注塑管件連接技術(shù)的開(kāi)發(fā)范文

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《煤礦現(xiàn)代化雜志》2014年第四期

1傳統(tǒng)熱熔法蘭連接的缺陷

熱熔法蘭連接是在生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)把聚乙烯塑料法蘭放置在熱熔機(jī)頂端，使聚乙烯法蘭尾端對(duì)準(zhǔn)雙向熱熔器的陽(yáng)模，后再安放半成品管材與熱熔器的陰模對(duì)齊，確保聚乙烯法蘭與管材在同一軸線(xiàn)上，同時(shí)通電加熱，聚乙烯法蘭內(nèi)表面與管材端部外表面同時(shí)加熱5～8min后，脫開(kāi)陰陽(yáng)模熱熔器，立即通過(guò)液壓油缸將管材插入聚乙烯法蘭內(nèi)徑，在室溫下冷卻5min成型。加工另一端法蘭前，在塑料法蘭后套上鐵法蘭盤(pán)，通過(guò)螺栓緊固法蘭盤(pán)實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)的鋪設(shè)。熱熔法蘭連接存在以下幾個(gè)方面的不足：（1）同時(shí)給管端外表面和聚乙烯塑料法蘭內(nèi)表面加熱，由于無(wú)法觀(guān)測(cè)塑料的熔融狀態(tài)，無(wú)法準(zhǔn)確判斷塑料熔融狀態(tài)是否能夠滿(mǎn)足法蘭與管材的連接強(qiáng)度。（2）復(fù)合管管端有鋼絲，同樣在熱熔前需經(jīng)行管材封口處理，封口工序相對(duì)復(fù)雜，且封口的安全性能無(wú)法從根本上得以保證，可能影響到管材的整體安全性能。（3）熱熔法蘭承壓能力低，只能在煤礦管道系統(tǒng)1.6MPa以下地方使用，無(wú)法大面積推廣[5]。有鑒于此，在電熔法蘭和熱熔法蘭諸多缺陷的基礎(chǔ)上，注塑管件連接技術(shù)是生產(chǎn)車(chē)間在鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管端通過(guò)注塑機(jī)直接注塑聚乙烯法蘭，在法蘭后面背套一個(gè)鋼制鐵法蘭盤(pán)，通過(guò)螺栓緊固連接鐵法蘭實(shí)現(xiàn)整個(gè)管路系統(tǒng)的連接。這種管件具有承壓能力高，安裝無(wú)需橡膠密封墊，連接簡(jiǎn)單方便，安全可靠，綜合成本大幅下降等優(yōu)點(diǎn)。

2復(fù)合管直接注塑管件技術(shù)

礦用鋼塑復(fù)合管注塑管件連接技術(shù)是在復(fù)合管端直接注塑聚乙烯塑料法蘭，在塑料法蘭后面背套一個(gè)鋼制鐵法蘭盤(pán)，通過(guò)螺栓連接鐵法蘭實(shí)現(xiàn)整個(gè)管路系統(tǒng)的連接（如圖1所示）。整個(gè)管路連接符合煤礦井下安裝的實(shí)際需要，安裝簡(jiǎn)單方便，安全可靠，切實(shí)可行。

2.1復(fù)合管直接注塑管件技術(shù)原理管件詳細(xì)技術(shù)原理如下：復(fù)合管切割模口后，將復(fù)合管的管端100mm插入加熱器對(duì)管材外表面和管材切割端面進(jìn)行加熱5min，使之達(dá)到110℃～120℃出現(xiàn)微熔狀態(tài)；取出加熱管材，從管材內(nèi)徑方向插入模芯，通過(guò)滾動(dòng)支架把管材送入注塑法蘭模具中，模具合模，開(kāi)啟注塑，冷卻成型。進(jìn)而開(kāi)啟具，注塑法蘭脫模，將管材連帶法蘭一起斜放入水池中進(jìn)行冷卻，待塑料法蘭冷卻后，裝上兩片鋼制鐵法蘭，同樣原理注塑管材另一端法蘭。在管端法蘭冷卻過(guò)程中可以先注塑其它法蘭，提高工效。

2.2復(fù)合管直接注塑管件的性能特征復(fù)合管直接注塑法蘭去除了焊接管件工藝管材必須封口這一工序，消除了封口不嚴(yán)引起介質(zhì)進(jìn)入腐蝕鋼絲網(wǎng)金屬骨架導(dǎo)致管道系統(tǒng)失效的致命影響，具有承壓能力高，密封性能安全可靠的特性。復(fù)合管直接注塑法蘭技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)復(fù)合管法蘭只能通過(guò)焊接方式才能實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)填補(bǔ)了同類(lèi)行業(yè)的技術(shù)空白，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，對(duì)于推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展具有指導(dǎo)作用。注塑管件連接技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械連接方式電熔法蘭和熱熔法蘭技術(shù)相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）去掉了復(fù)合管管端鋼絲封口工序，簡(jiǎn)化操作，降低管件加工成本。消除了因封口不嚴(yán)引起介質(zhì)進(jìn)入腐蝕鋼絲網(wǎng)金屬骨架導(dǎo)致管道系統(tǒng)失效的致命影響。（2）與電熔及熱熔法蘭相比，在注塑過(guò)程中，熔融料通過(guò)注塑機(jī)高壓送入模具中使之與管材連接，不會(huì)出現(xiàn)焊接空洞等缺陷，提高了塑料的密實(shí)性，確保了管件的安全。（3）承壓能力高，以Φ110管為例，管件地面試驗(yàn)承壓能力可以達(dá)到5.0MPa。而焊接法蘭目前只能達(dá)到1.6MPa。（4）安裝過(guò)程中無(wú)需橡膠密封墊，連接簡(jiǎn)單方便，安全可靠。由于法蘭面采用聚乙烯柔性材料，螺栓緊固過(guò)程就能將兩法蘭壓緊實(shí)現(xiàn)密封連接，簡(jiǎn)單快捷，安全高效。（5）管件綜合成本大幅下降。與電熔、熱熔焊接法蘭相比，管件綜合成本下降30%左右。

2.3復(fù)合管直接注塑管件研究的主要內(nèi)容

2.3.1設(shè)計(jì)管件法蘭連接結(jié)構(gòu)聚乙烯塑料法蘭是在鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管體上設(shè)計(jì)一個(gè)塑料法蘭結(jié)構(gòu)，塑料法蘭后面背套一個(gè)鋼制鐵法蘭盤(pán)，通過(guò)螺栓連接鐵法蘭實(shí)現(xiàn)整個(gè)管路系統(tǒng)的連接。整個(gè)管路連接符合煤礦井下安裝的實(shí)際需要，安裝簡(jiǎn)單方便，安全可靠，切實(shí)可行。鋼制鐵法蘭盤(pán)規(guī)格見(jiàn)表1。

2.3.2原材料選擇復(fù)合管注塑管件選用高密度聚乙烯（HDPE）,這種HDPE一般是呈乳白色的球形或圓柱形顆粒，其流動(dòng)性是用熔體指數(shù)予以表示，即在溫度為190℃,負(fù)荷為2160g下，10min內(nèi)熔體通過(guò)孔徑為2.1mm，長(zhǎng)度為8mm孔的克數(shù)。成型加工之前不必進(jìn)行干燥處理，對(duì)于那些因包裝不嚴(yán)、貯藏不當(dāng)而引起水分過(guò)量的顆粒，可在70℃～80℃溫度下干燥1～2h。

2.3.3復(fù)合管注塑管件成型條件注塑成型的基本原理：注塑機(jī)利用PE塑膠加熱到一定溫度后,能熔融成液體的性質(zhì),把熔融液體用高壓注射到密閉的模腔內(nèi),經(jīng)過(guò)冷卻定型,開(kāi)模后頂出得到所需的塑體產(chǎn)品。因此，復(fù)合管注塑制品法蘭的質(zhì)量主要取決于以下幾個(gè)注塑工藝條件的控制。（1）料筒溫度：料筒溫度主要是與PE的密度高低和熔體流動(dòng)速率大小有關(guān)，另外還與注塑機(jī)的類(lèi)型和性能，一級(jí)塑件的形狀有關(guān)。由于HDPE為結(jié)晶型聚合物，在熔融時(shí)晶粒要吸收一定熱量，因此料筒溫度應(yīng)高于它的熔點(diǎn)10°。HDPE的料筒溫度控制在220℃，溫度在料筒上的分布情況則要求加料段宜低些，以免出現(xiàn)物料附于螺桿上，進(jìn)而造成加料不暢。（2）模具溫度：模溫對(duì)塑件的結(jié)晶狀況有較大影響，模溫高，熔體結(jié)晶度高，強(qiáng)度高，但收縮率也會(huì)增大。通常HDPE的溫度應(yīng)控制在60℃～70℃。保壓時(shí)間長(zhǎng)短應(yīng)根據(jù)流道、澆品的大小，制品的壁厚而定。（3）注塑壓力：提高注塑壓力有利于熔料的充模，由于HDPE的流動(dòng)性很好，因此除薄壁細(xì)長(zhǎng)制品外，應(yīng)該精良選擇較低的注射壓力。對(duì)塑料法蘭注塑制品而言，注射壓力為30～40MPa。

2.3.4小批量生產(chǎn)，試驗(yàn)室試驗(yàn)試驗(yàn)原理：試驗(yàn)室采用靜液壓耐壓試驗(yàn)，即對(duì)給定的塑料復(fù)合管，在給定的時(shí)間內(nèi)，使其承受規(guī)定的恒內(nèi)壓作用，觀(guān)察管材是否發(fā)生破壞作用。試驗(yàn)壓力值和試驗(yàn)時(shí)間由管材的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)確定。表2復(fù)合管注塑管件試驗(yàn)表

3復(fù)合管推廣應(yīng)用前景

就煤礦行業(yè)而言，據(jù)煤炭科學(xué)研究總院上海分院統(tǒng)計(jì)，2008年，全國(guó)的聚乙烯瓦斯管用量接近6000t，各煤礦集團(tuán)基本屬于個(gè)別試用階段，整個(gè)市場(chǎng)處于培育、推廣開(kāi)發(fā)過(guò)程中。近年來(lái)，全國(guó)的聚乙烯瓦斯管用量快速增長(zhǎng)，以各煤礦集團(tuán)的下屬公司或聯(lián)營(yíng)公司為主的聚乙烯瓦斯管生產(chǎn)企業(yè)迅速增加，各煤礦集團(tuán)進(jìn)入全面應(yīng)用階段。各煤礦集團(tuán)已漸漸認(rèn)識(shí)了聚乙烯瓦斯管的優(yōu)越性，整個(gè)市場(chǎng)處于迅速擴(kuò)大過(guò)程中。據(jù)煤炭科學(xué)研究總院上海分院預(yù)測(cè)：按照目前中國(guó)煤炭的產(chǎn)量，要杜絕煤礦瓦斯爆炸的安全事故，中國(guó)每年需要十萬(wàn)噸聚乙烯瓦斯管。因此，預(yù)計(jì)5~10年，聚乙烯礦用管的市場(chǎng)仍處于快速增長(zhǎng)期。鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管集鋼、塑兩種管材的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有十分優(yōu)越的綜合性能：承載能力強(qiáng)、耐腐蝕性好、優(yōu)良的耐磨性、性能價(jià)格比高等。隨著鋼塑復(fù)合管直接注塑法蘭連接技術(shù)的攻破，徹底解決了塑料管路系統(tǒng)跑、冒、漏、滴等不良現(xiàn)象，保證了復(fù)合管在煤礦井下得以全力推廣，且在安裝過(guò)程中不用裝橡膠密封墊，安裝快速方便，安全可靠，既可大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，又可縮短施工周期。管材2012年4月份在平煤等各個(gè)礦井作為供排水、壓風(fēng)、瓦斯抽放使用效果良好，受到用戶(hù)單位和井下工人的一致好評(píng)，具有很好的社會(huì)效益和推廣價(jià)值。

4結(jié)論

鋼塑復(fù)合管注塑法蘭管件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)加工過(guò)程中去除封口這一工序，徹底杜絕了由于封口不嚴(yán)，引起介質(zhì)進(jìn)入腐蝕鋼絲網(wǎng)金屬骨架導(dǎo)致管道系統(tǒng)失效的致命缺陷，具有承壓能力高，密封安全可靠，耐腐蝕性強(qiáng)，重量輕，安裝快捷方便等特點(diǎn)。工業(yè)性試驗(yàn)的成功應(yīng)用，說(shuō)明了鋼塑復(fù)合管注塑管件連接技術(shù)在煤礦井下管道系統(tǒng)中值得大力推廣。復(fù)合管注塑法蘭技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)，改變了傳統(tǒng)鋼塑復(fù)合管管件只能通過(guò)焊接方式才能實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象，該技術(shù)填補(bǔ)了同類(lèi)行業(yè)的技術(shù)空白，對(duì)于推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展具有指導(dǎo)作用。

作者：索祝偉孫運(yùn)國(guó)單位：平煤股份有限公司十一礦