способ нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, при котором посредством экструзии осуществляют нанесение расплава адгезива и полимера на внутреннюю и наружную поверхности металлической трубы, протягиваемой в продольном направлении, и формование трубчатых оболочек из адгезива и полимера, отличающийся тем, что формование трубчатых оболочек из адгезива осуществляют на внутренней и наружной поверхностях трубы в зоне нанесения расплава адгезива на поверхности трубы, после чего формуют трубчатые оболочки из полимера на внутренней и наружной оболочках из адгезива в зоне нанесения на них расплава полимера.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зоны формования внутренних оболочек из адгезива и полимера располагают напротив зон формования соответствующих наружных оболочек.

3. Устройство для нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, содержащее внешнюю экструзионную головку с осевым отверстием для прохода металлической трубы и внутреннюю экструзионную головку с сердечником, выполненные с камерами формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера и каналами для нагнетания в них адгезива и полимера, отличающееся тем, что камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера отделены друг от друга и расположены последовательно в направлении протягивания металлической трубы в зонах нанесения на нее расплавов адгезива и полимера, а каналы сердечника для нагнетания в камеры формования расплавов адгезива и полимера изолированы друг от друга.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что сердечник внутренней экструзионной головки смонтирован в осевом отверстии внешней экструзионной головки, а камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера внутренней экструзионной головки расположены напротив соответствующих камер формования внешней экструзионной головки.

5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера выполнены в виде кольцевых проточек на наружной цилиндрической поверхности сердечника внутренней экструзионной головки и кольцевых расточек на поверхности внешней экструзионной головки в зоне осевого отверстия, попарно совмещенных с проточками сердечника, причем камеры формования имеют формующий участок с постепенно уменьшающейся в направлении протягивания металлической трубы глубиной и сопряженный с ним калибрующий участок, имеющий постоянную глубину.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что канал сердечника для нагнетания в камеры формования расплава адгезива и полимера изолированы друг от друга продольными ребрами.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вдоль формующего участка по меньшей мере камер формования трубчатых оболочек из полимера выполнены спиральные углубления.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что спиральные углубления на формующем участке камер формования внутренней и наружной оболочек из полимера направлены в противоположные стороны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению металлических труб, внутренняя и наружная поверхности которых покрыты полимером (металлополимерных труб). Подобные трубы предназначены для систем холодного и горячего водоснабжения, газоснабжения и отопления зданий, транспортирования химических активных веществ и т.п.

Известен способ нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, при котором посредством экструзии формуют из полимера с повышенными адгезионными свойствами (адгезива) и второго полимера с необходимыми эксплуатационными свойствами трубчатые оболочки и наносят их на внутреннюю и наружную поверхности трубы [1]

Однако применение адгезива не гарантирует достаточно надежного сцепления полимера с металлической трубой. Это объясняется тем, что формование трубчатых оболочек из адгезива и полимера осуществляется вне зоны нанесения этих оболочек на поверхности металлической трубы, т.е. без приложения значительных удельных давлений в зонах непосредственного вхождения в контракт адгезива с поверхностью металлической трубы и полимера с адгезивом. Способ предполагает первоначальное формование двухслойного покрытия (адгезива наносится на полимер) и дальнейшее его нанесение на поверхность металлической трубы: на наружную поверхность за счет естественной усадки при охлаждении, а на внутреннюю за счет сжатого воздуха, нагнетаемого внутрь оболочек. Так как скорость полимеризации адгезива может превышать скорость линейной усадки покрытий, то взаимодействие покрытий адгезива с поверхностью металлической трубы носит пятнистый характер, а в угловые зоны шва металлической трубы, кромки которой сварены внахлест, адгезив может вообще не проникать. Это снижает прочность сцепления полимера с поверхностями металлической трубы и прочность последней в целом. Кроме того, использование данного способа для нанесения полимерного покрытия на трубы, например, изготовленные из тонкой (0,2 мм) алюминиевой ленты, позволяет калибровать только толщину наносимого покрытия, но не окончательные размеры диаметров металлополимерной трубы, что объясняется низкими прочностью и поперечной устойчивостью металлической трубы и невозможностью приложения значительных радиальных усилий для калибровки.

Известно устройство для нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, содержащее внешнюю экструзионную головку с осевым отверстием для прохода металлической трубы и внутреннюю экструзионную головку, выполненную в виде цилиндрической втулки, в полости которой смонтирован с зазором сердечник, при этом в каждой экструзионной головке выполнены по две камеры для формование оболочек покрытий, одна из которых сообщена каналом с источником нагнетания расплава адгезива, а другая с источником нагнетания расплава полимера [2]

Однако в известном устройстве в экструзионных головках отсутствуют элементы для калибрования диаметров металлополимерной трубы, имеют место большие теплопотери при транспортировке расплавов полимеров, низкая жесткость цилиндрической втулки и сердечника, а также необходимость тщательного согласования скоростей истечения оболочек покрытия со скоростью протягивания металлической трубы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, при котором посредством экструзии осуществляют нанесение расплава адгезива и полимера на внутреннюю и наружную поверхности металлической трубы, протягиваемой в продольном направлении, и формование трубчатых оболочек из адгезива и полимера [3]

Для осуществления указанного способа служит устройство для нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, содержащее внешнюю экструзионную головку с осевым отверстием для прохода металлической трубы и внутреннюю экструзионную головку с сердечником, выполненные с камерами формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера и каналами для нагнетания в них адгезива и полимера [3]

В известном способе и устройстве при формовании наружного покрытия имеет место раздельный подвод адгезива и полимера к зоне формования, но нет раздельного нанесения слоев, а при формовании внутреннего покрытия предусмотрен совместный подвод адгезива и полимера к общей зоне формования. При этом формование трубчатых оболочек покрытия из адгезива и полимера осуществляется вне зоны нанесения этих оболочек на поверхность металлической трубы, т.е. без приложения значительных удельных давлений в зонах непосредственного вхождения в контракт адгезива с поверхностью металлической трубы и полимера с адгезивом, что не гарантирует достаточно надежного сцепления полимера с металлической трубой. На выходе из зоны формования оболочки имеют практически окончательную форму (изменения только за счет последующей усадки), которую сохраняют за счет упруго-пластических свойств расплава до нанесения на трубу. При этом увеличение интенсивности экструдирования расплавов полимеров по отношению к скорости протягивания металлической трубы может вызвать образование наплывов полимеров на поверхности трубы.

Техническим результатом изобретения является обеспечение прочного сцепления полимерных покрытий с поверхностью металлической трубы.

Для достижения технического результата в способе нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, при котором посредством экструзии осуществляют нанесение расплава адгезива и полимера на внутреннюю и наружную поверхности металлической трубы, протягиваемой в продольном направлении, и формование трубчатых оболочек, согласно изобретению формование трубчатых оболочек из адгезива осуществляют на внутренней и наружной поверхностях трубы в зоне нанесения расплава адгезива на поверхности трубы, после чего формуют трубчатые оболочки из полимера на внутренней и наружной оболочках из адгезива в зоне нанесения на них расплава полимера.

Кроме того, зоны формования внутренних оболочек из адгезива и полимера располагают напротив зон формования соответствующих наружных оболочек.

В устройстве для нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, содержащем внешнюю экструзионную головку с осевым отверстием для прохода металлической трубы и внутреннюю экструзионную головку с сердечником, выполненные с камерами формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера и каналами для нагнетания в них адгезива и полимера, согласно изобретению камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера отделены друг от друга и расположены последовательно в направлении протягивания металлической трубы в зонах нанесения на нее расплавов адгезива и полимера, а каналы сердечника для нагнетания в камеры формования расплавов адгезива и полимера изолированы друг от друга.

Кроме того, сердечник внутренней экструзионной головки смонтирован в осевом отверстии внешней экструзионной головки, а камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера внутренней экструзионной головки расположены напротив соответствующих камер формования внешней экструзионной головки. Камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера выполнены в виде кольцевых проточек на наружной цилиндрической поверхности сердечника внутренней экструзионной головки и кольцевых расточек на поверхности внешней экструзионной головки в зоне осевого отверстия, попарно совмещенных с проточками сердечника, причем камеры формования имеют формующий участок с постепенно уменьшающейся в направлении протягивания металлической трубы глубиной и сопряженный с ним калибрующий участок, имеющий постоянную глубину. Каналы сердечника для нагнетания в камеры формования расплавов адгезива и полимера изолированы друг от друга, например, продольными ребрами. Вдоль формующего участка, по меньшей мере, камер для формования трубчатых оболочек из полимера выполнены спиральные углубления, причем на формующем участке камер формования внутренней и наружной оболочек из полимера они направлены в противоположные стороны.

В описываемых способе и устройстве формование трубчатых оболочек покрытия из адгезива и полимера осуществляется непосредственно на поверхностях металлической трубы с приложением в этих зонах рабочих давлений, развиваемых источниками полимеров, при этом тонкостенная металлическая труба, стенки которой подвержены равномерному гидростатическому сжатию с приложением давлений изнутри и аналогичных давлений снаружи, не теряет поперечной устойчивости и не испытывает растягивающих напряжений при любых значениях рабочих давлений в зонах формования, а нанесение адгезива и полимера с использованием рабочих давлений формования гарантирует 100% нанесение адгезива на поверхности металлической трубы и обеспечение прочного сцепления полимерных покрытий как между собой, так и с поверхностями металлической трубы. Кроме того, формование покрытий на поверхностях металлической трубы при оппозитном расположении наружных и внутренних зон позволит осуществлять калибровку окончательных размеров диаметров металлополимерной трубы за счет реализации тех же давлений.

Упрощен контроль параметров процесса, который можно автоматически поддерживать с помощью датчиков давления, сообщенных с зонами формования наружных покрытий, при этом увеличение интенсивности экструдирования расплавов полимеров по отношению к скорости протягивания металлической трубы не вызывает образования наплывов полимеров на поверхностях последней, так как за счет сил граничного трения между расплавами и поверхностями металлической трубы ее скорость протяжки автоматически увеличивается. Кроме того, наличие принудительно протягиваемой металлической трубы в зонах калибровки исключает возможность образования засоров и закоксовывания, что повышает стабильность автоматической работы линии.

На фиг. 1 изображена схема поточной линии для реализации описываемого способа; на фиг. 2 схема описываемого устройства, входящего в состав этой линии; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 схема камер для формования оболочек покрытий.

Поточная линия (фиг. 1), в состав которой входит описываемое устройство 1 для нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, содержит также правильный механизм 2, на котором крепится кассета 3 с алюминиевой лентой 4, блок-матрица 5 для придания алюминиевой ленте U образного профиля, нагреватель 6, устройство ультразвуковой сварки 7, источники расплавов адгезива 8 и полимера 9, охлаждающая ванна 10, устройство пережима 11, механизм протягивания 12 металлополимерной трубы 13, наматывающий барабан 14.

Устройство для нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу (фиг. 2) состоит из корпуса 15, закрепленного на питателе 16. В расточке корпуса жестко смонтированы внутренняя 17 и внешняя 18 экструзионные головки и свободно установлена втулка 19, имеющая U образный вход и кольцевой выход, в осевую прорезь которого входит ролик 20 устройства ультразвуковой сварки 7. Внешняя экструзионная головка 18 имеет осевое отверстие, в котором концентрично ему с зазором размещен цилиндрический сердечник 21 внутренней экструзионной головки. Сердечник 21 имеет осевой канал для прохода сжатого воздуха, а на его наружной поверхности выполнены кольцевые проточки 22, 23. Проточка 22 осевым каналом 24 (фиг. 3) и каналом 25 сообщена через питатель с источником полимера 9. Осевой канал 24 изолирован от каналов 26 продольными ребрами жесткости 28. Внешняя экструзионная головка 18 имеет две кольцевые расточки 29, 30. Расточка 29 радиальными отверстиями 31 через кольцевую полость 32 каналом 33 сообщена с источником расплава адгезива. Расточка 30 радиальными отверстиями 34 через кольцевую полость 35 и каналы 36 сообщена с источником расплава полимера. Расточки 29, 30 и проточки 22, 23 имеют формующие участки 37, 38 (фиг. 4) с постепенно убывающей глубиной и калибрующие участки 39, 40 с постоянной глубиной. На поверхностях формующих участков 38 могут быть выполнены спиральные углубления 41, предназначенные для тангенциального смещения потока расплава. В зазоре между сердечником 21 и осевым отверстием внешней экструзионной головки 18 размещена металлическая труба 42, являющаяся основой для металлополимерной трубы.

Проточки 22, 23 на наружной цилиндрической поверхности сердечника 21 образуют камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера соответственно на внутренней поверхности трубы. Расточки 29, 30 на поверхности внешней экструзионной головки образуют камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера на наружной поверхности трубы и попарно совмещены с проточками 22, 23 сердечника 21. Камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера отделены друг от друга и расположены последовательно в направлении протягивания металлической трубы в зонах нанесения на нее расплавов адгезива и полимера. Камеры формования трубчатых оболочек из адгезива и полимера внутренней экструзионной головки расположены напротив соответствующих камер формования внешней экструзионной головки.

Способ нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу реализуется при работе устройства.

Алюминиевая лента 4 толщиной 0,2 мм из кассеты 3 через ролики правильного механизма 2 входит в блок-матрицу 5 и приобретает на выходе из нее U - образный профиль. Нагреватель 6 обеспечивает разогрев U образной ленты до 150.160^oC. После этого лента с U образным профилем подается в устройство 1, в котором посредством втулки 18, имеющей U образный вход и кольцевой выход, алюминиевая лента приобретает трубчатую форму. Вращающийся ролик 20 устройства ультразвуковой сварки 7 обеспечивает непрерывную сварку краев кольцевого профиля ленты внахлест, после чего полученная таким образом металлическая труба 42 поступает в зону нанесения полимерных покрытий, в качестве которых применяют адгезив привитый полиэтилен (севилен) или другие полимерные клеевые композиции, например "Вилад-23", полимер полиэтилен ПЭНД, ПЭВД, поперечно-сшитый полиэтилен (для горячей воды) и др. Расплав адгезива от источника 8 по каналам 25, 24 нагнетается в кольцевую полость проточки 22, а по каналам 33 через кольцевую полость 32 и радиальные отверстия 31 в кольцевую полость расточки 29. За счет давления, развиваемого источником 8, расплав адгезива экструдируется одновременно из полостей проточки 22 и расточки 29 совместно с протягиваемой за счет механизма 12 металлической трубой 42. На участках 37 расточки 29 и проточки 22 расплав адгезива равномерно распределяется перед входом в их калибрующие участки 39, чему способствует постоянное уменьшение их глубин, обеспечивающее непрерывное увеличение сопротивления потоку расплава адгезива. На калибрующих участках 39 расплав принимает окончательную форму. Зазоры между стенками металлической трубы и поверхностями участков 39 определяют толщину покрытия из адгезива, которая составляет приблизительно 0,1 мм. Металлическая труба 42 с нанесенным на нее таким образом покрытием из адгезива поступает в полости проточек 23 и расточек 30, в которых обеспечивается нанесение второго слоя покрытия. Расплав полимера нагнетается в полость проточек 23 по каналам 26, 27, а в полость расточек 30 по каналам 36, через кольцевую полость 35 и радиальные отверстия 34 от общего источника полимера 9. Дальнейший процесс нанесения полимера аналогичен описанному выше.

Тангенциальное смещение наружных по отношению к металлической трубе слоев расплавов полимеров с помощью спиральных углублений 41 обеспечивает хорошее сращивание отдельных струй полимера, которые образуются при поступлении в полости расточек 30 через отверстия 34, а в полости проточек 23 по каналам 26. Различные направления спиральных углублений 41 необходимы для взаимного уравновешивания тангенциальных сил. Диаметры калибрующих участков 40 определяют окончательные размеры толщин наносимого покрытия и диаметров металлополимерной трубы в целом. При этом значения толщин наносимых покрытий из адгезива и полимера будут соответствовать расчетным при давлении в зонах нанесения адгезива, по крайней мере не меньших, чем в зонах нанесения покрытий из полимера. В противном случае будет происходить "запирание" адгезива в зоне калибровки последнего, которое будет увеличиваться по мере возрастания перепада давлений. При этом толщина слоев адгезива будет уменьшаться, что можно использовать для подбора минимально достаточных значений толщины покрытий из адгезива в целях его экономии, как более дорогого компонента по сравнению с полимером.

После выхода металлополимерной трубы из устройства 1 ее свободный конец пережимают с помощью устройства 11, обеспечивая герметизацию внутренней полости, в которую нагнетают через осевое отверстие сердечника 21 сжатый воздух для предотвращения отслаивания внутренних покрытий до полной их полимеризации. Трубку охлаждают в ванне 10 и сматывают в бухты с помощью наматывающего барабана 14.2