PL169277B1 - tworzyw sztucznych PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób formowania polaczenia zgrzewane- go pomiedzy pustymi wewnatrz czlonami z tworzyw sztucznych, w którym ustawia sie dwa czlony tak, ze czesci ich powierzchni sa wzgledem siebie przeciw- legle i oddalone od siebie, nastepnie do zakonczenia zewnetrznego czlonu wklada sie czesc koncowa we- wnetrznego czlonu uprzednio obkurczona, tak ze przed ogrzewaniem ta czesc koncowa wewnetrznego czlonu ma srednice zewnetrzna, która jest mniejsza niz poczatkowa wewnetrzna srednica przelotowego otworu czlonu zewnetrznego, po czym do czesci kon- cowej wewnetrznego czlonu wklada sie zródlo pro- mieniowania elektromagnetycznego i ogrzewa sie na wskros te czesc koncowa za pomoca tego zródla, znamienny tym, ze jako zewnetrzny czlon (14, 30) stosuje sie czlon wykonany z nieusieciowanego mate- rialu poliolefinowego, a jako wewnetrzny czlon (10, 12, 40) stosuje sie czlon wykonany z cieplnie odtwa- rzalnego, usieciowanego materialu poliolefinowego, przy czym ogrzewanie prowadzi sie do uzyskania blisko obrzezy przelotowego otworu (32) temperatury przekraczajacej temperature topnienia danego mate- rialu poliolefinowego. F IG . 4 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania połączenia zgrzewanego pomiędzy pustymi wewnątrz członami z tworzyw sztucznych.

Z opisu patentowego St. Zjednoczonych nr 3 953 059 jest znany sposób wykonywania połączenia rury z polietylenu o dużej gęstości ze ścianą drugiej rury, także wykonanej z polietylenu o dużej gęstości. Poprzez ścianę drugiej rury wykonuje się otwór, który ma mniejszą średnicę niż średnica pierwszej rury. Połączeniowy koniec pierwszej rury jest rozszerzany na zewnątrz w wylotu. Następnie ten sam koniec poddaje się kuciu profilowemu na zimno matrycą kształtową, aby zmniejszyć średnicę końca rury.

Następnie koniec rury polietylenowej o zmniejszonej średnicy przesuwa się poprzez otwór w drugiej rurze pod działaniem siły popychającej, po czym kuty na zimno koniec pierwszej rury odbudowuje się dzięki jego pamięci mechniczniej, tak aby otrzymywać pierwotną średnicę pierwszej rury, przez co osiąga się mocne pasowanie wewnątrz otworu w ścianie drugiej rury. Na uzyskane w ten sposób połączenie stosuje się szczeliwo lub spoiwo wokół pierwszej rury. Rury łączone sposobem według powyższego opisu patentowego nr 3 953 059 nie są połączone złączem zgrzewanym. Sposób ten jest przydatny do łączenia rur ściekowych, jednakże nie nadaje się do wykonywania połączeń zgrzewanych, przystosowanych do wodnych lub gazowych instalacji rurowych.

169 277

Z opisu patentowego St. Zjednoczonych nr 4 036 514 jest znany sposób łączenia rur z poliolefinowych tworzyw sztucznych, w którym do otworu pierwszej rury wkłada się końcową część drugiej rury z tworzywa cieplnie odtwarzalnego, uprzednio mechanicznie uformowaną tak, aby jej średnica zewnętrzna była mniejsza od średnicy otworu w pierwszej rurze, a następnie do końcowej części wewnętrznej rury wkłada się źródło promieniowania elektromagnetycznego i ogrzewa się tę część końcową na wskroś za pomocą tego źródła.

Jednakże połączenia rur, otrzymywane tym sposobem, są jedynie mechaniczne, przez co sposób według tego rozwiązania nie nadaje się do łączenia rur prowadzących gaz.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania połączenia zgrzewanego pomiędzy rurowymi członami z tworzyw sztucznych, który umożliwi szczelne łączenie rur z tworzyw sztucznych, na przykład rur prowadzących gaz lub wodę.

Sposób wytwarzania połączenia zgrzewanego pomiędzy pustymi wewnątrz członami z tworzyw sztucznych, w którym ustawia się dwa człony tak, że części ich powierzchni są względem siebie przeciwległe i oddalone od siebie, następnie do zakończenia zewnętrznego członu wkłada się część końcową wewnętrznego członu uprzednio obkurczoną tak, że przed ogrzewaniem ta część końcowa wewnętrznego członu ma średnicę zewnętrzną, która jest mniejsza niż początkowa wewnętrzna średnica przelotowego otworu członu zewnętrznego, po czym do części końcowej wewnętrznego członu wkłada się źródło promieniowania elektromagnetycznego i ogrzewa się nas wskroś tę część końcową za pomocą tego źródła, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako zewnętrzny człon stosuje się człon wykonany z nieusieciowanego materiału poliolefinowego, a jako wewnętrzny człon wykonany z cieplnie odtwarzalnego, usieciowanego materiału polilefinowego, przy czym wspomniane ogrzewanie prowadzi się do uzyskania blisko obrzeży wspomnianego przelotowego otworu temperatury przekraczającej temperaturę topnienia danego materiału poliolefinowego.

W sposobie według wynalazku korzystnie stosuje się wewnętrzny i zewnętrzny człon w postaci rury o przekroju kolistym.

. ,.·· Ponadto korzystnie stosuje się wewnętrzny człon, wytworzony z usieciowanego polietylenu, który przed ogrzaniem ma wygląd nieprzezroczysty, a po ogrzaniu przezroczysty, i zewnętrzny człon zawierający pigment.

Jako źródło promieniowania stosuje się źródło światła lub promieniowania podczerwonego, zwłaszcza żarówkę.

Sposób według wynalazku ma zastosowanie do szczelnego łączenia rur wykonanych z polietylenu i innych poliolefin, takich jak polipropylen i polibutylen, a zwłaszcza do formowania zgrzewanego połączenia między pustymi wewnątrz członami, przy czym jeden z tych członów jest wykonany z materiału usieciowanego.

Istotną właściwością materiału usieciowanego jest to, że po osiągnięciu takiej temperatury, która mieści się w normalnym zakresie temperatury topnienia, na przykład dla polietylenu, nabiera on właściwości gumy, lecz nadal zachowuje stan stały. Dzieje się tak dlatego, że krystaliczna struktura polietylenu rozpada się, lecz nadal pozostaje trójwymiarowe usieciowanie polimerowe dzięki obecności cząsteczkowych wiązań poprzecznych.

Innym dodatkowym skutkiem takiego zachowania w rodzaju topienia polietylenu usieciowanego jest to, że ulegają zmianie jego właściwości optyczne.

Niebarwiony usieciowany polietylen ma wygląd mleczno-biały z powodu rozpraszania światła przez struktury krystalitu wewnątrz tego materiału. Przy temperaturze w przybliżeniu 130°C te krystality ulegają zawaleniu lub opadnięciu, a podstawowa struktura polimerowa przekształca się w bezpostaciową fazę materiału roztopionego. W tym stanie materiał ten jest przejrzysty jak szkło.

Obserwacja tej zmiany charakteru optycznego przyczyniła się do pomysłu wykorzystania energii promieniowania jako środka zgrzewającego polietylen usieciowany z materiałem nieusieciowanym. Takie zgrzeiny zasadniczo powstają wówczas, gdy powierzchnie tych dwóch materiałów zostają wzajemnie zetknięte przy temperaturze, która przekracza temperatury topnienia krystalicznego. Aby tworzyć zgrzeiny pomiędzy polietylenem usieciowanym, podlegającym zmianom odkształceniowym, takim jak kurczenie, dla formowania połączeń, trzeba nagrzewać

169 277 na wskroś całą objętość tego materiału, tak aby dana masa materiału miała temperaturę, która przekracza zakres temperatury topnienia krystalicznego.

Potrzeba nagrzewania na wskroś całej ściany członu usieciowanego wymaga doprowadzenia znacznej ilości ciepła stanowi proces powolny, gdy jest przeprowadzany za pomocą konwencjonalnego elektrycznego drutu oporowego, ponieważ materiał tworzywa sztucznego jest złym przewodnikiem ciepła.

Ponadto, aby spowodować przepływ energii cieplnej poprzez ścianę przez przewodzenie, potrzebny jest znaczny gradient temperatury. Na przykład, aby zwiększyć temperaturę wewnętrznej ściany do 140°C, dla utworzenia zgrzein, jest potrzebne utrzymywanie zewnętrznej powierzchni w temperaturze o wartości przekraczającej 250°C, przy której może występować degradacja. Pomysł wykorzystania energii promieniowania dla jednoczesnego powodowania nagrzewania na wskroś i zgrzewania powierzchni pośrednich pozwala rozwiązać te problemy. Polietylen usieciowany pochłania promieniowanie elektromagnetyczne przy częstotliwościach podczerwieni i widma widzialnego dopóki nie ulegnie stopieniu, a gdy staje się przezroczysty, wówczas przechodzi większa ilość promieniowania. Jeśli powierzchnia, z którą ma być zgrzany dany człon, sama jest ubarwiona, to wystąpi zwiększone pochłanianie energii w warstwie pośredniczącej. Główne zalety tego pomysłu to: krótszy czas przenikania ciepła, wzrost temperatury powierzchni zewnętrznej nie jest nadmierny, zaś całkowita pochłaniana energia dla danej temperatury zgrzewania jest mniejsza, przez co są mniejsze wymagania odnośnie chłodzenia. Główną praktyczną zaletą jest możliwość stosowania wyposażenia do prowadzenia procesu zgrzewania, które jest proste i odporne na ukształtowania.

Sposób według wynalazku umożliwia zatem szczelne zgrzewanie członów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza rur gazowych i wodnych w rozmaitych instalacjach gazowych i wodnych, które można przeprowadzać za pomocą stosunkowo nieskomplikowanego i niekosztownego wyposażenia, bez potrzeby obróbki wstępnej polegającej na usuwaniu tlenkowej powierzchni zewnętrznej łączonych zakończeń rur.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i fig. 2 przedstawiają, odpowiednio poprzeczny i wzdłużny przekrój przez rury, zbliżone końcami w łączniku w położeniu gotowości do łączenia z łącznikiem, który jest wykonany z materiału usieciowanego i tworzy wspomniany drugi człon, a każda ze wspomnianych rur tworzy wspomniany pierwszy człon, fig. 3 - wzdłużny przekrój poprzez wykonane połączenie między każdą rurą a łącznikiem pokazanym na fig. 1 i fig. 2, fig. 4 - trójwymiarowy widok drugiego przykładu wykonania, pokazujący drugi człon w postaci ciągnionej rury, włożonej do otworu w bocznej ścianie rury, tworzącej pierwszy człon, a fig. 5 i fig. 6 - częściowy widok ciągnionej rury oraz część ściany bocznej odpowiednio przed i po wykonaniu połączenia.

W pierwszym przykładzie stosowania sposobu według wynalazku, pokazanym na fig. 1 -3, dwie rury polietylenowe 10, 12 są ustawione w położeniu zbliżonym do siebie końcami, przy czym ich części końcowe są łączone pustym wewnątrz cylindrycznym łącznikiem 14 wykonanym z polietylenu usieciowanego. Każda z rur 10, 12 stanowi pierwszy człon, a łącznik 14 stanowi drugi człon. Łącznik 14 ma ząbkowaną wewnętrzną powierzchnię i jest wstępnie rozszerzony, aby mógł cieplnie odtworzyć kształt pierwotny. Łącznik 14 ma wewnętrzną średnicę, która jest nieco mniejsza niż zewnętrzna średnica rur 10, 12, wynosząca 90 mm, a po rozszerzeniu ma wewnętrzną średnicę około 92 mm. Zewnętrzna średnica łącznika 14 ma średnicę nominalną wynoszącą 110 mm.

Zastosowano układ ośmiu lamp 20 po 150W dla oświetlenia zewnętrznej powierzchni łącznika 14. Lampy 20 zostały rozmieszczone w jednakowych odstępach kątowych, jak pokazano na fig. 1. W celu kontrolowania wartości temperatury na zewnętrznej powierzchni rury 10 zastosowano termoelementy. Łącznik 14 podlegał nagrzewaniu na wskroś, a w przybliżeniu po upływie 10 minut stał się przezroczysty i uległ obkurczeniu aż do zetknięcia z rurami 10, 12. Temperatura rury 10 przekraczała temperaturę topnienia zastosowanego materiału polietylenowego wynoszącą 140°C, a pomiędzy łącznikiem 14 i każdą rurą 10, 12 powstało połączenie zgrzewane.

Jak pokazano na fig. 3, łącznik 14 obkurczył się dostatecznie, aby uzębiona wewnętrzna powierzchnia łącznika spowodowała nacięcie warstwy tlenkowej na zewnętrznej powierzchni

169 277 rur 10, 12 i połączyła się zgrzeiną z materiałem rur 10, 12, znajdującym się pod warstwą powierzchniową. Nie wykonano żadnego wstępnego przygotowania zewnętrznych powierzchni k - o_______1-___1 O 1O

Koncuw^o iui w, 14,

Rozwiązanie powyższe jest podstawą sposobu łączenia dwóch rur 10, 12 za pomocą łącznika 14, przy czym nie występuje ograniczenie początkową szczeliną powietrzną pomiędzy łącznikiem 14 a rurami 10, 12.

W drugim przykładzie realizacji sposobu według wynalazku, pokazanym na fig. 4 i fig. 5 i nie wymagającym stosowania łącznika 14, pierwszy człon stanowi polietylenowa rura 30 o średnicy zewnętrznej 125 mm. Rura 30 ma otwór 32 o średnicy 20 mm przechodzący przez jej boczną ścianę i wyznaczony przez brzegową powierzchnię 34.

Drugi człon stanowi rurę 40 o średnicy 20 mm z materiału usieciowanego. Rura 40 została rozciągnięta w maszynie do prób na rozciąganie, tak że otrzymano odcinek 42 o zewnętrznej średnicy wynoszącej 10 mm.

Ciągniony odcinek 42 rury 40 włożono do otworu 32, zaś do rury 40 wprowadzono kwarcowo-jodową żarówkę projektorową 50. Wewnętrzna powierzchnia rury 40 została oświetlona, a odcinek 42 uległ rozszerzeniu aż do zetknięcia z powierzchnią 34 otworu 32. Następnie żarówka 50 została przesunięta do rurowego odcinka 42. Odcinek 42 naprzeciw brzegowej powierzchni 34 otworu 32 został wówczas dociśnięty do powierzchni 34 i po przekroczeniu temperatury topnienia polietylenu, wynoszącej 140°C, powstała zgrzeina tak jak przedstawiono na fig. 6. Rozszerzony odcinek 42 uległ przemianie z nieprzezroczystego na przezroczysty, przez co światło od żarówki 50 było przepuszczane skuteczniej poprzez materiał poliolefinowy do warstwy pośredniczącej przy przeciwległych powierzchniach odcinka 42 i brzegowej powierzchni 34. Rura 40 w gotowym połączeniu miała prawie całkowicie jednakową średnicę. Pierwszy człon, a mianowicie rura 30, miał niewielkie spęcznienie 52 i 54 o postaci pierścieniowej ściegów, otaczających rurę 40 na wysokości odcinka 42.

Opisane wyżej połączenie jest przydatne do stosowania do rur gazowych, w których rura 30 jest rurą główną, a rura 40 jest rurą eksploatacyjną, odgałęzioną od rury głównej do miejsca użytkowania. Rura 40 może być przesunięta poprzez istniejącą żeliwną rurę eksploatacyjną / nie pokazaną/, gdy jest potrzebne polepszenie połączenia eksploatacyjnego za pomocą zainstalowania nowej polietylenowej rury eksploatacyjnej.

Żarówka 50 może być przesuwana wzdłuż rury eksploatacyjnej z miejsca użytkowania lub może być zakładana do otwartego końca odcinka 42 wewnątrz rury 30 za pomocą przyrządu specjalnie przystosowanego do wykonywania zgrzeiny od wewnątrz rury głównej.

Po wykonaniu zgrzeiny, przyrząd ten może być wykorzystany do odcinania wystającego końca odcinka 42 rury 40 wewnątrz głównej rury 30, jak pokazano na fig. 6. Sposób według wynalazku ma zastosowanie do rur o większych średnicach niż te, które przedstawiono w powyższych przykładach. Przykładowo, główna rura może mieć średnicę 1 metr lub większą, a łączone do głównej rury odgałęzieniowe rury mogą mieć średnicę 125 mm. W przypadku stosowania łącznika 14 przewiduje się stosowanie łączników o średnicach 500 mm lub większych dla łączenia ich sposobem według wynalazku z rurami o tego rzędu średnicach zewnętrznych.

Sposób według wynalazku nadaje się głównie do stosowania w instalacjach gazowych.

169 277

169 277

FIG.5.

FIG.6.

167 277

FIIG. 1. FIG. 2.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób formowania połączenia zgrzewanego pomiędzy pustymi wewnątrz członami z tworzyw sztucznych, w którym ustawia się dwa człony tak, że części ich powierzchni są względem siebie przeciwległe i oddalone od siebie, następnie do zakończenia zewnętrznego członu wkłada się część końcową wewnętrznego członu uprzednio obkurczoną, tak że przed ogrzewaniem ta część końcowa wewnętrznego członu ma średnicę zewnętrzną, która jest mniejsza niż początkowa wewnętrzna średnica przelotowego otworu członu zewnętrznego, po czym do części końcowej wewnętrznego członu wkłada się źródło promieniowania elektromagnetycznego i ogrzewa się na wskroś tę część końcową za pomocą tego źródła, znamienny tym, że jako zewnętrzny człon (14,30) stosuje się człon wykonany z nieusieciowanego materiału poliolefinowego, a jako wewnętrzny człon (10, 12, 40) stosuje się człon wykonany z cieplnie odtwarzalnego, usieciowanego materiału poliolefinowego, przy czym ogrzewanie prowadzi się do uzyskania blisko obrzeży przelotowego otworu (32) temperatury przekraczającej temperaturę topnienia danego materiału poliolefinowego.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wewnętrzny (10, 12, 40) i zewnętrzny człon (14, 30) w postaci rury o przekroju kolistym.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wewnętrzny człon (10, 12,40), wytworzony z usieciowanego polietylenu, który przed ogrzaniem ma wygląd nieprzezroczysty, a po ogrzaniu przezroczysty.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się zewnętrzny człon (14, 30) zawierający pigment.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako źródło promieniowania (50) stosuje się źródło światła lub promieniowania podczerwonego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako źródło promieniowania (50) stosuje się żarówkę.