多层流体导管的制作方法

专利名称：：多层流体导管的制作方法
技术领域：
：本发明涉及使用多层元件的流体导管，特别是，涉及那些适用于喷水灭火系统及喷嘴系统的流体导管。在自动喷水灭火系统中的供水管线中，喷水灭火系统设施通常使用金属导管，例如铜管或更常用的铁管或钢管。这种金属管线显然比其他可以使用的结构材料更能够抵抗火损和由温度造成的损害。各种金属具有与成本相关的优缺点。最常见的是设置的管线有固定的长度，并且在安装之前必须切割成一定尺寸。然后，含铁的金属管线通常要在工作场地制备螺纹，并与带螺纹的管接头相配合。在含铁的金属管道系统中使用螺纹连接，大大地提高了安装这种系统的劳动成本。由于切割成一定长度的铜管可以与适当的配件简单地滑动配合，然后钎焊结合，所以铜管的安装比含铁金属管进行的更为迅速。但是，与含铁金属管相比，铜是相当贵重的材料。对于金属，特别是钢管系统，已经开发出其它类型的非螺纹配合型的管线系统。例如，周知的卷边系统，在该卷边系统中，可以采用可卷边的管接头来连接小直径的最轻的5号钢管。还已公知其他类型的机械压合型管接头，它们与带槽的管件的外端密封地配合。还有一些其他形式的机械连接系统使用一位于相连接的一对管件的各开口端中的管状插入件和一外压合管接头，它作用在管件端部和插入物上，以使端部压迫插入件。这种系统或者需要机械成型并且由于设置了槽、法兰或类似物而破坏了管件的平滑的圆柱形端部，和/或需要使用专门的和通常是昂贵的压合管接头。在用于住宅和一些轻度火灾的喷水灭火系统中，可以使用一定的塑料。氯化聚氯乙烯(CPVC)塑料管和管接头已经由保险商试验室登记。一种登记的氯化聚氯乙烯化合物是由俄亥俄州的B.F.谷德里奇公司生产的BLAZEMASTER牌氯化聚氯乙烯。BLAZEMASTER是B.F.谷德里奇公司的注册商标。保险商试验室也登记了由加州的灭火塑料公司在美国分销的Flameaway牌CPVC管件和管接头。保险商试验室还登记了用于住宅和轻度火灾的喷水灭火系统中的一定的聚丁烯喷水管和管接头。已经证明用塑料制造的管件在材料方面的成本低于铜管件，而其安装费用则与铜管件相差不大。在将两种类型的塑料管和铜管连接在一起时需要同样的步骤。但是，塑料管的柔性高于金属管。对于塑料管，需要提供比金属管更多的支撑。而聚丁烯塑料管比氯化聚氯乙烯塑料管需要更多的支撑。这样，可大大增加材料成本和安装塑料管道系统的劳动成本，从而使得在某些场合中这种塑料管道系统的总成本实际上比金属管道系统的成本还要高。在住宅中主要安装使用的用于喷水灭火系统的管道是塑料管道，在这种场合，塑料管可以很容易地安装，因为其比金属管更容易穿过没有对准的开口并穿过和/或绕过椽子和梁。根据最近的工业发展状况，住宅灭火喷水头大约占所销售的全部喷水头的15％。但是，因为在较轻的和普通的灭火设施中通常采用尺寸较大的管道和价格较昂贵的喷水灭火装置，所以，据估计，对于对付较轻的和普通的住宅火灾的喷水灭火设施而言，住宅喷水灭火装置的实际市场销售值大约仅占用于此项费用的10％或更低。多年来，在流体导管系统中已经提出使用塑料/金属复合管。例如，Cokeh的美国专利US-5,143,407建议使用涂有用以防止压痕的聚氯乙烯(PVC)的铜管，并且公开了若干局部涂有聚氯乙烯的用于在这类多层导管段的端部之间形成连接的铜管接头。在Cokeh的专利中没有说明这种复合管如何制造，或者是否能够制造。通过将适当的塑料粘合剂涂覆到管子的塑料外表面上，使管件和管接头相联接，使所述的粘合剂与围绕连接部分的金属管形成的聚氯乙烯套相粘结。还说明了采用压力配合将管件端部固定到连接处。但是，在各个实施例中，公开了为提供防漏流体密封而使用弹性垫圈。这是因为聚氯乙烯不能与铜相粘结而必须设置的。出于其他目的已提出了其他类型的涂敷有塑料的管件。例如，美国专利US-3,502,492公开了一种在金属基材的表面，例如金属管的外表面上形成很薄的环氧树脂的静电沉积物，在此表面上形成较厚的聚氯乙烯树脂颗粒的静电沉积层，然后加热上述基材，使聚氯乙烯和环氧树脂凝聚，以形成粘结在基材表面上的聚氯乙烯层。本文中不讨论这种管件和接头的物理结构。美国专利US-4,481,239公开了一种用于涂敷金属基材，例如铁管的方法，其中在管件表面上涂敷一种或几种交联树脂，然后对交联树脂进行充分加热，并且在受热的涂有交联树脂的基材上施加烯烃聚合物，形成覆盖基材的外层。在本文中不讨论管件及其接头的结构。美国专利US-2,646,822公开了使用聚乙烯(PE)或聚苯乙烯作为金属管的防腐外涂层。在此专利中所说明的唯一实施例中，涂有PE的金属管设有无塑料的通常带有螺纹的端部。所述的管端部装在涂覆有塑料并具有无塑料的金属内螺纹的接头中，以形成连续的涂覆有塑料的长金属管。通过使管件外侧端上的螺纹与接头中金属管的内螺纹机械地接合而形成接头处的连接。在此没有说明塑料层是否粘接到管件上。本发明的一个方面是提供一种多层流体导管系统，其包括一段中空的黑色金属管，其具有完全封闭的管状外表面；具有均匀厚度的氯化聚氯乙烯层，它从管件的一端到另一端至少基本上完全地覆盖所述金属管的封闭的管状外表面；以及一围绕和沿着金属管段的完全封闭的管状外表面的受热活化的粘合剂层，该粘合剂层位于金属管和氯化聚氯乙烯层之间，将氯化聚氯乙烯层与金属管的管状外表面相互粘结在一起。本发明的另一方面是提供一种用于制造多层流体导管的方法，包括以下步骤沿着并且完全地围绕一段黑色金属管的完全封闭的管状外表面施加一层需要加热活化的粘合剂；通过加热使粘合剂层活化；以及完全地围绕并且沿着黑色金属管段的管状外表面挤压管状氯化聚氯乙烯层，使之至少从管件的一端到另一端基本上完全地覆盖金属管的封闭的管状外表面，以致使通过活化的粘合剂层使氯化聚氯乙烯层与管件的管状外表面相互粘结。结合附图将更加清楚地了解前面对本发明的概述和后面对本发明优选实施例的描述。为了说明本发明的目的，在附图中采用示意图描绘了本发明的优选实施例。但是，应当理解，本发明不受附图中公开的特殊实施例、构造、元件和方法的限制。图1是根据本发明的多层导管段的局部纵向剖视图；图2是塑料管接头的一个实施例的剖视图；图3是采用了图1和2所示多层导管和管接头的部分天花板自动喷水灭火系统的侧视图；图4是沿图3中的4-4线的剖视图；图5是沿图4中的5-5线的剖视图；图6是用于配合类似图3所示多层导管系统中常规的螺旋消防喷洒头或喷嘴的本发明的多层金属/塑料，T形螺纹接头的四分之一部分的侧视图；图7是四分之一剖面的侧视图，其示出了按照本发明另一实施例的接头以另一种紧固形式与图6中示出的喷洒头装配；图8是端视图，示出了按照本发明再一实施例的接头以另一种紧固形式与图6和7中所示的喷洒头装配；图9是按照本发明用于制造多层导管的方法的示意图；图10是断面示意图，表示用于将氯化聚氯乙烯(CPVC)树脂层施加到黑色金属管的涂有粘结剂的外表面上的挤出头；图11是图10所示挤出头中挤出杆的示意端视图；图12是表示挤出头上的气动定径套管的内部的示意图。在下面的描述中采用了一些术语，这仅仅是为了描述方便，而不是限制本发明，词“左”、右”、上”和“下”指示附图中所示的方向。词“径向”和“轴向”涉及垂直于和沿着所述物体、零件或结构的中心轴线或其他指定的轴线的方向。词“向内”和“向外”分别涉及朝向和远离物体、零件和结构的几何中心的方向。这些术语包括上面提到的词汇、从这些词汇中转化来的词汇和引入的类似的词汇。此外，在全部附图中，相同的标号表示相同的零部件。图1概略地描绘了本发明的一个典型的多层流体导管，它总的用标号10表示。导管10由一段中空的金属管12形成，该金属管12有完全封闭的管状外表面13和相对的封闭的管状内表面14。该多层流体导管10还包括最好具有均匀厚度的热塑性塑料层20，最好，该塑料层20从金属管12和导管10的一端15到相对的另一端16至少基本上完全地覆盖黑色金属管12的封闭的管状外表面13。在金属管12和热塑性塑料层20之间设置一粘结剂层22，由该粘结剂层22将热塑性塑料层20和金属管12的管状外表面13连接在一起。金属管12的管状内表面14和外表面13在本实施例中从一端15到另一端16是均匀平滑的(在制造公差内)，并且使黑色金属管12从管的一端15到另一端16有均匀的内、外直径。图2概略地描绘了各种各样的接头中的一个接头30，它可与多层流体导管10一起使用，以组装成如图3中以标号40总的表示的、本发明的多层流体导管系统。参见图2，接头30是常规的“T”形喷洒头接头，该接头30包括一具有对置的第一和第二管状开口端32和33的整体式热塑性塑料接头体。管状开口端32、33由一中央管分支部分34相连，该中央管分支部分34具有一第三管状开口端35。在接头体中最好模铸有一用于装在消防喷洒头或喷嘴或其他互补的螺纹构件的带螺纹端上的金属插入件36，该金属插入件36具有内螺纹，从而形成第三开口端35的内螺纹开口。管状开口端32和33的暴露的最内层管状表面是热塑性塑料的，并且最好表面均匀光滑，具有恒定的内径。图3概略地描绘了使用本发明的多层流体导管10的一种防火系统40的一部分。图3所示多层流体导管系统的那一部分通过由多个T形接头30将多个多层导管10端对端地连接在一起而形成。连接多层导管段10的中空的端部分别容纳在各T形接头30的对置的第一和第二开口端32和33中。各T形接头30的管状开口35容纳常规的消防喷洒头38和喷嘴39的螺纹端。消防喷洒头38可具有一插塞和保持插塞处于适当位置直至释放的触发机构。消防喷嘴类似于消防喷洒头，但没有插塞和触发机构。当其开口具有特殊的形状时，它甚至可以没有偏流装置也能获得水分布形态。如图4和5所示，各导管10的热塑性塑料的外层20在标号46处连接到热塑性塑料接头30(或其他合适的接头)的管状开口端32或33之一的暴露的最内层管状表面上，从而在导管10和接头30之间形成密封连接。应当注意，中央管分支部分34限定了导管系统40的暴露的、热塑性塑料的管状内表面部分。除了由类似接头30的热塑性塑料接头进行连接之外，应当理解，按照本发明，能够采用其他的标准轮廓的接头连接多层导管10，或者换句话说使之相结合，这种标准轮廓的接头常常用于防火系统的全氯化聚氯乙烯(CPVC)管和其他用途的其它塑料导管系统。这些接头包括(但不仅限于此)其他形式的喷洒头接头、直管接头、弯头、套管、十字接头、管座、插塞、法兰、凹槽连接器和活接头，它们各自具有滑道、套管和滑道和套管型的端部，以及递减的均匀的内径。在用于防火的系统40的优选实施例中，导管的金属管12是用黑色金属材料，最好是钢制成的。热塑性塑料层20最好是适于防火的氯化聚氯乙烯(CPVC)，例如由B.F.谷德里奇出品的BLAZEMASTER牌氯化聚氯乙烯产品。粘结剂层22是由一种可永久性地使氯化聚氯乙烯层20粘结到黑色金属管12的外表面13上，并且可适于具有不同热膨胀系数的钢和氯化聚氯乙烯以保持连接的粘结剂而形成的。最好接头30和用于防火系统的类似接头是由适于防火的氯化聚氯乙烯，例如，B.F.谷德里奇的BLAZEMASTER牌氯化聚氯乙烯产品形成的，并具有青铜制的螺纹插入件36。这种接头可以从包括Lansdale，PA的中央喷嘴公司等多种商品来源获得。特别是，氯化聚氯乙烯的使用是本发明的较佳实施例在几个方面中尤其重要的一个方面。就防火系统而言，只有氯化聚氯乙烯和聚丁烯通过了防火安全的工业标准，因此，只有它们才是现今可以用于那些允许在这种系统中采用塑料的所有场所的防火导管系统的塑料。但是，聚丁烯系统有较低的最大环境工作温度(120°F对氯化聚氯乙烯的150°F)，而且其比氯化聚氯乙烯更加柔软，并需要用于热粘合的机械卷边接合的设备。已经证明，聚丁烯热粘合接头在持续的热循环之后易于损坏。在环境温度从大约0°F-100°F或已知的更高温度下，采用溶剂基粘结剂，可以直接将氯化聚氯乙烯粘接到氯化聚氯乙烯上，以形成密封接头。与聚丁烯相比，氯化聚氯乙烯可以采用很少的支撑架来安装，并装在有较高的环境温度的地方，还可采用很少的结构保护措施。在常规的模塑或挤压塑料中，氯化聚氯乙烯是最难加工的塑料之一。氯化聚氯乙烯聚合物的挤压温度范围一般大约从400-大约450°F。但是，对于具体的挤压设备和氯化聚氯乙烯的配方来说，挤压温度范围可以非常窄，即只有大约10-20°F。例如，BLAZEMASTER牌氯化聚氯乙烯化合物，在所述的挤压加工过程中，推荐的挤压温度范围仅仅在大约415°F-430°F之间。最好，制作导管外层20的挤压的氯化聚氯乙烯(CPVC)是B.F.谷德里奇公司的BLAZEMASTER牌88745号化合物。这种氯化聚氯乙烯化合物的物理和热特性如下所述<tablesid="table2"num="002"><tablewidth="882">热变形温度“F”217°F--</table></tables>在美国专利US-4,412,898中提供了有关用于BLAZEMASTER牌88745号氯化聚氯乙烯化合物的氯化聚氯乙烯树脂的其他信息，其全部在本文中作为参考。很薄的冷轧钢，例如SAEC101020号钢是目前用于本发明的多层导管10中的黑金属管12的较好钢材，因为其所提供的成本效益在其他金属中是找不到的。可以使用的其他黑色金属包括镀锌钢、不锈钢或含碳量高于C1010的碳素钢，以便通过增加强度来减小壁厚。由于氯化聚氯乙烯不能直接与金属粘接，即使当其以熔化的形式挤压在金属表面上时也是如此，所以优选的氯化聚氯乙烯材料与黑色金属管12之间需要粘合。当使导管10连接在一起形成流体导管系统时，设置粘结剂层22，防止在金属管12和覆盖金属管12的氯化聚氯乙烯外层20之间产生芯吸的可能性。此外，粘结剂层22也具有足够的弹性，以便适应金属管12(大约为6～7×10-6/°F)和氯化聚氯乙烯外层20(大约为3.4×10-5/°F)的不同的热膨胀系数，从而防止在使用中氯化聚氯乙烯和金属管12之间的粘接被破坏。如果为了使用而能够将导管10切割为任意长度，粘结剂层22必须完全地围绕金属管12从一端至另一端沿管的全长延伸。沿着管可以设置一系列分开的、独立的粘结剂环，但是，为了具有多方面的适应性，最好完全地围绕管子沿着管的全部长度设置连续的粘结剂层。如果导管10不需要进一步地切割就可使用，只需围绕管12的任一端设置粘结剂层，使之从该管端部离开足够远的距离，以在管12和围绕管12的每个端部的氯化聚氯乙烯外层20之间产生耐用的防水密封。最好的用于上述钢管和BLAZEMASTER牌氯化聚氯乙烯化合物的粘合材料是B.F.谷德里奇公司的A1718B号粘合剂和宾夕法尼亚州位于伊利的Lord弹性材料产品公司的双组分系统Chemlok485和Curative44。B.F.谷德里奇公司的A1718B号粘合剂被认为是溶剂基底层涂料。它是一种包括丁酮、甲苯、丁醇、乙醇、异丙醇和氧化丙烯独特混合物的液体。Chemlok485和Curative44的成分构成一种双组分的弹性体粘合剂。产品Chemlok485包括独特地混合在一起的二甲苯、丁酮和乙苯。产品ChemlokCurative44包括独特地混合在一起的二甲苯、芳族聚异氰酸酯、4，4’-二苯甲烷二异氰酸酯、乙苯和二苯甲烷二异氰酸酯。建议两种组分的混合重量比为100份Chemlok485对6～10份Curative44。最好将各种粘合剂喷洒在管12的外表面13上，并且不过份稀释，使之在干燥时足以产生2～3密耳的厚度。最好，多层导管10提供的外径符合标称管件外径，例如，管号40和/或80(ASTMF438)，以用于有公称尺寸的管接头。多层导管10中金属管12、热塑性塑料层20和粘结剂层22的总厚度只要厚到足以提供安全且防漏的导管系统所需强度和刚度即可，这种导管系统可用于消防，或其它应用的场所。为了能使用相应的有公称尺寸的管接头，最好使多层导管10的外径一般与有公称管件尺寸(NPS)的管的外径相对应，例如，管径从3/4英寸到至少4英寸。ASTM牌号40和牌号80的管接头有可用于防火导管系统中的塑料管接头的标准尺寸。用于具有大约2英寸或更小的公称尺寸的塑料管的塑料管接头可用于有40号管件(ASTMF438)的防火系统，虽然牌号80的管件(ASTMF439)有较厚的壁，但其也可以使用。用于具有大于2英寸的公称管件尺寸的塑料管的塑料管接头必须符合用于防火系统中的80号管件的尺寸。对于用于其他用途的导管系统，可以采用管件和管接头的其他标准尺寸。例如，可以使用ASTM标准的管件和管接头，其尺寸牌号范围从5号～100号。至少对于防火导管系统而言，使优选的氯化聚氯乙烯层20的壁厚小于0.1英寸，建议小于0.08英寸，最好仅为约0.04英寸，虽然对于这种用途也可以考虑厚度薄至0.02英寸和厚至0.075英寸。对于喷水防火系统而言，多层流体导管10的黑色金属管12最好是非常薄的冷轧钢管，其壁厚小于0.1英寸，建议小于0.08英寸，甚至小于0.06英寸，最好大约仅为0.04英寸(如0.042英寸)，虽然也可以考虑公称管件尺寸(“NPS”)至少为3英寸时厚度在大约0.035和0.065英寸之间。由ASTM管壁厚度标准允许的、用于喷水防火系统的、最薄螺纹钢管的壁厚为0.087英寸。允许用于喷水防火系统的最薄氯化聚氯乙烯壁厚对于3/4英寸公称管件尺寸而言是0.085英寸。对于公称管件尺寸为1英寸或更大的管件而言，氯化聚氯乙烯壁厚必须大于0.100英寸。管件通常由确定的外径来定径。用于管件的管接头相应于准备由该接头接纳的管件的标准外径按内尺寸分类。对于标准的管接头尺寸，本系统中的导管10至少有在一定程度上大于所有的塑料管，甚至大于标准的钢管的内径。例如，1英寸(NPS)10号钢管，其广泛地用于喷水防火系统，它的实际内径为1.097英寸，壁厚为0.109英寸。虽然将这种管件设计成可用于轧制凹槽，但其厚度足以制作螺纹。用于防火系统的最薄的钢管是5号钢管。在市场上，可以买到公称尺寸在1和2英寸的管件产品。所有管件都有0.065英寸的公称壁厚。这种薄壁管件是不能攻制螺纹的。美国材料实验学会标准编号A795-93，“对用于防火应用中的钢管的标准技术规范”，对于可制有螺纹的10号和40号钢管规定了公称管件尺寸，实际的外径和公称壁厚的规范，其内容如下表<p><tablesid="table4"num="004"><tablewidth="882">44.5000.1200.23755.5630.1340.25866.6250.1340.280</table></tables>在有最小公称管件尺寸时，用于氯化聚氯乙烯管的壁厚类似于可制备螺纹的钢管，例如对于1/2英寸(公称管件尺寸)的钢管和氯化聚氯乙烯管而言，壁厚分别为0.087与0.085英寸。在所有情况下，本发明的多层导管系统中的黑色金属管的管壁比以前可用于防火系统中的有相同公称直径的最薄管的最薄公称壁厚更薄。对于氯化聚氯乙烯壁厚要求迅速地增加，其范围从1英寸(公称尺寸)直径管(实际内径为1.101英寸)的0.107英寸到3英寸直径管的0.300英寸。预期，通过使用本发明的具有标准氯化聚氯乙烯管接头的多层导管10而可提供的增加了的内径会比常规的薄壁钢管系统(小于牌号10)提供高于约4％的水流量，而且与传统的10号和40号钢管系统相比，在有接近于相同的公称管件尺寸时，可提供高于8％的水流量。与所有CPVC系统，特别是尺寸大于1英寸的CPVC系统相比，这种增加了的水流量可以更大。在某些情况下，这种内径的有效的增加允许施工者为喷水系统减小管件尺寸，由此为施工者节约了附加的劳动和材料。如果多层导管10的外径由该导管所使用的常规的管接头的内径来确定，金属管12的外径则取决于塑料层20和粘结剂层22的厚度。因此，本发明的金属管一般没有标准的内外径。本发明的多层导管10具有所有塑料管所具有的所有安装的优点。本发明的多层导管10可以在工作场地用普通的轮式切割机切割成任意长度为了便于安装，最好将切割端倒角，并且可以斜切氯化聚氯乙烯层。为了形成连接，不需要特别地在导管的端部或金属管上加工出螺纹、凹槽或其他破坏形式。围绕导管10的端部将在环境温度下活化的粘结剂简单地涂敷在暴露的热塑性塑料层20上和/或管接头的暴露的最内层表面上，该表面由暴露的热塑性塑料层形成，用于容纳导管的端部。通过将导管端部插入管接头的开口端，并且进行扭转，以使粘结剂分布开，从而使构件相互连接。形成的粘连的接头将固化，并且在几分钟内用推荐的指定粘结剂进行加压加固。热塑性塑料外层20还有防止金属管12的外表面锈蚀的优点。由加州IPS公司和俄亥俄州的Oatey公司生产的一步溶剂基粘合剂是优选的、在环境温度下活化的粘结剂，用它们可连接上述的由氯化聚氯乙烯覆盖的导管10和氯化聚氯乙烯管接头30，并且提供的接头在至少875psi或更高的压力状态下保持防漏和整体状态。IPS的配方称为“中央喷洒器CSC-300溶剂粘合剂”。它还被称为“WELD-ON723”(为BLAZEMASTER牌的氯化聚氯乙烯管而改进的产品)。Oatey的配方被称为“OateyMediumRedBLAZEMASTERCementCPVC-LowVOC.”。这些粘合剂可以直接涂敷，不需要稀释，并且适用于环境温度，即在大约0～120°F之间的某一温度。上述各种产品均是氯化聚氯乙烯树脂和有机溶剂的混合物，所述有机溶剂包括四氢呋喃、丁酮、环己烷和丙酮。对上述材料不需稀释，并且在室温下(例如约0～约120°F)固化。图6概略地描绘了本发明中具有螺纹喷水接头的、多层金属/塑料T形管接头的四分之一剖面图，总的用标号130表示该管接头，其可用于火灾比较严重的场所，以增加热防护措施。改进的管接头130包括一内部的通常是热塑性塑料，最好是氯化聚氯乙烯的管接头30，例如图2所示的管接头30，和一采用标号132表示的外层金属壳。金属壳132可以围绕T形管接头30冲压成型、塑造成型或折叠成型，并用各种方式将其固定在管接头30上，所述方式包括(但不限于)用标号134表示的钎焊或由条带136表示的粘结。在图7和8中表示了其他形式的固定方式。在图7中，面对面地成对设置的法兰(其中的一个用标号138表示)设置在经过改进的另一个实施例的管接头130’的金属壳132’上，在该管接头130’上具有安装一常规的紧固件142的开口140，所述紧固件142可以是铆钉、螺钉或螺栓螺母组件中的螺栓部分。图8是再一个实施例的管接头130”的端视图，其中金属壳132”的向外转和向内转的对置的凸缘138”，139”相互重叠，并且围绕管接头30固定。上述各金属壳132、132’、132”提供的金属层至少基本上完全覆盖管接头30的其它外表面，足以多少改善管接头30的耐热能力。图9以方框图的形式表示了制造多层导管10的推荐步骤。最好，使薄壁钢管12单独地预成型，并切割成标准的长度。在步骤60中，清洁钢管上任何残余的氧化皮和其他污物，并且清除油渍。然后，在步骤62中，例如采用强制的空气蒸发来清理除油剂。接着，在涂敷粘结剂的步骤64中，采用任何适用的设备将合适的粘合材料24涂敷到完全封闭的管形外表面13上。最好将粘合材料24喷涂到金属管12的全部外表面上，但是也可以将其刷涂或辊涂到管件12上，或者浸渍到管件12上。然后，在干燥步骤66中干燥粘合材料24。对于公开的优选粘合剂，最好在低于活化温度的温度下，例如大约150°F，进行加热，以完成干燥，从而从粘合剂中充分地消除溶剂载体，使得粘合剂覆盖在管件上，或者说，使粘合剂层附着在管件上。在下文中以标号12’表示用粘合剂覆盖的管件。通过加热，使温度达到不使粘合剂活化的程度，可以干燥具有粘合材料层的管件12’。此温度对于B.F.谷德里奇粘合剂而言大约为340～350°F，但对于Lord公司的系统而言大约仅为250°F。使具有粘合剂涂层的管件12’通过如图10所示的挤出头88。在施加熔融的氯化聚氯乙烯材料之前的加热活化步骤68中，用一组预加热器85a，85b，85c和挤出头88的工艺装置将优选的粘合材料层24预加热到高于干燥温度的活化温度，最好高于大约350°F。将指定的粘合剂加热到大约360°F或更高的温度，以便使粘合剂活化。如果需要的话，可以将Lord公司的系统的粘合剂加热到350°F温度以下，使其活化。最好在使粘合剂24实际进入挤出头88之前对其进行加热活化，但是也可以在挤出头88内进行加热活化。通过在挤出头88的入口处预加热管件12’的表面，可以从该挤出头88的外侧对管件12’进行控制，使管件12’通过预加热器和挤出头。预加热管件12’有助于保持挤出的塑料的温度。在挤出步骤70中将氯化聚氯乙烯21或其他可挤出的热塑性塑料施加到管件上形成管状层20。可以采用各种方法使多层导管10移动通过挤出头88，所述的方法包括推、拉或者最好是最初推和接着拉的混合方式，例如采用夹送轮(未图示)。可以在定尺寸步骤72中加工处理导管10，其中完成对外表面的精加工，以获得非常精确和均匀的氯化聚氯乙烯层20和导管10的外径。可以采用几种方式确定导管10的外径，这些方式是用于确定塑料管的尺寸的标准方式，包括但不限于机械轧制、真空精整或上述过程的组合，以及采用图12所示的正压空气压缩定型。如果采用机械方式切割钢管12，将切割后的钢管段12连续地供给到挤出头88中，在经过了切割加工过程后，这种管件的端部会稍微向内卷曲或“凹陷”。这种管件端部出现的管径的稍微减小在这种管子的正常制造公差范围内。虽然管径尺寸稍微减小，但是应当可以采用邻近探测器或类似装置对管件12的一端部到另一端部的尺寸变化进行探测。此外，可以通过为在一个或多个伺服控制轮上设置的一台或几台编码器提供一个或几个可探测管件的初始端和末端的传感器来跟踪管件端部的位置，其中所述控制轮用于使管件穿过挤出头。另外，对于供入挤出头的管件，在各管件之间可以有间隙。在相邻的管段端部之间，可形成大约为1/32”或更大的间隙，其尺寸取决于供给方式。由连续的氯化聚氯乙烯材料管跨越所述间隙，由于缺少内部支撑，在管件之间应形成凹陷，从而可以识别管件的端部。由于这些变化比凹陷的管件端部更明显，所以也可以使用其他不同类型的传感器，如超声波、磁、电和/或光学探测装置，来探测离开挤出头88的管件端部的位置。于是，可以识别预先切割的金属管段12，将其相互分开，并在精加工步骤74中清除多余的氯化聚氯乙烯材料，获得加工好的多层导管10的端部。图10概略地描绘了优选挤出头88的主要加工构件，用它可将氯化聚氯乙烯材料施加到涂敷了粘合剂的金属管12’上。图中部分地示出了一台常规的挤出机，并用标号80表示。该挤出机80包括氯化聚氯乙烯的储罐，将氯化聚氯乙烯加热，并将其在加压状态下，以常规方式通过一连接器82供入挤出头88的供给导管86，并进入挤出头88本身内。氯化聚氯乙烯通过挤出头88的衬套87中的开口87a，进入压缩腔96，所述压缩腔96位于衬套87的管状内表面和挤出杆90的外表面之间。挤出杆90具有一中心孔91(以虚线表示)，用于容纳和通过涂敷了粘合剂的金属管12’。在挤出杆90的外表面上有一供给通道92，以容纳来自供给导管86的氯化聚氯乙烯材料。挤出头88还包括一芯杆94，它从其上游端支撑着挤出杆90。如果需要的话，也可以由一刃状支架在挤出杆90的下游端进行支撑，所述刃状支架在挤出杆90和衬套87之间延伸，或者在固定在衬套87上的模具98和挤出杆90之间延伸。衬套87围绕挤出杆90的邻近端，而模具98围绕挤出杆90的末端。供给通道92有两个对称的二分之一部分，其中之一由标号92a表示，如图10所示。在挤出杆90的另一侧是镜面对称的二分之一部分(在图10中看不到)。在是挤出杆90的端视图的图11中用虚线示出了两个二分之一部分92a，92b。每个供给通道部分92a，92b沿螺旋线从开口87a延伸到挤出杆90的相对一侧，从开口87a围绕挤出杆90转过了180°。最好，挤出机80的供给轴线和连接器82与供给导管86的中心轴线相互处于同一平面内，而且还与供给通道92a，92b处于同一平面，以最大限度地减小停滞和剪切作用。各个供给通道部分92a，92b的横截面从直接邻接开口87a的基本上呈半圆形的形状平滑地逐渐减小到无横截面，在此，供给通道92a和它的镜面对称部分92b在挤出杆90的相对一侧相会，背离开口87a。挤出杆90包括一通常为圆柱形的部分90a，它支撑着通道92。此后，挤出杆90朝内逐渐变细，形成一锥形部分90b，到达一具有较小直径的第二圆柱形部分90c，其壁厚小于0.1英寸，内径仅大于钢管12的外径60密耳。如果需要的话，可以在挤出杆90的孔内设置多个沿径向向内并沿着纵向延伸的刃状边缘，这样当从挤出杆90的端部供给管件12’时，有助于保持管件12’对中。在通道92下方的衬套87的内径大约比紧靠着通道92下方的挤出杆90的直径大约0.3英寸。此尺寸差主要限定了环形压缩腔96的径向尺寸。模具98具有一面对挤出杆90的锥形部分90b的锥形部分98a和一直径均匀的孔98b，由该孔98b容纳挤出杆90的直径均匀的末端90c。在模具98中，内径均匀的孔98b可以是，例如，大于挤出杆90的最末端90c的外径约0.09-0.12英寸，以便挤出的氯化聚氯乙烯管的壁厚大约为45～60密耳，从而在管件12’上施加40密耳厚的氯化聚氯乙烯或其他热塑性塑料。管件12’通过挤出头的速度大于氯化聚氯乙烯化合物的挤出速度。最好，对此速度进行控制，从而将氯化聚氯乙烯化合物拉伸到大约40密耳厚，该厚度稍小于初始挤出厚度。为了控制氯化聚氯乙烯化合物的温度，在挤出头加工装置中或其上以及在其他地方保持加热区域。最好，在连接器82、供给导管86、衬套87上方的挤出头壳体84，以及在供给导管86下方的衬套87自身上保持分开的并且受到独立控制的加热区域。此外，最好从挤出头88的上游方分别控制各个预加热器85a，85b和85c，以便预加热管件12’，并且在该管件12’即将通过挤出头88之前，使粘合剂覆盖层22活化。挤出头的加热区域最好保持在大约365°F，从而允许在加热的氯化聚氯乙烯化合物从挤出机80通过挤出头88时产生部分剪切生热。通道部分92a，92b的横截面的取向和逐渐减小对氯化聚氯乙烯挤出步骤的成功进行有非常重要的影响。部分92a和它的镜面对称的相应部分92b使树脂更迅速地移动到挤出杆90的相对侧，此移动速度高于树脂到达无通道92的位置的速度，以便防止沿周向围绕挤出杆90的树脂不均匀冷却。通道的二分之一部分92a，92b与供给导管86和衬套开口87a的中心线处于同一平面内。每个通道的二分之一部分92a，92b的深度在其从衬套开口87a(在挤出杆90的0°位置)延伸到挤出杆90的相对一侧(180°位置)时成线性地减小。此外，在凹槽的下游侧上挤出杆90的圆柱形部分进一步地截短，从各通道的二分之一部分92a，92b的中间(即大约90°和270°的位置)直到挤出杆90的远离开口87a的一侧(即180°位置)，在各中间位置(即大约90°和270°的位置)再开始通常是线性地减小，在挤出杆90的相对侧(即180°位置)达到深度约为0.090英寸。熔化的氯化聚氯乙烯的通常是均匀的冷却非常重要，因为这样可以防止形成显而易见的焊接或粘合线或高的应力集中，这种线或应力集中常常出现在与开口87a相对的挤出杆90的一侧。在优选的加工温度范围内，将覆盖有粘合剂的管件12’预热到接近挤出氯化聚氯乙烯的温度(即，在至少约50°F的范围内，最好在小于施加氯化聚氯乙烯的温度50°F的范围内)有助于在挤出头88中保持氯化聚氯乙烯化合物的温度。在挤出头88内，此温度范围仅约为15°F，大约为415～430°F。由于经过氯化处理的氯化聚氯乙烯的粘度问题，优选的氯化聚氯乙烯化合物会抵抗被拉到最佳厚度。如果允许温度冷却到410°F或更低，优选的化合物将趋于剥离。如果允许温度超过约450°F，优选的化合物将燃烧或塑变。如果从加工装置中氯化聚氯乙烯过快地拉出，由于摩擦和燃烧可以使氯化聚氯乙烯过热。排出氯化聚氯乙烯的理想温度是刚好低于或大约为450°F。在上述设置中，在大约430°F的条件下将氯化聚氯乙烯化合物供给挤出杆90或管件12’。对于使用指定的氯化聚氯乙烯化合物、钢管和加热活化的粘合剂，1英寸直径的管件目前通过上述加工装置的速率大约为30～35英尺/分钟。图12表示推荐采用的用于确定尺寸的设置。管状定尺寸套管100安装在模具98的暴露端部上。套管100包括一内部通道102，当覆盖有塑料层的导管10离开模具98时，所述导管10从通道102穿过。环形集流腔104设置在与供给导管106相连的套管100内，通过供给导管106可以供给由箭头108表示的由压缩空气源提供的空气或其他可以应用的气体。多个单独的孔110沿径向从集流腔104向内伸入内部通道，并且形成一环状气流，所述环状气流围绕通过挤出头88的导管10。通过调整工艺参数的组合，其中包括管件10’的供给速度，氯化聚氯乙烯化合物或其他挤出的热塑性塑料的供给速率和温度，以及吹过孔110的空气或其他气体的压力，可以控制热塑性塑料层22的厚度。本发明的多层导管和导管系统在成本和易于使用方面有明显优于其它已知的金属，塑料或复合的金属/塑料导管系统，特别是，在防火系统中使用的导管系统的优点。本发明的优选的多层导管在减小了壁厚的条件下，与所有的塑料管相比，可以提供较高的强度和刚度。本发明的多层导管可以在没有火险的同时和所有的塑料系统一样容易地连接在一起形成导管系统，其成本与安装黄铜系统或安装全钢管系统相当。安装本发明的多层导管系统不需要过多的技术人员，并且不需要价格昂贵的加工螺纹的设备、扩管设备、焊枪、热粘结或卷边设备，也不需要其他价格昂贵的机械装配连接系统。因为本发明的系统不需要对黑色金属管12或多层导管10的内外表面进行螺纹加工，不需要进行其他形式的加工，也不需要对管件或导管的端部进行压力加工，其钢管比已知的曾用于这种系统的钢管薄，重量轻，成本低，而且刚度高，在875psi或更高的压力条件下保证本发明的系统完好无损。本发明的导管可以是使用塑料的第一导管系统，它符合国家防火协会(NFPA)的规定，可以用于普通的易燃场所。但是，可以相信，本发明的优选的复合系统有更大的适用性，并且适用于轻度火灾系统，而在目前使用的防火系统中，金属管占主导地位。特别是，本发明优选的复合导管10所需要的悬挂支撑至少与钢管系统一样好(支撑支架之间的最大跨度为15英尺)。因为本发明的导管系统的重量大大减少，本发明的导管可以安全地使支撑支架之间的跨度更大(例如16～20英尺)，以进一步减少设备成本，同时具备很高的安装适应能力。本发明的多层导管具有如下所述的优点，即能够用于现有的氯化聚氯乙烯管接头的软管，通过这些管接头，连接其他的铜、钢或传统的塑料(如PVC或ABS)导管系统或管道系统。虽然已公开了本发明的优选实施例，并且提出了其他一些改进的方案，但是对于本专业的普通技术人员来说，还可以进行其它的修改和变化。例如，尽管最好将氯化聚氯乙烯用于管接头并最好将粘结的氯化聚氯乙烯用于喷水系统的导管系统，但也可以使用其他的聚合物。除氯化聚氯乙烯以外，其他可以使用的、可挤出、可粘结、在环境温度下可结合的聚合物包括聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚氨酯(聚酯和聚醚)、以及它们与氯化聚氯乙烯的混合物。它们都是可挤出的、可以与金属粘合的溶剂粘合剂。聚乙烯和氯化聚氯乙烯的区别在于氯化聚氯乙烯中氯的由重量表示的含量高于57％，因而被认为是氯化PVC。可以采用其他方法将优选的氯化聚氯乙烯层设置在优选的钢管上。优选的氯化聚氯乙烯本身的强度很高。氯化聚氯乙烯外层22可防止钢管12的外侧锈蚀。由于这种管道系统处于干燥环境，并且，在喷水之前，管道内的水是静止水(不流动水)，所以通常在该系统内很少产生内部锈蚀。因此，即使钢管壁很薄，也可以用于防火系统，以及用于其他的流体流动的导管系统。在防火系统以外的其他场合，也可以将其他聚合物用于黑色金属管或其他所述带有螺纹的金属管系统。本发明不限于所公开的特定的较佳实施例和其他实施例，而是包括在本发明的权利要求书中提出的所有实施例。权利要求1.一种多层流体导管，其包括一段中空的黑色金属管，其具有完全封闭的管状外表面；一具有均匀厚度的氯化聚氯乙烯层，它从管件的一端到另一端至少基本上完全地覆盖所述金属管的封闭的管状外表面；以及一围绕和沿着金属管段的完全封闭的管状外表面的加热活化粘合剂层，该粘合剂层位于金属管和氯化聚氯乙烯层之间，使氯化聚氯乙烯层与金属管的管状外表面相互粘结在一起。2.按照权利要求1所述的导管，其特征是管件具有管状内表面，在黑色金属管的管状外表面和内表面上，从管的一端到另一端是均匀平滑的。3.按照权利要求1所述的导管，其特征是黑色金属管的材料是钢。4.按照权利要求1所述的导管，其特征是黑色金属管的壁厚不足以制作出螺纹。5.按照权利要求1所述的导管，其特征是黑色金属管的壁厚小于0.08英寸。6.按照权利要求5所述的导管，其特征是黑色金属管的壁厚约为0.06英寸或更小。7.按照权利要求6所述的导管，其特征是黑色金属管的壁厚约为0.04英寸。8.按照权利要求1所述的导管，其特征是在导管的最高到3英寸的公称管件尺寸中，黑色金属管的壁厚小于0.08英寸。9.按照权利要求1所述的导管，其特征是导管的热塑性塑料层的壁厚小于0.08英寸。10.按照权利要求1所述的导管，其特征是导管的热塑性塑料层的壁厚约为0.04英寸。11.按照权利要求1所述的导管，其特征是导管的热塑性塑料层的壁厚在大约0.02～0.075英寸之间。12.按照权利要求11所述的导管，其特征是黑色金属管的壁厚小于0.08英寸。13.按照权利要求12所述的导管，其特征是黑色金属管的壁厚约为0.06英寸或更小。14.按照权利要求13所述的导管，其特征是黑色金属管的壁厚小于约0.04英寸。15.按照权利要求12所述的导管，其特征是黑色金属管的壁厚在大约0.035～0.065英寸之间。16.按照权利要求1所述的导管，其特征是粘合剂层只有在温度高于300°F时才活化。17.按照权利要求1所述的导管，其特征是在导管端部的管件的管状外表面和内表面无表面变化，它们能够与相配合的管接头相互压配合。18.按照权利要求1所述的导管，其特征是粘结层完全地环绕黑色金属管的管状表面，并沿着管件从其端部充分延伸，以在管件和热塑性塑料层之间形成不间断的环形防漏密封。19.一种具有权利要求1所述多层流体导管的系统，其还包括一安装在导管上的管状管接头，至少管接头的一端容纳导管的一个管状开口端，并且与其搭接，管状管接头具有暴露的、与导管面对并且位于最里面的管状氯化聚氯乙烯表面；一在环境温度下活化的粘合剂层，它直接接触导管的氯化聚氯乙烯材料层和管接头的最里面的氯化聚氯乙烯管状表面，从而在导管和管接头之间直接形成密封连接。20.按照权利要求19所述的导管系统，其特征是导管的一个管状开口端和管接头的一端均设有使导管与管接头相配合的结构。21.按照权利要求19所述的导管系统，其特征是管接头还包括一至少基本上完全覆盖管接头的外表面的金属层。22.按照权利要求19所述的导管系统，其特征是管接头还包括由膨胀材料构成的外层。23.按照权利要求19所述的导管系统，其特征是还包括一自动喷水灭火装置，它与管接头流体地相连接。24.按照权利要求19所述的导管系统，其特征是还包括一与管接头流体地连接的灭火喷嘴。25.按照权利要求19所述的导管系统，其特征是金属管和导管的CPVC层的壁厚分别小于0.08英寸。26.按照权利要求23所述的导管系统，其特征是金属管和氯化聚氯乙烯层的壁厚之和约为0.10英寸或更小。27.一种用于制造多层流体导管的方法，包括以下步骤沿着并且完全地围绕一段黑色金属管的完全封闭的管状外表面施加需要加热活化的粘合剂层；通过加热使粘合剂层活化；以及完全地围绕并且沿着黑色金属管段的管状外表面挤压出一层管状氯化聚氯乙烯，它从管件的一端到另一端至少基本上完全覆盖金属管的封闭的管状外表面，以致通过活化的粘合剂层使氯化聚氯乙烯层与管件的管状外表面相互粘结。全文摘要通过粘结金属管的外表面和热塑性塑料外层形成多层流体导管。该外层通过使导管端部与热塑性塑料管接头粘结，使多层导管的端部相互连接成防漏的流体导管系统。对于防火系统，优选的金属是钢，优选的热塑性塑料是CPVC，而优选的粘合剂是加热活化的。预加热覆盖粘合剂的金属管，并将CPVC挤到该金属管的外表面上。通过使用阻燃的CPVC，本发明的多层导管系统可以安装在非常严重的火灾区内，其适应性优于现有的全塑管线，包括全CPVC管道系统。在现场，通过切割和使用适当的粘结剂直接与普通的全塑管接头相互连接，就可将导管装配成管道系统。文档编号B29C47/02GK1158947SQ9612106公开日1997年9月10日申请日期1996年10月30日优先权日1995年11月2日发明者安德鲁·L·奥维尔,弗雷德·布兰南,吉里什·特里卡迈尔·达拉尔,托马斯·L·伊万斯,乔治·G·迈耶,史蒂文·J·迈耶,卡迈恩·L·斯基亚沃内,西奥多·约瑟夫·施米茨申请人:B·F·谷德里奇公司,中央喷洒公司