KR20010034352A - 2개의 강화 열가소성 튜브 접합 방법 - Google Patents

2개의 강화 열가소성 튜브 접합 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동일한 직경을 갖는 2개의 강화 열가소성 소재 튜브(18A, 18B)를 접합하는 방법에 관한 것이다. 먼저 상기 두 튜브(18A, 18B)의 단부(24, 26)가 외주 용접부(28)를 따라 맞대기 단접되고(butt welded)된다. 상기 용접부(28)가 형성된 후, 보강 열가소성 소재의 외측 재킷(outer jacket; 30)은 상기 두 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션에 걸치는 상기 용접부(28)의 양쪽으로 연장하며 상기 외주 용접부(28)의 길이 대부분에 걸쳐 끼워진다. 상기 외측 재킷(30)은 상기 외측 재킷(30)과 상기 두 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션이 상호 침투(interpenetrate)될 때까지 반경방향으로 가열되고 가압된다.

Description

2개의 강화 열가소성 튜브 접합 방법 {METHOD FOR CONNECTING TWO REINFORCED THERMOPLASTIC TUBES}
도시 내의 유체 수송용 파이프는 대략 80 내지 200 mm의 소구경 튜브로 만들어진다. 상기 튜브는 흔히 강화 열가소성 소재로 만들어진다.
상기 파이프의 연속성을 보장하기 위해, 이러한 강화 열가소성 소재 튜브의 양단부는 설치 현장에서 항상 밀봉되도록 접합되어야 한다.
상기 파이프가 상기 접합 영역 및 상기 튜브의 주 부분에서 외부 응력에 대하여 동일한 저항력을 갖는 것을 보장하기 위해 2개의 튜브 단부의 접속에 금속 커넥터를 사용하는 것이 당업자들에게 공지되어 있다.
이러한 금속 커넥터는 축방향 부하에 대하여 취약하고, 상기 접속의 효과적인 체결을 보장하지 못한다. 상기 파이프가 압력을 받는 경우 튜브 단부는 상기 커넥터로부터 자주 분리된다.
본 발명은 동일한 직경을 갖는 2개의 강화 열가소성 소재의 튜브를 접합하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 강화 열가소성 소재 튜브의 단면도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 접합 방법의 제1 단계를 도시하는 2개의 접합될 튜브에 대한 개략적인 종단면도.
도 4는 상기 두 튜브의 용접 영역을 확대한 개략적인 종단면도.
도 5, 도 6, 및 도 7은 본 발명의 접합 방법의 최종 단계를 도시하는 2개의 용접된 튜브에 대한 개략적인 종단면도.
본 발명의 목적은 사용하기 간단하고 상기 접속 영역에서 상기 파이프의 만족스러운 강도 및 효과적인 체결을 보장하며 축방향 부하로 인한 임의의 분리를 방지하는 2개의 강화 열가소성 소재 튜브를 접합하는 방법을 제안하는 것이다.
상기 목적의 달성을 위해, 본 발명은 동일한 직경을 갖는 2개의 강화 열가소성 소재 튜브를 접합하는 방법으로 구성되며, 먼저 상기 두 튜브의 단부가 외주 용접부를 따라 맞대기 단접되고(butt welded), 상기 용접부가 형성된 후, 보강 열가소성 소재의 외측 재킷(outer jacket)은 상기 두 튜브의 단부 섹션에 걸치는 상기 용접부의 양쪽으로 연장하며 상기 외주 용접부의 길이 대부분에 걸쳐 끼워지는 특징을 가지며, 상기 외측 재킷은 상기 외측 재킷과 상기 두 튜브의 단부 섹션이 상호 침투될 때까지 반경방향으로 가열되고 가압되는 특징을 갖는다.
본 방법의 상세한 실시예는 하나 이상의 다음 특징을 갖는다:
- 상기 외측 재킷에는 상기 두 튜브와 상기 외측 재킷을 보강하는 강화 기구가 상기 외측 재킷과 상기 두 튜브의 단부 섹션이 상호 침투되도록 접촉될 때까지 반경방향으로 압력이 가해지고;
- 상기 외측 재킷은 상기 튜브의 단부 섹션을 감싸는 폐쇄된 외형을 형성하는 튜브형 실린더를 포함하고;
- 상기 외측 재킷은 상기 튜브의 단부 섹션을 감싸며 종방향으로 갈라진 실린더를 포함하고;
- 상기 실린더의 원주 길이는 상기 실린더가 상기 재킷과 상기 두 튜브의 단부 섹션이 상호 침투된 후 상기 두 튜브의 둘레에 폐쇄된 외형을 형성하도록 되고;
- 상기 외측 재킷은 연속의 유리 섬유 및 연속의 유기 열가소성 소재 섬유―여기서 상기 섬유들은 직포(web)를 형성하도록 적용됨―를 포함하는 복합사(composite threads)를 포함하고;
- 상기 유기 열가소성 소재는 폴리에틸렌이고;
- 상기 연속의 유리 섬유 및 연속의 유기 열가소성 소재 섬유로 된 복합사는 십자형(criss-cross)으로 감기고;
- 상기 복합사는 나선형으로 감겨서 상기 외측 재킷 축과 대체로 +55° 또는 -55°의 각도를 형성하고;
- 상기 복합사는 상기 외측 재킷의 축과 대체로 0° 및 90°의 각도를 형성하고;
- 상기 연속의 유리 섬유 및 상기 연속의 유기 열가소성 소재 섬유는 직포(woven)이고;
- 상기 외측 재킷의 축방향 길이는 상기 접합될 튜브 직경의 0.5배 내지 3배의 범위이고;
- 상기 튜브의 두 단부는 충전재 없는 맞대기 단접, 구체적으로 거울대칭 용접되며;
- 최종적으로 상기 외측 재킷의 전체 표면 전체에는 보호 슬리브가 끼워진다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조한 하기의 실시예에 의해 보다 잘 이해될 것이다.
도 1에 도시되는 유체 이송용 튜브는 예를 들어 180 mm의 내경을 갖는다. 상기 튜브는 강화 열가소성 소재로 만들어진 복합 튜브이다.
상기 튜브는 압출된 고밀도 폴리에틸렌 내부 층(12)을 갖는다. 상기 내부 층의 두께는 예를 들어 8 mm이다. 내부 층(12)은 연속의 유리 섬유 및 고밀도 폴리에틸렌과 같은 연속의 열가소성 유기 소재 섬유로 형성된 보강 층(14)에 의해 덮이며, 상기 보강 층은 내부 층(12)을 구성하는 것과 동등한 품질이 될 수 있다.
상기 보강 층을 형성하기 위해, 상기 연속의 유리 섬유 및 상기 연속의 유기 열가소성 소재 섬유가 결합되어 연속의 복합사를 형성하며, 상기 2가지 유형의 섬유는 긴밀하게 결합된다. 이러한 복합사는 유럽특허 EP-0.367.661, 국제특허 WO-98/01751, 또는 유럽특허 EP-0.599.695에 기술된 방법에 의해 제조된다. 상기 복합사는 십자 형태인 나선형으로 감긴다. 상기 튜브의 종방향에 대하여, 상기 복합사는 상기 튜브의 모선(generatrix)에 대하여 ±55°의 각도, 또는 0°와 90°의 각도로 교차한다. 이러한 방식으로 감긴 상기 복합사는 상기 유기 열가소성 소재 섬유의 융점보다 높은 온도로 가열됨으로써 접착되어 공백 비율(voids ratio)이 체적으로 0.5% 이하, 바람직하게는 0.2% 이하가 되는 연속적인 층을 형성하게 되어 유리하다.
연속적인 유리 섬유(14A)는 유기 열가소성 소재(14B) 내에 파묻힌다. 상기 십자형 연속의 유리 섬유는 상기 튜브를 구성하는 소재를 보강한다. 보강 층(14)의 전체 두께는 예를 들어 2 mm이다.
상기 튜브의 외부 면은 내부 층(12)을 구성하는 상기 폴리에틸렌과 동등한 품질이 될 수 있는 고밀도 폴리에틸렌으로 된 외부 층(16)에 의해 경계지어진다. 외부 층(16)은 공압출되고(co-extruded), 얇으며, 예를 들어 두께가 2 mm이다.
도 2는 도 1에 도시되는 유형의 튜브(18A, 18B)의 두 단면을 도시한다. 이들 튜브는 본 발명의 접속 방법을 사용하여 접합된다.
이를 위해, 두 튜브(18A, 18B)의 단부는 상기 두 튜브의 공통 축 상에 서로 대면하여 놓인다.
상기 튜브들의 단부는 먼저 충전재 없이 맞대기 압접된다. 상기 용접은 상기 거울대칭 용접 공정에 의해 바람직하게 행해진다.
이를 위해, 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 두 튜브의 축과 평행한 축(22)을 갖는 회전 디스크(20)가 상기 튜브의 환형 단부면(24, 26) 사이에 놓인다. 단부면(24, 26)은 축(22)을 중심으로 회전되는 디스크(20)의 반대면에 서로 접촉되어 유지된다. 디스크(20)는 상기 튜브의 단부면을 연성이 되기에 충분한 온도로 가열하여 융착될 수 있는 상태로 만든다.
그 후, 디스크(20)는 제거되고, 튜브(18A, 18B)의 두 단부는 서로를 향해 이동하여 축상으로 서로에 대하여 가압된다. 그리고 나서 냉각된다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 두 튜브(18A, 18B)의 내부 층(12), 중간 층(14), 및 외부 층(16) 각각은 외주 용접부(28)를 따라 서로 용접된다. 용접부(28) 영역에서, 상기 튜브는 상기 튜브의 두 연질의 단부가 서로 눌려짐에 따라 생기는 외측 비드(external bead; 28A) 및 내측 비드(28B)를 갖는다.
도 4는 상기 방법으로 얻어진 용접부를 개략적으로 도시한다.
상기 용접부를 검사한 결과, 상기 접합부는 밀봉되었으며, 보강 층(14) 내에 포함된 상기 유리 섬유는 임의의 유체용 통로를 형성하지 않은 채 상기 고밀도 폴리에틸렌 내에 묻혀있는 것을 알 수 있었다. 특히, 보강 층(14)의 단부는 구부러지고 중첩되었다. 그러나, 이들은 용접부에서 얇은 외부 층(16)으로부터 돌출되지 않는다.
용접부(28)가 형성된 후, 도 5에 도시되는 바와 같이, 보강 열가소성 소재로 만들어진 보강 외측 재킷(30)이 용접부(28) 둘레에 끼워진다. 보강 외측 재킷(30)의 축방향 길이는 접합된 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션에 걸쳐서 용접부(28)의 양쪽으로 돌출하기에 충분하다.
외측 재킷(30)은 상기 두 튜브의 단부 섹션을 감싸며 종방향으로 갈라진 실린더로서 형성된다. 외측 재킷(30)의 축방향 길이는 상기 접합될 튜브 외경의 0.5배 내지 3배의 범위 내에 있다.
실린더(30)는 내측에 연속의 유리 섬유(30A) 및 고밀도 폴리에틸렌과 같은 연속의 유기 열가소성 소재의 섬유(30B)로 형성된 복합사를 포함한다. 상기 복합사는 결합되어 직포를 형성한다.
상기 접속 방법의 제1 실시예에서, 상기 연속의 유리 섬유 및 상기 연속의 유기 열가소성 소재 섬유를 포함하는 실린더(30) 내의 상기 복합사는 십자 형태의 나선형으로 감긴다. 상기 복합사는 실린더(30)의 축에 대하여 예를 들어 50° 내지 55°범위의 각도로 상호 교차한다. 상기 복합사는 상기 실린더 축에 대하여 0° 내지 90°의 각도로 교차하는 것이 바람직하다. 이것은 상기 실린더가 끼워진 후 축방향 보강의 강화를 보장한다. 그러므로, 외측 재킷(30)의 구성은 가열되기 전의 튜브(18A, 18B)의 보강 층(14)의 구성과 일치한다.
대안적으로, 상기 복합사는 직포일 수 있다.
상기 복합사는 각각 800가닥의 유리 섬유 및 800가닥의 폴리에틸렌 섬유가 서로 조밀하게 섞이도록 형성되는 것이 바람직하다. 60%의 유리 섬유 및 40%의 폴리에틸렌 섬유를 함유한 TEINTEX 복합사가 VETROTEX사에 의해 판매된다.
재킷(30)을 부착하기 위해, 상기 재킷의 외부 표면에는 2개의 가열용 반쪽 셸(32, 34)이 적용된다. 이들은 외측 재킷(30)을 가열하고 용접부(28) 및 접합된 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션 상에 반경방향으로 가압하도록 설계된다. 1 bar의 압력을 가하는 것이 최상의 결과를 가져온다.
가열용 반쪽 셸(32, 34)은 상기 외측 재킷을 화살표(F) 방향의 반경방향으로 가압하며, 동시에 유기 열가소성 소재 섬유(30B)의 융점보다 높은 온도로 가열한다. 이러한 작용은 도 6에 도시되는 바와 같이, 외측 재킷(30)과 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션이 상호 침투할 때까지 유지된다. 상기 반경방향 가압 및 가열은 섬유(30B)가 용융되어 외측 재킷(30)의 보강 섬유를 형성하는 유리 섬유(30A, 14A)와 중간 층(16)이 서로 접촉될 때까지 수행된다.
용융된 후, 섬유(30B)는 유리 섬유(30A)가 코팅되거나 파묻힌 응집된 소재(30C)를 형성한다.
상기 가열용 셸이 제거되고 냉각된 후, 접합된 튜브(18A, 18B)의 유리 섬유(30A)는 상기 접합 부분에서 연속인 상태로 되어 상기 파이프를 축방향과 원주방향으로 보강한다.
외측 재킷(30)을 형성하는 상기 실린더의 원주 길이는, 상기 두 튜브의 단부 섹션이 상호 침투된 후, 상기 실린더의 서로 대면하는 종방향 단부가 서로 이웃하거나 부분적으로 겹쳐져서 외측 재킷(30A)이 원주상으로 연속되도록 선택되는 것이 바람직하다.
흙에 의한 물리적 침해 및 화학적 침해로부터 상기 접합 부분, 구체적으로는 재킷(30)의 전체 외부 표면을 보호하기 위해, 외측 재킷(30)의 전체 표면에는 보호 슬리브(36; 도 7 참조)가 끼워진다. 보호 슬리브(36)는 고밀도 폴리에틸렌과 같은 열수축 소재이고, 내부 층(12)과 동등한 품질이 될 수 있다.
외측 재킷(30)은 용접부(28)가 냉각되기 전에 상기 접합된 튜브의 용접된 단부 섹션 상에 끼워져서 반경방향으로 가압되는 것이 바람직하다.
외측 재킷(30)은 실온에서 끼워지며, 상기 두 튜브의 접합 부분 상에 반경방향으로 가압되므로 동시에 가열된다.
대안적으로, 외측 재킷(30)은 상기 튜브로부터 떨어져서 가열되고, 상기 2개의 반쪽 셸에 의해 가압되었을 때 반경방향으로 수축될 수 있는 온도에서 상기 튜브 둘레에 끼워진다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 외측 재킷을 형성하는 실린더는 끼워지기 전에 폐쇄된 형상을 갖는 튜브이다.
상술된 방법에 의해, 상기 두 튜브 사이의 접합은 보강을 제공하는 상기 유리 섬유가 상기 접합부에서 연속인 상태가 되므로, 상기 튜브의 주 부분과 동일한 강도를 확실히 갖는다.

Claims (14)

  1. 동일한 직경을 갖는 2개의 강화 열가소성 소재 튜브(18A, 18B)를 접합하는 방법에 있어서,
    먼저 상기 두 튜브(18A, 18B)의 단부(24, 26)가 외주 용접부(28)를 따라 맞대기 단접되고(butt welded), 상기 용접부(28)가 형성된 후, 보강 열가소성 소재의 외측 재킷(outer jacket; 30)은 상기 두 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션에 걸치는 상기 용접부(28)의 양쪽으로 연장하며 상기 외주 용접부(28)의 길이 대부분에 걸쳐 끼워지며,
    상기 외측 재킷(30)은 상기 외측 재킷(30)과 상기 두 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션이 상호 침투(interpenetrate)될 때까지 반경방향으로 가열되고 가압되는
    접합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외측 재킷(30)에는 상기 두 튜브(18A, 18B)와 상기 외측 재킷(30)을 보강하는 강화 구조(14A, 30A)가 상기 외측 재킷(30)과 상기 두 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션이 상호 침투되도록 접촉될 때까지 반경방향으로 압력이 가해지는 접합 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외측 재킷(30)은 상기 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션을 감싸는 폐쇄된 외형을 형성하는 튜브형 실린더를 포함하는 접합 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외측 재킷(30)은 상기 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션을 감싸며 종방향으로 갈라진 실린더를 포함하는 접합 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실린더(30)의 원주 길이는 상기 실린더(30)가 상기 재킷(30)과 상기 두 튜브(18A, 18B)의 단부 섹션이 상호 침투된 후 상기 두 튜브(18A, 18B)의 둘레에 폐쇄된 외형을 형성하도록 되는 접합 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 재킷(30)은 연속의 유리 섬유(30A) 및 연속의 유기 열가소성 소재 섬유(30B)―여기서 상기 섬유들은 직포(web)를 형성하도록 적용됨―를 포함하는 복합사(composite threads)를 포함하는 접합 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기 열가소성 소재가 폴리에틸렌인 접합 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 연속의 유리 섬유(30A) 및 연속의 유기 열가소성 소재 섬유(30B)로 된 복합사가 십자형(criss-cross)으로 감기는 접합 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복합사는 나선형으로 감겨서 상기 외측 재킷(30) 축과 대체로 +55° 또는 -55°의 각도를 형성하는 접합 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복합사는 상기 외측 재킷(30)의 축과 대체로 0° 및 90°의 각도를 형성하는 접합 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 연속의 유리 섬유(30A) 및 상기 연속의 유기 열가소성 소재 섬유(30B)가 직포(woven)인 접합 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 재킷(30)의 축방향 길이는 상기 접합될 튜브(18A, 18B) 직경의 0.5배 내지 3배의 범위 내에 있는 접합 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브(18A, 18B)의 두 단부는 충전재 없는 맞대기 단접, 구체적으로 거울대칭 용접되는 접합 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    최종적으로 상기 외측 재킷(30)의 전체 표면 전체에는 보호 슬리브가 끼워지는 접합 방법.
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