一种金属塑料复合管之间的热熔连接结构及其制作方法与流程

本发明涉及一种热水供水管道的连接结构，尤其是涉及一种金属塑料复合管之间的热熔连接结构及其制作方法。

背景技术：

在城市供热二次管网金属复合压力管件聚氨酯泡沫预制直埋金属塑料复合管的连接施工中，采取热熔承插连接管道先热熔，后承插的连接方式，施工难度较高，且易受外界环境因素和施工人员技能的影响。

一个接口需熔接两次，纯塑料管件重量轻因过度接头的加入，使得管道熔接口发生缩径现象，影响管道流量，增加容接口密封性能的不确定性，工作效率低，接口质量不稳定造成费时，费力，费工增加施工成本。

技术实现要素：

本发明设计了一种金属塑料复合管之间的热熔连接结构及其制作方法，其解决的技术问题现有管材连接件及连接方法存在施工难度较高，且易受外界环境因素和施工人员技能的影响，以及管道熔接口发生缩径现象。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种金属塑料复合管之间的热熔连接结构，其特征在于：包括多根金属塑料复合管，任意相邻两根金属塑料复合管之间通过中间热熔连接件(6)进行连接，所述中间热熔连接件(6)包括塑料管体，在塑料管体的内壁上固定一层304不锈钢内衬(61)，在塑料管体前、后端分别开有前端插入固定槽(62)和后端插入固定槽(63)，一根金属塑料复合管的末端位于前端插入固定槽(62)中，另一根金属塑料复合管的末端位于后端插入固定槽(63)中，两根金属塑料复合管和中间热熔连接件通过电磁感应加热线圈电磁加热方式将三者熔接固定在一起。

进一步，还包括焊接器定位槽(64)，焊接器定位槽(64)位于塑料管体的外壁上，并且也位于前端插入固定槽(62)和后端插入固定槽(63)之间以确保电磁感应加热线圈对前端插入固定槽(62)和后端插入固定槽(63)均匀加热。

进一步，金属塑料复合管包括金属复合压力管件(1)，所述金属复合压力管件(1)外层设有硬质聚氨酯泡沫保温层(2)，所述硬质聚氨酯泡沫保温层(2)的外部设有高密度聚乙烯防水防腐层(4)，所述金属复合压力管件(1)由内塑料层(11)、铁磁性金属层(12)以及外塑料层(13)组成，铁磁性金属层(12)位于内塑料层(11)与外塑料层(13)之间。

进一步，内塑料层(11)的外壁与铁磁性金属层(12)内壁通过一热熔胶层进行固定。

进一步，铁磁性金属层(12)的外壁与外塑料层(13)内壁通过另一热熔胶层进行固定。

进一步，每根金属塑料复合管两端的金属复合压力管件(1)长度都长于高密度聚乙烯防水防腐层(4)，任意相邻两根金属塑料复合管之间的高密度聚乙烯防水防腐层(4)通过套袖(5)进行连接，套袖(5)两端的连接处分别通过一热收缩带(7)进行密封。

进一步，套袖(5)上设有浇注口(51)，通过浇注口(51)硬质聚氨酯泡沫填充套袖(5)与中间热熔连接件(6)之间的空间以及填充套袖(5)与金属复合压力管件(1)之间的空间。

进一步，所述金属塑料复合管为PE-RTⅡ、PP-R、βPP-R、玻纤增强，PB、阻氧型PB、阻氧型PE-RT，PB-R，PPS、PPO、PSF、PBT，HDPE供水、燃气、地源热泵专用同径直通、同径三通、异径直通、异径三通、弯头结构。

一种金属塑料复合管之间的热熔连接结构的制作方法，包括以下步骤：步骤1、制作好多根金属塑料复合管；

步骤2、将任意两根金属塑料复合管通过中间热熔连接件(6)进行连接后，使用电磁感应加热线圈将上述三者进行熔接固定；

步骤3、待冷却后，通过套袖(5)连接两根金属塑料复合管的高密度聚乙烯防水防腐层(4)，并用热缩带(7)密封两边的搭接处，在热力作用下热收缩带(7)沿径向均匀收缩，同时热熔胶层熔化，均匀包覆在金属塑料复合管表面；

步骤4、在套袖(5)中间打孔形成浇注口(51)，并由高压浇注机浇注硬质聚氨酯泡沫后，在套袖(5)与中间热熔连接件(6)之间的空间以及填充套袖(5)与金属复合压力管件(1)之间的空间形成硬质聚氨酯泡沫保温层(2)；

步骤5、将浇注口(51)封堵，整个连接程序结束；

步骤6、其他相邻两根金属塑料复合管重复步骤2-步骤5。

进一步，步骤1中金属塑料复合管制作方法如下：

步骤11、对金属复合压力管件(1)外观进行检查，检查是否工作管(1)存在破损；

步骤12、在外观完好的金属复合压力管件(1)外部安装高密度聚乙烯支架(3)；

步骤13、在高密度聚乙烯支架(3)外部安装高密度聚乙烯防水防腐层(4)形成保温管一体件，金属复合压力管件(1)与高密度聚乙烯防水防腐层(4)之间通过高密度聚乙烯支架(3)进行支撑定位并形成填料空间；

步骤14、将步骤3中所得保温管一体件吊放在发泡平台上；

步骤15、对保温管一体件两端部通过推进法兰进行封堵；

步骤16、在高密度聚乙烯防水防腐层(4)的中间部位开设发泡孔，注入泡孔后用盖封堵一次浇注硬质聚氨酯泡沫发泡成型。

步骤17、退出法兰封堵，所述金属塑料复合管制作完成。

该金属塑料复合管的中间热熔连接件及其制作方法具有以下有益效果：

(1)本发明通过中间热熔连接件连接的方式使得施工快捷，连接质量高，接头强度大需要，保证接口材质，结构与管体本身的统一性。并且具有高效率、低能耗、易操作的特点，大大降低了操作人员手动弊端，提高工效2倍以上，操作更加环保、安全。

(2)本发明由于在塑料管体的内壁上固定一层304不锈钢内衬，使得中间热熔连接件在电磁热熔时，不会受到电磁波的影响，因而不会出现“不规则缩径”现象，也就不会造成阻碍流体正常通行。

附图说明

图1：本发明中金属塑料复合管的轴向剖面图；

图2：本发明中金属塑料复合管的部件连接示意图；

图3：本发明中金属塑料复合管的高密度聚乙烯支架结构示意图；

图4：本发明中金属塑料复合管之间连接示意图I；

图5：本发明中金属塑料复合管之间连接示意图II。

附图标记说明：

1—金属复合压力管件；11—内塑料层；12—铁磁性金属层；13—外塑料层；2—硬质聚氨酯泡沫保温层；3—高密度聚乙烯支架；31—环形结构；32—支撑叶片；33—支撑平台；4—高密度聚乙烯防水防腐层；5—套袖；51—浇注口；6—中间热熔连接件；61—304不锈钢内村；62—前端插入环形固定槽；63—后端插入环形固定槽；64—焊接器定位槽；7—热收缩带。

具体实施方式

下面结合图1至图5，对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种金属塑料复合管，包括金属复合压力管件1，金属复合压力管件1外层设有硬质聚氨酯泡沫保温层2，硬质聚氨酯泡沫保温层2的外部设有高密度聚乙烯防水防腐层4。

本发明替代原有的钢工作管或塑料工作管保温结构型式，是集钢工作管和塑料工作管优点为一体的新型绿色环保管材，更适用于集中供暖，地热井热水直供管道等系统，在95℃时，长期使用压力可达1.25MPa,为减少环境污染，减少热耗、节约能源、改善环境的措施做出贡献。

如图2所示，金属复合压力管件1与高密度聚乙烯防水防腐层4之间通过高密度聚乙烯支架3进行支撑定位并形成填料空间，填料空间装填有硬质聚氨酯泡沫保温层2。

如图3所示，高密度聚乙烯支架3包括一环形结构31，在环形结构31内侧固定在金属复合压力管件1上，环形结构31外壁上固定多个发散式的支撑叶片32，支撑叶片32最外端部设有支撑平台33，支撑叶片32与支撑平台33形成T字形结构，T字形结构通过挤压的方式将金属复合压力管件1与高密度聚乙烯防水防腐层4两者进行固定。

如图4所示，金属复合压力管件1由内塑料层11、铁磁性金属层12以及外塑料层13组成，铁磁性金属层12位于内塑料层11与外塑料层13之间。内塑料层11的外壁与铁磁性金属层12内壁通过一热熔胶层进行固定。铁磁性金属层12的外壁与外塑料层13内壁通过另一热熔胶层进行固定。

本发明使用钢塑复合管替代钢管，使得复合塑料管内壁光滑，不易结垢，流动阻力小，热损失小，系统工作效率高；导热系数为0.21W/(mK)，相比金属管材热损失更小，更加节能。

本发明金属塑料复合管的制作方法，包括以下步骤：

步骤11、对金属复合压力管件1外观进行检查，检查是否工作管1存在破损。

步骤12、在外观完好的金属复合压力管件1外部安装高密度聚乙烯支架3。

步骤13、在高密度聚乙烯支架3外部安装高密度聚乙烯防水防腐层4形成保温管一体件，金属复合压力管件1与高密度聚乙烯防水防腐层4之间通过高密度聚乙烯支架3进行支撑定位并形成填料空间。

步骤14、将步骤3中所得保温管一体件吊放在发泡平台上。

步骤15、对保温管一体件两端部通过推进法兰进行封堵。

步骤16、在高密度聚乙烯防水防腐层4的中间部位开设发泡孔，注入泡孔后用盖封堵一次浇注硬质聚氨酯泡沫发泡成型。

步骤17、退出法兰封堵，金属塑料复合管制作完成。

如图4和图5所示，一种金属塑料复合管的中间热熔连接件，包括塑料管体，在塑料管体的内壁上固定一层304不锈钢内衬61，在管体前后端分别开有前端插入固定槽62和后端插入固定槽63，一根金属塑料复合管的末端位于前端插入固定槽62中，另一根金属塑料复合管的末端位于后端插入固定槽63中，两根金属塑料复合管和中间热熔连接件通过电磁感应加热线圈电磁加热方式将三者熔接固定在一起。

上述电磁感应加热线圈工作原理如下：当电磁感应加热线圈通电工作时，两根金属塑料复合管的铁磁性金属层12形成涡流并且逐渐发热，热量逐渐将两根金属塑料复合管的塑料部分以及中间热熔连接件的塑料部分进行熔化，并最终三者融合在一起。

与此同时，由于在塑料管体的内壁上固定一层304不锈钢内衬61，304不锈钢内衬61由于电磁波不发生感应，也不会产生热量，所以其不会发生任何形变。也就不会出现热熔过程中“不规则缩径”现象，会阻碍流体正常通行，甚至出现管道内径堵塞极端现象。

此外，还包括焊接器定位槽64，焊接器定位槽64位于塑料管体的外壁上，并且也位于前端插入固定槽62和后端插入固定槽63之间以确保电磁感应加热线圈对前端插入固定槽62和后端插入固定槽63均匀加热。

每根金属塑料复合管两端的金属复合压力管件1长度都长于高密度聚乙烯防水防腐层4，任意相邻两根金属塑料复合管之间的高密度聚乙烯防水防腐层4通过套袖5进行连接，套袖5两端的连接处分别通过一热收缩带7进行密封。

套袖5上设有浇注口51，通过浇注口51硬质聚氨酯泡沫填充套袖5与中间热熔连接件6之间的空间以及填充套袖5与金属复合压力管件1之间的空间。

本发明金属塑料复合管之间的热熔连接结构的制作方法，包括以下步骤：步骤1、制作好多根金属塑料复合管。

步骤2、将任意两根金属塑料复合管通过中间热熔连接件6进行连接后，使用电磁感应加热线圈将上述三者进行熔接固定。

步骤3、待冷却后，通过套袖5连接两根金属塑料复合管的高密度聚乙烯防水防腐层4，并用热缩带7密封两边的搭接处，在热力作用下热收缩带7沿径向均匀收缩，同时热熔胶层熔化，均匀包覆在金属塑料复合管表面。

步骤4、在套袖5中间打孔形成浇注口51，并由高压浇注机浇注硬质聚氨酯泡沫后，在套袖5与中间热熔连接件6之间的空间以及填充套袖5与金属复合压力管件1之间的空间形成硬质聚氨酯泡沫保温层2。

步骤5、将浇注口51封堵，整个连接程序结束。

步骤6、其他相邻两根金属塑料复合管重复步骤2-步骤5。

硬质聚氨酯泡沫保温层2的材质为环保的纳米粒子增强改性的聚氨酯泡沫塑料，其按照重量分数计，其原料中包含以下组分：100重量份的聚醚多元醇；5-7重量份的纳米SiO₂；1.02.0重量份的水；1.53.0重量份的表面活性剂；0.31重量份的常规胺催化剂；0.42.5重量份的反应型胺催化剂；2530重量份的发泡剂；145重量份的MDI体系异氰酸酯。

表面活性剂为聚硅氧烷,中山东骏化工有限公司生产的牌号3303，所述表面活性剂缩小泡沫表面张力，控制泡孔大小稳定泡沫作用。反应型胺催化剂为二甲基环己胺，所述反应型胺催化剂参与聚氨酯反应，控制发泡速度。常规胺催化剂为三乙醇胺，三乙醇胺控制聚合反应速度。发泡剂为一氟二氯乙烷。聚醚多元醇中聚醚以甘油为起始剂，环氧丙烷开环聚合，羟值480mgK0H/g，数均分子量约400。纳米SiO₂为平均粒径为1530nm，松装密度为0.12g/cm³，纯度为99.5％。

本发明使用提高硬质聚氨酯泡强度的预制直埋保温管，良好的纳米SiO2分散于聚氨酯硬泡中能够对其力学性能起到增强的作用,力学测试表明，添加纳米二氧化硅对硬质聚氨酯泡沫塑料有一定的增强增韧作用，于未添加SiO2比较，泡沫的压缩强度提高20％以上，冲击强度可提高30％左右。

硬质聚氨酯泡沫保温层2的材质还可以为利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作保温管材料，其按照重量分数计，其原料中包含以下组分80-90重量份的聚醚多元醇、10-20重量份的废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物、1.0-1.5重量份的水、1.5-3.0重量份的表面活性剂、0.4-1.5重量份的反应型胺催化剂、0.3-1重量份的常规胺催化剂、0-1.5重量份的交联剂：30-50重量份的发泡剂：所述黑料为145-150重量份的聚合MDI体系异氰酸酯。

废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物是由废硬质聚氨酯泡沫塑料经破碎机破碎后按以下比例将废聚氨酯硬质泡沫塑料投入反应釜中，再加入醇解剂，在醇解剂的作用下150-220摄氏度反应8-10小时所得；其中，废聚氨酯硬质泡沫塑料与醇解剂的重量比为2：1。醇解剂为二乙二醇，其生产厂家为北京化工厂。

上述反应机理：在醇解剂和催化剂(废聚氨酯泡沫中已存在催化剂)的共同存在下，聚氨酯中的氨基甲酸酯键发生断裂，整体被短的醇链取代主要反应式如下：

-R₁-NH-CO-O-R₂+HO-R₃-OH→R₁-NH-CO-O-R₃-OH，其中R₁、R₂都是氨基甲酸酯基团，R₃为醇解剂基团。

醇解法本身是将聚氨酯废料重新用来合成聚氨酯材料的多元醇，可重新利用的液体低聚物，仍具有一定的反应活性，可以直接与异氰酸酯反应，所以可替代用来合成一系列的聚氨酯产品，从而实现原料的循环使用。

废聚氨酯硬质泡沫粉碎后可直接加入白料中使用，但只限于手工操作，因为粉碎后的泡沫重量轻体积大，增加白料的粘度，受机器泵、过滤器、机头的限制，容易堵塞泵、过滤器、机头，所以不能放在高压浇注机里使用。醇解后为液体并且与其它组分混合后可直接用于设备。

回收废聚氨酯硬质泡沫塑料进行酵解的目的在于硬质聚氨酯泡沫塑料作为一种重要的材料，对其废旧制品的合理回收再利用，不仅能有效地保护环境减少污染而且能节省资源变废为宝，而且还具有显著的社会效益和经济效益，也是供热节能的有力措施。可以减少对环境的污染，实现资源的循环利用和绿色环保理念。

组合聚醚多元醇与聚合MDI体系异氰酸酯的重量比为：1:1-1.05，所述组合聚醚多元醇包括聚醚多元醇、废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物、水、表面活性剂、反应型胺催化剂、常规胺催化剂以及发泡剂。

其中，表面活性剂为聚硅氧烷，型号为3303，其缩小泡沫表面张力，控制泡孔大小稳定泡沫作用；反应型胺催化剂二甲基环己胺：参与聚氨酯反应，控制发泡速度；常规胺催化剂三乙醇胺，控制聚合反应速度。发泡剂为一氟二氯乙烷。进一步，所述组合聚醚多元醇是指包含有80-90wt％的聚醚、水、表面活性剂、催化剂以及发泡剂的混合物与10-20wt％的回收废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇。聚醚多元醇中的聚醚以甘油为起始剂，环氧丙烷开环聚合，羟值430-480mgK0H/g。

本发明采用醇解方法可得到活性氢基团封端的醇解产物液体低聚物多元醇混合物可直接用作生产的保温管，经醇解处理得到液体低聚物多元醇混合物，可与其它的塑料基体之间产生相互作用力，大大提高保温管的保温性能。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。