СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИКОВОЙ ТРУБЫ Российский патент 1998 года по МПК F16L9/14 

Изобретение относится к области изготовления труб, а именно пластиковых труб с металлическими законцовками, и может быть использовано при изготовлении магистральных труб, электроизолирующих, компенсационных и других вставок из композиционных материалов, предназначенных для защиты от коррозии, вибраций, компенсации температурных перемещений и т.д. в нефте- и газопроводах, тепловых сетях, линиях транспортировки агрессивных сред и т.д.

Известен способ изготовления пластиковой трубы [1] включающий изготовления двух металлических законцовок, установку их на оправку, намотку арматуры, пропитанной связующим, на оправку и наружные поверхности металлических законцовок, отверждение пластика, демонтаж трубы с оправки и нанесение на ее внутреннюю поверхность герметизирующего слоя.

Известный способ обладает существенным недостатком, а именно сложностью получения герметичного соединения пластика с металлической законцовкой, т.к. при нагружении высоким внутренним давлением происходит разрушение герметизирующей пленки, обусловленное разными жесткостями металлической законцовки и пластика.

Известен также способ изготовления пластиковой трубы [2], включающий укладку перед намоткой арматуры на оправку и/или части наружных поверхностей законцовок герметизирующего слоя, например резины.

Данный способ повышает степень герметичности трубы, т.к. слой резины, находящийся между пластиком и законцовками, препятствует протеканию между ними рабочей среды, находящейся под давлением.

Однако этот способ также не лишен недостатков, а именно требует высокую степень чистоты наружной поверхности законцовок и укладки на них клеевых составов, т.к. наличие зазоров, даже минимальных, между законцовкой и резиной приводит к разгерметизации узла соединения при нагружении трубы внутренним давлением.

Все это приводит к снижению уровня рабочих давлений, при которых допускается эксплуатация труб, изготавливаемых таким способом.

Целью предлагаемого изобретения является повышение несущей способности трубы за счет создания герметичного соединения металлической законцовки и пластика.

Это достигается тем, что в известном способе изготовления пластиковой трубы, включающем установку металлических законцовок в намоточное приспособление, укладку на их наружные поверхности не менее одного сплошного герметизирующего слоя, например резины, намотку на него арматуры, пропитанной связующим, и отверждение при нагреве, перед укладкой сплошного герметизирующего слоя на наружных поверхностях законцовок размещают не контактирующие между собой дублирующие герметизирующие слои, затем на них с зазорами относительно внешних краев наносят разделительный слой, например из стеклоткани.

Кроме того, зазоры от внешних краев дублирующий герметизирующих слоев до соответствующих краев разделительного слоя выбирают в пределах больше 1 мм, но меньше длины наружной поверхности законцовки, перекрываемой сплошным герметизирующим слоем.

Кроме того, разделительный слой перед укладкой может быть покрыт антиадгезивом, например фторопластовой пленкой.

Кроме того, основной и дублирующие герметизирующие слои перед укладкой вулканизируют, а на части наружных поверхностей законцовок и контактирующие между собой поверхности герметизирующих слоев наносят клеевой состав.

Размещение на наружных поверхностях законцовок, перед укладкой сплошного герметизирующего слоя, не контактирующих между собой дублирующих герметизирующих слоев, с последующей укладкой на низ с зазорами относительно внешних краев разделительного слоя, например из стеклоткани, позволяет проникнуть давлению среды между герметизирующими слоями, прижать дублирующий герметизирующий слой к наружной поверхности законцовок и обеспечить полную герметичность соединения между пластиком и металлом за счет абтюрирующего эффекта, возникающего вследствие разности давлений.

Наличие зазоров, а также большая длина сплошного герметизирующего слоя, чем длина разделительного слоя, обеспечивают частичный контакт поверхностей герметизирующих слоев, что позволяет при нагреве трубы провести их совместную вулканизацию с образованием монолитной манжеты, не допускающей прорывы рабочей среды под давлением между герметизирующими слоями.

Выбор зазоров между внешним краев законцовки и соответствующими краями разделительного слоя менее 1 мм не позволит создать достаточного контакта между герметизирующими слоями, что может привести к прорыву рабочей среды и разгерметизации трубы.

Выбор зазора больше или равного длине наружной поверхности законцовки, перекрываемой сплошным герметизирующим слоем не позволит создать абтюрирующий эффект и может привести к прорыву рабочей среды между законцовкой и дублирующим слоем.

Покрытие разделительного слоя перед укладкой антиадгезивом, например, фторопластовой пленкой, позволяет добиться полного абтюрирующего эффекта за счет исключения возможности проникновения резины в структуру разделительного слоя.

Вулканизация герметизирующих слоев перед укладкой и нанесение на наружные поверхности законцовок и контактирующие между собой поверхности герметизирующих слоев клеевого состава позволяет применять термостойкие резины, температура вулканизации которых выше допустимой температуры нагрева для отверждения связующего.

На фиг. 1 изображена пластиковая труба в разрезе на оправке; на фиг. 2 - фрагмент пластиковой трубы с разделительным слоем, покрытым антиадгезивом; на фиг. 3 - фрагмент пластиковой трубы с нанесенным на законцовки клеевым раствором.

Способ осуществляется следующим образом: металлические законцовки 1, 2 (фиг. 1) размещают на металлической разборной оправке 3 и вместе с ней устанавливают в намоточный станок СНП-2 (на фиг. не показан), затем на наружные поверхности A и B законцовок 1, 2, соответственно, укладывают дублирующие герметизирующие слои 4, 5 из сырой каландрованной резины 51-2058 ТУ 105180-88, после чего на дублирующих герметизирующих слоях 4, 5 и оправке 3 размещают разделительный слой 6 из стеклоткани Т10-80 ГОСТ 19170-73 с зазорами между его внешними краями и внешними краями дублирующих герметизирующих слоем 4, 5. На разделительный слой 6 и свободные от него наружные поверхности дублирующих герметизирующий слоев 4, 5 укладывают сплошной герметизирующий слой 7 из сырой каландрованной резины марки 51-2058 ТУ 105188-88, а на него и наружные поверхности законцовок 1, 2 производят спирально-кольцевую намотку арматуры 8 в виде жгута марки РВМН ТУ 6-05-241-404-84, пропитанного эпоксидным связующим ЭТФМ ТУ 1-596-36-82 (на фиг. не изображено).

После намотки оправку 3 с уложенными на нее материалами помещают в аэродинамическую печь АРП-12 и проводят одновременную вулканизацию резины и полимеризацию связующего по режиму:
- подъем температуры в печи до 90^oC в течении 2,5 ч;
- выдержка при 90^oC в течении 3 ч;
- подъем температуры до 120^oC за 1,5 ч;
- выдержка при 120^oC в течении 4 ч;
- подъем температуры до 150^oC за 1,5 ч;
- выдержка при 150^oC в течение 6 ч;
- подъем температуры до 170^oC за 1 ч;
- выдержка при 170^oC в течение 8 ч;
- охлаждение до температуры 70^oC при закрытых дверях печи, дальнейшее охлаждение - свободное.

После охлаждения оправку 3 извлекают из готовой трубы.

Нагрев и давление, вызываемое арматурой 8, обеспечивают герметизацию сплошного 7 и дублирующих герметизирующих слоев 4, 5 и получение в местах зазоров из контактов монолитных герметичных соединений.

Возможны другие варианты реализации способа: а) разделительный слой 6 перед укладкой покрывают антиадгезивом в виде пленок 9, 10 (фиг. 2) на основе фторопласта Ф4 ГОСТ 24222-80 и б) дублирующие слои 4, 5 и сплошной герметизирующий слой 7 перед укладкой вулканизируют в течение 1 ч при 160^oC и давлении 1,0 МПа, а на поверхности А, Б законцовок 1, 2 в местах зазоров на слом 4, 5 и 7 наносят клеевые пленки 11, 12 соответственно (фиг. 3).

В качестве клеящего состава используют пленочный клей ВК 32 ОСТ 92-0948-74, который отверждается по тому же режиму, что и полимерное связующее ЭТФМ ТУ 1-596-36-82.

Предлагаемым способом изготавливали три пластиковые трубы и одну трубу - по способу-прототипу.

Технические характеристики трубы:
Условное давление, МПа - 7,5
Условный проход, мм - 700
Вес, кг - 700
Материал законцовок - Сталь ст. 3 ГОСТ 10705-91
Материал основных и дублирующих герметизирующих слоев - Резина 51-2058 ТУ 51-2058 ТУ 105180-88
Разделительный слой - Стеклоткань Т10-80 ГОСТ 19170-73
Арматура - Стекложгут РВМН ТУ 6-05-241-404-84
Связующие - ЭТФМ ТУ 1-596-36-82
Сначала для всех вариантов изготовили четыре пары металлических законцовок 1, 2, которые во всех случаях размещали на оправке 3 цехового изготовления и устанавливали вместе с ней в станок СНП-2. Зазор (расстояния от внешних краев дублирующих герметизирующих слоев 4, 5 до соответствующих внешних краев разделительного слоя 6) для всех вариантов составлял 5 мм при длине законцовки 120 мм и длинах А, Б наружных поверхностей законцовок 1, 2, перекрываемых сплошным дублирующим слоем 7 - 40 мм. После укладки сплошного герметизирующего слоя 7 во всех случаях производили намотку арматуры 8, пропитанной связующим, а затем проводили его отверждение в печи АРП-12 по известному режиму.

Варианты различались состоянием и обработкой герметизирующих слоев 4, 5, 7 и разделительного слоя 6..

Вариант 1. На поверхности А, Б законцовок 1, 2 укладывали невулканизованные дублирующие герметизирующие слои 4, 5, на них разделительный слой 6 в виде сухой стеклоткани, а на него - сплошной герметизирующий слой 7 из невулканизированной резины.

Вариант 2. Отличался от варианта 1 тем, что разделительный слой 6 перед укладкой покрывали антиадгезивными слоями 9, 10 в виде пленки из фторопласта Ф4 ГОСТ 24222-80.

Вариант 3. Отличался от варианта 1 тем, что слои 4, 5 и 7 перед укладкой вулканизировали в пресс-форме цехового изготовления при температуре 160^oC, давлении 1,0 МПа в течение 1 ч, а на поверхности А, Б законцовок 1, 2 и на поверхности контакта слоев 4, 5 и 7 наносили клеевые слои 11, 12, соответственно, в виде пленочного клея ВК 32 ОСТ 92-0948-74, которые отверждали по режиму полимеризации связующего.

После изготовления все четыре трубы доводили до разрушения внутренним давлением в специальном гидростенде.

Испытания труб дали следующие результаты: вариант 1 - 16,5 МПа, вариант 2 - 21,0 МПа, вариант 3 - 18,0 МПа. Труба, изготовленная по способу-прототипу, выдержала 8,5 МПа. Трубы, изготовленные предлагаемым способом, показали более чем двухкратное превышение несущей способности над трубой, изготовленной по способу-прототипу.

Предлагаемый способ позволяет увеличить несущую способность пластиковых труб за счет повышения герметичности соединения пластика и металлических законцовок и применять такие изделия в высоконагруженных трубопроводах.

Способ изготовления пластиковой трубы может быть использован для изготовления магистральных труб. Способ включает установку металлических законцовок в намоточное приспособление, укладку не менее одного сплошного герметизирующего слоя, намотку на него арматуры, пропитанной полимерным связующим и отверждение при нагреве. Перед укладкой сплошного герметизирующего слоя на наружных поверхностях законцовок размещают не контактирующие между собой дублирующие герметизирующие слои. Затем на них с зазорами относительно внешних краев наносят разделительный слой. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления пластиковой трубы, включающий установку металлических законцовок в намоточное приспособление, укладку не менее одного сплошного герметизирующего слоя, например резины, намотку на него арматуры, пропитанной полимерным связующим, и отверждение при нагреве, отличающийся тем, что перед укладкой сплошного герметизирующего слоя на наружных поверхностях законцовок размещают не контактирующие между собой дублирующие герметизирующие слои, затем на них с зазором относительно внешних краев наносят разделительный слой, например, из стеклоткани. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зазоры от внешних краев дублирующих герметизирующих слоев до соответствующих краев разделительного слоя выбирают в пределах больше 1 мм, но меньше длины наружной поверхности законцовки, перекрываемой сплошным герметизирующим слоем. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделительный слой перед укладкой покрывают антиадгезивом, например фторопластовой пленкой. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что основной и дублирующие герметизирующие слои перед укладкой вулканизируют, а на части наружных поверхностей законцовок и контактирующие между собой поверхности герметизирующих слоев наносят клеевой состав.