CZ279082B6 - Polyolefin coupling and the use thereof for joining polyolefin tubes - Google Patents

Description

Vynález se týká polyolefinových spojek pro spojování polyolefinových trub a spojování polyolefinových trub těmito spojkami.

Dosavadní stav techniky

Známých spojek se v široké míře používá pro spojování trub až do průměru 355 mm. Takové spojky jsou hrdlového typu a mají vnitřní topné články. Topný článek natavuje vnitřní povrch spojky a protilehlé povrchy trub. Protilehlé povrchy jsou od sebe vzdáleny maximálně 1 až 2 mm v případě menších spojek, avšak rozměr 355 mm vyžaduje hydraulický přípravek na sestavení spojky a trub. V takovém případě je mezera prakticky nulová. Natavené povrchy spolu splynou a vytvoří se svarový spoj mezi každou troubou a spojkou.

Účelem vynálezu je poskytnout spojku, které lze použít speciálně, i když nikoliv výlučně, ke spojování trub velkého průměru, například trub o průměru 500 mm nebo větším.

V americkém patentovém spise číslo 4 775501 /Raychem Corporation/ a v evropském patentovém spise číslo 0 19759 /Raychem Corporation/ se popisuje způsob spojování polyethylenových trúb spojkou, tvořenou zesíťovaným polymerem, obsahujícím částicové vodivé plnidlo. Spojka je roztažena pod její teplotou tavení /120 °C/. K regeneraci pro spojení s troubami se spojka zahřívá vedením elektrického proudu spojkou, až dojde k jejímu smrštění na spojované trouby. Spojka a trouby se spojují tavným spojem. Ve dvou příkladech se uvádějí polyethylenové trouby o vnějším průměru 21 mm. Spojka dosahuje své smršťovací teploty ve 30 až 45 sekundách a proud se nechával procházet spojkou ještě po dobu další jedné minuty.

Konce trubek vykázaly smrštění a jejich povrchy byly nataveny. Výsledkem je podstatné snížení světlosti trub a trubek.

V jediném příkladu v evropském patentovém spise číslo 0 197759 mají trouby vnější průměr 21,3 mm a tloušťku stěny 2,8 mm. Podmínky ohřevu jsou stejné jako podle amerického patentového spisu číslo 4 775501. V uvedeném evropském patentovém spise nejsou žádné výkresy.

Spojky, uváděné v patentových spisech shora uvedených /Raychem Corporation/ musí být elektricky vodivé a aby se toho dosáhlo, obsahuje materiál uhlíkaté částice v koncentraci, zaručující elektrickou vodivost. Je známo, že tak vysoký obsah uhlíkatých částic může způsobit narušení žádoucích mechanických vlastností základního polymeru.

-1CZ 279082 B6

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu jsou spojky z polymerního materiálu, které nejsou elektricky vodivé. Schopnost smršťovací paměti je aktivována odděleně identifikovatelným zdrojem tepla, například vedením z topného článku, vytvořeného odporovým drátem, nebo radiací optického nebo infračerveného zdroje.

Podle vynálezu sestává spojka ke spojování trub z dutého tělesa s otevřeným koncem z nevodivého zesíťovaného polyolefinu, které bylo radiálně rozšířeno čili expandováno tak, že před zahříváním má spojka první nejmenší vnitřní průměr a po zahřívání má spojka druhý nejmenší vnitřní průměr, který je menší než první nejmenší vnitřní průměr.

Způsob spojování trub z polyolefinového materiálu navzájem podle vynálezu je založen na tom, že se uspořádají k sobě svými konci a spojka se smrští a protilehlý vnitřní povrch spojky a vnější koncové povrchy trub se zahřejí na teplotu svařování, přičemž spojka se zahřeje světelnou nebo infračervenou radiací z prostředků, uspořádaných po obvodě kolem spojky.

Spojka může mít topný článek nebo topné články, jimiž může procházet elektrický proud.

Jestliže se použije spojky tohoto typu, je způsob stejný, jako shora uvedeno, spojka je však zahřívána topnými články.

Provedení podle vynálezu je podrobně objasněno na prakticpříkladech provedení a pomocí připojených obrázků. Na obr. svislý řez horní polovinou spojky podle prvního provedení, trub. Na obr. 2 je zvětšený

1. Na obr. 3 je svislý řez horní polovinou provedeného obr. 4 je svislý řez obr. 5 a 6 je příčný uspořádané kolem dvou 7 je řez, odpovídající znázorňující provedený spoj za použití spojky, znázorněné 5 a 6.

kých 1 je jež obklopuje konce dvou spojovaných řez z obr.

spoje s použitím spojky podle obr. 1. Na horní polovinou modifikované spojky. Na a podéilný řez druhého provedení spojky, trub v poloze jejich Spojování Na obr. obr. 2, na obr.

Následující příklady objasňují vynález na případu spojek z polyethylenu, vynález je však použitelný i pro jiné polyolefiny, například pro polypropylen a pro polybutylen.

Příklady provedení vynálezu

Spojka podle prvního provedení podle vynálezu je zhotovena ze 100 mm dlouhé trouby ze zesíťovaného polyethylenu společnosti Wirsbo Bruks AB, Virsbo, Švédsko, s vnitřním průměrem jen o málo menším než vnější průměr 90 mm trouby z nezesíťovaného polyethylenu, určené ke spojování. Vnější průměr spojky je 110 mm a tloušťka stěny 10 mm. Do vnějšího i vnitřního povrchu je vyříznut šroubovicový závit, aby byly povrchy vroubkované. Stoupání závitu je 2 mm a hloubka vroubku je rovněž 2 mm.

Na vnější povrch je navinut pocínovaný měděný drát s celkovým odporem 2,25 ohm. Ten tvoří topný článek. Článek možno provést různými /neznázorněnými/ způsoby. Například drát může být

-2CZ 279082 B6 navinut ve šroubové drážce na vnější straně velmi tenkého válcového dutého dílu z polyethylenu, takže závity vinutí jsou velmi těsně uspořádány u vnitřního povrchu dílu. Po navinutí článku může být kolem vnějšího povrchu dílu vytvořen vstřikováním vnější plášť. Tento způsob zhotovování spojek je popsán v britském patentovém spise číslo 2 090558 B.

Podle jiného provedení je topný článek ve šroubové drážce, vyříznuté do vnitřního povrchu úseku trouby. Vnější povrch není závitem opatřen. Při dalším způsobu provedení, který je zvlášť vhodný, pokud jde o tlustší spojky, je použito dvou topných článků, navinutých jak na vnějším, tak na vnitřním povrchu spojky.

Úsek trouby se dále roztáhne /expanduje/ k vytvoření spojky. K tomu se používá například hydraulicky ovládaného expandéru typu, dodávaného společností Pípě Equipment Limited, tak, aby vůle mezi vnitřním nejmenším průměrem trouby a vnějším povrchem polyethylenových trub, určených ke spojováni, byla 2 až 3 mm. Rozšíření čili expanze se může provádět za teploty okolí nebo za zvýšené teploty přibližně až do 120 °C. Po rozšíření za zvýšené teploty se spojka rychle ochladí například ve vodě. Alternativně může být spojka rozšířena například použitím expandéru typu, dodávaného společností Jointkit Limited.

Na obr. 1 a 2 je spojka 10, sestavená se dvěma polyethylenovými troubami 12, 14, uspořádanými konci k sobě k jejich vzájemnému spojení. Šroubový vnější závit 16 nese topný článek 18, navinutý na vroubkovaném vnějším povrchu. Vnitřní závit 20 je také znázorněn s mezerou 22 mezi vnitřním nejmenším průměrem spojky a vnějším povrchem trouby 14,. K aktivaci topného článku 18 se používá elektrického proudu ze zdroje o napětí 40 V. Používá se časových impulsů a teplota vnějšího povrchu jedné z trub 12, 14 je sledována termočlánky. Pulsování brání překročení vnější teploty spojky nad 260 °C. Vnější povrch trouby trvale vzrůstá a když se dosáhne 140 °C, proud se vypne. Po vychladnutí se spojka a trouby rozřežou za účelem vyzkoušení stavu svařovaného spoje.

Trouby 12, 14, spojené spojkou 10, .-se podrobují zkoušce za podmínek zkoušky při 80 °C. To znamená, že vnitřně působí hydrostatický tlak k vyvození napětí ve stěně trouby 4 MPa, přičemž sestava je ponořena ve vodě, udržované na teplotě 80 °C. Pro troubu SDR11 je tento hydrostatický tlak 0,8 MPa. V současné době prodělává sestava 650 hodin zkušebních podmínek bez úniku. Celá zkouška byla úspěšně ukončena po 1000 hodinách bez úniku.

Jak patrno z obr. 3, smrští se spojka 10 na troubě 12, 14 úplně, takže se vymezí původní vůle 22 a vroubkovaný vnitřní povrch spojky 10 vnikne do původních vnějších povrchů trub 12, 14, čímž mechanicky utěsní spojované povrchy, v místech 24., 26., 28 a 30 je patrno určité napěchování stěn trub 12, 14.

Před svařením se povrchy trub neupravují, takže původní vnější povrchy nesou původní oxidovanou vrstvu. Spojka 10 úspěšně touto oxidovanou vrstvou proniká v průběhu vytváření tavného svarového spoje.

-3CZ 279082 B6

Při modifikaci mohou být vroubky na vnitřním povrchu vypuštěny a konce trubek musí být potom obvyklým způsobem očištěny dříve, než jsou vytvářeny svarové spoje mezi protilehlými válcovými povrchy trub a spojky.

Na obr. 4 je modifikovaný tvar spojky 10. Podle tohoto provedení je kromě topného článku 18, navinutého na vnějším povrchu, druhý topný článek, navinutý na vnitřním povrchu a držený v poloze vnitřními zoubky 20 vnitřního závitu. Tohoto druhého topného článku 32 se používá tehdy, když tloušťka spojky by jinak vyžadovala nadměrné teplotní gradienty ve stěně spojky a dlouhodobý ohřev, než by došlo k prohřátí vnitřního povrchu na teplotu svařování.

Λ

Ohřevem stěny z obou stran je spojka vystavena rychlejšímu ohřevu a rychleji získá svařovací teplotu na vnitřním povrchu.U spojky o průměru 500 mm, kde je například standardní rozměrový poměr 17, je tloušťka stěny přibližně 30 mm a u SDR11 je tloušťka stěny přibližně 46 mm. U spojek jakéhokoliv rozměru o tloušťce řekněme 30 mm a větší je výhodné použití dvou topných článků.

Podle další neznázorněné modifikace může mít spojka pouze jeden topný článek, uspořádaný podobně jako právě popsaný topný článek 32.

Provedení spojky 40, znázorněné na obr. 5 až 7, je podobné jako v případě spojky 10 s tou výjimkou, že šroubová drážka je vyříznuta do vnějšího povrchu bez aplikace topného článku na povrchu.

U trub 12, 14, sestavených se spojkou 40 podle obr. 5 a 6, je spojka 40 zahřívána radiací osmi 150 W lamp 42, zabudovaných v reflektorech.

Teplota spojky a teplota vnějšího povrchu trouby se sledují podobně, jako shora uvedeno. Při vypnutí lamp teplota vnějšího povrchu trouby je trvale 140 °C. Spojka 40 se stane opticky čirou, jakmile dosáhne své vlastní teploty tavení, což umožní lepší pronikání světla k povrchům trub a-přestup tepla zářením je účinnější. Na obr. 7 je dokončený spoj mezi dvěma troubami 12 a 14. Popsané obr. nejsou v měřítku. Zesíťovaný polyethylen má vlastnost dosahování rozmezí teploty tavení krystalů polyethylenu bez tečení. Jeho molekulární struktura je trojrozměrnou sítí, která určuje chování kaučukovité látky nad teplotu jejího tavení. V této fázi se vytvářejí svarové spoje s nezesilovaným povrchem polyethylenu.

Expanze zesíťované spojky propůjčuje spojce charakteristiku smršťování teplem, která může zlepšovat kvalitu svarových spojů tím, že je vynechána nutnost oškrabání povrchu trub před tavením. Taková úprava povrchu je důležitou, avšak časově náročnou operací při běžném elektrickém tavení. Tepelně smrštěná spojka ze zesilovaného polyolefinu má vroubkovaný vnitřní povrch, který nataví povrch trouby a pronikne oxidovanou vnější slupkou trouby a vytvoří svarový spoj s materiálem, ležícím pod touto slupkou.

Vynález je použitelný pro spojky větších rozměrů, například pro spojky o průměru 500 mm a pro větší spojky. Takové spojky by

-4CZ 279082 B6 mohly být z běžné polyethylenové trouby, která se ozáří paprsky gama k dosažení vhodné míry zesíťování. Alternativně se mohou spojky speciálně lisovat použitím polyethylenu, vhodného k lisování a zesilovány chemicky /například ve formě/ k získání konečné zesítěné spojky.

Ohřevu se dosahuje pomocí elektrických topných článků nebo pomocí lamp nebo infračervených ohřívačů. Zkrácení doby ohřevu se dá dosáhnout předehřátím spojky /například na 100 °C/ zapnutím topného článku nebo topných článků nebo zahřátím spojky v peci, například před nasazením na trouby.

Průmyslová využitelnost

Polyolefinová spojka vhodná pro spojování polyolefinových trub.

Claims (5)

1. Polyolefinová spojka pro spojování trub, vyznačuj ící se tím, že sestává z dutého tělesa s otevřeným koncem z nevodivého zesilovaného polyolefinového materiálu, který je radiálně expandován, přičemž před ohřátím má spojka nejmenší vnitřní průměr a po ohřátí má druhý nejmenší vnitřní průměr, menší než první nejmenší průměr.

2. Polyolefinová spojka pro spojování trub podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní povrch tělesa je vroubkovaný.

3. Polyolefinová spojka pro spojování trub podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že má topný článek nebo topné články k elektrickému ohřevu.

4. Polyolefinová spojka pro spojování trub podle nároku 3, vyznačující se tím, že topný článek je ve šroubové drážce ve vnitřním povrchu spojky.

5. Polyolefinová spojka pro spojování trub podle nároku 3, vyznačující se tím, že má dva topné články, jeden ve šroubové drážce na vnějším povrchu a druhý ve šroubové drážce na vnitřním povrchu.