专利名称：带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法
技术领域：
本发明总的涉及一种管接头的制造方法，更准确地说，涉及一种带有一个用来连接金属管的金属连接件的合成树脂管接头的制造方法。
背景技术：
近些年来，在水管、压送管道或煤气管道领域，重量轻并且柔性好的合成树脂管已经占了优势地位。但是，在需要气密的部位还要使用金属管，并且可以把合成树脂管与金属管结合在一起使用。
在把合成树脂管与金属管结合使用的情况下，需要用于把两种管子相连接的管接头。因此，现有技术的管接头涉及到使用一种带有金属连接件的合成树脂管，其中包括由外螺纹或内螺纹构成的连接装置的金属连接件被嵌入式地模压在合成树脂管接头的一端，而合成树脂管则被插入该管接头的另一端并且熔接在其上。
然而，金属与合成树脂原本是难于粘合并且容易在金属与合成树脂之间的接触面上分开的。在日本的实用新型公开说明书57-48388中公开了一种这样构成的合成树脂管接头，即在金属连接件与合成树脂相接触的接触面上形成有一个变性的聚烯烃层，以便改进在上述合成树脂管接头的金属连接件与合成树脂之间的粘合力。
当金属部分通过变性聚烯烃层粘合到合成树脂部分上去时，粘合力虽能提高到某种程度但仍然是不够的。在其上作用有诸如弯曲和扭转这样的外部载荷的情况下，金属部分和合成树脂部分很容易分离。
发明根要本发明的主要目的是提供一种能够防止金属连接件与合成树脂互相分离的带有金属连接件的合成树脂管接头及其制造方法。
根据本发明，上述防止金属连接件与合成树脂之间互相分离的目的是通过这样一种配置来达到的，即一种带有金属连接件的合成树脂管接头，该接头包括一个通过镶嵌模压一个金属连接件形成且在一侧上与一金属管连接和另一侧与一合成树脂管连接的模压件，包括一个用于固定金属管的连接装置；其中，所述金属连接件设置有用来防止所述连接件与合成树脂相互剥离的空腔，和所述金属连接件的内侧在镶嵌模压期间涂有合成树脂。
此外，空腔形成在所述金属连接件的内侧和外侧。另外，合成树脂管接头的金属连接件上设置有空腔，而充满该空腔的树脂部分则构成了阻力。因此，带有金属连接件的合成树脂管接头基本上包括一个通过镶嵌模压金属连接件而形成的树脂模压件，该金属连接件包括用来固定金属管的连接装置。更准确地说，在该带有金属连接件的合成树脂管接头中，金属管连接在管接头的一端，合成树脂管则连接在其另一端，金属连接件上设置有用来防止连接件与合成树脂互相分离的空腔。
空腔在管子轴线方向形成，由此防止了金属连接件与合成树脂沿垂直于该管子轴线方向即径向上的互相分离。或者，空腔沿垂直于管子轴线的径向形成，由此防止了金属连接件与合成树脂沿管子轴线方向的互相分离。最好，空腔沿垂直于管子轴线的径向以及沿管子轴线方向形成，因此防止了金属连接件与合成树脂沿管子轴线方向和沿径向方向上的互相分离。
同时防止金属连接件与合成树脂沿管子轴线方向和沿径向上的分离涉及这样一种配置，即该空腔应倾斜地形成，并且该空腔中应装有沿管子轴线方向和沿径向与其相啮合的零件。
上述空腔防止了金属连接件与合成树脂沿管子沿轴线方向和/或沿垂直于管子轴线的径向的互相分离。为了更可靠地防止这种分离，最好除了在金属连接件与合成树脂的接触面上形成的空腔以外，还有粗糙的、凸出的钩形部分交叉地插入合成树脂中。
为防止由于扭转而产生的沿转动方向的互相分离，最好金属连接件上设置有一个呈现粗糙形状等类似形状的转动防止部分以及空腔。
如上所述，提供具有空腔或转动防止部分的金属连接件对于防止金属连接件与合成树脂的互相分离是有效的。但是，上述空腔和转动防止部分在注射模型时将引起树脂的不稳定流动。特别是在金属连接件中为防止转动而形成一个如图8中所示的孔的情况下，应当认识到一个粘连的产生足以引起合成树脂层的层状的剥离，并且容易在树脂中产生导致流体泄漏的裂纹，如图8所示。
本发明人为了排除上述问题，通过重复进行各种试验已经发现可以避免使树脂产生不稳定流动的粘连和成层的剥离的发生以及在缺口中裂纹的发生，这涉及把存在于金属连接件与合成树脂之间的接触面上的金属连接件的棱角部分的一部分最好是全部都作出倒角，或者形成一个槽形缺口来作为转动防止部分。
基于这个认识创造了另外一个发明，在上述合成树脂管接头中的金属连接件设置有空腔或转动防止部分以及空腔，该金属连接件被制成把存在于金属连接件与合成树脂之间的接触面上的金属连接件的棱角部分的一部分最好是全部都作出了倒角。根据又一个发明，上述包括设有空腔和转动防止部分的金属连接件的合成树脂管接头的结构通过形成槽形缺口来作为转动防止部分。
根据作为上述发明的组合而设想出来的再一个发明，上述包括设置有空腔和转动防止部分的金属连接件的合成树脂管接头应这样构成，即存在于金属连接件与合成树脂之间的接触面上的金属连接件的棱角部分的一部分或全部都作了倒角，并且转动防止部分形成有槽形缺口。
根据上述发明中的每个发明，为了增强金属连接件对合成树脂的粘合力，最好在金属连接件与合成树脂之间的接触面上形成一个变性聚烯烃层，或者把变性聚烯烃混合在合成树脂中。
为了实现上述目的，本发明的制造方法可这样构成，即包括一个用来固定金属管的连接装置的金属连接件是镶嵌模压的，金属连接件同合成树脂的接触面在镶嵌模压后进行加热。
从本发明人所进行的多次试验可以认识到，通过在合成树脂的软化温度或更高温度下对金属连接件同合成树脂的接触面进行加热，可以使金属连接件紧密地粘合在合成树脂上。这可以从以下事实推论出来(可以设想出来)，即当树脂通过加热熔融而引起的体积膨胀使树脂压力增加了并且压入配合到金属连接件中的程度也增加了。
为了提高在金属连接件与合成树脂之间的粘合性能，最好把由金属、陶瓷和木材组成的一个支承件或从外侧或从内侧，或者从内侧和外侧两方面装入需要与连接件相粘合的树脂部分中。然后，通过在该支承件所紧密粘附或者压入配合到该合成树脂部分处的位置上进行加热使支承件熔融。当接触面的树脂体积发生膨胀时，树脂部分的膨胀受到支承件的限制，因而使该树脂更加紧密地压入配合在连接件中。
为了提高在金属连接件与合成树脂之间的粘合性能，如上所述，最好在金属连接件与合成树脂的接触面上设置一个变性聚烯烃层，或者把变性聚烯烃混合在待注射的合成树脂中。通过把涂有变性聚烯烃的金属连接件装入成型模中并且对它进行镶嵌模压就可以得到带有具有变性聚烯烃层的金属连接件的合成树脂管接头。
把变性聚烯烃涂在金属连接件上的方法可以包括各种已知的常规方法的使用，例如一种通过静电涂层法或流态化浸渍涂层法来加热熔融变性聚烯烃的方法，一种加热熔融变性聚烯烃膜或加热熔融金属连接件的方法，以及一种在变性聚烯烃的乳化液或溶液中浸渍的方法。当用变性聚烯烃进行涂层时，最好预先用强酸水溶液、强碱水溶液或者洗涤剂先清洗金属连接件的表面，在清洗以后或不清洗立即使用粘合质量改善剂，例如烃氧基钛，进行蚀处理(primer treatment)。因而就能得到更紧密的粘合性能。
最好，涂在金属连接件上的变性聚烯烃是在酒精共存的条件下进行处理的。由此可以限制树脂部分对金属部分的粘合强度随着时间的推移而变坏。此处所用的酒精的例子可以是诸如异丁烯酒精的脂族酒精，以及诸如乙二醇的二羟基酒精。但是，乙二醇酒精更可取。
通常，加热处理在200℃左右进行30分-几小时。此时涂在金属连接件上的变性聚烯烃仍保持与酒精接触。涂在金属连接件上的变性聚烯烃涂层厚度范围一般在1-104微米之间，最好在5-5×102微米之间。变性聚烯烃可以是通过至少一种变性单体诸如像丙烯酸和丁烯二酸这样的不饱和羧酸、像无水丁烯二酸这样的不饱和羧酸酐以及像不饱和羧酸酰胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯这样的不饱和环氧化物的接技共聚而变性的聚烯烃。
最好在变性聚烯烃中的单体成分含量相对于变性聚烯烃的重量百分比的范围为0.001-5％。变性聚烯烃还可以涉及复合物的使用，在该复合物中，所有的聚烯烃都通过上述的变性单体变性并且与未变性的聚烯烃共混。
另一方面，带有混合有变性聚烯烃的金属连接件的合成树脂管接头可以通过下述方法获得把金属连接件放入成型模中，再把变性聚烯烃混合在合成树脂中，以及对该混合有变性聚烯烃的合成树脂进行镶嵌模压。对金属连接件与合成树脂之间的接触面进行加热的温度一般最好在120℃-350℃，该温度足以至少熔融一部分合成树脂。如果加热温度远低于此范围，效果将降低。因当加热温度大大高于此范围时，将造成树脂的热变质，并且还降低了粘合强度。
加热时间随管接头尺寸而不同，不作具体的限定。但如果加热时间太短，树脂的熔融就不完全。而如果加热时间太长，就不能获得高生产率并且还可能导致树脂的变质。因此，加热时间的一般范围为5-500秒，最好为20-100秒。对接触面树脂的加热方法可以包括例如通过使加热器与金属连接件相接触而对它加热的方法，通过使用电磁波，诸如微波或超声波，来加热金属连接件的方法，通过把金属连接件浸渍在高温油槽中来对它进行加热的方法等。因此只有金属连接件才受到加热，这是简单并且合乎要求的。然而，在镶嵌模压以后，整个管接头还可以再次在成型膜中加热。
在镶嵌模压时，通过增加树脂压力可以把注射时间设定得比通常的模压时间更长，即便在熔融树脂已经流充满成型模后施加注射压力的同时，熔融状态仍可以持续。因此，根据这种方法，进行镶嵌模压可以比通常的模压所具有的时间周期更长，并且在金属连接件与合成树脂之间的接触面即使在成型模中已经充满了树脂以后仍然可以保持在高于树脂软化点的某个温度上。
根据上述的各个发明，铸铁、铜、铝及铝合金都可以作为金属材料用于金属连接件，此处不存在特别的限制。用于固定金属管的连接装置涉及例如螺钉、焊接、活接头螺母等的使用。根据上面给出的各个发明，用作管接头的合成树脂没有特别限制该合成树脂是属于热塑性树脂。热塑性树脂是指例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯-1、聚烯烃等，诸如交联聚乙烯、聚氯乙烯、聚脂、酰胺和聚缩荃等。
根据本发明的方法，该合成树脂管接头可以用于实现把金属管与合成树脂管相连接，也可以用于实现金属管互相之间的连接。
本发明的其他目的和优点通过下面的详细说明并连同参考附图将一清二楚，附图中图1是示出一个带有金属连接件的合成权脂管接头的正视图；图2是示出本发明的该带有金属连接件的合成树脂管接头的主要部分的剖视图；图3是示出了涂料层和变性聚烯烃层是如何置于金属连接件与交联聚乙烯之间的一个放大的剖视图；图4是示出利用加热器对带有金属连接件的合成树脂管接头进行加热的方法的剖视图；图5是带有金属连接件的合成树脂管接头的一种活接头形式的剖视图；图6是示出带有金属连接件的合成树脂管接头的另一个实例的剖视图；图7是示于另一个实施例中的带有金属连接件的合成树脂管接头的剖视图；以及图8是示于一个对比实例中的带有金属连接件的合成树脂管接头的剖视图。
优选实施例说明图1示出了一个包括镶嵌模压的金属连接件11的合成树脂管接头12的实例。管接头体由交联聚乙烯形成，它就是一般所说的电熔融接头，在其一端埋置着热丝(未示出)，该结构应能先将聚乙烯管13插入，然后使电热丝通电一个规定时间以通过热熔融而结合在接头体上。
金属连接件11具有作为固定金属管(未示出)的连接装置用的外螺纹15。沿着管子轴线方向延伸空腔17在与交联聚乙烯16的接触部分形成，以阻止金属连接件11和交联聚乙烯16沿着垂直于管子轴线的径向互相分离，如图2所示。沿着垂直于管子轴线的径向延伸的空腔18也在其中形成，以阻止金属连接件11和交联聚乙烯16互相分离。此外，金属连接件11包括用来确切地防止其脱落的凸起部19和凹槽20。金属连接件11在管子轴线方向的端面上还形成有一个浅槽形缺口21。
金属连接件11的镶嵌模压包括在该金属连接件上涂上底料，然后把它浸入显示出粘性的变性聚烯烃中，使它为变性聚烯烃所覆盖，然后把它放入成形模中，再注射成形交联聚乙烯。由此，金属连接件11上经过底料层23和粘性的变性聚烯烃层24覆盖了交联聚乙烯层16，如图3中所示。
其次，处于芯状金属支承件27插入其内部的状态下(如图4所示)的带金属连接件的合成树脂管接头应作这样地支承，即把金属连接件11拧入加热器28中，然后通过该加热器28加热，使置于连接件11与交联聚乙烯16之间的变性聚烯烃24(在图4中未示出)通过加热而被熔融。由此，变性聚烯烃层24受到加热膨胀并且通过其树脂压力而压配合在金属连接件11中。
图5示出了一种活接头形式的带有金属连接件的合成树脂管接头。包括轴环31a的金属连接件31与上述金属连接件11的情况一样是在处于已安装上具有内螺纹33的活接头螺母32的状态下被镶嵌模压的。沿着垂直于管子轴线的径向延伸的空腔35在与交联聚乙烯34的接触部分形成以及形成槽形缺口36以防止转动。然后，所有与交联聚乙烯接触的接触面的棱角部分都被倒角。
活接头螺母32拧在固定于一根金属管(未示出)上的对动螺纹上，从而使金属管与金属连接件31相连接。连接装置包括上述对动螺纹和活接头螺母32。再参看图5，用于密封的O形环30设置在金属管与金属连接件31之间。
图6示出了带有金属连接件的合成树脂管接头的另一个实例。具有用作连接装置的内螺纹38的金属连接件39与上述金属连接件11的情况一样是被镶嵌模压的。在与交联聚乙烯40的接触部分上形成有沿着垂直于管子轴线的径向延伸的空腔41，在管子轴线方向延伸的空腔42以及槽形缺口43以防止转动。然后，所有与交联聚乙烯接触的棱角部分都被倒角。
在上述实倒中的每一个所示的都是用来把聚乙烯管连接在金属管上的合成树脂管接头。但是，在另外一些实例中，连接件被镶嵌模压在管接头体的两端，金属管就可以互相连接。
(实施例1)一个其结构如图7所示的黄铜连接件45的表面经过钛酸盐处理形成一个钛氧化膜。然后将该黄铜连接件通过流态化浸渍法涂上由Mitsui Petrochemical Industries，Ltd.制造的粘性的变性聚烯烃(商标名称“ADMER”)粉。然后使涂粉的连接件与乙二醇蒸气相接触，再在200℃下加热处理一小时。接着把它放在成型模中用交联聚乙烯进行注射成型，由此获得图7所示的合成树脂管接头。随后对获得的合成树脂管接头的内部和外部进行目视检查并且应看不到裂纹。
然后，在该合成树脂管接头周围进行以下的冷/热水锤击试验。
温度为7℃的冷水流动3.5分钟，数量级为17.5公斤/厘米2的水锤击进行3次共2秒钟。随后，温度为85℃的热水流动2.5分钟，并且用该热水进行水锤击3次。把使用冷和热水进行冷/热水锤击试验的全部6分钟时间设定为一个循环，重复进行100000次或更多次循环应该没有水漏出。
(实施例2)一个示于图7的通过实施例1中所述的方法所获得的带金属连接件的合成树脂管接头通过使用图4所示的加热器28并在其中加热到320℃共60秒钟。在60秒钟过去并且通过在20℃水中浸渍冷却以后，将同一管接头从加热器28中卸出。
在该带有金属连接件的合成树脂管接头已如上述用加热器28加热以后，在金属连接件45与树脂之间的接触面可用一把刀作修剪。随后，当用钳子试图夹住并分离该金属连接件时，该金属连接件没被分离。
(对比实例1)除了在沿垂直于管子轴线的径向延伸的空腔48中形成孔47来取代图7中的缺口46这样一个结构以外，示于图8的带有金属连接件的合成树脂管接头是通过使用同示于图7的金属连接件45相同结构的金属连接件49根据实施例1中所述的同样方法获得的。
作为进行与实施例1的相同的冷/热水锤击试验的结果，当试验达到5000个循环时，水就开始漏出。
当此时向内外目视检查该合成树脂管接头时，发现产生了粘连并且层状剥离足以在接头内表面树脂层上产生裂缝50，如图8所示。
(对比实例2)在通过实施例1中的方法与图7中所示的结构所获得的带有金属连接件的合成树脂管接头中，使该金属连接件45通过与实施例2中的同样方法，但没有通过加热器进行热处理，承受分离试验。结果，该金属连接件通过一个小力就分离了。
根据至此已经详述的本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头及其制造方法，它具有下列良好的效果。
具体地说，本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头能防止金属连接件和合成树脂互相分离，这涉及在金属连接部分中形成空腔并且由于镶嵌模压使树脂充满这些空腔而形成的阻力。
此外，本发明的带有金属连接件的合成树脂接头能够防止金属连接件于合成树脂沿垂直于管子轴线的径向相互分离，这涉及在管子轴线方向形成空腔。
况且，本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头能够防止金属连接件与合成树脂沿管子轴线方向相互分离，这涉及在径向形成空腔。
加之，本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头能够防止金属连接件与合成树脂或沿管子轴线方向或沿径向相互分离，这涉及沿管子轴线方向和沿垂直于管子轴线的径向形成空腔，或者倾斜地形成空腔。
还有，本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头通过制造一个与合成树脂交叉地接触的粗糙的凸出部分的接触表面，从而能够更可靠地防止两件相互分离。
此外，在本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头中当把存在于金属连接件与合成树脂之间的接触面上的金属连接件的棱角部分全都倒角后，注射模型时树脂的流动就平稳，粘连就难以形成。
况且，在本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头中，金属连接件上设置了一个转动防止部分，因而能够防止金属连接件和合成树脂沿转动方向相互分离。
此时，当转动防止部分形成有槽形缺口时，由于在注射模型时，该缺口不会妨碍树脂的平稳的流动，因而可以防止裂缝、层状剥离和粘连的发生。
此外，在本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头中，在金属连接件与合成树脂之间设有变性的聚烯烃层，从而提高了合成树脂对金属连接件的粘合强度。
另一方面，根据本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，具有用来固定金属管的连接装置的金属连接件先被镶嵌模压，随后再被加热，由此树脂就被压入配合在金属连接件上。因而金属连接件就能被紧紧地结合。
此外，根据本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，金属连接件先被涂上变性聚烯烃，然后进行注射模压；另一个方法是，注射模压用一种把变性聚烯烃混合在合成树脂中的混合物进行，因而合成树脂对金属连接件的粘合力就能大大地提高。
而且，根据本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，在上述镶嵌模压以后，加热处理在该支承件从内侧和/或外侧装入合成树脂的情况下进行，由此利用该支承件限制了树脂的膨胀。因而树脂被更紧密地压入配合在金属连接件中。
此外，根据本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，加热处理利用加热器、电磁波或浸渍在一个高温油槽中等方法进行，由此可以便于只对金属连接件进行加热。
加之，根据本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，金属连接件与合成树脂相互接触的接触面是由变性聚烯烃层形成的；另一个方法是，把变性聚烯烃混合在待注射的合成树脂中，并且在镶嵌模压时所作用的注射压力可持续作用到成型模中充满了树脂以后，由此便于制模机高效地进行加热而无需专门提供加热装置或加热步骤。
另外，根据本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，金属连接件形成有空腔或者转动防止部分，因而能防止金属连接件和合成树脂沿管子轴线方向和径向和/或转动方向相互分离。
况且，根据本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，在预先用强酸水溶液或强碱水溶液或洗涤剂清洗金属表面以后，或者用粘合质量改善剂对金属连接件进行蚀性处理以后，再在金属连接件上涂以变性聚烯烃。由此使金属连接件的粘结更加紧密。
此外，根据本发明的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，涂在金属连接件上的变性聚烯烃是在酒精共存的条件下进行加热处理的，从而能防止树脂部分对金属部分的粘合强度随着时间的推移而变坏。
显而易见，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以在本发明的基础上形成许多不同的工作方式。因此，本发明不受上述具体工作方式的限制而只受权利要求书的限定。
权利要求
1.一种带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，该管接头通过镶嵌模压包括用于固定金属管的连接装置的所述金属连接件而获得，所述方法包括在镶嵌模压后对所述金属连接件同该合成树脂的接触面进行加热的步骤。
2.如权利要求1所述的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，其特征在于所述涂有变性的聚烯烃的金属连接件是被镶嵌模压的。
3.如权利要求1所述的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，其特征在于变性的聚烯烃被混合在用于镶嵌模压注射的该合成树脂中。
4.如权利要求1-3中任一项所述的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，其特征在于该加热是在一个支承件从内侧和/或外侧装入该合成树脂部分中的情况下进行的。
5.如权利要求1所述的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，其特征在于所述金属连接件设置有空腔和/或一个转动防止部分。
6.如权利要求4所述的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，其特征在于该加热是通过使一个加热器与所述金属连接件相接触或通过在所述金属连接件上作用诸如超声波或微波这样的电磁波或通过把所述金属连接件浸渍在一个高温油槽中而进行的。
7.如权利要求6所述的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，其特征在于所述金属连接件设置有空腔和/或一个转动防止部分。
8.如权利要求1-3中任何一项所述的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，其特征在于该加热是通过使一个加热器与所述金属连接件相接触或通过在所述金属连接件上作用诸如超声波或微波这样的电磁波或通过把所述金属连接件浸渍在一个高温油槽中而进行的。
9.如权利要求8所述的带有金属连接件的合成树脂管接头的制造方法，其特征在于所述金属连接件设置有空腔和/或一个转动防止部分。
全文摘要
一种带金属连接件的合成树脂管接头的制造方法,接头通过镶嵌模压包括固定金属管的连接装置的金属连接件而获得,方法包括在镶嵌模压后对金属连接件同合成树脂接触面加热。
文档编号B29C45/14GK1383941SQ01125270
公开日2002年12月11日 申请日期1997年1月8日 优先权日1996年1月8日
发明者岩田一彦, 水户和宪 申请人:三井化学株式会社