[发明专利]含金属的聚合物强化管、用于制造所述管的方法以及采用所述管生产的管线

说明书

技术领域

本发明涉及由金属框架来强化的聚合物管、用于制造所述管的方法、以及采用所述管的最佳变形。金属框架的强度以及聚合物基体(polymer matrix)的化学稳定性使得能够在各种经济领域中使用金属-聚合物(金属-塑料)管，特别是，用于输送油和气、酸、碱产品、饮用水和工业用水，并且对磨料磨损的高稳定性使得能够使用所述管用于输送腐蚀性和中性矿浆(pulps)以及作为套管(case pipe)，例如在地下对于岩石进行滤出时使用。

背景技术

已知在1988年1月15日公开的苏联发明人证书第SU1366757号中描述了金属-聚合物强化管，其包括焊接的金属框架和聚合物基体。这种管的缺点是由两步生产得到的聚合物基体的复杂组合结构。首先，形成聚合物基体的内层，将金属框架植入(embed)其中，然后形成上层、覆盖的热塑性层，管的内层和外层被设置有复杂的表面轮廓，以便于所述轮廓能够彼此接合并且所述层能够彼此粘附。

从1994年11月16日公开的英国专利GB2277975中已知的金属-聚合物强化管更简单并且更耐用。这种管具有整体的热塑性聚合物基体，所述基体主要具有晶体结构并通过挤压生产得到；以及由纵向强化元件以及至少两个横向螺旋强化元件制成的强化金属框架。

这种管的缺点在于其承受热循环负载时的长期强度较低。

与所要求保护的发明的最接近的相似解决方案是在1982年5月23日公开的苏联发明人证书第SU929951号中描述的金属-聚合物强化管，其包括：通过在强化元件的交叉点处焊接而刚性固定的金属网框架；以及通过挤压成型生产出的聚合物基体。此外，为了改善对径向负载的抗性，内壁和外壁的厚度在框架厚度的0.2-0.8之间的范围内选择。

然而，实践中发现，金属-聚合物强化管的强度，特别是其抵抗径向负载的能力，主要不是由强化框架厚度和管壁厚度的比例决定的，而是由“金属-聚合物”组释放(relax)由施加到管上的负载所产生的内部应力的能力来决定的，该能力能够保持聚合物基体的整体性而使管主体不破裂。

在管生产过程中，金属框架和聚合物被加热到相同的温度。在它们接下来的采用相同(接近值)变化率的冷却过程中，金属和聚合物都发生收缩，但是聚合物的收缩的百分比更大。因此，冷却后，在金属框架和聚合物基体之间留有间隙，所述间隙允许结构元件处于相互平衡状态。也就是，具体来说，当框架被施加了负载时，聚合物允许框架的弹性变形，由此释放所产生的应力。此外，这种间隙还允许聚合物的长期松弛，而不产生大的球粒(spherulites)。在这种连接中，在管的横截面中聚合体的量越多，聚合体释放所产生的应力的相对能力越低。也就是说，如发明人证书第SU929951号中所主张的，聚合物的内层和/或外层的增加，并不能改善管的强度性能。

另一方面，管框架中聚合物层厚度的显著增加也是不能接受的，因为出于加工目的，例如为了组装管线或管道支线以及为了能够对管线进行修复，就对聚合物基体的限定最小尺寸有所要求。

此外，除了SU929951的发明中的关键论述外，可以说根据所执行的实验工作还发现金属-聚合物管的径向强度主要取决于金属框架的物理性能和参数，如：框架晶胞尺寸、纵向和横向的强化元件的尺寸、或者焊接连接的强度，而非取决于管壁厚度的选择。

在制造所要求保护的金属-聚合物管的方法中，应该重点关注改善金属-聚合物管的强化框架的强度，这能够消除高质量管的制造中存在的问题，所述问题在现有技术的现有陈述中并没有解决。

用于连续制造强化聚合物管的方法及装置在现有技术中是已知的，其在1992年2月29日公开的专利SU1716963中被描述。这种方法包括将聚合物熔体送入挤压机的环形模具腔，同时将强化框架供给到其中。出于降低管壁中残余内应力的目的，聚合物供给到和框架运动方向之间的角度在90°到150°的范围内选择。所述装置包括挤压机，所述挤压机具有头部，所述头部具有用于熔体的中间供给到通道。用于形成管的环形模具腔由心轴和筒组成，并且与挤压通道连通。挤压通道的出口区域设置具有60°到180°范围内的空间角，该角的顶点面向模具腔的出口。