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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)車間內(nèi)把聚乙烯塑料法蘭放置在熱熔機頂端，使聚乙烯法蘭尾端對準(zhǔn)雙向熱熔器的陽模，后再安放半成品管材與熱熔器的陰模對齊，確保聚乙烯法蘭與管材在同一軸線上，同時通電加熱，聚乙烯法蘭內(nèi)表面與管材端部外表面同時加熱5～8min后，脫開陰陽模熱熔器，立即通過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，通過螺栓緊固法蘭盤實現(xiàn)管路系統(tǒng)的鋪設(shè)。熱熔法蘭連接存在以下幾個方面的不足：（1）同時給管端外表面和聚乙烯塑料法蘭內(nèi)表面加熱，由于無法觀測塑料的熔融狀態(tài)，無法準(zhǔn)確判斷塑料熔融狀態(tài)是否能夠滿足法蘭與管材的連接強度。（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，封口工序相對復(fù)雜，且封口的安全性能無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)車間在鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管端通過注塑機直接注塑聚乙烯法蘭，在法蘭后面背套一個鋼制鐵法蘭盤，通過螺栓緊固連接鐵法蘭實現(xiàn)整個管路系統(tǒng)的連接。這種管件具有承壓能力高，安裝無需橡膠密封墊，連接簡單方便，安全可靠，綜合成本大幅下降等優(yōu)點。

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鋼制鐵法蘭盤，通過螺栓連接鐵法蘭實現(xiàn)整個管路系統(tǒng)的連接（如圖1所示）。整個管路連接符合煤礦井下安裝的實際需要，安裝簡單方便，安全可靠，切實可行。

2.1復(fù)合管直接注塑管件技術(shù)原理管件詳細技術(shù)原理如下：復(fù)合管切割?？诤螅瑢?fù)合管的管端100mm插入加熱器對管材外表面和管材切割端面進行加熱5min，使之達到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，通過滾動支架把管材送入注塑法蘭模具中，模具合模，開啟注塑，冷卻成型。進而開啟具，注塑法蘭脫模，將管材連帶法蘭一起斜放入水池中進行冷卻，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)的實現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)復(fù)合管法蘭只能通過焊接方式才能實現(xiàn)，該技術(shù)填補了同類行業(yè)的技術(shù)空白，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，對于推動整個行業(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：（1）去掉了復(fù)合管管端鋼絲封口工序，簡化操作，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，在注塑過程中，熔融料通過注塑機高壓送入模具中使之與管材連接，不會出現(xiàn)焊接空洞等缺陷，提高了塑料的密實性，確保了管件的安全。（3）承壓能力高，以Φ110管為例，管件地面試驗承壓能力可以達到5.0MPa。而焊接法蘭目前只能達到1.6MPa。（4）安裝過程中無需橡膠密封墊，連接簡單方便，安全可靠。由于法蘭面采用聚乙烯柔性材料，螺栓緊固過程就能將兩法蘭壓緊實現(xiàn)密封連接，簡單快捷，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)計一個塑料法蘭結(jié)構(gòu)，塑料法蘭后面背套一個鋼制鐵法蘭盤，通過螺栓連接鐵法蘭實現(xiàn)整個管路系統(tǒng)的連接。整個管路連接符合煤礦井下安裝的實際需要，安裝簡單方便，安全可靠，切實可行。鋼制鐵法蘭盤規(guī)格見表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，其流動性是用熔體指數(shù)予以表示，即在溫度為190℃,負荷為2160g下，10min內(nèi)熔體通過孔徑為2.1mm，長度為8mm孔的克數(shù)。成型加工之前不必進行干燥處理，對于那些因包裝不嚴(yán)、貯藏不當(dāng)而引起水分過量的顆粒，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)過冷卻定型,開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速率大小有關(guān)，另外還與注塑機的類型和性能，一級塑件的形狀有關(guān)。由于HDPE為結(jié)晶型聚合物，在熔融時晶粒要吸收一定熱量，因此料筒溫度應(yīng)高于它的熔點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，進而造成加料不暢。（2）模具溫度：模溫對塑件的結(jié)晶狀況有較大影響，模溫高，熔體結(jié)晶度高，強度高，但收縮率也會增大。通常HDPE的溫度應(yīng)控制在60℃～70℃。保壓時間長短應(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的流動性很好，因此除薄壁細長制品外，應(yīng)該精良選擇較低的注射壓力。對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)，試驗室試驗試驗原理：試驗室采用靜液壓耐壓試驗，即對給定的塑料復(fù)合管，在給定的時間內(nèi)，使其承受規(guī)定的恒內(nèi)壓作用，觀察管材是否發(fā)生破壞作用。試驗壓力值和試驗時間由管材的產(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，2008年，全國的聚乙烯瓦斯管用量接近6000t，各煤礦集團基本屬于個別試用階段，整個市場處于培育、推廣開發(fā)過程中。近年來，全國的聚乙烯瓦斯管用量快速增長，以各煤礦集團的下屬公司或聯(lián)營公司為主的聚乙烯瓦斯管生產(chǎn)企業(yè)迅速增加，各煤礦集團進入全面應(yīng)用階段。各煤礦集團已漸漸認(rèn)識了聚乙烯瓦斯管的優(yōu)越性，整個市場處于迅速擴大過程中。據(jù)煤炭科學(xué)研究總院上海分院預(yù)測：按照目前中國煤炭的產(chǎn)量，要杜絕煤礦瓦斯爆炸的安全事故，中國每年需要十萬噸聚乙烯瓦斯管。因此，預(yù)計5~10年，聚乙烯礦用管的市場仍處于快速增長期。鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管集鋼、塑兩種管材的優(yōu)點于一身，具有十分優(yōu)越的綜合性能：承載能力強、耐腐蝕性好、優(yōu)良的耐磨性、性能價格比高等。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強度，又可縮短施工周期。管材2012年4月份在平煤等各個礦井作為供排水、壓風(fēng)、瓦斯抽放使用效果良好，受到用戶單位和井下工人的一致好評，具有很好的社會效益和推廣價值。

4結(jié)論

鋼塑復(fù)合管注塑法蘭管件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，生產(chǎn)加工過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，重量輕，安裝快捷方便等特點。工業(yè)性試驗的成功應(yīng)用，說明了鋼塑復(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)的成功開發(fā)，改變了傳統(tǒng)鋼塑復(fù)合管管件只能通過焊接方式才能實現(xiàn)的現(xiàn)象，該技術(shù)填補了同類行業(yè)的技術(shù)空白，對于推動整個行業(yè)的發(fā)展具有指導(dǎo)作用。

作者：索祝偉孫運國單位：平煤股份有限公司十一礦