专利名称:复合管及其制造方法
本发明是关于用作供水、供气管或药品等输送管的复合管及其制造方法。
以往，供水、供气管或药品等输送管是使用聚乙烯为主的塑料管或铅管。
但是，铅管和塑料管分别有如下问题铅管的问题是强度不够;塑料管的问题是耐药物腐蚀或耐放射能的性能差，且由于塑料略有透水性和透气性，因此气密性差。另外，对于有挠性的塑料管来说，在高温下使用时其强度降低，例如，与80～100℃以上的热水、蒸汽等直接接触而进行输送是很困难的。
为此，考虑将耐药物腐蚀性、耐放射能的性能和无透水性或高温机械强度特性优良的铅与耐压性、抗外伤性、形状稳定性和耐蚀性优良的塑料相配合，而制成内层为铅镀层的聚乙烯管或聚氯乙烯管。
但是，将铅镀在塑料管的内表面是很困难的，因此在铅管上涂覆塑料。而为使铅管形状稳定，采用直径较小(例如内径为25毫米)、管壁厚(例如内径为25毫米时，壁厚为2～5毫米)的铅管。
然而，采用这种方法，为使铅管的形状稳定，涂覆塑料前的铅管壁厚，一般必须为2毫米以上。并且，制造内径为50毫米以上的大口径铅管是很困难的。
因此，制造的管子重量大，材料的成本也高，同时制造正圆的大口径管也是很困难的。
本发明的第1个目的是得到克服上述问题的复合管，第2个目的是如何制造出这种复合管。
本发明的复合管是在用塑料制成的管的内表面具有一层以铅管扩径而密合在上面的薄铅层。
金属铅(包括合金铅)的熔点为300℃，具有挠性，特别是用作挠性管(包括电缆的金属包皮)与一般所用的铅管相比，铅管的延伸率大，为45～50%，而铅管为33%左右。在加工方面，铅是一种很特殊的金属，例如在150℃以下(包括常温)的较低温度下对其施加外力，同样可容易地进行延伸。另外，对于外力的机械强度，铅的抗张强度为8.5公斤/毫米2，而铅约为1.8～2.5公斤/毫米2，可见，铅的抗张强度比铝要低得多。本专利是利用铅和铅合金的良好特性，将铅管进行扩管加工，与外部的塑料管相配合，克服材料强度不足的弱点，而得到极为有用的复合管。
这种复合管，由于其内表面具有一层将铅管扩径而形成的薄铅层，因此耐药物腐蚀性、气密性好，即使在100～200℃这样的高温下，其机械强度也能保持在可实际使用的程度，而且重量轻又很经济。此外，即使内表面的铅层是一薄层，由于在其外侧密合了塑料管，因此，具有良好的耐压性、耐外伤性、形状稳定性能和耐蚀性能。
此外，塑料管本身容易变形，复原性也好，因此，抗弯特性一般也好，但铅管等金属管就不是这样，对于一定内径(或外径)的管子，有一个不产生纵向弯曲的壁厚极限，表示该壁厚极限的有如下所示的L.G Breaza公式L.G Breaza公式3y42t2K3-22t9y2=C]]>
式中，t管子的壁厚γ管子的外径l/K理论最小曲率半径根据上面L.G Breaza公式求出的管子，外径与壁厚的关系示于图10。根据该式，意味着壁厚越厚，曲率半径就不能取小。因此，铅管越薄越好。但另一方面，从钢管的结构加工考虑，薄壁大口径管也变形量大，保持正圆形状是很困难的。
本专利的发明者们，对于以往不能进行制造的，如内径为50～150毫米的大口径管，也通过将铅管扩径减薄壁厚，而使其密合在具有所需厚度的外部塑料管上，成功地得到了内层为1～3毫米薄铅层的复合塑料管，成功地得到了金属管和最终复合管的壁厚薄、曲率半径小，即挠性好的管子。
特别是考虑这种无接头的尺寸较长管子的最大限制是搬运问题，卷筒能搬运的管卷的曲率半径从管子半径(外径)的30倍左右减小到25倍左右，这使能搬运的管子长度一下子延长到2倍以上等，因而具有显著的效果，这从图10也可以看到，随着管子壁厚的减小，管子的长度显著地增长。
本发明的复合管的制造方法如下即在塑料制的管内配置铅管，铅管与塑料管之间具有间隙，然后在铅管内装入压力媒介物，并对铅管进行扩径，使铅管密合在塑料管的内表面上，而形成薄铅层。
在塑料管内配置铅管的手段如下管子较短时，可以先制成塑料管，然后在塑料管内插入铅管;主要为长管时，可以将预先制成的铅管供给制造塑料管的连续挤压成形机作为芯部，一面将铅管包在内部，一面在其外面形成聚乙烯或聚氯乙烯的管子。
用本发明的方法，可以容易地制造出在塑料管的内表面具有薄铅层的复合管。
以下根据附图来说明本发明的复合管及制造方法的各种实施例。
图1-图5所示为各种复合管实施例的断面图。图6-图9所示是把铅管插入各种管子内的断面图。图10所示为用L·GBreaza公式求出的管子外径与壁厚的关系图。
图中1……复合管 5……保温材料层2……管子 6……金属保护层3……铅层 7……防腐蚀层4……铅管本发明的复合管1的结构是，在用聚乙烯或聚氯乙烯等塑料制成的管子2的内表面，密合有一层由铅管4扩径而成的薄铅层3。
图1所示的实施例，是将上述管子2制成园形管的例子。图2所示的实施例，是将上述管子2制成方形管的例子。做成方形管，作为室内配管等铺设在建筑物内时，具有许多优点，例如管子与其它建筑物之间的空间配置非常理想;管子的支撑，是紧挨在平的墙壁上，所以很容易铺设。
另外，图3所示的实施例，是把管子2做成半园形的管子，使其形成双联结合的形状，并在各个半园形的管子内形成铅层3的复合管子。
图4所表示的实施例是，把管子2做成方形管，使其形成双联结合的形状，并在各个方形管子内形成铅层3的复合管。
图5所示实施例复合管的结构是，在图3所示的复合管1的外面加一层玻璃纤维、石棉、泡沫塑料等保温材料层5;在5的外侧加一层保护层6，该保护层是由铅或不锈钢制成的;在6的外侧设有由聚乙烯或聚氯乙烯制成的防腐蚀层7。在这种情况下，也可以对上述铝或不锈钢保护层6进行波纹加工。
上述复合管1是用下述方法制造的。
首先，用铅连续挤压机挤压成铅管4。然后将该铅管4供给合成树脂连续挤压机(该挤压机是制造聚乙烯或聚氯乙烯之类的塑料管2的)，如图6、图7、图8及图9所示，用铅管4作芯，在它的周围留有空隙(a)，连续地把它被覆在管子2的内表面上。然后将铅管4的两端密闭起来，把气体或液体等压力媒介物密封在铅管4内，对铅管4施加压力，使其密合在管子2的内表面上。与此同时，将铅管4与管子2的内表面之间的空气抽掉(抽成真空)，这样便使铅管4扩径，使它与管子2的内表面密合。这时，最好是把铅管4加热到150℃以下，如果超过150℃，则铅管4的强度就有可能降低，由于内压力的作用，局部薄弱部位就有被损坏的危险。此外，还降低了铅管外部的聚乙烯或聚氯乙烯塑料管的强度。因此，要避免产生这种现象。使铅管4扩径的内压力，最高应为50公斤/厘米2左右，最好是控制在10公斤/厘米2以下，即使在管子2为大口径管子的情况下，也要注意不让它变形。在这种情况下，加工用的最高压力要用已知薄壁圆筒的应力关系式(p＝ (δ)/(γ) t)进行选择，以使最高压力保持在管子(指在加工温度下复合之后的管子)破裂抗拉强度以下。此外，加压力法如果是一下子将内压力加到最高值，由于铅管4受力不均匀而出现薄弱部位时，这一部位就有可能被损坏。所以，加压力法最好是分阶段地进行(例如，在5公斤/厘米2压力下加压1小时，然后在10公斤/厘米2压力下加压1小时，再在15公斤/厘米2压力下加压1小时)，逐步将内压力增加到设计允许的最高压力。
在上述复合管1比较短的情况下，也可以预先将聚乙烯或聚氯乙烯之类的塑料管2和铅管4单独成型，然后再把铅管4插入管子2内。
以往把图2、图3及图4所示的方形管或半圆形管做成多联的复合管1是非常困难的，但采用本发明方法是很容易制造的。如图7、图8及图9所示，预先加工成圆形铅管4，用挤压成型机制造方形或半圆形的聚乙烯或聚氯乙烯管2时，把上述铅管4作为芯插入管内，然后在铅管4内装满压力媒介物，对铅管4进行扩径，使其与外侧的聚乙烯或聚氯乙烯之类的塑料管2密合，这样就很容易制造复合管。用这种方法也可以制造象图2、图3及图4所示那种形状的长复合管1。
以上所介绍的实施例是，管子2的材料是聚乙烯或聚氯乙烯。但根据管子的各种不同用途，也可以采用其它材料，如聚丁烯、架桥聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、耐热聚氯乙烯、聚甲基戊烯等塑料，并不是只限于使用聚乙烯或聚氯乙烯。
也就是说，在选择管子2的材质时，要考虑成本、使用温度和对压力等外力的耐压强度以保温性能等因素。例如，管子在-50℃～80℃的低、中温条件下使用时，材质可选用聚乙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯等;如果在80～120℃的高温环境中使用，材质可选用聚丁烯、架桥聚乙烯、聚丙烯、耐热聚氯乙烯、聚甲基戊烯等耐热塑料。就材料的保温性而言，聚丁烯的保温性要比各种聚乙烯的高2倍;聚乙烯的保温性和聚氯乙烯的大致相同，后者稍稍高一点。
如上所述，例如将壁厚2毫米的铅管4扩径，可以在管子2的内表面形成一层1毫米以下的薄铅层3。
本发明的复合管，由于在塑料管子(用耐压性、抗外伤的性能、形状稳定性以及防腐蚀性等性能良好的塑料制成的)内表面，密合了一层耐腐蚀性、耐药品腐蚀性、耐放射能的性能、气密性、高温机械强度及挠性良好的薄铅层，所以这种复合管的耐压性、抗外伤的性能、形状稳定性、耐腐蚀性、耐药品腐蚀性、耐放射能的性能、高温机械强度、气密性及挠性都很好，而且重量轻。
此外，由于复合管的外层是塑料管，用挤压成型的方法可以制造出很长的无缝管。整个复合管也是无缝的，而且可以制造壁厚更薄一些的管子，所以这种复合管具有良好的挠性，可使滚筒搬运长度显著增加。在将管子弯曲铺设时，其曲率半径可以做到很小。
因此，本发明的复合管可用于石油厂、蒸汽管道或水管、加热管较长的集装箱、防止结冰的管道、船内配管或原子能发电站以及工厂的配管等。
采用本发明的制造方法，可取得这样的效果，即可以制造具有上述优良性能的复合管。特别是管子内表面的铅层，它是巧妙地利用了铅的一些特性(铅是一种非常特殊的金属，它的延伸率比其它金属的都要大，在比较小的内压力和较低的温度条件下，同样可以进行大尺寸扩径，此外还具有挠性)，将铅管扩径而成的，所以具有可以稳定地形成无缝、而且与外管形状相吻合的薄铅层的效果。此外，由于上述管子和铅管可以采用挤压成型的办法制造，所以本发明方法也可以用来制造外形非常圆的大直径复合管。另外还可以制造方形、半圆形或多联的复合管(由方形或半圆形管子多联而成的)。
此外，采用本专利办法还有以下一些好效果，即对配置在塑料管内部的铅管进行扩径、减壁，这样便可以减薄复合管的壁厚。因此，对外形非常圆的管子来说，可以减小曲率半径。其结果可以减小搬运滚筒的直径，管子的搬运长度可以大大延长，可以制成整根的长管子进行搬运。另外，管子铺设后的曲率半径可以减小。
权利要求
1.复合管的特征是在用塑料制成的管内，将铅管扩径，使在塑料管的内表面上有一层密合的薄铅层。
2.根据权利要求
1的复合管，其外层塑料管的材料是聚乙烯或聚氯乙烯。
3.根据权利要求
1的复合管，其断面形状是方形的。
4.根据权利要求
1的复合管，将方形管形成双联平行结合的形状，在各方形管的内表面上分别具有一层薄铅层。
5.根据权利要求
1的复合管，将半圆形管形成双联平行结合的形状，在各半圆形管的内表面上分别具有一层薄铅层。
6.根据权利要求
1～5所记载的复合管，其特征是在复合管的外面，依次覆上保温材料层、金属保护层、防蚀层。
7.根据权利要求
6所记载的复合管，其金属保护层是加工成带有波纹的铝管或不锈钢管。
8.复合管的制造方法是在塑料制的管内配置铅管，该铅管与塑料管之间具有间隙，然后在铅管内装入压力媒介物，并对铅管进行扩径，使铅管密合在塑料管的内表面上而形成薄铅层。
9.根据权利要求
8所记载的复合管的制造方法，其特征是，先分别制造铅管和塑料管，然后将铅管插入塑料管内。
10.根据权利要求
8所记载的复合管的制造方法，其特征是，制成铅管以后，将铅管供给制造塑料管的连续挤压成形机作为芯，一面将铅管包在内部，一面在铅管的外面形成塑料管，这样，便在塑料管内插入了铅管。
11.根据权利要求
8所记载的复合管的制造方法，其特征是，塑料管和铅管是分别用连续挤压成形方法制造的。
12.根据权利要求
8～11所记载的复合管的制造方法，其特征是扩径前的铅管的壁厚为2毫米以上。
13.根据权利要求
8～11所记载的复合管的制造方法，其特征是复合铅层的厚度为1毫米以下。
14.根据权利要求
8～13所记载的复合管的制造方法，其特征是对铅管进行扩径时，进行加热的温度不超过150℃。
专利摘要
提出一种先进的复合管，其外层是塑料，内层是薄铅层。这一薄铅层是用如下方法形成的在塑料管内放一铅管，再在铅管内装入压力媒介物，并使铅管扩径而密合在塑料管上。外层管可以是圆形、方形或双联形的。还提出了这种复合管的制造方法。
文档编号B21D49/00GK86100816SQ86100816
公开日1986年8月20日 申请日期1986年2月22日
发明者烟良辅 申请人:住友电气工业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan