Спосіб виготовлення муфти, що термоусаджується

Изобретение относится к области переработки высокомолекулярных органических соединений, в частности, к способам получения из полимерных материалов трубчатых изделий, обладающих эффектом памяти формы, т.е. восстанавливающих свою первоначальную форму в результате нагревания. Изобретение может быть использовано в различных отраслях техники для изготовления эпоксидных термоусаживающихся муфт в комбинации с наружной защитной втулкой для реализации надежного муфтоклеевого способа соединения труб из различных материалов, в том числе трудносклеивающихся полиолефиновых труб при сооружении и ремонте газопроводов и водопроводов, а также в машиностроении, энергетике, связи, химической, авиационной и судостроительной промышленности и др. Эффект памяти формы, применительно к полимерам называемый как термоусадка, используется для создания различных неразъемных соединений, изготовления муфт для соединения сваркой полиолефиновых труб, формирования защитных покрытий для наружной и внутренней поверхностей труб и др. изделий, для герметизации кабельных разъемов и т.п. К прочности и эксплуатационной надежности соединительных муфт предъявляются высокие требования, т.к. применительно к трубопроводам желательно обеспечить равнопрочность соединения как на изгиб, так и на растяжение в продольном направлении. Известны работы по созданию прочных многослойных муфт и переходников для соединения труб с использованием литья под давлением, армированных материалов, причем материал внутреннего слоя выбирается из условия повышенной стойкости, например, к воздействию горячей воды, а материал наружного слоя - из условия повышенной стойкости к удару, климатическим факторам и т.д. [Патенты Японии № 3-112617, 112618,112619В29С45/14; B29L31/24; F16L19/08; ИCM № 7, 1992]. Известны термоусаживающаяся муфта .для защитного покрытия отдельных участков кабеля, изготовленная из сшитой полимерной композиции, которая является связующим для диспергированных в ней отдельных эластомерных частиц [Патент ЕПВ №0426257, В 29 С 61/06, ИСМ №5, 1992]. Известны решения по использованию эффекта термоусадки для получения слоистых втулок из полиолефинов, поливинилхлорида и других полимерных материалов. Так, известен способ изготовления термоусаживающихся пластмассовых втулок, применяемых для соединения кабелей, трубопроводов, по патенту Японии № 58-193122, кл. В 29 С 27/02 (РЖ Химия, реф. 22Т1174П-1984). Термопластичная заготовка может состоять из внутреннего слоя, не содержащего сшивающего агента, и наружного слоя, включающего его. Заготовку экструдируют раздувом в первую форму. Затем ее помещают во вторую форму, деформируют с помощью горячего воздуха и получают изделие с памятью формы. С предлагаемым изобретением известное решение совпадает по ряду общих операций, но оно неприменимо для создания слоистой муфты из разнородных полимерных материалов, обладающих эффектом термоусадки. Заявителем были разработаны технология соединения труб с использованием муфтоклеевого способа из соединения [Патент Украины № 10298, бюл. № 4, 1996], а также способ получения термоусаживающихся трубчатых изделий из термореактивных материалов, в частности, двухкомпонентных эпоксидных композиций с температурой стеклования в диапазоне 50-80°С, удобном для осуществления ремонтных работ [Патент Украины № 10299, бюл. № 4. 1996]. К недостаткам указанных эпоксидных муфт можно отнести хрупкость материала, возможность их механического повреждения, а также подверженность влиянию внешних условий, например, воздействию света. Поэтому, проблема создания дополнительной защиты указанных эпоксидных муфт является актуальной. В качестве прототипа, совпадающего с предлагаемым изобретением по ряду существенных признаков, принят процесс изготовления трубчатых изделий с упругим восстановлением формы по патенту США № 4168192, кл. 156/86 (см. РЖ Химия, реферат 5Т273П, 1980). В данном случае трубчатое изделие с эффектом термоусадки изготовляется из полимеров различной природы при следующей последовательности операций. Первоначально закрепляют склеиванием с помощью адгезива внешнюю поверхность внутренней трубы с внутренней поверхностью внешней трубы, причем одна труба выполнена из эластомерного материала, а вторая труба - из термопластичного материала, способного удерживать эластомерный материал в вытянутом состоянии. Производят нагрев и вытяжку соосно склеенных труб деформированием в радиальном направлении и затем охлаждают изделие. В дальнейшем, при нагреве термопластичной трубы происходит усадка всей сборки.Общими признаками прототипа и предлагаемого изобретения являются операции по формированию внутренней и наружной трубы из различных материалов с последующим соосным закреплением и деформирование их в радиальном направлении для создания эффекта термоусадки. Однако, в решении по прототипу отсутствуют указания о возможности изготовления термоусаживающейся муфты из малопластичного эпоксидного полимера, защищенной по наружной поверхности от нежелательных внешних воздействий, таких как удар, климатические факторы, свет и т.д. втулкой из термопластичного полимера. В основу изобретения поставлена задача создания способа изготовления термоусаживающейся муфты, в котором за счет закрепления на ее наружной поверхности дополнительной втулки обеспечивается защита от внешних воздействий с одновременным созданием сжимающих напряжений и за счет этого повышаются прочность и эксплуатационная надежность всей конструкции. Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления термоусаживающейся муфты, включающем формирование внутренней термоусаживающейся втулки и соосное закрепление на ней наружной защитной термоусаживающейся втулки, согласно изобретению, в качестве внутренней термоусаживающейся втулки используют термоусаживающуюся втулку из эпоксидного полимера, а в качестве наружной защитной втулки используют втулку из полиолефина с эффектом термоусадки, при этом выбирают внутренний диаметр исходной заготовки наружной защитной втулки меньше наружного диаметра внутренней втулки в ее усаженном состоянии, раздают указанную защитную втулку при температуре деформации Тдп < Туэ, где: Тдп - температура деформации полиолефина; Туэ -температура усадки эпоксидного полимера; до диаметра, обеспечивающего соосную сборку втулок и степень деформации, позволяющую с запасом компенсировать усадку і внутренней втулки, а закрепление защитной втулки осуществляют путем соосной установки ее снаружи внутренней втулки с последующим кратковременным нагревом до температуры, близкой к температуре і усадки полиолефина. Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем: При установке термоусаживающейся эпоксидной муфты на соединяемые концы труб возникают повышенные кольцевые растягивающие напряжения в муфте, а в трубах -кольцевые сжимающие напряжения и меридианальные изгибные напряжения. Эти напряжения могут вызывать растрескивание и даже разрушение достаточно хрупкой эпоксидной муфты. Поэтому закрепление наружной защитной термоусаживающейся втулки с постоянно действующим на внутреннюю эпоксидную втулку натягом благотворно сказывается на распределении напряжений при одновременном выполнении надежного скрепления внутренней и наружной втулок в условиях эксплуатации. В предлагаемом изобретении с помощью эффекта термоусадки, соединяются две втулки из полимерных материалов различных классов. Эпоксидные полимеры являются аморфными, малопластичными и характеризуются предельной степенью деформации не более 15-20%, тогда как по-лиолефины относятся к аморфно-кристаллическим полимерам и характеризуются большим запасом пластичности. Рассматриваемые два класса полимеров отличаются также и кинетикой термоусадки. В случае эпоксидных полимеров усадка достигает 100% при выдержке в области температур Т ³ Тс, где Тс - температура стеклования. У полимеров этот процесс растянут вплоть до температуры плавления. Вследствие этого для обеспечения натяга между наружной и внутренней втулками необходимо правильно подобрать температурные и силовые режимы деформирования этих втулок. Установить их расчетным путем очень сложно. В каждом случае нужно экспериментально находить температуру деформирования и степень деформации для выбранных пар материалов. В качестве материалов для наружной защитной втулки могут применяться: ПЭНП (полиэтилен низкой плотности) с температурой плавления » 110°С; ПЭВП (полиэтилен высокой плотности) с температурой плавления » 130°С; ПП (полипропилен) с температурой плавления » 170°С. Эпоксидные полимеры также имеют широкий диапазон изменения характеристик теплостойкости. Например, по температуре стеклования подобранные заявителем составы двухкомпонентных эпоксидных композиций находятся в диапазоне 50-80°С (см. цитированные выше патенты Украины №№ 10298, 10299), тогда как для более жестких эпоксидных полимеров температура стеклования составляет более 100°С. Пример. Внутреннюю термоусаживающуюся втулку изготавливали из эпоксидного полимера, имеющего Тс »50°С согласно патенту Украины № 10299. Для этого первоначально получали трубчатую заготовку путем заливки и отверждения эпоксидной композиции в специальной металлической форме. Затем деформировали заготовку в высокоэластическом состоянии (Т = 80-90°С) раздачей методом дорнования по диаметру с последующим охлаждением на дорне до комнатной температуры. Размеры втулки до деформации: внутренний диаметр -19,8 мм, наружный диаметр - 30,1 мм. После деформации: внутренний диаметр -22,4 мм, наружный диаметр - 32,1 мм. Длину втулки выбирают близкой к размеру ее наружного диаметра. Внешнюю втулку изготавливали из ПЭНП. Эффект термоусадки формировали также методом дорнования путем деформирования исходной трубчатой заготовки раздачей по диаметру. Температура деформации Тд 20°С. Размеры втулки до деформации: внутренний диаметр - 25 мм, наружный диаметр - 31 мм. После деформации: внутренний диаметр-33 мм, наружный диаметр - 38,8 мм. После коаксиального размещения втулок сборка прогревалась при 40°С в течение 10 мин, что обеспечивало усадку наружной втулки и появление натяга, то есть формирование неразъемной термоусаживающейся муфты. Проверку работоспособности изготовленной таким образом муфты осуществляли путем нагрева и выдержки при температуре, обеспечивающей усадку внутренней втулки (Т=60°С, 10 мин.). Установлено, что одновременно с усадкой внутренней эпоксидной втулки происходит усадка наружной (полиэтиленовой) втулки. При этом натяг сохраняется на протяжении всего процесса усадки и после его окончания при охлаждении муфты до комнатной температуры.