CN1340389A - 一种采用夹层材料过渡缩管拉拔生产衬塑金属复合管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合管材生产技术,特别是一种采用夹层材料过渡缩管拉拔生产衬塑金属复合管的方法,这种复合管的外层为金属管(1),内层为塑料管(2),中间层为夹层过渡结构材料,可为金属丝(3),以螺旋方式缠绕于塑料管上,也可为密布几何形状孔洞的弧形金属长条薄片(5),用数条沿管轴线方向均布于塑料管外壁上,外层金属管(1)内壁可为光滑面,也可在其内壁均匀分布数条纵向齿状凸线条(4),穿入内径略大于塑料管(2)外径的金属管(1)内进行缩管拉拔。
Description
本发明涉及复合管材生产技术，特别是一种采用夹层材料过渡缩管拉拔生产衬塑金属复合管的方法。
传统的管道多采用金属管材，金属管机械强度高，耐冲击，防护性能好，但由于易锈蚀，以及本身的金属特性，对水质产生二次污染；管道技术中也采用塑料管材，塑料不污染水质，内壁光滑不结水垢，流阻小，但强度低，防护性差，特别是在光和空气的作用下易老化。把这两种材料结合起来，发挥这两种材料的优点，避免这两种材料的弱点，于是出现了一种新型的管材——内衬塑金属复合管。内衬塑金属复合管具有金属与塑料的综合优点，外层金属管材提供了较高的机械强度，防护性好，耐冲击，而内层塑料具有很好的化学稳定性，可保证所输送流体的洁净。因而内衬塑金属复合管是一种性能优良的管道材料。
现有技术生产内衬塑金属复合管，有内层涂塑法及内层塑料挤压法等。内层涂塑法是用喷涂枪伸进管道内进行塑料喷涂或加热转动的金属管，使其内的塑料涂层原料熔化，流动并涂覆于金属管内壁上，但这种涂塑层不易粘牢金属，涂层厚薄不均匀，容易分层剥离。另一种方法是在金属管内直接挤压塑料管，这种方法可以获得衬层均匀的塑料内管，但由于塑料内管与金属外管的结合仅是一种平面界面相触的接合，在制造过程中没有产生物理或化学的结合键，因此这种方法生产的内衬塑金属复合管的外层金属与内层塑料的接合强度是不大的。
复合材料一个重要的性能指标是其材料接合强度的大小，特别是当复合材料的组配为金属与高分子材料复合。塑料属高分子有机材料，它的线膨胀系数与金属材料的线膨胀系数相比存在较大的差异。与不同的金属比较，塑料的线膨胀系数(如聚乙烯为3.0×10-4/℃，聚丙烯为2.0×10-4/℃)可为金属线膨胀系数(如钢为1 1.7×10-6/℃，铝为23.6×10-6/℃)的几倍至十几倍，在相同的冷热温差变动条件下，塑料的体积变化较金属体积变化的增减量大的多。
由于内衬塑金属复合管是由两种线膨胀系数差异很大的材料复合而成，如果两者之间没有足够的接合强度，在实际使用中就会出现，遇冷时内衬塑料回缩于金属管内，或遇热时内衬塑料又冒出金属管端口的现象，致使金属管与内衬塑料发生分离，从而失去了复合管的综合性能。
内层涂塑法及内层塑料挤压法制造的内衬塑金属复合管，由于复合管的内外两种材料线膨胀系数差异较大，而受工艺方法所限，致使两者的接合强度低，因此应用该方法生产的内衬塑金属复合管的工作温度范围仅在一个温差变动不大的区域，从而也限制了这种管材的应用领域。
拉拔成形法是一种制造双金属管的复合方法，它的特点是利用具有不同变形抗力的材料在变形后产生的应力来提供接合强度而实现机械接合的复合方法。拉拔成形法在生产成本，设备以及生产性等方面具有较高的实用性，但这种方法最大的不足之处在于内外层界面的接合主要为平面机械接合。
从内衬塑金属复合管的材料及结构方面分析，拉拔成形这种机械复合方法可以用于内衬塑金属复合管的生产制造。
金属与塑料是具有不同变形抗力的两种材料，衬塑金属复合管外层为金属，内层为塑料，由于外层金属的屈服应力高于内层塑料的屈服应力，因此可以采用拉拔成形工艺中的缩管拉拔法。在缩管拉拔过程中，金属外管与塑料内管采用过盈配合，即拉拔复合后塑管外径小于拉拔前的塑管外径，这样内层塑料管径向因被压缩而发生塑性变形及弹性变形，由塑料变形后生产的回弹应力来提供内层塑料管与外层金属管间的接合力。
但是由于其外层材料与内层材料仍为平面机械接合，界面接合强度较低，当外层材料与内层材料的线膨胀系数差异较大时，在温差变化大的工作环境中，这种由平面机械接合提供的结合强度不能阻止塑料内管与金属外管的相对移动，导致塑料管与金属管的分离。特别是塑料为一种高分子有机材料，与其他材料相比极易发生蠕变，这种蠕变将导致其在缩管拉拔过程中产生的回弹应力随时间的推移而逐渐减弱直至消失，由此回弹应力产生的内外管界面的结合强度也就随之减弱直至消失，造成塑料内管与金属外管因温差变动而发生的相对移动现象更趋严重，从而失去了衬塑金属复合管的综合性能。因此，应用该方法生产衬塑金属复合管，该管的工作温度范围也仅在一个温差变化不大的区域。
综上所述，目前生产衬塑金属复合管的工艺方法由于没有采用有效提高并保持在较大温差工作环境中外层金属与内层塑料间接合强度的措施，采用这些方法生产的衬塑金属复合管只能用于常温环境中的冷水给水系统，不能使用于热水供暖系统，以及我国年温差变动较大的北方地区，从而限制了它的应用领域。
本发明的目的在于：提供一种采用夹层材料过渡缩管拉拔生产衬塑金属复合管的方法，它采用缩管拉拔成形复合工艺，通过中间夹层材料的传递过渡作用，将两种具有不同线膨胀系数的金属外层管与塑料内层管结合成一个整体。这种方法使内外层材料界面的接合由传统的平面机械接合，转变成两界面的与管轴线成横方向的凸凹面的机械嵌合，由于相互嵌合的剪切抗力的存在和制约，使该内衬塑金属复合管的线膨胀系数与外层金属管的线膨胀系数一致。使用该方法生产的内衬塑金属复合管的工作温度范围仅受所衬塑料的工作温度范围限制，选择适当品种的塑料，可以使该内衬塑金属复合管在较大温度范围内工作，而不会出现内层塑料与外层金属管的分离松脱现象。该种复合管可用于冷热水给水系统以及温差变动较大的工作环境。
本发明的构成：这种复合管的外层为金属管(1)，内层为塑料管(2)，中间层为夹层过渡结构材料，将中间夹层过渡结构材料置于塑料管(2)外壁上，穿入内径略大于塑料管外径的金属管(1)内，在拉拔机上进行缩管拉拔。中间夹层过渡结构材料可为金属丝(3)，以螺旋方式缠绕于塑料管上；也可为密布几何形状孔洞的弧形金属长条薄片(5)，用数条沿管轴线方向均布于塑料管外壁上。外层金属管(1)内壁可以为光滑面，也可以是在其内壁有均匀分布的数条纵向齿状凸线条(4)。
与现有技术比较，本发明由于采用了合理结构的中间夹层材料，并利用夹层材料的传递过渡联接作用，将传统的拉拔成形法制造复合管的内外层材料界面平面机械接合转变成凹凸界面机械嵌合。用这种方法制造的复合管的内外层材料的结合力不仅有在拉拔变形后产生的应力，更重要的是增加了由凹凸嵌入产生的剪切抗力，因此使复合管内外层间的结合力得到了很大的提高。本发明可将两种不同膨胀系数的金属管材与塑料管材复合成性能优良的复合管材，避免了衬塑金属复合管因冷热变化而出现的金属管与塑料管的分离现象，从而使衬塑金属复合管可以在有较大温差变化的环境中工作，拓宽了衬塑金属复合管应用领域。
附图1是本发明的夹丝过渡复合管结构图；
附图2是本发明中的带凸齿夹丝过渡复合管结构图；
附图3是本发明中的嵌片过渡复合管结构图。
本发明的实施例：将中间夹层材料金属丝(3)，使用缠绕方式，或金属长条薄片(5)使用平覆方式置于塑料管(2)外壁上，穿入内径略大于塑料管(2)外径的金属管(1)内，根据材料的配置不同，金属管(1)内壁可以带有纵向齿状凸线条(4)，在拉拔机上进行缩管拉拔，并使拉拔后的塑料管外径小于拉拔前塑料管外径，即制成衬塑金属复合管。
金属丝(3)以螺旋方式缠绕于塑料管(2)外壁工艺：如附图1所示，可以使用专用的绕线机械设备，使塑料管(2)作匀速直线运动，金属丝(3)作以塑管为圆心的圆周运动，控制塑料管(2)直线运动的速度，即可将以一定间距的金属丝(3)螺旋绕制在塑料管(2)外壁上，穿入金属管(1)内进行缩管拉拔。
带几何形状孔洞金属薄片(5)制作：如附图3所示，将金属带材通过滚剪切方式或连续冲压方式加工，即可制成所需的弧形金属薄片(5)带材，用数条沿塑料管(2)轴线方向均布于塑料管(2)外壁上，穿入金属管(1)内进行缩管拉拔。
内壁有纵向齿状凸线条金属管的制作：如附图2所示，根据金属不同的属性采用不同的方法制造。可采用挤压的工艺方法，在挤压模具阳模芯头工作带上开槽，即可在挤压机上挤出内壁有纵向齿状凸线条(4)的金属管(1)，如用于铜管、铝管的制作，也可采用管材带芯头拉拔成形工艺方法，在芯头定径带上加工凹槽，通过减径减壁拉伸，即可制成内壁有纵向齿状凸条(4)的金属管(1)，如用于钢管及不锈钢管的加工制作。
塑料管复合前的热处理工艺：将塑料管材放入水或空气加热介质中静置一段时间，热处理温度一般较塑料软化点低20℃左右，处理时间为2-3小时。如聚丙烯管材，热处理温度为125±5℃，保温2-3小时，自然冷却；聚乙烯管材，热处理温度为80±5℃，保温2小时，自然冷却。
缩管拉拔成型工艺是生产金属管、棒材的成熟加工技术，对生产该发明的衬塑金属复合管无特殊要求。
Claims (3)
1、一种采用夹层材料过渡缩管拉拔生产衬塑金属复合管的方法，其特征在于：这种复合管的外层为金属管(1)，内层为塑料管(2)，中间层为夹层过渡结构材料，将中间夹层过渡结构材料置于塑料管(2)外壁上，穿入内径略大于塑料管外径的金属管(1)内，在拉拔机上进行缩管拉拔。
2、根据权利要求1所述的一种采用夹层材料过渡缩管拉拔生产衬塑金属复合管的方法，其特征在于：中间夹层过渡结构材料可为金属丝(3)，以螺旋方式缠绕于塑料管上；也可为密布几何形状孔洞的弧形金属长条薄片(5)，用数条沿管轴线方向均布于塑料管外壁上。
3、根据权利要求1所述的一种采用夹层材料过渡缩管拉拔生产衬塑金属复合管的方法，其特征在于：外层金属管(1)内壁可以为光滑面，也可以是在其内壁有均匀分布的数条纵向齿状凸线条(4)。
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