用于大口径管材的承插式电熔管件及其制造方法
【专利摘要】一种用于大口径管材的承插式电熔管件及制造方法，其中管件包括聚乙烯材质的筒状管件本体，在所述管件本体的筒壁中复合有钢骨架增强层且在所述管件本体的内壁上镶嵌有铜电热丝或者加热网，所述铜电热丝或者加热网的电极引至管件本体的外侧；在所述管件本体的内壁中部设有至少一个用于和待连接的管道进行限位配合的挡位环，在与待连接管道配合的所述管件本体承插口处设有一定的锥度。并公布了这种管件的制造方法。这种大口径电熔管件解决了大口径管材连接难的问题，可以生产大口径的管材连接件，而不像传统的注塑机那样受注塑克数的限制。中间复合有钢架增强层，使管道的整体耐压能力得到了有效保障。
【专利说明】 用于大口径管材的承插式电熔管件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种大口径(Dn ^ 630mm)聚乙烯类管材连接用增强型电熔管件，尤其是一种聚乙烯钢塑复合平壁型管材的连接用管件，同时发明了这种管件的制造方法。
【背景技术】
[0002]目前市场上管材的电热熔连接管件一般分为两大类，一类为承插式电熔管件，一类是电热熔带。聚乙烯全塑管道目前国内最大生产口径已达到Dn = 1600mm,这类大口径管材主要采用的连接方式为热熔对接；对于口径小于Dn = 630mm管材可以采用电熔管件进行连接，尤其是在燃气管道中应用最为广泛，它的主要特点是连接强度高，安全系数高，使用方便，但这种管件一般采用注塑工艺，有一步法和两步法，管件注塑机模具大，设备昂贵，生产成本高，导致管件价格非常高，目前主要用于给水管修补工程和燃气工程及钢丝网骨架复合管中使用，对于较大口径的电熔管件生产由于多种原因国内外尚无大规模生产，较大口径的聚乙烯管材(Dn ^ 630mm)几乎都采用热熔对接的方式。
[0003]而电熔管件的连接方式为承插式，主要是在管材外壁进行电热熔连接，管材既可以是纯聚乙烯管材，也可以中间复合有其它材料的外壁为聚乙烯材料的复合管材，这类复合管材的典型代表是钢丝网骨架复合管，由于管材内复合有钢丝网层，不能用对接方式来进行管道连接，主要是用电熔管件做承插连接，钢丝网骨架复合管目前市场以口径主要在Dn = 630mm以下，管件最大口径生产到Dn = 630mm ;普通塑料电热熔带产品是由热塑性塑料板带及板带的一个板面上压合镶嵌的导电金属网构成，其被广泛用于大直径无压热塑性塑料排水管道的连接。普通塑料电热熔带是由纯塑料制成的，其抗拉强度较低，只能满足仅承受外压(无应力载荷)的排水管道使用。使用时，包覆在被连接管端的外壁表面上，或紧贴在被连接管端的内壁表面上，通电加热后与管材熔焊在一起形成管道的连接。如图1所示为现有普通纯塑料电热熔带在使用时，两个端头处采用的搭接结构，搭接处电热熔带11与管壁12间存在一个楔形缝隙13，通常是在缝隙中插入一个楔形塑料块或者塑料棒，通电熔焊时将塑料块与电热熔带一并熔焊填充楔形缝隙。但由于此处电热熔带上的导电金属网不能直接接触加热管壁，造成此处焊接质量往往是最差的，容易产生泄漏(13处)，现在有技术报导对这种电热熔带进行钢丝网增强，可以承受一定的压力管道连接，但这种连接件还是在连接闭合处存在间隙，采用填料的方法二次填充并在外面再补焊一层来保证强度，实施起来很难保证承受内压及保证长期使用不能够漏水，同时电热熔带只能对相同塑料材质和相同管径的管材进行连接，对不同材质的管材没没进行连接，对不同口径的管材也不能进行连接，因此连接方法使用受到了很大限制。还有一种就是图2所示的结构，进行二次复合形成的结构。聚乙烯纯塑管道尽管生产口径已达到Dn= 1600mm，但由于热熔机具宠大，施工非常不方便，而且只能采用热熔对接方式，管材维修也非常不方便，同时大口径的聚乙烯纯塑管材由于壁厚的原因价格非常高，大口径聚乙烯管材在很多地方使用没有得到大力推广。国内有很多技术人员研发了大口径的钢塑复合管材(DN = 2600mm)，这些管材由于中间复合了钢结构增强，没有办法实现对接的焊接方式，管材连接技术没能得到很好的解决。
【发明内容】
[0004]本发明专利要解决的技术问题是提供一种大口径管材连接件，尤其是大口径有承受内压力的管材(DN = 2600mm)的增强型连接管件，它可以是全塑管材也可以是钢塑复合平壁型管材。
[0005]为达到上述目的，本发明专利是提供了一种含有金属板增强或者有孔金属板增强再或者金属网增强的管材连接件，同时发明了这种管件的加工制造方法。
[0006]一种用于大口径管材的承插式电熔管件，包括
[0007]聚乙烯材质的筒状管件本体，在所述管件本体的侧壁中复合有钢骨架增强层(金属板、有孔金属板或者金属网层)，钢骨架不与空气接触，从而不易被腐蚀，这样不仅提高了PE电熔管件的强度，而且保证了电熔管件的使用寿命，同时在管件本体的内壁上镶嵌有铜电热丝或者加热网，且所述铜电热丝或者加热网的电极弓I至管件本体的外侧，
[0008]在所述管件本体的内壁中部设有至少一个用于和待连接的管道进行限位配合的挡位环，避免了大口径管材施工时管材一根插入过长，另一根插入过短的情况，提高了连接的安全性，在与待连接管道配合的所述管件本体承插口处设有一定的锥度，该锥度所在的长度一般为5厘米-10厘米即可满足要求。由于管材不圆度和尺寸偏差的影响，使管材很难正常插入到管件当中，管件成型前(或者是模具上要设置锥形，使管件的两个端口有一定的坡度或者锥度，方便管材插入)，这个锥度从而可以解决大口径管材不圆度和外径尺寸偏差造成的连接困难的问题。
[0009]所述管件本体为高密度聚乙烯或者中密度聚乙烯材质。
[0010]所述承插式电熔管件为等径直接、异径直接、等径三通、弯头或者法兰根中的一种。
[0011]一种用于大口径管材的承插式电熔管件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤，
[0012]步骤一，压模法注塑毛坯件:用一台挤出机先将聚乙烯塑料进行熔融，在挤出机的熔融塑料挤出口处有一个直立式的空心圆柱形模具及液压模头，液压模头的上方设有对液压模头进行加压的液压缸，且在所述模具外侧设有保温及加热装置，将所述模具出来的具有一定压力的熔融塑料注入至一侧的另外一个复合成型模具中，且所述复合成型模具包括壳体和模芯，所述壳体与模芯之间形成注塑的空腔，将圆筒状的钢骨架增强层放置在所述空腔中，然后在所述模具达到设定温度后，向空腔中注入具有一定压力的熔融塑料，注塑完成后停止注塑并启动所述复合成型模具中的水循环冷却系统对其进行初步冷却；
[0013]步骤二，冷却，当复合成型模具中的塑料毛坯件经过20分钟至60分钟的冷却初步定型后，进行脱模并将毛坯件迅速的置于冷水中进行再次冷却定型，当温度降到低于50摄氏度时，再将毛坯件放到一个仓库中进行24小时至48小时的自然常温存放；
[0014]步骤三，机加工，对毛坯件的内径尺寸进行机加工，形成所需的尺寸和精度；
[0015]步骤四，布置电热丝，经过机加工后的管件内壁布置电热丝，布好电热丝后再将内壁压平，并将电热丝的两端电极引出并固定在管件的外侧，形成合格的增强型电熔管件。
[0016]在步骤三中，还包括一个对毛坯件内壁进行加工形成所需的锥度要求。
[0017]模压法可以生产等径直接，异径直接，等径三通，弯头，法兰根。
[0018]一种用于大口径管材的承插式电熔管件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤，
[0019]步骤一，滚塑法制作毛坯件，首先准备一个直径为可收缩的钢管模具，同时这个钢管模具可以转动，钢管模具外径为电熔管件的内径，先用一台挤出机挤出平板状的熔融塑料，在这个钢管模具的转动下，融化的聚乙烯包裹在钢管外形成塑料内层，然后把钢骨架增强层对折并包覆在塑料内层外面，并通过焊机将钢骨架焊成一个整体并保持对塑料内层有一定的压力，然后再用一台挤出机或者同一台挤出机再次挤出聚乙烯，包覆在外侧形成塑料外层，形成复合夹心结构，
[0020]步骤二，冷却，最后用水来冷却，得到毛坯件；
[0021]步骤三，定型后让钢管收缩尺寸变小，把毛坯件取出来，然后也是放到室温下进行自然冷却，使毛坯件管件没有内应力作用，
[0022]步骤四，布置电热丝，在管件内壁布置电热丝，布好电热丝后再将内壁压平，并将电热丝的两端电极引出并固定在管件的外侧，形成合格的增强型电熔管件。
[0023]在步骤一中，在缠绕塑料内层内层之前，把电热丝先缠绕在钢管的外表面，缠绕塑料内层时，电热丝直接就复合上去了。
[0024]滚塑法一般能生产等径直接，异径直接这两种。
[0025]与现有技术相比，本发明专利的有益效果是:
[0026]1、这种大口径电熔管件解决了大口径管材(DN = 2600mm)尤其是复合管材的连接难的问题，可以生产大口径的管材连接件，而不像传统的注塑机那样受注塑克数(管件的重量，一般注塑机说注塑量多少多少克的，或者多少吨位的)的限制。
[0027]2、由于中间复合有钢架增强层，而且是一个一体成型的管件，使管道的整体耐压能力得到了有效保障。
[0028]3、采用模压工艺和滚塑工艺，实现了大口径管件的生产，并且保证了管件的质量和强度。
[0029]4、管件成型前(或者是模具上要设置锥形，使管件的两个端口有一定的坡度或者锥度，方便管材插入)，这个锥度从而可以解决大口径管材不圆度和外径尺寸偏差造成的连接困难的问题。
[0030]5、这种钢骨架电熔管件中间为钢骨架增强层，由于钢骨架内外均包有PE塑料层，钢骨架不与空气接触，从而不易被腐蚀，这样不仅提高了 PE电熔管件的强度，而且保证了电熔管件的使用寿命。
[0031]6、管件内壁的中部设有一个挡位环，避免了大口径管材施工时管材一根插入过长，另一根插入过短的情况，提高了连接的安全性。
[0032]7、生产管件的设备无论是模压法还是滚塑法，设备投资低，加工生产简单高效。
[0033]8、由于复合了钢增强层，管件的总体厚度小，成本低，使管道的综合造价低。
[0034]9、整体管件一体成型，内径的圆度较好，配合电热丝的熔融连接，连接处的密封性能更好。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为现有的一种用于大口径管材连接的电热熔带连接示意图。
[0036]图2为现有的一种用于大口径管材连接的电热熔带连接示意图。
[0037]图3为本发明中的等径直接管件的立体图。
[0038]图4为图3的全剖视图。
[0039]图5为等径三通管件的立体图。
[0040]图6为弯头的全剖视图。
[0041]图7为异径直接管管件的全剖视图。
[0042]图8为法兰根的全剖视图。
[0043]图9为钢架增强层的样式一(打孔金属板)。
[0044]图10为钢架增强层的样式二(网眼可以是菱形网、矩形的或正多边形的)。
[0045]图11为压模法注塑毛坯件的示意图。
[0046]图12为毛坯件。
[0047]图13为经过初步机加工的毛坯件。
[0048]图14为成品。
[0049]图15为滚塑法制作工艺中塑料内、外层以及钢骨架增强层三个焊点的布局图。
【具体实施方式】
[0050]如图3至图10所示，
[0051]该电热熔管件两侧为聚乙烯材质，中间层复合有金属板、有孔金属板(如图9)、螺旋金属管或者金属网(可以是网孔可以是菱形、矩形或者正多边形，如图10)，形成钢骨架增强层2，提高其轴向上的抗拉强度和周向上的环刚度。同时在管件的内壁上复合有铜电热丝或者加热网3。其中所用的聚乙烯原料和配套的管材材质相同，均为高密度聚乙烯或者中密度聚乙烯。
[0052]这种钢骨架电熔管件中间为钢骨架增强层2，由于钢骨架内外均包有PE塑料层，钢骨架不与空气接触，从而不易被腐蚀，这样不仅提高了 PE电熔管件的强度，而且保证了电熔管件的使用寿命。
[0053]大口径PE管道或者钢塑复合平壁型管道，由于管材不圆度和尺寸偏差的影响，使管材很难正常插入到管件当中，管件成型前(或者是模具上要设置锥形，使管件的两个端口有一定的坡度或者锥度，方便管材插入，其中，锥度长度一般自边缘处5cm -1Ocm长就可以满足连接强度的需要，这个锥度从而可以解决大口径管材不圆度和外径尺寸偏差造成的连接困难的问题。
[0054]在所述管件本体的内壁中部设有至少一个用于和待连接的管道进行限位配合的挡位环4，用于限定管道插入的深度。
[0055]最后一道布线手续:将前面加工后的组合件在自然状态下进行不小于48小时状态调节以消除内部应力，稳定尺寸，将经过上一步稳定后的加工组合件，在其内表面以螺旋线或者波浪线的方式切割开一道口子，同时将电阻丝埋入口子内，然后，压平内表面；产品合格检查，然后将检查合格的产品在两端安装电极5，连接时通过加热电阻丝进行熔融连接。
[0056]由于采用了钢骨架增强层2，使PE材料的用料大大节省，管件的重量也明显降低，性价比提高。钢骨架增强也可以是立式钢带，或者是钢丝缠绕层。甚至是异形板材。
[0057]如果说对管件有更高强度要求的话，可以用双复合管材的那种方法，同时使用立筋和钢丝网进行增强，直接在管材的内壁上缠绕上电热丝，前提是管材的尺寸按照管件的尺寸来做，并且要按照设计的承压来设计厚度。
[0058]管件主要有五大类:等径直接管件，异径直接管件，等径三通管件，弯头管件和法兰根，如图3至图8(法兰的主要作用是过渡连接，比如这头是塑料管，那头是钢管，那么用法兰根或者叫法兰头，再用法兰片和一个垫片用螺丝就可连接了)，这里面的五种可以通过模压法来生产任何一种大口径的管件，还有一个是滚塑法，具一定的局限性，滚塑法可以生产等径直接，异径直接和法兰，现将两种方法分别介绍。
[0059]如图11至图14，模压法工艺:用一台挤出机6先将聚乙烯塑料熔融，在挤出机的挤出口处有一个直立式的空心圆柱形模具7，在模具的上方有台和该模具内径相同的液压模头，液压模头上方安装有固定一定吨位的液压缸71，该模具外则有保温及加热装置，通过该液压模头及模具向外提供具有一定压力的连续熔融塑料。在模具的一侧有另外一个复合成型模具8，复合成型模具是形成管件毛坯件的场合，合模后，其内部具有注塑空腔81和设置在注塑空腔外围的冷却水空腔82，具有多种规格，同时在复合模具内的注塑空腔中安装好增强钢板或者钢网等钢骨架。同时该复合模具中安装有水循环冷却系统。在所有模具达到设定温度后，先用挤出机向直立式的空心圆柱形模具7中挤出熔化的塑料，通过该模具及液压模头的加压可以形成连续挤出一定压力的熔融塑料，不像注塑那样只能间歇式挤出，受挤出量的限制，挤出后的聚乙烯塑料通过模压机头在模压机的作用下将直立式的空心圆柱形模具7中的塑料挤压到复合成型模具8中，复合成型模具8中的塑料经过一段时间的冷却定型，具有一定的刚度，用大型顶针将冷却的管件毛坯件取出，再放到水中进行冷却定型。因为这个管件尺寸很大，如果要在模具上一直冷却要很长时间，效率会很低，所以要取下来放到别的地方进行水浴冷却以提高生产效率，冷却后的管件为毛坏件，再放到一个仓库中进行24小时至48小时的自然常温存放，待到真正定型后再进行内径尺寸的精细加工，尺寸合格后再用车床对内壁加式布电热丝，布好电热丝后再将内壁压平，形成合格的增强型电熔管件。
[0060]滚塑法工艺，滚塑法其实和聚乙烯缠绕增强管生产方法差不多，不过成型的为可收缩的一个钢管，在展开状态下，形成一个圆柱体，是一个钢模，也称心模，在收缩状态下，可以方便的进行脱模。同时这个钢管可以转动，钢管外径为电熔管件的内径，先用一台挤出机先生产挤出平板形状的熔融塑料，在这个钢管的转动下，融化的聚乙烯带材绕钢管360度后包裹在钢管外，形成塑料内层21，然后把钢骨架增强层包覆在聚乙烯外面，在这一过程中，所有的钢骨架比聚乙烯板材的尺寸下，钢骨架两端不能裸露在外面，钢骨架可以通过焊机焊成一个整体不让它掉下来并保持对内侧聚乙烯有一定的压力，形成钢骨架增强层2，然后再用一台挤出机，或者同一台挤出机挤出外层聚乙烯，形成塑料外层22，最后用水来冷却，定型后让钢管收缩尺寸变小，把成型的复合管件取出来，然后也是放到室温下进行状态调节，使管件没有内应力作用再进行最后的布线手续加工完成(当然也可以把电热丝先缠绕在钢管的外表面，挤内层塑料时直接就复合上去了，省掉最后一道布线工序)，在这一过程中，可以适当的调节三层中的搭接处焊缝9的位置，使之均匀错开，达到强度最大化。形成的管件的断面如图15所示的样子。
[0061]模压法可以生产等径直接、异径直接、等径三通、弯头、法兰根这五种。而滚塑法主要生产等径直接、异径直接这两种，其实这个钢管就是个模具，不过可以变大变小能把成型的管件最后取下来。
[0062]其实管件有很多种样式，但所有的都可以用这五种管件来组合。
[0063]上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于大口径管材的承插式电熔管件，其特征在于，包括 聚乙烯材质的筒状管件本体，在所述管件本体的筒壁中复合有钢骨架增强层且在所述管件本体的内壁上镶嵌有铜电热丝或者加热网，所述铜电热丝或者加热网的电极弓I至管件本体的外侧； 在所述管件本体的内壁中部设有至少一个用于和待连接的管道进行限位配合的挡位环，在与待连接管道配合的所述管件本体承插口处设有一定的锥度。
2.根据权利要求1所述的用于大口径管材的承插式电熔管件，其特征在于，所述管件本体为高密度聚乙烯或者中密度聚乙烯材质。
3.根据权利要求1所述的用于大口径管材的承插式电熔管件，其特征在于，所述钢骨架增强层为金属板、有孔金属板、螺旋金属管、螺旋弹簧、金属波纹管或者金属网中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于大口径管材的承插式电熔管件，其特征在于，所述管件本体为等径直接管件、异径直接管件、等径三通管件、弯头或者法兰根中的一种。
5.一种针对权利要求1至4中任意一项承插式电熔管件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤， 步骤一，压模法注塑毛坯件:用一台挤出机先将聚乙烯塑料进行熔融，在挤出机的熔融塑料挤出口处有一个直立式的空心圆柱形模具及液压模头，液压模头的上方设有对液压模头进行加压的液压缸，且在所述模具外侧设有保温及加热装置，将所述模具出来的具有一定压力的熔融塑料注入至一侧的另外一个复合成型模具中，且所述复合成型模具包括壳体和模芯，所述壳体与模芯之间形成注塑的空腔，将圆筒状的钢骨架增强层放置在所述空腔中，然后在所述模具达到设定温度后，向空腔中注入具有一定压力的熔融塑料，注塑完成后停止注塑并启动所述复合成型模具中的水循环冷却系统对其进行初步冷却； 步骤二，冷却，当复合成型模具中的塑料毛坯件经过20分钟至60分钟的冷却初步定型后，进行脱模并将毛坯件迅速的置于冷水中进行再次冷却定型，当温度降到低于50摄氏度时，再将毛坯件放到一个仓库中进行24小时至48小时的自然常温存放； 步骤三，机加工，对毛坯件的内径尺寸进行机加工，形成所需的尺寸和精度； 步骤四，布置电热丝，经过机加工后的管件内壁布置电热丝，布好电热丝后再将内壁压平，并将电热丝的两端电极引出并固定在管件的外侧，形成合格的增强型电熔管件。
6.根据权利要求5所述的一种承插式电熔管件的制造方法，其特征在于，在步骤三中，还包括一个对毛坯件内壁进行加工形成所需的锥度要求。
7.一种针对权利要求1至3中任意一项承插式电熔管件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤， 步骤一，滚塑法制作毛坯件，首先准备一个直径为可收缩的钢管模具，同时这个钢管模具可以转动，钢管模具外径为电熔管件的内径，先用一台挤出机挤出平板状的熔融塑料，在这个钢管模具的转动下，融化的聚乙烯包裹在钢管外形成塑料内层，然后把钢骨架增强层对折并包覆在塑料内层外面，并通过焊机将钢骨架焊成一个整体并保持对塑料内层有一定的压力，然后再用一台挤出机或者同一台挤出机再次挤出聚乙烯，包覆在外侧形成塑料外层，形成复合夹心结构， 步骤二，冷却，最后用水来冷却，得到毛坯件； 步骤三，定型后让钢管收缩尺寸变小，把毛坯件取出来，然后也是放到室温下进行自然冷却，使毛坯件管件没有内应力作用， 步骤四，布置电热丝，在管件内壁布置电热丝，布好电热丝后再将内壁压平，并将电热丝的两端电极引出并固定在管件的外侧，形成合格的增强型电熔管件。
8.根据权利要求7所述的一种承插式电熔管件的制造方法，其特征在于，在步骤一中，在缠绕塑料内层内层之前，把电热丝先缠绕在钢管的外表面，缠绕塑料内层时，电热丝直接就复合上去了。
【文档编号】F16L41/02GK104390071SQ201410345016
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】张永杰 申请人:张永杰