有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件及其制备方法，该连接件内置圆筒状电热元件，其由沿电熔连接件内壁等间距布置，沿该筒壁呈连续的几字形排布的网孔结构的电阻材料条和同材料的塑料条构成。其制备方法包括以下步骤：1)制备网孔结构的电阻材料条；2)将步骤1)制备的网孔结构的电阻材料条表面固接同材料塑料条，将其卷成圆筒状电热元件；3)将步骤2)制备的圆筒状电热元件插入注塑模具中，按照常规的注塑成型工艺注塑获得成品。本发明连接件的电热元件结构稳定，其制备方法采用常规机械设备，并可制备多规格管道连接件，为特大口径的电熔连接件制造提供了技术平台，并能使连接件的焊接温度保持在所需温度，避免了短路和断路。
【专利说明】有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电熔连接件及其制备方法，具体而言，本发明涉及一种有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着塑料管道的大量普及，由塑料管道连接件的缺陷引起的连接问题越来越突出，一直是制约管道施工的主要因素。塑料管道的连接方法按大类分为二种，第一种是胶水粘接，如PVC，PA，ABS等材料做成的管道，第二种就是热熔连接，如PE、PP、PE-RT等材料做成的管道。热熔连接又可分为以下三种方式:热熔对接、承插热熔连接、电熔连接，其中电熔连接由于具有不可替代的优越性能(特别是在钢丝网骨架管及PE燃气管道领域)而被市场全方位推崇。电熔连接为一种“热塑性塑料电熔连接件与管子间的接合。电熔连接件由嵌入在它和管子之间的接合面内的加热元件通过焦耳效应加热，使它们周围的材料熔化，从而使管子和管件表面熔在一起。”
[0003]九十年代开发的电熔连接件是按英国尤波诺公司制造工艺生产的，即市场上普遍使用的裸露丝电熔连接件。由于在使用中电热丝经常脱落、并丝而造成短路，在尺寸配合有偏差或椭圆度过大时，插入管件可造成断路，制造该种电熔连接件对操作工人的熟练程度要求相对较严，按该种生产工艺制造的废品率高。
[0004]为了避免上述缺陷，有厂家按韩国大莲精工的工艺着手开发了包塑电热丝的电熔连接件，就是将电热丝包塑成电线形状，再按要求绕制在注塑模型芯上注塑成型，冷却后脱模得到成品(见图1)。然而用这种包塑丝工艺生产的电熔连接件，虽然部分解决了裸露电热丝电熔连接件插入断线的缺陷，但由于在包塑时必须采用高温拉丝和低温水冷却，在电热线的表面形成了无法去除的氧化层，阻隔了管材与管件的熔化材料流动再结晶，所以一般采用此种工艺的电熔连接件的剥离强度无法与裸露电热丝电熔连接件相比。
[0005]基于前二种的工艺存在的缺陷以及劳动力成本的上升，部分厂家引入自动后布丝工艺和设备，在工艺上实现了自动化生产，增加了管道可配合尺寸的精度，但自动后布丝的方法需专用设备，而且价格昂贵，并且该方法由于仍然属于单线布丝的传统工艺，制备出的电热元件为单丝绕制，此种电热元件无论是隐蔽丝还是裸露丝，均可能产生熔接短路的后果O
[0006]综上所述，现有的电熔连接件由于均采用轴向布线(与管材插入的方向呈垂直角度的方向)，在通电焊接时，其温度可能高于保持塑料管道所需的温度且还会产生熔胀压力，使电热丝位移而造成短路，导致焊接失败甚至管件报废。此外，轴向布线的连接件与管道的配合不可能是同径配合，肯定存在一定间隙，插入管件可造成断路。因此，需要一种能避免上述温度过高、短路和断路的情况的、价格适中、制造成本低、质量稳定的电熔连接件。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中采用轴向布线导致的连接时温度过高且易于短路，连接件和管道尺寸不配合而易于断路的问题，本发明提供了一种有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件，所述的电熔连接件内置圆筒状电热元件，该圆筒状电热元件由沿电熔连接件内壁等间距布置的网孔结构的电阻材料条和与所述的电熔连接件材料相同的塑料条构成。所述的网孔结构的电阻材料条沿所述圆筒状电热元件的筒壁呈连续的几字形排布；所述的塑料条与所述的网孔结构的电阻材料条固接并且围成所述的圆筒状电热元件的内筒壁。
[0008]所述网孔结构的电阻材料条的总电阻必须符合所述有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件的电流密度要求。电流密度是指表面负荷功率，一般电工学中的电流密度是指在同样截面的导线中通过的电流，由于导线的电阻不同，通过的电流大小不同，电阻越大，电流越小，功率越小，分配到表面的负载功率就越小，反之则表面的负载功率越大，材料表面发热点越集中，如轴向布线的电熔管件经常焊爆的现象就是电热丝短路后短时间表荷功率呈几何上升引发的后果，如果在焊接时间内材料表面发热不足以使与电热元件接触的塑料迅速分解碳化，其表面负荷功率符合塑料管道电熔连接件的电流密度要求。比如，根据PE材料的导热系数0.33ff/m ? K和材料密度0.92g/cm3计算，PE材料的熔化温度最高值为240°C，焊接电压为39.5V时(国标规定)，其表荷功率控制在1.5~2.2W ? cm2为理想值，超过这个值就会分解PE材料的分子结构，仍至碳化。此外，所述电阻材料条可以由适合各规格塑料管道电熔连接件强度的合金电阻薄板材料制成，即所选用的电阻材料通电发热对管道的塑料材料熔化、冷却后得到的结晶体的拉伸强度应不小于同体积的电阻材料或管道的塑料材料的拉伸强度。所述结晶体的拉伸强度主要与电阻材料的电阻率有关，在输入额定电压后产生的表面负荷功率应能保证塑料分子结构不分解，这样的合金电阻薄板材料的电熔连接件强度符合塑料管道电熔连接件强度的要求。比如，上述PE材料在焊接电压为39.5V时，电阻率在常温下取值为0.90~1.28 ii Q ? m。所述合金电阻薄板材料包含铬和铼，铬的含量为15-24.5重量％，还可以包含铁或同时包含铁和铝，其中铝的含量为0.35重量％，该材料的使用温度为1100-1200°C，熔点为1400°C，密度为8.1-8.3g/cm3, 20°C的电阻率为0.98-1.1lii Q ?!!!，抗拉强度为750Mpa，延伸率为25%，反复弯曲次数>5，快速寿命为50h/。。。
[0009]本发明所采用的合金电阻薄板材料优选下表1中所示材料:
[0010]表1
[0011]
【权利要求】
1.一种有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件，其特征在于: 所述的电熔连接件内置圆筒状电热元件，该圆筒状电热元件由沿电熔连接件内壁等间距布置的网孔结构的电阻材料条和与所述的电熔连接件材料相同的塑料条构成。
2.根据权利要求1所述的有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件，其特征在于: 所述网孔结构的电阻材料条沿所述圆筒状电热元件的筒壁呈连续的几字形排布，所述塑料条与所述网孔结构的电阻材料条固接并且围成所述圆筒状电热元件的筒壁。
3.根据权利要求2所述的有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件，其特征在于: 所述网孔结构的电阻材料条由包含铬和铼，或包含铬、铼和铁，或包含铬、铼、铁和铝的合金电阻薄板材料制成，其中铬的含量为15-24.5重量％，铝的含量为0.35重量％。
4.根据权利要求2所述的有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件，其特征在于: 所述网孔结构的电阻材料条的使用温度为1100-1200 °C，熔点为1400°C，密度为 8.1-8.3g/cm3，20°C的电阻率为0.98-1.11 μ Ω.m，抗拉强度为750Mpa，延伸率为25%，反复弯曲次数>5，快速寿命为50h/°C。
5.根据权利要求1至4任一项所述的有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件，其特征在于: 所述网孔结构的电阻材料条中的网孔为正方形、长方形或其他多边形，每个网孔内任意不相邻顶点之间距离的平均值为所述电阻材料条厚度的5倍至10倍，构成每个网孔的边筋的宽度为所述电阻材料条厚度的I倍至3倍，所述的电熔连接件与塑料管道的熔接面不小于该塑料管道横截面中管材壁面积的2倍至4倍。
6.根据权利要求1至4任一项所述的有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件，其特征在于: 所述的电熔连接件包括直通、变径、弯头、三通、四通、法兰和管帽。
7.一种制备如权利要求1至6任一项所述的有网孔结构电热元件的塑料管道电熔连接件的方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤: 1)制备网孔结构的电阻材料条； 2)将步骤I)制备的网孔结构的电阻材料条表面固接与所制备的塑料管道电熔连接件材料相同的塑料条，将其卷成圆筒状电热元件； 3)将步骤2)制备的圆筒状电热元件插入到电熔连接件的注塑模具中，接入引出线和电极桩，按照常规的注塑成型工艺注塑即获得电熔连接件成品。
8.根据权利要求7所述的电熔连接件的制备方法，其特征在于，所述的步骤I)采用下列方法: 方法A: A1-1)根据所述的电熔连接件的规格将电阻材料按焊接带所需宽度切成带状材料；A1-2)将步骤A1-1)切成的带状材料根据所述的电熔连接件的焊接面积冲孔压制，制成孔网带，再将所制备的孔网带制成网孔结构的电阻材料条。
9.根据权利要求7所述的电熔连接件的制备方法，其特征在于所述的步骤2)采用下列方法之一: 方法B:注塑成型电热元件 B2-1)设计对应规格的注塑模并将注模塑造成型，所述注塑模能使步骤I)所制备的网孔结构的电阻材料条卷曲后放入其模具型腔； B2-2)模具结构采用油缸抽插型芯，抽插型芯的端面应设有圆角，所述型芯直径与对应管件的内径等同，在模具上先用活动镶块/压块在电阻材料条的宽度中间压住，所述活动镶块/压块的宽度是电阻材料条宽度的二分之一，闭模注塑后在电阻材料条的外径形成塑料条，冷却脱模后成为圆筒状电热元件。 方法C:电热元件塑料挤出后同步热压成型 C2-1)在步骤I)制备的网孔结构的电阻材料条上用塑料薄条挤出机连续热压与所连接的塑料管道材料相同的塑料条； C2-2)将在步骤C2-1)中形成的压上塑料条带的网孔结构的电阻材料条带切成所要配置规格电熔连接件的内径长度，在工装上卷成筒状，将其压上的塑条对焊后成为圆筒状的电热元件； 方法D:电热元件超声波平焊塑条成型 D2-1)在步骤I)制备的网孔结构的电阻材料条上用超声波焊机将其与所连接的塑料管道材料相同的塑料条平焊； D2-2)将在步骤D2-1)中形成的焊上塑料条的网孔结构的电阻材料条在与成品注塑模具同尺寸的工装上卷成筒状，将其焊上的塑条对焊后成为圆筒状的电热元件。
10.根据权利要求9所述的电熔连接件的制备方法，其特征在于: 与所连接的塑料管道材料相同的所述塑料条的厚度为所述电热元件电阻材料厚度的2倍至5倍。`
【文档编号】B29C45/14GK103527885SQ201210232085
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】孙志强, 邵信元 申请人:孙志强