注塑管件连接技术的开发范文

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《煤矿现代化杂志》2014年第四期

1传统热熔法兰连接的缺陷

热熔法兰连接是在生产车间内把聚乙烯塑料法兰放置在热熔机顶端，使聚乙烯法兰尾端对准双向热熔器的阳模，后再安放半成品管材与热熔器的阴模对齐，确保聚乙烯法兰与管材在同一轴线上，同时通电加热，聚乙烯法兰内表面与管材端部外表面同时加热5～8min后，脱开阴阳模热熔器，立即通过液压油缸将管材插入聚乙烯法兰内径，在室温下冷却5min成型。加工另一端法兰前，在塑料法兰后套上铁法兰盘，通过螺栓紧固法兰盘实现管路系统的铺设。热熔法兰连接存在以下几个方面的不足：（1）同时给管端外表面和聚乙烯塑料法兰内表面加热，由于无法观测塑料的熔融状态，无法准确判断塑料熔融状态是否能够满足法兰与管材的连接强度。（2）复合管管端有钢丝，同样在热熔前需经行管材封口处理，封口工序相对复杂，且封口的安全性能无法从根本上得以保证，可能影响到管材的整体安全性能。（3）热熔法兰承压能力低，只能在煤矿管道系统1.6MPa以下地方使用，无法大面积推广[5]。有鉴于此，在电熔法兰和热熔法兰诸多缺陷的基础上，注塑管件连接技术是生产车间在钢丝网骨架聚乙烯复合管端通过注塑机直接注塑聚乙烯法兰，在法兰后面背套一个钢制铁法兰盘，通过螺栓紧固连接铁法兰实现整个管路系统的连接。这种管件具有承压能力高，安装无需橡胶密封垫，连接简单方便，安全可靠，综合成本大幅下降等优点。

2复合管直接注塑管件技术

矿用钢塑复合管注塑管件连接技术是在复合管端直接注塑聚乙烯塑料法兰，在塑料法兰后面背套一个钢制铁法兰盘，通过螺栓连接铁法兰实现整个管路系统的连接（如图1所示）。整个管路连接符合煤矿井下安装的实际需要，安装简单方便，安全可靠，切实可行。

2.1复合管直接注塑管件技术原理管件详细技术原理如下：复合管切割模口后，将复合管的管端100mm插入加热器对管材外表面和管材切割端面进行加热5min，使之达到110℃～120℃出现微熔状态；取出加热管材，从管材内径方向插入模芯，通过滚动支架把管材送入注塑法兰模具中，模具合模，开启注塑，冷却成型。进而开启具，注塑法兰脱模，将管材连带法兰一起斜放入水池中进行冷却，待塑料法兰冷却后，装上两片钢制铁法兰，同样原理注塑管材另一端法兰。在管端法兰冷却过程中可以先注塑其它法兰，提高工效。

2.2复合管直接注塑管件的性能特征复合管直接注塑法兰去除了焊接管件工艺管材必须封口这一工序，消除了封口不严引起介质进入腐蚀钢丝网金属骨架导致管道系统失效的致命影响，具有承压能力高，密封性能安全可靠的特性。复合管直接注塑法兰技术的实现，改变了传统复合管法兰只能通过焊接方式才能实现，该技术填补了同类行业的技术空白，达到国内领先水平，对于推动整个行业的发展具有指导作用。注塑管件连接技术与传统的机械连接方式电熔法兰和热熔法兰技术相比主要有以下优点：（1）去掉了复合管管端钢丝封口工序，简化操作，降低管件加工成本。消除了因封口不严引起介质进入腐蚀钢丝网金属骨架导致管道系统失效的致命影响。（2）与电熔及热熔法兰相比，在注塑过程中，熔融料通过注塑机高压送入模具中使之与管材连接，不会出现焊接空洞等缺陷，提高了塑料的密实性，确保了管件的安全。（3）承压能力高，以Φ110管为例，管件地面试验承压能力可以达到5.0MPa。而焊接法兰目前只能达到1.6MPa。（4）安装过程中无需橡胶密封垫，连接简单方便，安全可靠。由于法兰面采用聚乙烯柔性材料，螺栓紧固过程就能将两法兰压紧实现密封连接，简单快捷，安全高效。（5）管件综合成本大幅下降。与电熔、热熔焊接法兰相比，管件综合成本下降30%左右。

2.3复合管直接注塑管件研究的主要内容

2.3.1设计管件法兰连接结构聚乙烯塑料法兰是在钢丝网骨架聚乙烯复合管体上设计一个塑料法兰结构，塑料法兰后面背套一个钢制铁法兰盘，通过螺栓连接铁法兰实现整个管路系统的连接。整个管路连接符合煤矿井下安装的实际需要，安装简单方便，安全可靠，切实可行。钢制铁法兰盘规格见表1。

2.3.2原材料选择复合管注塑管件选用高密度聚乙烯（HDPE）,这种HDPE一般是呈乳白色的球形或圆柱形颗粒，其流动性是用熔体指数予以表示，即在温度为190℃,负荷为2160g下，10min内熔体通过孔径为2.1mm，长度为8mm孔的克数。成型加工之前不必进行干燥处理，对于那些因包装不严、贮藏不当而引起水分过量的颗粒，可在70℃～80℃温度下干燥1～2h。

2.3.3复合管注塑管件成型条件注塑成型的基本原理：注塑机利用PE塑胶加热到一定温度后,能熔融成液体的性质,把熔融液体用高压注射到密闭的模腔内,经过冷却定型,开模后顶出得到所需的塑体产品。因此，复合管注塑制品法兰的质量主要取决于以下几个注塑工艺条件的控制。（1）料筒温度：料筒温度主要是与PE的密度高低和熔体流动速率大小有关，另外还与注塑机的类型和性能，一级塑件的形状有关。由于HDPE为结晶型聚合物，在熔融时晶粒要吸收一定热量，因此料筒温度应高于它的熔点10°。HDPE的料筒温度控制在220℃，温度在料筒上的分布情况则要求加料段宜低些，以免出现物料附于螺杆上，进而造成加料不畅。（2）模具温度：模温对塑件的结晶状况有较大影响，模温高，熔体结晶度高，强度高，但收缩率也会增大。通常HDPE的温度应控制在60℃～70℃。保压时间长短应根据流道、浇品的大小，制品的壁厚而定。（3）注塑压力：提高注塑压力有利于熔料的充模，由于HDPE的流动性很好，因此除薄壁细长制品外，应该精良选择较低的注射压力。对塑料法兰注塑制品而言，注射压力为30～40MPa。

2.3.4小批量生产，试验室试验试验原理：试验室采用静液压耐压试验，即对给定的塑料复合管，在给定的时间内，使其承受规定的恒内压作用，观察管材是否发生破坏作用。试验压力值和试验时间由管材的产品标准确定。表2复合管注塑管件试验表

3复合管推广应用前景

就煤矿行业而言，据煤炭科学研究总院上海分院统计，2008年，全国的聚乙烯瓦斯管用量接近6000t，各煤矿集团基本属于个别试用阶段，整个市场处于培育、推广开发过程中。近年来，全国的聚乙烯瓦斯管用量快速增长，以各煤矿集团的下属公司或联营公司为主的聚乙烯瓦斯管生产企业迅速增加，各煤矿集团进入全面应用阶段。各煤矿集团已渐渐认识了聚乙烯瓦斯管的优越性，整个市场处于迅速扩大过程中。据煤炭科学研究总院上海分院预测：按照目前中国煤炭的产量，要杜绝煤矿瓦斯爆炸的安全事故，中国每年需要十万吨聚乙烯瓦斯管。因此，预计5~10年，聚乙烯矿用管的市场仍处于快速增长期。钢丝网骨架聚乙烯复合管集钢、塑两种管材的优点于一身，具有十分优越的综合性能：承载能力强、耐腐蚀性好、优良的耐磨性、性能价格比高等。随着钢塑复合管直接注塑法兰连接技术的攻破，彻底解决了塑料管路系统跑、冒、漏、滴等不良现象，保证了复合管在煤矿井下得以全力推广，且在安装过程中不用装橡胶密封垫，安装快速方便，安全可靠，既可大大降低工人劳动强度，又可缩短施工周期。管材2012年4月份在平煤等各个矿井作为供排水、压风、瓦斯抽放使用效果良好，受到用户单位和井下工人的一致好评，具有很好的社会效益和推广价值。

4结论

钢塑复合管注塑法兰管件结构设计合理，生产加工过程中去除封口这一工序，彻底杜绝了由于封口不严，引起介质进入腐蚀钢丝网金属骨架导致管道系统失效的致命缺陷，具有承压能力高，密封安全可靠，耐腐蚀性强，重量轻，安装快捷方便等特点。工业性试验的成功应用，说明了钢塑复合管注塑管件连接技术在煤矿井下管道系统中值得大力推广。复合管注塑法兰技术的成功开发，改变了传统钢塑复合管管件只能通过焊接方式才能实现的现象，该技术填补了同类行业的技术空白，对于推动整个行业的发展具有指导作用。

作者：索祝伟孙运国单位：平煤股份有限公司十一矿