專利名稱：一種熱塑性塑料復合管的制作方法
技術領域：
本發明涉及增強的熱塑性管道，特別涉及可快速拆裝的熱塑性塑料復合管。
背景技術：
熱塑性塑料復合管從上世紀90年代起開始在國外油氣田逐步使用，本世紀初開始在國內油氣田試用，主要用于油氣集輸、注水和注醇?，F在，熱塑性塑料復合管應用領域包括海洋柔性管、溫泉輸送管；石油、成品油、天然氣輸送；市政給排水、油污水、海水淡化；礦山供水、供風、排水、洗煤水、煤粉輸送；化工廠、鋼廠腐蝕性液體輸送。復合管一般包括三層結構內層的內襯層，中間的增強層，和外層的外保護層。作為中間層的增強層，可以根據需要由無機纖維、有機纖維或金屬纖維形成。作為內層的內襯層或外層的外保護層，一般由彈性體(如硫化橡膠、熱塑性彈性體)或塑料(如熱固性塑料、 熱塑性塑料)形成。如果復合管的內層和外層都是熱塑性塑料，則該復合管被稱為熱塑性塑料復合管。具體而言，作為內層的內襯層，可由高密度聚乙烯(HDPE)、交聯聚乙烯(PEX)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、尼龍(PA)和聚偏二氟乙烯(PVDF)等形成。作為中間層的增強層，可以提及例如有機纖維(如芳綸、聚酯纖維)、無機纖維(如玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維)和金屬纖維(如鋼絲)等。對于應急輸送燃油等的熱塑性管道而言，特別重要的是其具有高的現場拆裝性能，即在施工現場能夠快速連接和拆卸。為了將熱塑性管道快速安裝，對于用于連接的接頭和接頭與管道的連接方式都有要求。目前，用于熱塑性管道連接的常見方式包括以下三種(1)熔接，例如熱熔連接、電熔連接或電熔-熱熔連接，在兩根熱塑性管道之間使用熔融接頭，這種連接方式形成的接頭承受壓力較低；(2)扣壓連接，把一個金屬管件的插口端插入增強熱塑性塑料管，在增強熱塑性塑料管外套一個金屬套，用機械方法把金屬套-增強熱塑性塑料管管端-管件插口端壓緊成為接頭，這種連接方式常會導致相接處內徑比其他部位的熱塑性管道內徑小，從而導致輸送的液體阻力增大，同時如何保證密封并承受較高的軸向和徑向負載也各不相同；(3)卡箍直接套接，兩根相接處外部設有卡槽，通過卡箍直接套設于卡槽處進行連接，缺點是卡箍式連接器結構長、重量大、連接螺栓多、不能機械化鋪設等，比較適合低壓管路使用。此外，對于上述連接方式，還存在接頭連接堅固度不夠高、安裝速度不快等問題。

發明內容
為了克服上述問題，本發明人進行了銳意研究，結果發現對于具有內襯層、增強層和外保護層的熱塑性塑料復合管而言，為使管體內徑與接頭內徑一致，減小流體通過接頭時的阻力，進行擴口設計，即在扣壓連接時，先將管體末端加熱徑向擴管，使其內徑增大到與接頭的內徑相同。為了提高擴口過渡處的強度，在擴管后管體端部的管徑變化處，在管體和外套之間設有加強環，加強環為厚度變化的圓環，在接頭扣壓時加強環被同時扣壓；為了提高軸向負載，即抗拔脫力，采用車削的方式，剝除管體最末端的內外層，將增強層纖維如鋼絲層外露，以便接頭扣壓時芯管和外套的溝槽能與增強層纖維壓合緊密，增加抗拔脫力；為了提高接頭連接強度，設計了梯形齒溝槽，溝槽分兩部分，一部分扣壓在內外層熱塑性塑料上，一部分扣壓在已剝除內外層裸露的增強層纖維上，溝槽被設計成梯形齒溝槽，以減少對內外層熱塑性塑料和中間層纖維的損傷，芯管與外套的梯形齒溝槽相互咬合匹配，溝槽的深度、間距和數量隨管體壁厚和壓力增加作相應變化。為了增加接頭密封性能，在芯管端設有一個特殊的溝槽，內放橡膠密封圈，在接頭扣壓時橡膠密封圈被同時固定。芯管端部為接頭連接部，通過其將管體連接在一起形成管道。通過使用該結構，管體與芯管和外套之間具有極其高的抗拔脫力，連接形成的管道具有極其高的承壓能力，而且能夠實現快速連接，且連接形成的管道內徑均一，從而完成本發明。本發明的目的在于提供以下方面(I) 一種熱塑性塑料復合管，其包括熱塑性塑料復合管管體，在熱塑性塑料復合管管體端部，內部扣壓有芯管，外部扣壓有外套和加強環，芯管內徑與熱塑性塑料復合管管體 內徑相同；其中，熱塑性塑料復合管管體包括作為內層的內襯層，作為中間層的增強層，和作為外層的外保護層；熱塑性塑料復合管管體端部被徑向擴管，擴管后管體端部的末端的內層和外層被剝除，擴管后的管體端部被扣壓于芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽之間；心管纟而部為接頭連接部。(2)如上述(I)中所述的熱塑性塑料復合管，其中，芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽相互匹配。(3)如上述(I)或(2)中所述的熱塑性塑料復合管，其中，擴管后管體端部的末端暴露的增強層纖維被壓接于芯管外部的梯形齒溝槽I和外套的梯形齒溝槽I之間，擴管后的管體端部其余部分被扣壓于芯管外部的梯形齒溝槽II和外套的梯形齒溝槽II之間。(4)如上述任一項中所述的熱塑性塑料復合管，其中，在擴管后管體端部的管徑變化處，在管體和外套之間設有加強環，加強環為厚度變化的圓環，其內表面與管體密接，其外表面與外套密接。(5)如上述(4)中所述的熱塑性塑料復合管，其中，加強環外表面設置梯形齒溝槽，從而與外套密接。(6)如上述(4)或(5)中所述的熱塑性塑料復合管，其中，在熱塑性塑料復合管管體端部內部，在管徑開始變化處，在管體與芯管相接處設有橡膠密封圈。(7)如上述任一項中所述的熱塑性塑料復合管，其中，在熱塑性塑料復合管管體中，內層為超高分子聚乙烯層，中間層為鋼絲層，內外層與中間層之間通過粘合劑粘合。(8)如上述任一項中所述的熱塑性塑料復合管，其中，芯管和外套由鋼或鋁合金制成，芯管端部為承插式接頭或槽頭式接頭。(9)如上述任一項中所述的熱塑性塑料復合管的制造方法，該方法包括以下步驟①生產熱塑性塑料復合管管體；
②熱塑性塑料復合管管體與芯管和外套及加強環扣壓將熱塑性塑料復合管管體端部加熱，徑向擴管，剝除擴管后管體端部的末端的熱塑性塑料內層和熱塑性塑料外層，在擴管后管體端部的管徑變化處外部套設加強環，將擴管后的管體端部扣壓于芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽以及加強環之間，任選地，在管體與芯管相接處設有橡膠密封圈。根據本發明提供的熱塑性塑料復合管具有以下優點(I)通過使用梯形齒溝槽、抗拔脫、加強環扣壓式接頭結構，使接頭與管體的抗拉強度大于管體本身的抗拉強度，解決了大口徑高壓復合管接頭與管體連接的難題，保證了使用安全；
(2)采用承插式接頭或槽頭式接頭，方便連接和拆卸，能顯著降低勞動強度，提高鋪設撤收速度；(3)接頭內徑與管體內徑相同，減小流體通過接頭時的阻力，同時方便排空；(4)管體內襯層采用超高分子量聚乙烯，光滑耐磨，輸送阻力小，在同等條件下的輸送量比鋼管提高約30% ；(5)管體內襯層采用超高分子量聚乙烯，具有優異的耐油性，外保護層采用管道級聚乙烯混配料，具有優異的耐候老化性，提高了管體的使用壽命和貯存壽命；(6)接頭采用鋼或鋁合金制成，接頭與大地接觸，管線輸油時能及時將產生的靜電荷向大地消散；如果管體增強層采用鋼絲，鋼絲與金屬接頭扣壓連接，使管線形成一個聯通的導體，更有利于靜電荷的消除，安全性好。


圖I示出根據本發明的熱塑性塑料復合管剖面結構示意圖附圖標記I-芯管11-芯管的梯形齒溝槽I12-芯管的梯形齒溝槽II13-接頭連接部2-外套21-外套的梯形齒溝槽I22-外套的梯形齒溝槽II3-加強環4-熱塑性塑料復合管管體41-內層42-中間層43-外層5_橡膠密封圈
具體實施例方式下面結合附圖通過示例性具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明的特點和優點將隨著這些描述變得更為清楚、明確。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優于或好于其它實施例。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。根據本發明，提供一種熱塑性 塑料復合管，其包括熱塑性塑料復合管管體，在熱塑性塑料復合管管體端部，內部壓接有芯管，外部壓接有外套，芯管內徑與熱塑性塑料復合管管體內徑相同；其中，熱塑性塑料復合管管體包括作為內層的內襯層，作為中間層的增強層，和作為外層的外保護層；熱塑性塑料復合管管體端部被徑向擴管，擴管后管體端部的末端的內層和外層被剝除，擴管后的管體端部被壓接于芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽之間；芯管端部為接頭連接部。在根據本發明的可快速拆裝的熱塑性塑料復合管中，熱塑性塑料復合管管體從內到外包括至少三層結構內層的內襯層41，中間層的增強層42，和外層的外保護層43，如圖I所示。作為內層的內襯層，由超高分子量聚乙烯擠出形成，例如由分子量在100萬-500萬之間的超高分子量聚乙烯形成。至于超高分子量聚乙烯擠出方法，例如可以參見中國專利申請 200610039727. 6 和 200810019731. 5 等。作為內層的內襯層，輸油用復合管的內襯層主要起耐油作用，由于其耐油性可以防止燃料對其的腐蝕和滲透，從而避免管道整體被腐蝕劣化。作為中間層的增強層，可以由無機或有機纖維形成。作為無機纖維，可以提及例如鋼絲、銅絲等。作為有機纖維，可以提及例如芳綸纖維、聚酯纖維等。在增強層中，無機纖維或有機纖維相互纏繞或網織；在纏繞的情況下，纏繞方向可以相同或相反。無論是在纏繞的情況下，還是在網織的情況下，根據需要，可以設置一層或多層纖維層，即增強層可以包括一層或多層纖維層，每層纖維層可以由纖維纏繞或網織形成。在增強層可以包括多層纖維層的情況下，纖維層之間可以通過粘結劑粘合。在一個優選的實施方案中，增強層由兩層纖維層構成，每層纖維層由鋼絲纏繞形成，兩層纖維層的絲纏繞方向相反，兩層纖維層之間通過粘結劑粘合。作為中間層的增強層，主要用于增強提高管道的抗壓能力。由于增強層的纖維纏繞或網織于內襯層上，主要承受所輸送液體的流體壓力，即內壓造成的應力。根據期望的承受能力，可以設置期望層數的增強層。作為外層的外保護層，可以由耐腐性的有機材料形成，例如熱塑性塑料如聚乙烯、尼龍、PVDF等形成。保護層的作用主要在于提供防護性，保護管道免于受到周圍環境如土壤、海水等的侵蝕。在熱塑性塑料復合管管體中，內層、中間層和外層之間，可以通過粘合劑粘結。在一個優選的實施方式中，中間層由鋼絲形成。此時，內層和中間層可以通過聚乙烯材料用粘合劑粘結。作為聚乙烯材料用粘合劑，提及例如氯化聚丙烯改性膠粘劑、熱熔膠粘劑(如乙烯-醋酸乙烯類聚合物熱熔膠粘劑)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS )膠粘劑、丙烯酸酯類膠粘劑和有機硅密封膠粘劑等。通過粘合劑，將鋼絲骨架與內、外層聚乙烯緊密地粘結在一起。在根據本發明的熱塑性塑料復合管中，熱塑性塑料復合管管體的各層還可以根據需要含有其他添加劑，如在內層中含有抗靜電劑。關于熱塑性塑料復合管管體的生產，可以先擠出內層，然后在內層上編制、粘合中間層，然后在中間層上擠出外層。為了對熱塑性塑料復合管管體端部進行擴管，采用加熱徑向擴管，而不是軸向擴管。擴管時，將管體需要擴口的一側管體端部放入烘箱中預熱，一段時間后管端塑料部分變軟，迅速移至擴管模具上，測量好放入模具中的尺寸，固定管體位置，使擴口模具的模塊均衡、同步地沿向心力反方向移動，從而擴大管端的內腔，達到尺寸要求后開始冷卻定型，取出擴口后的管體端部，即完成了擴管過程。
在優選的實施方式中，為了避免由于管徑增大導致的短期爆破壓力值下降，在擴管后管體端部的管徑變化處，在管體和外套之間設有加強環3，加強環為厚度變化的圓環，其內表面與管體密接，其外表面與外套密接。進一步優選地，加強環外表面設置梯形齒溝槽，從而與外套密接。外套經過扣壓壓縮后，將加強環固定在擴口過渡處。實驗證明，設置加強環有效避免由于管徑增大導致的爆破壓力值下降。在本發明中，芯管為一體化成型的金屬管，其內徑與管體內徑相同，外部設有梯形齒溝槽，其端部設計為接頭連接部。外套為一體化成型的金屬管套，其內部設有梯形齒溝槽。在本發明中，為了提高安全性能，采用了抗拔脫結構，通過例如車削剝除擴管后管體端部末端的內外層，將增強鋼絲層外露，扣壓時，將暴露的增強鋼絲層的直接扣壓于芯管尾部的梯形齒溝槽I 11和外套的梯形齒溝槽I 21之間，在扣壓時產生的徑向壓縮力作用下，使得增強鋼絲層在外套和芯管之間被壓縮，增強鋼絲層被擠壓成波浪形，進入外套和芯管的梯形齒溝槽中，增加抗拔脫力，提高安全性能；擴管后的管體端部其余部分被壓接于芯管外部的梯形齒溝槽II 12和外套的梯形齒溝槽II 22之間，扣壓時，管體的壁厚在外套和芯管之間被壓縮，管體的內層被擠壓成波浪形進入芯管的梯形齒溝槽II內，管體的外層被擠壓成波浪形進入外套的梯形齒溝槽II內，使得管體接頭獲得較大的抗拔脫力，同時提高了密封性能。在優選的實施方式中，芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽相互匹配，從而將擴管后管體端部(包括末端暴露的增強層纖維和未暴露的部分)扣壓于芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽之間。優選地，芯管外部的梯形齒溝槽包括梯形齒溝槽I和梯形齒溝槽II，外套的梯形齒溝槽包括梯形齒溝槽I和梯形齒溝槽II，擴管后管體端部的末端暴露的增強層纖維被壓接于芯管外部的梯形齒溝槽I和外套的梯形齒溝槽I之間，擴管后的管體端部其余部分被壓接于芯管外部的梯形齒溝槽II和外套的梯形齒溝槽II之間。進一步優選地，梯形齒溝槽II形狀相同、分布均勻，梯形齒溝槽I形狀不同、分布不均一，梯形齒溝槽I端部溝槽深度比其他梯形齒溝槽深度大，以便將暴露的增強鋼絲層有效扣壓，進一步增加抗拔脫力。
在一個優選的實施方式中，在熱塑性塑料復合管管體端部內部，在管徑開始變化處，在管體與芯管相接處設有橡膠密封圈5，避免所輸送的流體從接合處的縫隙中滲入、侵蝕。在優選的實施方式中，芯管和外套由鋼或鋁合金制成，以提供足夠的強度和耐沖擊性。特別優選由鋼制成，這是因為鋼材更堅固，接頭連接更堅固，能承受更強的沖擊或更大的壓力。在根據本發明的熱塑性塑料復合管中，作為芯管端部，可以設計為常用接頭連接部，如槽頭式接頭或法蘭接頭，也可以是軍用承插式接頭，以提高連接、拆卸速度，方便機械化鋪設。當接頭連接部為對稱結構時，如槽頭式接頭或法蘭接頭，此時將芯管端部(即接頭連接部)對接，然后使用卡箍或螺栓進行固定即可；當接頭連接部為不對稱結構時，如承插式接頭，此時將作為插口部的芯管端部插入作為承口部的芯管端部即可。本發明人經過研究和大量實驗發現，根據本發明提供的熱塑性塑料復合管，能在 施工現場快速、高效地連接和拆卸，熱塑性塑料復合管管體與芯管和外套之間連接牢固，能承受極強的外壓和內壓，連接處過渡平緩，流體(如汽油、柴油、噴氣燃料)不會從縫隙處滲入侵蝕，連接后形成的管道內徑均一，所輸送油料的壓力均衡。以上通過優選的具體實施方式
對本發明進行了范例性說明。不過需要聲明的是，這些具體實施方式
僅是對本發明的闡述性解釋，并不對本發明的保護范圍構成任何限制，在不超出本發明精神和保護范圍的情況下，本領域技術人員可以對本發明技術內容及其實施方式進行多種改進、替換或修飾，這些均落入本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種熱塑性塑料復合管，其包括熱塑性塑料復合管管體和接頭，在熱塑性塑料復合管管體端部，內部扣壓有芯管，外部扣壓有外套和加強環，芯管內徑與熱塑性塑料復合管管體內徑相同； 其中，熱塑性塑料復合管管體包括作為內層的內襯層，作為中間層的增強層，和作為外層的外保護層； 熱塑性塑料復合管管體端部被徑向擴管，擴管后管體端部的末端的內層和外層被剝除，擴管后的管體端部被扣壓于芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽之間； 芯管端部為接頭連接部。
2.根據權利要求I中所述的熱塑性塑料復合管，其中，芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽相互匹配。
3.根據權利要求I或2中所述的熱塑性塑料復合管，其中，擴管后管體端部的末端暴露·的增強層纖維被壓接于芯管外部的梯形齒溝槽I和外套的梯形齒溝槽I之間，擴管后的管體端部其余部分被扣壓于芯管外部的梯形齒溝槽II和外套的梯形齒溝槽II之間。
4.根據上述任一項權利要求中所述的熱塑性塑料復合管，其中，在擴管后管體端部的管徑變化處，在管體和外套之間設有加強環，加強環為厚度變化的圓環，其內表面與管體密接，其外表面與外套密接。
5.根據權利要求4中所述的熱塑性塑料復合管，其中，加強環外表面設置梯形齒溝槽，從而與外套密接。
6.根據權利要求4或5中所述的熱塑性塑料復合管，其中，在熱塑性塑料復合管管體端部內部，在管徑開始變化處，在管體與芯管相接處設有橡膠密封圈。
7.根據上述任一項權利要求中所述的熱塑性塑料復合管，其中，在熱塑性塑料復合管管體中，內層為超高分子聚乙烯層，中間層為鋼絲層，內外層與中間層之間通過粘合劑粘口 o
8.根據上述任一項權利要求中所述的熱塑性塑料復合管，其中，芯管和外套由鋼或鋁合金制成，芯管端部為承插式接頭或槽頭式接頭。
9.根據上述任一項權利要求中所述的熱塑性塑料復合管的制造方法，該方法包括以下步驟 (1)生產熱塑性塑料復合管管體； (2)熱塑性塑料復合管管體與芯管和套管及加強環扣壓將熱塑性塑料復合管管體端部加熱，徑向擴管，剝除擴管后管體端部的末端的內層和外層，在擴管后管體端部的管徑變化處外部套設加強環，將擴管后的管體端部扣壓于芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽以及加強環之間，任選地，在管體與芯管相接處設有橡膠密封圈。
全文摘要
本發明涉及一種熱塑性塑料復合管，其包括熱塑性塑料復合管管體和接頭。接頭由芯管和外套組成，通過扣壓固定在管體兩端；熱塑性塑料復合管管體端部被徑向擴管，使芯管內徑與管體內徑相同；管體端部末端的內層和外層被剝除，擴管后的管體端部被扣壓于芯管外部的梯形齒溝槽和外套的梯形齒溝槽之間；芯管端部為接頭連接部。該熱塑性塑料復合管接頭扣壓牢固，密封性好，耐高壓，抗拔脫，接頭內徑與管道內徑相同，減小了流體輸送阻力。
文檔編號F16L9/147GK102853176SQ20121036121
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者李萬利, 袁長友, 宋花平, 劉進立, 嚴為群, 錢曉宇 申請人:中國人民解放軍總后勤部油料研究所, 江蘇聯冠高新技術有限公司