

3、如权利要求2所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰，其特征在于管端连接法兰的内壁与硅烷交联聚乙烯管道的外壁熔融连接在一起。

4、如权利要求1-3之一所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰，其特征在于管端连接法兰的内腔有一与硅烷交联聚乙烯管道壁厚相等的凸出的台阶面，台阶面与管道端面熔融连接。

5、如权利要求1-3之一所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰，其特征在于在硅烷交联聚乙烯管道的外壁复合挤出了一层防止划伤的热塑性材料和无机材料共混的硬化复合层，管端连接法兰的内壁是与去除了这层硬化复合层之后的硅烷交联聚乙烯管道外壁或非交联热塑性材料层熔融连接。

6、如权利要求1-3之一所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰，其特征在于在硅烷交联聚乙烯管道外壁包覆了一层发泡塑料制成的保温层。

7、如权利要求1-3之一所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰，其特征在于管端连接法兰的连续体中有金属构件作为增强体。

8、如权利要求1-3之一所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰，其特征在于管端连接法兰镶嵌有含连接螺纹的金属嵌件。

9、如权利要求1-3之一所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰连接管网，其特征在于该管网的管道是硅烷交联聚乙烯管道，管道的连接是依靠该管的非交联热塑性材料制作的管端连接法兰熔融对接焊在一起，该非交联热塑性材料制作的管端连接法兰是硅烷交联聚乙烯管道在未进行水解缩合反应工艺而使管道交联之前利用注塑成型方法或热熔接方法或摩擦旋转熔融方法制作在管道端部并与硅烷交联聚乙烯管道熔融连接为一体，该管网可以方便的利用制作在硅烷交联聚乙烯管道的管端上的非交联热塑性材料制成的管端连接法兰相互之间熔融对接焊接在一起而形成管网。

10、如权利要求1-3之一所述的硅烷交联聚乙烯管道的非交联热塑性管端法兰连接管网，其特征在于该管网的硅烷交联聚乙烯管道的连接是依靠交联聚乙烯管道在未进行水解缩合反应工艺而使管道交联之前制作在管道管端的非交联热塑性材料制成的管端连接法兰中镶有的金属螺纹连接件或法兰连接件用螺栓连接成管网的。