一種套接管子的方法

2023-04-24 18:21:01 3

專利名稱：一種套接管子的方法
技術領域：
本發明涉及一種套接取向塑料管的方法，該塑料管在插口內部具有一個環形溝槽。設置這個溝槽來安裝一個彈性密封墊，用於當兩根管子相互連接時在該插口和另一根管子的一個插端之間密封。
在一根非取向的塑料管上形成一個插口或承接口並同時在該插口內部提供一個環形溝槽的普通方法包括將該管子的一個端部加熱到基本上分別高於非晶形塑料的玻璃化轉變溫度或結晶塑料的結晶熔點的溫度，並將該加熱過的管子端部推到一個芯棒上，該芯棒具有一個用於形成所述溝槽的可伸縮的型芯。當端部被推到該芯棒上時，該型芯處於膨脹狀態。在該端部冷卻後，型芯收縮並且將該套接管子從芯棒上拉出。
現有技術還將一個密封圈或密封墊滑移到該芯棒上，並且在位於該密封圈之上的管子端部形成了溝槽，該密封圈留在溝槽中並與管子一起從該芯棒上拉出。
當在一根取向塑料管尤其是MOPVC(分子取向的聚氯乙烯)管上形成插口時，遇到兩個問題，這兩個問題在非取向塑料管的情況下不存在，亦即1)要避免套接期間在要形成溝槽的區域內塑料材料中的應力集中(由於該材料在圓周方向上通常要比在軸向方向上拉伸得多，所以它比一般情況更易圍繞周邊開裂)和2)要準確地控制在套接期間可能的軸向收縮的程度，從而避免不必要的壓縮，這會減少斷裂伸度。
這些問題由本發明的方法克服，本發明具有權利要求1的特徵。
當取向塑料分別被加熱到大大高於玻璃化轉變溫度或結晶熔點時，它將收縮到該芯棒上，這增加了管子和芯棒之間的摩擦。該被加熱的材料也是較軟的，並且當加熱的端部被推到芯棒上時，藉助於較軟的材料和增加的摩擦相組合，該塑料將被壓縮。加熱所述管子的端部是必要的，因為如果塑料的溫度分別低於玻璃化轉變溫度或結晶熔點的話，則將該端部分別推到擴張的可伸縮型芯、密封圈或一個預製溝槽型芯上所要求的力將太大。然而，在本發明的方法中，塑料的壓縮完全被控制，並且主要限於管子的端部區域，插口內的溝槽被設置在該區域中，因此將管子端部分別移過型芯或密封圈所需的力仍可保持在一個低的且可以接受的值。如果管子以軸向拉伸來製造，則加熱該管子的端部將引起管子的軸向拉伸被減少，這使得在該區域內的壁厚增加足以不僅在溝槽所處的位置而且在管子的圓柱形部分中補償管壁的圓周擴張。
通過將分別加熱到高於玻璃化轉變溫度或結晶溶點的塑料限定在插口內部溝槽所處的區域，上述兩個問題因此將被克服。
美國專利US-A-4，276，010公開了一種套接塑料管的方法，兩管子是通過將一根管子的插端與另一根管子的插口端利用粘合或膠合接合來相互連接，在插口中不設置溝槽。將欲被套接的管子的端部推到一個圓柱形芯棒部分上，該圓柱形芯棒部分具有與該管子基本上相同的內徑，並將該欲套接的管子端部加熱到一個溫度、至少是塑料的記憶溫度(對聚氯乙烯來說，該記憶溫度約為180℃)但不超過物理性質或甚至化學組合物可能發生改變的溫度(對聚氯乙烯來說，這個溫度約為250℃)。在管子的端部加熱到所希望的溫度後，將該端部通過所述芯棒部分之間的錐形過渡段軸向推到一個較寬的圓柱形芯棒部分上，該較寬的芯棒部分和過渡段限定了待形成的插口的形狀。因為在插口的內表面中沒有作出溝槽，所以該較寬的芯棒部分沒有滑到其上的型芯或密封圈，因此，由將端部分別壓在這樣一個型芯或密封圈上所產生的管子端部極大膨脹在這種情況下並未構成套接操作的一部分。而且，現有技術的這部分沒有涉及取向塑料管的套接，因此其中沒有談到或甚至沒有涉及所提到的問題。
下面將參照公開本發明示例性實施方案的附圖更詳細地說明本發明，其中

圖1-4是一個芯棒和一根以軸向剖面圖示出的管子的側視圖，並以其一個實施方案公開本發明方法的順序步驟，圖4A、4B是圖1-4中芯棒的局部視圖，它們顯示出該芯棒的一種改進的結構，圖5-9是與圖1-4類似的視圖，它們以其第二個實施方案公開本發明方法的順序步驟，和圖10-14是與圖1-4類似的視圖，它們以其第三個實施方案公開本發明方法的順序步驟。
參看圖1-4，在此所公開的本發明方法實施方案中所用的芯棒用一種硬質耐磨材料如鋼或如在本領域中人所共知的合適材料製造。該芯棒包括形成該芯棒末端的錐形端部10、圓柱形第一芯棒部分11、錐形過渡部分12和第二圓柱形芯棒部分13。必要時該芯棒可以具有真空通道和裝置(未示出)，用於加熱和／或冷卻芯棒。在芯棒部分13上設置有一個可伸縮的型芯14，該可伸縮的型芯14可以具有一種在本領域中人所共知的結構。可伸縮的型芯可以採用未示出的裝置在圖1-3所示的膨脹狀態和圖4中所示的收縮狀態之間進行調節，在圖1-3中的膨脹狀態下該型芯形成一個環形脊，其形狀相當於設置在形成於芯棒上的管子插口或承接口內部的環形溝槽的形狀，在圖4中該型芯與芯棒部分13的圓柱形表面平齊。芯棒部分13和過渡部分12限定了待形成的插口的形狀。
一根塑料管其端部以15表示，該塑料管具有均勻的圓柱形形狀，並在該端部將形成有一個插口或承接口，並且在該插口的內表面具有一個環形溝槽用於安裝一個彈性密封墊，通常是橡膠密封墊，該密封墊將在插口和插入該插口的另一根管子的插端之間形成密封。作為本發明方法的一個開始步驟，可以將該管子的端部15預熱到一個溫度，該溫度接近但仍低於溫度T0，溫度T0分別是一種非晶形塑料材料的玻璃化轉變溫度Tg或晶體塑料材料的結晶熔點Tm，儘管在實施本發明的方法中，這種預熱是不必要的。在預熱之後，將該管端部15推到芯棒部分11上，芯棒部分11具有基本上相當於圖1中管子內徑的直徑。芯棒的外表面可以例如用一種鉻-四氟乙烯塗層製成平整而光滑的。另外，當將管子推到芯棒上時，可以將一種潤滑劑如矽油塗到芯棒的表面上，以調節管子和芯棒之間的摩擦。當管子端部位於芯棒部分11上時，將該管子開口處的一段管子端部L1加熱到高於溫度T0的溫度T1。這種加熱可以通熱水噴淋、輻射加熱，或用熱空氣在圍繞該管子的套中循環來完成。然而，利用紅外線(IR)加熱會得到最佳的結果，因為在那種情況下加熱作用可以很容易集中在管子端部的一個預定區域上。常規的IR輻射包含相應於該材料吸收峰值的各波長，這種輻射引起管子的外表面過熱。然而，如果這些波長被一個濾光片如石英玻璃濾光片遮住，則可以得到管子端部長度L1的均勻加熱，因為為了控制材料的取向，均勻加熱是很重要的。例如，對聚乙烯材料來說，被濾去的波長是在2～10μm的範圍內，而有效加熱波長應基本上是1．2μm。該管子加熱部分的表面可以用一種保護氣體保護。管子端部的其餘部分保持低於溫度T0。溫度T1應低於塑料的斷裂溫度，亦即在該溫度下進一步提高溫度將增加管子斷裂的危險。
本方法的下一個步驟包括將管子的端部進一步沿軸向沿著芯棒經由過渡部分12推到芯棒部分13上，該管子的端部壓在膨脹的型芯14上到達圖2中所顯示的位置。正如在圖2中所看到的，管段L1被這樣定尺寸，以使它從管子的開口起在型芯14的兩側對稱地延伸，因此在插口內表面上的溝槽將在那段管子中形成。該軟塑料段L1將在型芯14的圓周方向上被拉伸，並且可以由將管子移過型芯所必需的力沿軸向稍微壓縮。通過加熱管子的端部，該管子的可能軸向拉伸將減少，這增加了壁厚，以便足以補償由於在圓周方向上擴張而產生的壁厚減少。這些選定的芯棒表面可以是粗糙的或細齒形的，以便增加芯棒和管子之間的摩擦。該粗糙的或細齒形表面與芯棒中的真空和／或在該芯棒和其上管子的周圍所限定的空間中產生的壓力相結合，提供用於控制管子軸向收縮的裝置。當管子處於芯棒上的這個位置時，可將圖3中管子端部長度L2加熱到高於T0的溫度T2，該溫度T2可以但不一定與T1的溫度相同。通過這種加熱(也可以在一個圍繞該管子的套中用輻射加熱進行)，管段L2的形狀將與芯棒部分13、過渡部分12及型芯14的形狀貼合，也就是說，這段管子將形成帶溝槽的插口，並且由於塑料的記憶，管壁可以恢復與管子其餘部分相同的壁厚。在這個階段，可以使用壓力室、真空或機械夾具，以便如在本領域中眾所周知的那樣將管子在插口和其內部的溝槽完全校準的情況下緊壓住芯棒表面。
在將管子端部例如通過噴水冷卻後，型芯14收縮，見圖4，然後從芯棒中拉出套接的管子。如果製造管子的塑料是取向的聚氯乙烯(MOPVC)，則溫度T0約為80°，而溫度T1和T2可以具有相同的值或可以具有不同的值，但應至多為105℃，該溫度105℃是MOPVC的斷裂溫度，最好是T1為95℃而T2為90℃。對交聯聚乙烯(PEX)來說，相應溫度可以是T0=135℃、T1=150℃，而T2=140℃但不高於190℃。
不採用如上所述的一種可伸縮的型芯，可在一個密封圈上形成溝槽，該密封圈被裝到芯棒上並與管子一起從該芯棒上拉出，因此該密封圈形成管子的一個整體部分。在這種情況下，與為安裝一個單獨的密封圈或密封墊而設置的溝槽的底部半徑相比，可以減少該溝槽的深度並可以增加溝槽底部的曲率半徑，這意味著在材料中的應力集中將減少，並且將管子推過芯棒上密封圈所需的力將減少。在這方面特別有用的是一種具有一個鋼或塑料固定圈的密封墊，該固定圈使得有可能進一步減少該溝槽的內徑而沒有密封墊偶然滑出該溝槽的危險。用於這種密封墊的最佳輪廓應是對稱的，具有小的側面斜角，即小於30°，以便可以更容易地將管子推過該密封墊。另外在該密封墊頂部的很大的曲率半徑或甚至一個直的頂部將使作用在插口溝槽上的應力減至最小。在這方面和參考瑞典專利SE-B-463329，這裡引入其公開內容作為參考。這個專利公告公開了一種單獨型芯的使用，該型芯具有一個用於安裝密封圈的預製溝槽，該型芯滑移到芯棒上。將管子推過型芯，當將管子從芯棒上拉出時，型芯留在該管子中。這個特點由於取向的徑向收縮而特別適合應用於本發明的方法中，這種徑向收縮有效地將型芯保持在適當位置。在輕質汙水管領域已知的這種安排在連接取向聚烯烴壓力管的領域內提供了一種新的有趣的可能性。
為了減少管子的壓縮，當管子被推到芯棒上時，可以採用圖4A和4B中所示的安排。如這些圖中所示，芯棒部分包括在過渡部分12和型芯部分14(或一個滑移到芯棒上的密封圈)之間的各弧形段13』，正如在這些圖中所看到的，各弧形段13』在其右端樞軸式安裝，並可以例如通過液壓裝置被升起，從而它們的左端將與型芯14(或密封圈)的頂部基本上處在同一高度，或者處在一個比型芯14(或密封圈)頂面高的高度，如圖4A中所示。在這個位置，當管子15被推到芯棒上時各弧形段為其形成一個上升路線，從而管子基本上漸漸地膨脹到相應於該型芯(密封圈)直徑的內徑，並且將管子推過型芯(密封圈)所需的力將顯著減少。因此，當管子到達芯棒上的規定位置時，各弧形段13』將被壓到圖4B中的位置。
現在參照圖5-9中的實施方案，當操作本發明方法的第二實施方案時，使用兩個不同的芯棒。第一個芯棒A示於圖5和6並包括芯棒部分10A-13A，它們相當於圖1-4中公開實施方案中的各部分10-13。然而，型芯14用芯棒部分13A的圓柱形放大部分16A代替，同時在其左端處形成一個凸肩17A並在其右端的錐形過渡部分18A處接合芯棒部分13A。放大部分16A具有一個直徑，該直徑相當於在其底部形成的溝槽的直徑。第二個芯棒B與圖1-4中示出的芯棒相同，其各部分用標號10B-14B表示。
本發明方法第二實施方案的第一步示於圖5並與參照圖1所示的步驟相似，只是它是在一個不同形狀的芯棒亦即芯棒A上進行的，更具體而言是在芯棒部分11A上進行的。當管段L1已被加熱到高於T0的溫度T1時，將其在芯棒A上軸向移動，經過過渡部分12A推到芯棒部分13A上，再經過過渡部分18A越過放大部分16A移動到圖6中所示的位置。因此在管子開口處的管段L1將膨脹到放大部分16A的直徑，亦即型芯14的最大直徑，見圖1-3。當管子的端部還在芯棒A上時，將它例如用噴淋水冷卻，然後從將它從芯棒A上拉出。
這樣預成型的管子然後被推到芯棒B上圖7中所示的位置，並沿管段L2重新加熱到高於溫度T0的溫度T2。然後該管子的塑料將在芯棒上收縮，並且將賦予該管段L2具有內部溝槽的插口形狀，見圖8。在型芯14B冷卻和收縮之後，該套接的管子將以參照圖3和4所述的方式從芯棒B上拉出。
相對於第一實施方案，本發明的第二實施方案包括另一步驟，亦即管子端部的預成型，但另一方面，在圖6的步驟中管子的膨脹要求一個較小的軸向力施加到該管子上，這會導致管子質量得以改進。圖10-14的實施方案可以看作圖1-4的實施方案的改進，其中第一芯棒部分10具有較短的軸向長度並補充以一個可膨脹的管套19，管套19鄰接錐形過渡部分12。管套19用一種彈性材料製成並可以包括例如一個具有軸向加強的橡膠管套，而且它可以利用一種壓力流體加以膨脹。如其中管套19膨脹的圖11中所示，該處於其膨脹狀態的管套包括一個圓柱形中心部分19A和錐形端部19B與19C，該中心部分19A具有相當於可收縮型芯14直徑的直徑，而錐形端部19B和19C分別鄰接芯棒部分11和過渡部分12。然而，由於待說明的理由，中心部分19A也可以是從端部19B到端部19C稍微成圓錐形擴展。
在圖10所示的步驟中，管套19收縮，並且其外徑與芯棒部分11的外徑一致，以便型芯與該芯棒部分齊平。如圖10中所示，管子15被推到芯棒部分11和管套19上並在管段L1上被加熱到溫度T1，該管段位於管套19的上方，同時該管套19處於通過壓力流體的內部壓力作用下。當在加熱期間塑料材料變軟時，管套19將膨脹並且管子15也將膨脹，以與管套19的形狀一致。如果管套19是錐形並且其表面被製造成光滑的，則當該管子在管套19上膨脹時可以將受控制的軸向壓縮施加到管子的塑料材料上。卸除管套19的壓力，並進一步經過過渡部分12沿著芯棒將管子沿軸向在芯棒部分13上推動，管子的端部壓在膨脹的型芯14上到達圖12中所示的位置。下一步驟見圖13相應於圖3中的步驟，而後操作按圖14的步驟結束，圖14的步驟相應於圖4的步驟。
權利要求
1．一種套接取向塑料管的方法，該塑料管在插口的內部具有一個環形溝槽，其特徵在於將該管子的一個端部(15)推到第一個芯棒部分(11；11A)上，芯棒部分(11；11A)是圓柱形的並具有相當於管子內徑的直徑，在所述圓柱形芯棒部分上、在要設置溝槽的管子端部區域(L1)內將該端部加熱到分別高於非晶形塑料的玻璃化轉變溫度(Tg)和結晶塑料的結晶熔點(Tm)的溫度(T1)，所述區域位於該管子端部的開口處，管子端部的其餘部分保持在分別低於玻璃化轉變溫度或結晶熔點的溫度下，當所述區域處於分別高於玻璃化轉變溫度或結晶熔點的溫度時，將該端部(15)推到第二個芯棒部分(13；13A)上，該第二個芯棒部分與所述第一個芯棒部分軸向對中，該插口的底部由所述第二個芯棒部分(13；13A)形成，以及當處於分別高於玻璃化轉變溫度或結晶熔點的溫度時，溝槽由所述膨脹端部區域中的型芯(14)形成。
2．權利要求1的方法，其特徵在於，該溝槽通過可伸縮的型芯(14)形成。
3．權利要求1的方法，其特徵在於，溝槽由一個密封圈形成，該密封圈滑移到第二個芯棒部分(13；13A)上以形成所述型芯，當端部(15)從第二個芯棒部分上拉出時，該密封圈留在所形成的溝槽中。
4．權利要求1的方法，其特徵在於，溝槽由一個單獨的型芯形成，該型芯滑移到第二個芯棒部分上並在其中具有一個預成型的溝槽，當所述端部從第二個芯棒部分上拉出時，該型芯留在管子中以便在其上預成形的溝槽中安放一個密封圈。
5．權利要求1-4中任一項的方法，其特徵在於，當所述區域處於分別高於玻璃化轉變溫度或結晶熔點的溫度時，端部(15)膨脹到相應於待形成溝槽的底部內徑的內徑。
6．權利要求5的方法，其特徵在於，當端部區域位於裝備有型芯(14)的第二個芯棒部分(13)上時，在所述端部區域中形成溝槽。
7．權利要求6的方法，其特徵在於，整個插口在已被推到第二個芯棒部分(13)上之後，將其加熱到分別高於玻璃化轉變溫度(Tg)或結晶熔點(Tm)的溫度，以便通過收縮而與第二個芯棒部分的形狀相一致。
8．權利要求5-7中任一項的方法，其特徵在於，將所述管子的端部冷卻，然後將其從第一和第二芯棒部分(11，11A；13，13A)上拉出。
9．權利要求6的方法，其特徵在於，所述端部(15)在已經從第一和第二芯棒部分(11A，13A)上拉出後將其推到第三個芯棒部分(13B)上，並將其重新加熱到分別高於玻璃化轉變溫度(Tg)或結晶熔點(Tm)的溫度，以便通過收縮而與第三個芯棒部分的形狀相一致，用於在第三個芯棒部分上形成該插口的其餘部分，第三個芯棒部分具有一個可伸縮的型芯(14B)，用於在插口內部形成所述溝槽，將該端部冷卻，然後將該端部從第三個芯棒部分上拉出。
10．權利要求6的方法，其特徵在於，端部(15)在加熱期間在所述第一芯棒部分(11)上膨脹。
11．權利要求10的方法，其特徵在於，端部(15)利用在所述第一芯棒部分上的加壓管套(19)而膨脹。
12．權利要求11的方法，其特徵在於，該端部在所述管套(19)上膨脹以形成一個錐形插口。
13．權利要求1-12中任一項的方法，其特徵在於，管子端部(15)在被推到第一芯棒部分(11；11A)上之前加熱到一個接近但仍低於玻璃化轉變溫度(Tg)的溫度。
14．權利要求1-13中任一項的方法，其特徵在於，製造管子的塑料是聚氯乙烯。
15．權利要求14的方法，其特徵在於，任何分別高於玻璃化轉變溫度(Tg)或結晶熔點的溫度至多是105℃。
16．權利要求1-13中任一項的方法，其特徵在於，製造管子的塑料是交聯聚乙烯。
17．權利要求16的方法，其特徵在於，任何分別高於玻璃化轉變溫度(Tg)或結晶熔點(Tm)的溫度至多是190℃。
18．權利要求1-17中任一項的方法，其特徵在於，所述管子的端部沿著可伸縮路線(13』)被推到所述第二芯棒部分(13)上的所述型芯(14)上，該可伸縮路線(13』)逐漸上升到處於膨脹狀態的型芯頂部，然後當該端部被定位在第二芯棒部分上時該路線收縮。
19．權利要求1-18中任一項的方法，其特徵在於，管子的加熱通過熱的流體噴射、紅外線(IR)輻射或循環的熱空氣實現。
20．權利要求19的方法，其特徵在於，IR輻射當用於加熱管子時具有一個波長，該波長不同於管子材料具有IR吸收峰值的波長。
全文摘要
一種套接取向塑料管的方法,在其插口內具有一個環形溝槽。將管子的一個端部(15)推到一個圓柱形芯棒部分(11)上,並將要設置溝槽的端部區域(L
文檔編號F16L55/165GK1206368SQ9619818
公開日1999年1月27日 申請日期1996年9月20日 優先權日1995年9月20日
發明者M·約翰森, J·耶爾文凱萊 申請人:尤波諾爾股份有限公司, 溫尼德斯制管商有限公司