Спосіб з’єднання полімерних труб

Изобретение относится к области сооружения и ремонта полимерных гаэо-, водо-, и др. промышленных трубопроводов, в частности, к неразъемным муфто-клеевым соединениям труб, изготовленных из трудно-склеиваемых материалов, например, полиолефинов. Изобретение также может найти применение в других отраслях промышленности, включая химию, машиностроение и др. Известно применение многослойных муфт, изготавливаемых путем намотки с натяжением специальной двухслойной термоусаживающейся пленки, полученной соэкструзией композиций на основе полиэтилена высокого давления и сополимера этилена с винилацетатом в качестве адгезива [1]. Для повышения качества клеевого соединения указанную термоусаживающу-юся пленку необходимо применять при таких условиях, когда максимальные напряжения усадки в пленке и расплавление адгезионного слоя находились бы в одном интервале температур. Следует отметить, что изготовление подобной муфты на месте проведения ремонта в полевых условиях является достаточно трудной задачей, т.к. требуется точно выдерживать усилие натяжения термопластической пленки и контролировать температуру нагрева места соединения. Кроме того, для повышения эксплуатационной надежности трубопроводов, укладываемых в землю, желательно иметь повышенную прочность соединения труб на изгиб, т.е. прочность на разрыв в продольном направлении. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа соединения полимерных труб, прежде всего плохосклеиваемых полиолефиновых труб, в котором путем подбора материалов контактной пары муфта-тр уба обеспечивается повышенная адгезия соединяемых поверхностей, благодаря которой достигаются удобство при проведении ремонта и высокие прочностные характеристики соединения, в том числе и при растяжении в продольном направлении. Поставленная задача решается тем, что предложен способ соединения полимерных труб, преимущественно изготовленных из полиолефинов, заключающийся в размещении термоусаживающейся муфты и адгезива на концы соединяемых тр уб, и нагреве соединения, отличающийся тем, что в качестве термоусаживающейся муфты используют муфту, выполненную из эпоксидной композиции с температурой стеклования 50-80°С и предельной деформацией при растяжении в высокоэластичном состоянии eвэ =65-80%, в стеклообразном состоянии eс=4-6%, в качестве адгезива используют эпоксидный клей с относительным удлинением при растяжении 80-120%, время жизнеспособности которого в диапазоне температур термоусадки муфты больше времени, необходимого для термоусадки муфты, а нагрев соединения сначала осуществляют до полной термоусадки муфты, после чего повышают температуру для полного отверждения эпоксидного клея. В качестве эпоксидного клея используют эпоксидно-аминную композицию на основе эпоксидноолигоэфирной смолы с молекулярной массой 900-1200 со смесевым аминным отвердителем, время жизнеспособности которой при температуре 50°С составляет 60-80 мин, а время отверждения при температуре 80°С составляет 30 мин. Для муфты в качестве эпоксидной композиции используют эпоксидные композиции ангидридного отверждения, включающие жесткую и эластичную компоненты при их соотношении по массе в пределах 3:22:1. Способ также отличается тем, что предварительно осуществляют активацию поверхностей концов соединяемых труб известными способами, например, механической обработкой путем нанесения по окружности насечек глубиной 0,3-0,5 мм с шагом 5-7 мм и/или химической обработкой протравливанием составами с содержанием хромовых соединений. Экспериментальным путем подобранные составы материалов, используемых в рассматриваемом соединении: эпоксидного клея и эпоксидного полимера, из которого изготовлена термоусаживающаяся муфта, обеспечивают реализацию соединения при первом нагреве до 50-60°С в течение 20-30 мин, и при втором повышении температуры до 80°С в течение 30-40 мин. Высокая степень адгезии указанных материалов друг к другу позволяет осуществи ть прочное соединение даже для плохосклеивающихся тр уб из полиолефинов. Применение цельной термоусаживающейся муфты способствует соблюдению хорошей соосности труб при термоусадке, а также созданию минимального и равномерного зазора по окружности между поверхностями труб и муфты за счет выдавливания лишнего клея из зазора. Получение в месте контакта минимально тонкого слоя клея приводит к значительному повышению прочностных свойств соединения. Этому же дополнительно способствует и наличие валиков отвержденно-го клея по торцам муфты, а также повышение адгезионной способности контактных поверхностей концов труб за счет их активации известными методами. Примеры осуществления способа. В табл. 1 приведены состав и наиболее характерные свойства использованных эпоксидных композиций, полученных из них термоусаживающихся муфт, характеристики эпоксидного клея и результаты испытаний муфтоклеевого соединения при растяжении. Последние проводились для газовых труб из полиэтилена низкой плотности (ТУ 6-19-352-87) с наружным диаметром 63 мм. В этом случае применялась муфта из композиции 1 с толщиной стенки 5 мм, длиной 65 мм. Для сравнения использовались обычные нетермоусаживающиеся муфты, изготовленные из той же эпоксидной композиции, с внутренним диаметром 63,4 мм, толщиной стенки 5 мм и длиной 65 мм. Здесь Тс - температура стеклования, σρ - напряжение разрушения, £с,ев.э. - предельные степени деформации при растяжении соответственно в стеклообразном и высокоэластичном состоянии. Характеристика использованных веществ: УП-640 -ароматический сложный диглицидиловый эфир (выпускается по регламенту УкрГНИ-ИПМ, г. Донецк); УП-599 - блоколигопер из алифатической эпоксидной смолы и кислого олигоэфира (ТУ 6-05-1869-79); изо-МТГФА (ТУ 6-09-3321-73); эпоксидный клей - аналог компаунда УП-5-254 (ТУ 6-05-24-469-89). Сравнение результатов испытаний соединений по вариантам 1 и 2, 4 и 5 показывает, что при введении промежуточного клеевого слоя из эластичного эпоксидного клея в комбинации с термоусаживающейся муфтой из эпоксидного полимера существенно возрастает разрывное напряжение. Это свидетельствует о том, что эпоксидная термоусаживающаяся муфта создает между поверхностями контактной пары муфтатруба равномерный клеевой слой минимальной толщины, обладающий за счет высокой адгезии повышенной прочностью. Прочность клеевого соединения зависит от качества подготовки поверхностей соединяемых концов труб, которая осуществлялась как в виде химической обработки путем обезжиривания и протравливания, так и путем нанесения механических насечек по окружности для создания дополнительной шероховатости. При использовании термоусаживающейся муфты те хнические требования к разрывной прочности соединения могут быть обеспечены и при пониженных требованиях к качеству химической обработки поверхности концов полиэтиленовых труб. Этот факт особенно важен для случаев экстренного проведения ремонтных работ в полевых условиях. Помимо испытаний соединений на разрыв, выполнялись гидравлические испытания. Максимальное внутреннее давление, выдерживаемое соединением, для вариантов 3 и 4 составило соответственно 1, 4 и 2, 5 МПа, что в несколько раз превышает рабочее давление в газовых тр убах.