TW201223736A - PVC/CPVC composite pipe with metal interlayer and process for making it - Google Patents

Description

201223736 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種複合管’其擠壓出以致於具有：（i) — 金屬導管’其係在夾層在（ii)聚氯乙烯（PVC， “poly vinyl chloride )或氣化聚乙烁（CPVC, “chlorinated poly vinyl chloride” ）的內導管（其係黏固至該金屬導管的內表面）及 (iii)— PVC或CPVC的外導管（其係黏固至金屬導管的外表 面）之間。PVC/CPVC(簡稱爲「聚合物」）之內與外導管係強 力地黏固至金屬導管的內與外表面，以致該管符合熱和冷 家庭用水的CTS與IPS管二者、及用於製程流體處理與消 防灑水系統的工業系統之標準。一段管的每一終端（定義管 端邊緣表面）之周邊截面係吻合嚴格的錐形套管與配件，不 使微流體液滴流入在聚合物與金屬之間的環形邊界。 【先前技術】 複合管（亦稱爲多層金屬管）已揭示在許多參考案件中，例 如在須與布希等人的美國專利案第6,293,3 1 1號（「’311專 利」）之第1與第2頁列出的這些複合管，其與本發明所揭 示的最相關。11 1專利教示藉由擠壓PVC/CPVC的內導管 形成的複合管；使用第一層膠黏劑予以塗覆；在縮小金屬 帶橫截面以提供小於2 mm的間隙之後，藉由對頭熔接該金 屬帶的縱向邊緣以在塗膠的內導管上形成金屬導管；可選 擇地，加熱該金屬包覆內導管以活性化該膠黏劑；使用第 二膠黏劑層塗覆金屬導管的外表面；然後，擠壓PVC/CPVC 的外導管在第二層膠黏劑上。 在’3 1 1專利中的膠黏劑係以兩階段施加。將第一層膠黏 201223736 劑加熱使其活性化，以致於在縮小金屬導管之後，使下面 的金屬導管黏著至內CPVC導管，形成三層導管。然後施 加第二層膠黏劑（第10欄，第21-31行）。活性任何寬領域 之膠黏劑的建議（如需要）並未提及任何特定的膠黏劑。而 且，說明的範例是針對Estane® 58271聚氨脂，一種熱塑 性、非熱活性化膠黏劑。未建議在導管中成形之前，於金 屬帶的兩面預先塗覆熱固性雙層膠黏劑，從第一底漆層與 第二面塗層之組合產生黏性，該組合係塗覆在金屬帶的每 面上及乾涸。下述的此種雙層熱固性膠黏劑以下稱之爲「雙 層膠黏劑」。 '311揭示關於縮小金屬以靠攏「在金屬中間層與在下面 膠黏劑間的小於2.0 mm的間隙」、及可選擇地加熱在下面 膠黏劑使其「活性化」未能實現在環繞內導管周圍緊緊地 形成金屬帶的嚴格要求，以致於在金屬帶的緊鄰邊緣之間 留下小於 0 · 5 m m (0.0 2 0")的間隙，最佳地小於 0.25 mm(0.010")，及在緊鄰邊緣下方留下垂直空間，足以避免 在下面之聚合物受到熔接雷射光束的燃燒，此空間從金屬 的邊緣之下方垂直測量最好是在範圍從0.25 mm(0.010”）至 0.75 mm(0.030")。 在此使用的術語「管」是指符合CTS或IPS規定的複合 管，不管其是管系或管。在此使用的術語「導管」是指聚 合物的擠出之內與外管層，且是指夾在其間之管金屬；用 來塗覆金屬導管的內與外表面之膠黏劑是指膠黏劑的內與 外層。「PVC/CPVC」的導管意謂導管可爲PVC或CPVC、或 PVC和CPVC之混合。在複合管中，若內導管是PVC，外 201223736 管可爲PVC或CPVC;’且若內導管是CPVC，外管可爲PVC 或CPVC;即是’在每一層之聚合物可相同或不同（「混合 或匹配」）。PVC和CPVC係使用在此揭示佔多數的複合管 之聚合物。PVC和CPVC化合物二者包含適量的其他聚合 物材料，例如抗衝改良劑、加工助劑與潤滑油。導管P V C 或CPVC化合物應該大於50重量百分率，最佳地大於70 重量百分率，且更佳係大於PVC或CPVC、或PVC和CPVC 之混合的80。 在州際商務中嚴格要求，該發明的複合管要符合AS TM F1281 的第 9.3、9.4、9.5 節與 ASTM D2846、ASTM D1785、 AWWA C901、ASTM F493、PPI TR--3 和 NSF/ANSI 標準 14 所特定測試條件之規定（其在此倂入本文供參考）。符合前 面標準的管以下是指「符合測試條件」的管。除了符合規 定的測試條件之外，複合管在1.205 MPa (175 psi)的高壓與 8 2.2 °C (1 8 0 °F )高溫下，可使用在水、水溶液、水懸浮液及 流體的管路系統中操作，管本質上對這些處理液是惰性 的。「惰性」意謂聚合物不會顯著地與流過其之流體起反 應，且實質上在流體中不是可溶解的。 在製造於’3 1 1專利中所掲示的發明時，沒有理由指定複 合管符合任何特定的ASTM標準的規定，且沒有理由決定 複合管性能特徵的限制。在測檢時，其後很快發現，使用 在1 3 1 1專利中建議的各種膠黏劑所形成的複合管於相當短 時間只適用在環境室溫範圍從20°C至25°C(68°F至77°F)， 及低壓範圍從790至928 KPa (100至120 psig)。 更具體地說，該管未能符合在 ASTM D2 846/D2846M-06 201223736 所規定之高溫與壓力範圍內所規定的測試條 的最小環剝強度。 隨後將明白：特別是關於PVC/CPVC，在過 括不斷調查與測試處理條件艱難地測試以不 泛範圍的條件上施加的各種膠黏劑，及在形 程中測試各種機器之大量嘗試錯誤量之後， 的製程條件及使用雙層膠黏劑塗覆作爲底漆 屬帶上，以非常薄塗覆作爲面塗層，當加i (120"F)的乾塗層可造成有效的膠黏劑，提供 黏合至PVC/CPVC，以致於複合管符合規定的 件。 問題： '311專利的 PVC/CPVC複合管在所規定 敗，因爲至少兩理由：在聚合物與金屬間的 不充分熔接以形成金屬導管。而且，儘管所 以溶劑爲主之黏劑的溶劑黏合，但是使用在 述的配件構成管路系統，在連接處會滲漏， 密封每一終端（邊緣，或管端的周邊）的周邊 端壓入配件之前，截面係依序曝露聚合物、I 膠黏劑和聚合物的各層。膠黏劑的雙層是相 實質無法用肉眼看到。 在聚合物與金屬之間的不充分黏著性由於 實：（i)在連續周邊層的邊界在聚合物與 離，即是在邊緣的聚合物/膠黏劑/金屬介面 (15CTF)，1 300 KPa (175 psig)壓力下的管破翠 件與在此規定 去六年，在包 同方式及在廣 成複合管的製 只有狹義指定 層，然後在金 熟超過 48.9°C 金屬、鋁或鋼 ASTM測試條 測試條件下失 不足黏著性及 有連接係使用 '3 1 1專利中描 因爲配件未能 截面，即在管 寥黏劑、金屬、 當薄，以致於 下列而得以證 金屬之間的分 ;(ii)在 65.5°C ^ ;及（iii)當複 201223736 合管中的金屬是鋁，且管彎曲180°，半徑小於約6倍管直 徑，以形成U管中時的在聚合物與金屬之間的分離；例如， 若額定直徑2.54 cm(l")的管使用彎曲工具或在心軸上形成 具有小於約15.24 cm(6'·)半徑的U彎管彎曲。 由於沒有足夠膠黏性所造成的失敗典型不會發生在聚乙 稀（PE，"polyethylene")或交聯聚乙稀（PEX，"polyethylene1·) 內與外層之複合管，因爲使用的膠黏劑典型是馬來聚烯烴 膠黏劑。膠黏劑的結構是當加熱時，其會倂合入與膠黏劑 接觸的PEX之表面，如此對金屬表面和聚烯烴提供優良的 黏著性。此外，在PEX複合/多層管路系統中，因爲連接係 使用機械式配件製成，所以滲漏可最小。這些配件係束緊 在配件中的管之周邊表面、環繞內金屬襯套周圍，因而密 封連接。此選擇不能使用在所有配件爲溶劑黏合的 PVC/CPVC管路系統中。沒有任何先前技術參考文件曾揭示 或識別擠出的PVC/CPVC對鋼或鋁之有效膠黏劑，而能夠 使熟諳此項技術人士發現膠黏劑及在沒有過度嘗試錯誤的 使用它。沒有任何先前技術文件合理地識別一膠黏劑在金 屬與內和外PVC/CPVC導管之間提供必要黏合，其黏合係 強到足夠符合規定的ASTM測試條件，並可長時間提供連 續使用。在先前技術的說明範例中使用的膠黏劑對於對目 前實際應用來說是無效的。 發現= (i)雖然本質上，在’3 1 1專利中揭示的任何膠黏劑是有 用，且只說明特定的膠黏劑’然而沒有一樣有效的符合規 定的測試條件-只有來自法國可羅馬市Mercural Corp.，公 201223736 司的商用CIRE-l OB，相信是從下列選擇的雙層膠黏劑： 含有用於底漆之高分子量聚酯膠黏劑之熱固性環氧樹脂 與熱活性、交聯聚胺基甲酸脂之面塗層；（ii)苯乙酮/-甲 樹脂’其可選擇性以環氧樹脂改質；及（1ii)基於該改質 氧樹脂的高分子共聚酯-胺基甲酸酯-聚合物之抗腐蝕 漆。連同基於高分子交聯共聚酯-胺基甲酸酯-聚合物之 塗層。進一步如金屬帶塗覆由底漆層引起的雙層膠黏劑 接著在使用前一終飾層並予以乾涸，在先前技術中沒有 議任何膠黏劑當作將CPVC至金屬的膠黏劑使用，而有 地提供符合規定ASTM測試條件所需的膠黏劑； (ii) 如在 1專利中的說明，循序地在內導管上塗覆 氧基樹脂膠黏劑，然後在成形的金屬導管上將其塗覆， 法提供服合規定測試條件的黏合； (iii) 雷射熔接金屬帶不能提供所要求的連續熔接以確 服務在壓力下之因爲金屬帶的邊緣會氧化； (iv) 在金屬帶的縱向邊緣之間的間隙（間隙是藉由在環 內導管周圍形成金屬帶而成形）不能受控制，因爲擠出的 導管的外徑不被控制在目前認爲決定性的限制內： (v) 在重新施加的膠黏劑上擠壓外層，而不同時施以真 以將外層加壓至金屬上，則產生的複合管不符合規定 A S T Μ測試條件；及， (V1)可彎曲管只使用具有狹義定義厚度與直徑範圍的 導管製成。 「可彎曲」意謂複合管可以半徑6倍於管的直徑彎 1 8 0。，沒有在層間分層或損壞管不會在依據必需的 '測試 ⑴ 醛 環 底 面 j 建 效 環 Μ yt\\ 保 繞 內 空 的 鋁 曲 條 201223736 件的規定下有害地影響它的性能。「可彎曲」意謂複合管可 彎曲180°。6倍管直徑意謂彎曲的半徑是6倍的管直徑。 可彎曲管在規定的測試條件下，作用上不會有層間分層， 或損壞管’以致有害地影響其性能，具有大於6倍管直徑 的半徑。 在’311專利中揭示的配件稱聲設計來避免在其周邊邊界 的聚合物和金屬層之分層。致侵入微流體液滴。然而，分 層典型會由於在垂直截面（垂直於管的長度，亦稱爲管終端 的邊緣）表面上的周邊黏合劑的劣化而發生。 111專利的襯套9具有管狀本體（筒體），其有一凸緣從筒 體徑向延伸。筒體係插在複合管的終端，且當壓入管端時， 襯套凸緣的內周邊表面會鄰接其邊緣。襯套的凸緣周邊具 有與複合管的外徑相同的直徑，所以具插入襯套的管端可 插在彎管、聯接器或其他配件。然而，雖然_311專利陳述 第3A圖、第3B圖與第3C圖說明插入物或襯套9可選擇 性用來連結該發明的多層複合管與習知配件（錐形或圓 柱），但是其陳述襯套的空心本體是「具徑向Uk)延伸凸緣 的圓柱」（參見’311，第8欄，第59-64列）。當圓柱筒體 塗覆黏合劑，並插入管端時，黏合劑會藉由與介面的刮離 而移置，結果不足的膠黏劑會影響筒體的外表面與內導管 的內表面之間的密封。然後，在管中壓力下的流體迫使本 身通過襯套與內導管之間的最小環隙（因爲黏合劑刮離而 留下），且流體會在管的邊緣中攻擊聚合物與金屬的介面。 相同的問題適用於軸向延伸在'3 1丨專利的第6A圖與第6B 圖中所說明聯接器的邊緣部分8。 -10- 201223736 此外，'311專利未重視複合管的整個直徑是受到ASTM D2846標準規格的規範。同時，在測試PVC/CPVC的各種壁 厚度之後，小於約0.6 mm(0.025 ")厚度的PVC/CPVC之外層 無法溶劑黏合在配件，因爲當該層塗上以溶劑爲主之黏劑 時，該層會失去其完整性及其接合劑。 【發明內容】 本發明的方法係利用在不同的擠壓方法中使用的基本步 驟，與對本方法爲唯一的步驟之組合。後者唯一的步驟需 要藉由先施加一底漆層，然後施加足夠量的終飾層以使 PVC/CPVC黏著至金屬，以在金屬帶的兩側面塗覆上述「雙 層膠黏劑」，以便複合管可符合規定的ASTM標準。雙層 膠黏劑提供至少一塗覆，其包含能夠在溫度超過48.9°C (120°F)上起反應的硬化劑。當乾燥處理時，所得到的膠黏 劑係提供無溶劑薄的乾層。在經塗覆膠黏劑之帶環繞第一 PVC/CPVC壓出物周圍形成具有緊密相鄰邊緣的金屬導管 之前，新修整該帶的縱向邊緣，並當雷射熔接邊緣不會燃 燒下方第一壓出物下時，將該帶黏著至該第一壓出物，造 成金屬導管緊密環繞內導管。下述其他步驟係提供具外導 管的複合管，內與外導管係黏固接合至金屬導管，以致於 符合規定的ASTM標準。 若要符合商業PVC/CPVC管所規定測試條件，整個方法 之每一步驟係調適以合併目前發現在上述複合管之生產中 爲決定性之製程條件。製程步驟的狹義定義之限制包括要 求在金屬護套黏著至內導管之後，該金屬護套之外徑係周 邊束緊在指定的限制內，以確保獲得膠黏劑的必要接合強 -11- 201223736 度。壓力愈高，接合強度更佳；但是過度壓力，易導致內 導管陷縮。這些步驟的組合可能造成意外的效果。 該製程的結果在於基於壓力設計基礎，滿足法規的複合 管具有直徑範圍從12_7mm(0.5n)至50.8mm(2")，整個具有 相同的壁厚度或不同的壁厚度（若需要）。目前皆可製造， 且所有尺寸符合所規定的測試條件。爲了滿足溶劑黏合， 壁厚度係大於0_635mm，且最好是在範圍從0.8128 mm(0.032”）至 1 _626mm(0.064")。複合管符合 ASTM F1281 的第9.3、9.4、9.5節及ASTMD2846的第9.3.1節的規定； IPS配件符合ASTM F43 8和ASTM F439的規定；及CTS配 件符合ASTM D2846的規定。 進一步，假如在該金屬帶之每一側面上塗覆一底漆層與 一上塗覆層以形成一雙面塗層帶之後，雙層膠黏劑在使用 前先乾涸只有特定的雙層膠黏劑發現是有效地提供使 PVC/CPVC接合至金屬帶所需的黏著性，而所足以形成複合 管將能通過規定測試條件。膠黏合劑的強度是無法預期， 以致於時常造成內聚失敗。當嘗試將聚合物層自金屬分離 造成扯開聚合物，或接合至聚合物之金屬層而不是在黏接 介面上聚合物自金屬分開時，此失敗便會發生。在膠黏劑 與金屬的介面是看不到分離。 本質上，當金屬緊固成形在擠製的內導管之後，金屬帶 的兩緊鄰縱向邊緣所形成的間隙爲使得熔接是連續且沒有 「凸起」。若凸起的上表面隆起 超過金屬護套表面的 0.51mm(0.020")’該凸起便是不許可，最好是隆起低於0.254 mm(0.010") ’以便熔接的上表面能夠順利匹配金屬導管的 -12- 201223736 相鄰周圍區域。金屬的限制最大厚度允許周圍地壓迫被覆 管的必要步驟，這是在以外導管被覆該金屬護套內導管前 的必要處理步驟。 爲了要確保連續縱向熔接，在金屬帶環繞內導管周圍成 形之前，金屬帶的兩邊緣之每一者（不管鋁、或鐵族金屬， 例如鋼）修整不超過10分鐘，最好不再超過1分鐘。邊緣 的氧化會造成不良熔接。熔接新切割的邊緣可最小化氧 化；此外，使用具有不足以燃燒如在此所述垂直隔開的下 方內導管之強度的雷射會影響熔接，且減少在內導管的周 圍表面上的膠黏接合劑的強度。 不管雙層膠黏劑爲良好的膠黏性，膠黏劑接合的強度不 會完全顯現內聚黏合，直到金屬護套周圍地壓迫以減少內 導管的直徑，並維持金屬導管的外徑在±0.08 mm(0.003”）的 指定限制內，並加熱。 用於製造任意長度複合管的製程包含在溫度範圍從約 182'C (3 60°F)至-215eC (42(TF)，在第一擠壓機中擠壓聚乙 烯（氯乙烯）或氯化聚乙烯（氯乙烯）的第一導管，以提供複合 管的一熱內導管，該內導管具有厚度範圍從0.8mm(0.032") 至1.0mm(0.040")，且直徑控制在±0.08mm(0.003 ")內；真空 定尺寸及冷卻該熱內導管至溫度範圍從21°C (7CTF)至 3 7.7 4 ° C (1 0 0 · F )，並使用一經定尺寸用的套管控制其直徑在 ±0.08 mm (0.003 ")的範圍內； 饋送鋁、或鐵族金屬之塗層帶（兩側面上使用無溶劑雙層 膠黏塗覆及乾涸）至修邊機，該金屬具有厚度範圍從0.2 mm(0.008")至1·2 mm(0.048")，如此形成塗覆以厚度範圍從 -13- 201223736 10#m至5.0/zm的雙層膠黏劑之雙面塗層帶；修整雙面塗 層帶的兩邊成具有0.5 mm(0.020")公差的預定寬度； 縱向饋送此修整雙面塗層帶相鄰且接近內導管，並緊固 地環繞內導管之周圍形成該塗層帶，如此提供具有小於0.5 mm(0.020")的預定寬度之間隙的緊鄰邊緣； 在沒有燃燒在下方的內導管的狀況下，雷射熔接該金屬 帶以封閉該間隙，因而提供一連續熔接之金屬導管緊貼地 環繞該內導管； 周圍地束緊該熔接的金屬導管，以產生縮小內導管之外 徑範圍從0.8 %至1. 5 % ; 感應加熱該包了護套及束緊管至溫度範圍從約149。(： (30(TF)至 17rC (34CTF); 在溫度範圍從約182。(：（3 601)至215°C(42(TF)，在一第二 擠壓機中擠製出聚乙烯（氯乙烯）或氯化聚乙烯（氯乙烯）的 第二導管，同時施加真空範圍從汞的大約30.5-55.9 em (12-22")因在塗了膠黏劑金屬與外導管之間的環形空隙形 成負壓，以便使該熱外導管膠黏固定至金屬，該外導管具 有厚度範圍從0.8 mm (0.032")至1.0 mm (0.040")，及直徑 被控制在± 0.08 mm (0.003 M)範圍內；及， 冷卻該複合管。 以前面方法形成的複合管[該管具有一內與外壁，每__考· 具有需要的壁厚度 0.813 mm + 0_203 mm(0‘〇32M + 0.〇〇8");及 具有一金屬導管在其間，其具有厚度範圍0.2 mm (0.008,^ 至1.2 mm(0.047")之間]發現符合具有額定直徑從1254 m m (0 · 5 ")至5 0.8 m m (2 ")之所有管的規定測試條件。此管（具 -14- 201223736 有比對應的金屬管薄的壁厚度）允許在管路系統中有較高 流量與較低的壓力降。當金屬是鋁，且需要複合管是可彎 曲時’要求管能夠維持想要的曲率。由於鋁導管是可彎曲， 所以內與外導管的厚度係控制彎曲度。具有0.064"厚度之 每一導管可提供有限度的彎曲度，不致損壞管或使彎管回 復至無法接受程度的彎曲位置。如複合鋼管將不彎曲，則 較厚的金屬與較厚的聚合物層可使用在鋼導管上。 前述本發明將配合附圖的示意說明並參照下面的製程步 驟，及代表用來在一配件與複合管的一端之間進行防漏連 接之特別的配件之詳細描述得以更佳地瞭解，其中圖式的 相同數字是類似的元件。 【實施方式】 請參考第1A圖’複合管槪括地以參考數字1〇表示，其· 包含：一擠製的PVC/CPVC內導管12;—金屬導管13，最 好由鋁、或鐵族金屬製成在內導管12上形成並將其包覆； PVC/CPVC製外導管14，其係擠製在金屬導管13上而將其 包覆。一雙層膠黏劑的內膠黏劑層15將金屬導管13內聚 地結合至內導管12;及一雙層膠黏劑的外膠黏劑層16將金 屬導管13內聚地結合至外導管14。內及外導管可由相同或 不同的聚合物擠製成。 請參考第1B圖，其顯示一段管20，其中內及外聚合物導 管皆是19.05 mm(0.75")額定直徑，每一聚合物導管具有 0.813 mm(0.032")的壁厚度；而且，鋁夾層厚度是 〇4 mm(0.016")。此管已使用彎曲工具被彎曲至90。，其中彎曲 半徑是11.43 cm(4.5")。爲了保持穩定的90。彎曲，即於無 -15- 201223736 限期間維持其9 0。構形，該管要彎曲至約丨〇 〇。。當從彎曲 工具移開時，彎臂會短時間回彈（小於丨小時）至9 〇。，並保 持在此狀態。雖然在指定半徑上的9〇。彎曲是嚴重彎曲，如 圖所示’但是內導管或外導管並不會分層，且兩者皆不會 在彎曲的半徑中撕裂。 內或外導管的壁厚度是範圍窄地予以限制，因爲厚度小 於0.63 5 mm(0.025")會太薄而無法可靠溶劑黏固；而厚度大 於3.18 mm(0.125")在彎曲的半徑中會有裂開的傾向，即使 導管內聚地結合至金屬亦然。 若導管是以PVC製成’可擠壓的pVc係廣泛地在全世界 各地皆可得到可能之化合物，並用來製造廣範圍之物件及 符合需要測試條件的管。若導管是以CPVC製成，可擠壓 的CPVC亦可廣泛地在全世界各地皆可得到，且主要用來 製造符合需要測試條件的管。不需要更詳細描述，但是各 種要點將在下面予以提供。 根據 ASTM-D1243 的特性粘度（i.v.， Inherent Viscosity)PVC的分子量範圍可從約0.2至約2.0，最佳地， 從約0.4至1.6，最佳地從約0.7至1.2。擠壓級PVC包括 各種添加劑，包括加工助劑、穩定劑、抗衝改性劑等。最 佳商用 PVC 是 Oxyvinyrs Geo.n® 1344。 可擠壓的CPVC在25°C典型地具有密度範圍從約1.45 g/cc 至約1.67g/cc，較佳地是在25°C具有範圍從約1.51g/cc至 l_58g/cc 而且·，以微差掃描熱量計（DSC, Differential Scanning Calorimeter)測量，玻璃轉化溫度（Tg)範圍是從 1 10°C至150°C，較佳地範圍從約120 °C至140 °C，正如擠 • 16 - 201223736 壓級PVC’擠壓級CPVC包括各種添加劑，其包括加工助 劑、穩定劑、抗衝改性劑等。用於擠壓管的大部分較佳商 用 CPVC 可從 Lubrizol Advanced Materials, Inc.公司的 Temprite® 8 8 620 TAN 309 獲得。 請參考第2圖’圖解說明兩複合管i〇(只顯示一管）之— 者的終端，每一端具有相同的額定直徑，將與具有筒體31 的PVC/CPVC的聯接器30 —起接合，其中相對的前與後部 分32和33係分別向外呈錐形化，以便該筒體的每一終端 的直徑可如ASTM 2846第6 .1.3.1節所示予以提供，其在此 係以引用方式倂入本文供參考。（圖中並未顯示在筒體之每 —部分中的向外呈錐形）。 在筒體31中，在大約其中點附近，有一徑向延伸內部凸 緣34，在使用膠黏劑塗覆管端的外表面之後，該管端的邊 緣17牢靠地抵壓在此凸緣34，所以管端可溶劑黏合（未顯 示第二管的終端）聯接器合件。緊鄰凸緣34之每一前與後 部分的內徑其範圍從約 0.025mm至 0.25 mm(0.001至 0.010")，大於將插入的筒體部分之管外徑。在管10的終端 插入筒體31的前部分32之前，該端需充份使用膠黏劑塗 覆，如此塗覆了該端的外表面及其邊緣。 徑向凸緣34係徑向向內延伸至少等於在凸緣31的外徑 與內導管12的內徑之間的距離，最好是大於其間距離的 10%。雖然筒體中的錐度輕微，但是足以確保有足夠的膠 黏劑保留在終端的外端14的外表面上與邊緣17上，直到 抵壓在凸緣34。由於內與外導管12和14的周圍端係分別 如此地溶劑黏合在凸緣3 4上，所以在內導管1 2與金屬 -17- 201223736 導管13之間的邊界與在外導管14與金屬導管13之間的邊 界係每一者密封，以防止在複合管10中的壓力下，微水滴 或其他流體液滴之滲透。 複合管1 0的終端可類似以溶劑爲主之膠黏劑予以溶劑黏 合入具有至少一管接合筒體之PVC/CPVC配件，例如管帽、 L形管、內外接彎頭、T形管件，其適宜地定尺寸以配合該 管的尺寸。彎頭的每一筒體係向外呈錐形，且鄰近彎曲處 的筒體內部部分具有直徑範圍從約 0.025 mm至0.25 mm(〇.〇〇l"至0.010")，大於該管的外徑。因該管與管配件組 合係類似第2圖所示的組合，故並未在圖中說明。 請參考特別是第3A圖係顯示例如使用在PEX管的習知金 屬襯套40,其具有一徑向向外延伸周圍凸緣41與一圓柱筒 體42。但是金屬襯套不是溶劑可黏合的，且爲了在此使用’ 需要提供到目前從未製造的PVC/CPVC襯套。 請參考第3B圖，其係顯示一新穎的襯套50的端視圖’ 該襯套具有一向內成錐形之筒體51與一徑向向外延伸的 凸緣52。筒體51是呈垂直向錐形，以致於筒體端53的內 徑（遠離凸緣52的末端）符合下面公佈有關0.5” CTS、0.751' CTS和1" CTS的管徑之尺寸規定。較大管的尺寸是藉由 類比計算加以決定。 -18 - 201223736 0"A" 英吋(mm) 0··Β" 英吋(mm) 0"D" 英吋(mm) 長度Έ" 英吋(mm) 最小壁厚度 英吋(mm) 1/2" 0.438 ± .005 0.445 ± .005 0.614 ±.005 0.505 ± .005 0.045 + 0.008 CTS (10.95 ±0.13) (11.30 ±0.13) (15.60 ±0.13) (12.70 ± 0.13) (1.14 + 0.20) 3/4" 0.678 ± .005 0.686 ± .005 0.860 ±.005 0.705 ± .005 0.045 + 0.008 CTS (17.09 ±0.13) (17.42 ±0.13) (21.84 ±0.13) (17.78 ±0.13) (1.14 + 0.20) 1" 0.913 ±.005 0.928 ± .005 1.112 ±.005 0.9051.005 0.045 + 0.008 CTS (23.24 ±0.13) (23.62 ±0.13) (28.25 ±0.13) (22.86 ±0.13) (1.14 + 0.20) 上述尺寸規定筒體的內部錐度是範圍’是相對於在筒體 與徑向凸緣相交點水平線’大於〇.4°但小於4°.。 請參考第3C圖，其係顯示沿著第3B圖中的襯套50的平 面C-C所作之截面端視圖。習知的襯套40的圓柱筒體42 以假想線顯示而錐形筒體5 1以實線顯示。在凸緣52的筒 體51之外徑係對應至複合管10的內導管的內徑。當凸緣 52在複合管10(參見第2圖）的終端的邊緣17壓下時，因爲 筒體52是向內成錐形，所以在襯套的外表面上塗覆的膠黏 劑是在凸緣52上密封邊緣17,並避免在管中的壓力下，流 體注入複合管的邊界。筒體53的端是呈錐形。 請參考第4圖，其係顯示複合管10的一終端17與襯套 50之總成，該襯套已套在該管的終端。因爲在襯套之筒體 中成向內部錐形，在筒體插入管內之前，於筒體51的外表 面與凸緣52的面對表面上塗覆之以溶劑爲主之黏劑54是 不會被刮除。該以溶劑爲主之黏劑54之一部分係保留在內 導管12的內表面的塗覆表面上與在管的邊緣17上，造成 •19- 201223736 流體密封連接，密封在聚合物導管12和14與金屬導管13 之間的邊界而防止在壓力下，注入微流體液滴。由於凸緣 52的周圍表面與外導管14的外表面具有相同直徑，所以該 總成可插入標準配件。 請參考第5A圖，其係顯示一較佳的聯接器60,其具有一 圓柱外筒體6 1，該圓柱外筒體具有約位於筒體6 1中點的徑 向向內延伸凸緣62，且同軸地支撐一錐形內筒體形構件 63，其具有相對前端64與後端65，以錐形狀朝向中心收 斂，其斜度範圍從大於0.4°至小於4°。錐形筒體之每一端 係作爲襯套50的錐形筒體51(參見第4圖），且凸緣62如 襯套50的錐形凸緣52的功能，除了凸緣62係作爲管的共 同凸緣，每一終端可抵壓在基上。當管10的終端之表面塗 覆予膠黏劑並插入聯接器60的一端時，膠黏劑保留在該端 的表面上，並向凸緣62推擠。第5B圖顯示具錐形端64和 65的較佳聯接器60，其中將錐形狀予以特寫。如第4圖所 示，當管1 0的終端抵壓凸緣62時，膠黏劑提供溶劑黏合 流體密封，其亦密封在聚合物導管1 2和1 4與金屬導管1 3 之間的邊界，防止在壓力下注入微流體液滴。 請參考第6圖，其係圖解說明製造複合管10之製程步 驟。上述聯接器及襯套之每一者具有向外呈錐形開口之及 所有其他配件，例如L形管、內外接彎頭、T形管件及其 他類似件，能夠以適當組態之模具以習知方式予以射出成 形。除了製程條件改變以調適將擠壓聚合物的物理性質之 外，PVC或CPVC的製程步驟是相同的。下面提供的製程 條件係用於CPVC，且更特別地係用於製造具有額定直徑 -20- 201223736 12.54 mm(0.50")的複合管，每一內與外導管具有厚度0.813 mm (0.032")且在其間夾有一厚度4 mm (0.01 6")的鋁導管。 除了修整在兩面塗覆有膠黏劑之經塗覆之金屬帶邊緣的 步驟之外（其步驟可獨立於其他製程步驟，假設該金屬帶是 在饋送至金屬成形與熔接步驟之前進行修整），該等製程步 驟是連續的，而且如下所述： (1) 擠壓內導管：

Temprite®88620 TAN 309 CPVC的粉末是從漏斗饋送至雙 螺桿擠壓機，其在溫度範圍從193°C至204°C(380°F至400°F) 操作’以產生一具有外徑15.9 mm(0.625 ” ）之擠出物： (2) 冷卻內導管： 熱內導管是以定尺寸模具與套管中進行真空定尺寸，以 控制內導管的外徑在±76_ 2 // m(0.003 π)的限制內，Μ透過一 管模予以擠出，以產生薄厚壁管0.8 mm (0.032")厚度，其公 差受控制至+ 0.008 mm(0.0003 M)。然後，已定尺寸之導管冷 卻至溫度範圍從21°C(7(TF)至37.74^(1001)。較佳地，在 經冷卻的內導管饋送至一金屬成形與熔接機之前，經冷卻 的內導管會拉過一調整輥，以控制導管的直徑與厚度。 (3) 饋送鋁帶至一修邊機： 在兩面上塗裝雙層膠黏劑（乾涸後形成具有厚度範圍從 10//m至50/zm之薄乾層）的一鋁帶之邊緣（5.7 cm(2.25") 寬與0.4 mm (0.0 16")厚）係重新修整至寬度5.0 cm( 1.97，，）， 公差 ±50.8/z m(0.002")。 (4) 成形及熔接金屬帶以形成金屬導管： -21- 201223736 當修整過的金屬帶進入成形與熔接機時，該金屬帶係緊 位在內導管之下方被饋送。該金屬帶是在環繞內導管的周 圍成形’所以修整過的邊緣提供約0.25 mm(0.010")的間 隙，小到足夠讓適當強度的雷射連續縱向對頭式熔接該金 屬條，以便造形金屬導管。選擇雷射強度，以便不使過度 加熱該被覆之內導管損壞內層的聚合物，然而提供完全穿 透金屬厚度的熔接。 (5) 束緊該被覆內導管： 爲了確保被覆內導管的外徑維持在 ±0.254 mm(±0.010M)，其係圍繞地束緊在相對部署之有槽輥軸之 間；藉著計算，外徑的公差係藉由減少內導管的外徑範圍 從0.8 %至1. 5 %予以維護。 (6) 加熱束緊之被覆內導管： 束緊之被覆內導管是在感應加熱器中加熱至溫度範圍從 約149°C(3 00°F)至17 1 °C(3 40 °F)，以活性化雙層膠黏劑， 確保獲得的膠黏接合劑只將會內聚不足而失敗，並將金屬 表面預熱至金屬將隨後被覆聚合物外層之溫度。 (7) 擠壓外導管： 加熱的被覆內導管係導入十字頭模具的密封前室’其中 在外導管要擠製在加熱的膠黏劑塗覆的金屬上之前，施加 真空。範圍從汞的31cm至56 cm (12-22")之真空會在圍繞 金屬導管周圍建立負壓，以便擠至金屬導管之聚合物可強· 力吸至膠黏劑塗覆的金屬’因而當聚合物是在溫度範圍從 193°C至204。(：（3 8 0°F至40CTF)塗覆在膠黏劑時’確保活性 -22- 201223736 化黏合劑與內聚結合。該十字頭模具可確保外導管的厚度 是0.032 "，控制在±50.8# m(0.002 M)公差範圍內。 (8)冷卻完成的複合管： 在熱複合管切成選定長度或軋成選定長度的管線圈之 前，來自十字頭模具的熱複合管是在冷卻水箱中冷卻至室 溫。當測試時，發現能夠符合計算的規定測試條件，使該 管在管路系統中提供十年的使用。 從前面所述可清楚明白，在先前技術廣泛冀望之揭示十 分缺乏提議製作符合規定測試條件的複合管所需的狹義定 義之步驟。 膠黏接合劑的強度臨限可藉由顯示黏著PVC或CPVC至 前述金屬的數據加以證明，使用先前技術建議或認爲的膠 黏劑係無法提供內聚結合。對於符合需要測試條件的複合 管而言，本質上，每一聚合物導管係可接受黏合至金屬導 管。「可接受黏合」意謂在沒有任何機械式咬合或聚合物與 金屬的連鎖下，在90°剝離及2 ins/min的應變率上測量， 聚合物黏合至金屬是至少0.9 kg/cm(51b.ft/inch)。 2.54 cm(l")額定直徑管（含CPVC的內與外導管，每一者 具有1.016 mm(0.040n)厚度及具有l.〇l6mm(0.〇40")厚的銘 夾層）的最小剝離強度在二個不同溫度上是以lb.ft/in(N/mm) 爲單位，針對 Bynel® 40-E5 29，商用以聚烯烴爲主之膠黏 劑，且特別地有效的Mercural雙層膠黏劑是在下表1中顯 示： -23- 201223736 表1 22° C 60° C 82。C Bynel®以聚烯烴爲主之膠黏劑 20(3.50) 10(1.75) 7.5(1.3) Mercural雙層膠黏劑 40(7) 20(3.50) 15(2.63) 以不同膠黏劑的其他環剝測試： 下列商用膠黏劑之每一者係藉由塗刷膠黏劑以施加薄層 至 19.05mm(0.75")額定直徑鋁管。約 1.016 mm(0.040")的 Temprite® 88620 TAN 309 CPVC之外層然後在鋁管上擠 出。然後，經冷卻、塗覆的管在短距離上縱向分割，至少 足夠讓該分割的聚合物的一邊緣箝住，並以如在 AS TM D3167中詳細描述從管周邊表面剝離。只在82°C進行測 試，以決定其是否通過。此測試的失敗宣告膠黏劑無法使 用。 膠黏劑 通過/失敗 *Dynapol® S-1227; Dynapol® P-1500; and Dynapol® S-1247 失敗 **Estane® X-4809 and Estane® 58271 失敗 * Dynapol®膠黏接合劑是高分子量共聚酯 料Estane®膠黏接合劑是聚氨脂 PVC/CPVC導管厚度的決定性可藉由下列數據證明，其顯 示厚度大於3.18 mm(0.125")無法以雙層膠黏劑提供內聚結 合；且厚度小於0.63 5 mm(0.025 ”）無法提供溶劑黏合導管， 因爲當黏合劑塗覆管的終端插入配件的筒體時，塗覆膠黏 劑的外導管之薄周層有位移或滑離金屬導管的傾向。下面 -24- 201223736 顯示的數據是指出在管的終端上的外導管是否位移的視覺 觀察。在規定的測試條件下，任何位移置將導致接合失敗。 每一者的三個樣本係可測試。數據如下所示： 管的額定直徑 壁厚度 失敗/通過 19.05 mm(0.75") 3.18 mm(0.125") 失敗 19.05 mm(0.75") 0.635 mm(0.025") 失敗 19.05 mm(0.75") 0.813 mm(0.032") 遇過 19.05 mm(0.75") 1.016 mm(0.040") 通週 19.05 mm(0.75") 1.626 mm(0.064") 通過 組合的管與配件之流體靜力承受壓力測試： 六組溶劑黏合的配件與1 9 · 0 5 m m (0.7 5 ")額定直徑管（其具 有 CPVC 內與外導管，每一者具有壁厚度 ι.016 mm(0.040");及一鋁導管，其具有厚度1.〇 mm(〇.〇40")，其 每一端在插於彎管前係與襯套安裝，於82.2 °C (180。F)，糸莖 歷6分鐘加壓至3.9 MPa (551 psi)。 所有樣本通過》 六個其他組的溶劑黏合配件與19.05 mm(〇.75")額定直徑 複合CPVC管（類似上面使用的類似物），於82.2°C (180°F), 經歷4小時加壓至2.88 MPa (403 psi)。 所有樣本通過》 使用數組具PVC內與外導管、與混合的內與外PVC/CPVC 導管的溶劑黏合配件預期會有類似結果。 【圖式簡單說明】 第1A圖爲複合管的縱剖面之立體圖。 -25- 201223736 第1B圖爲一段已彎曲9 0°管的部分斷面立體圖。 第2圖爲一聯接器的部分斷面之側視圖’其係顯示一習 知聯接器具有相對向外成錐形之端（或承窩）’每一錐形端 是根據ASTMD2846的第6.1.3.3節予以定尺寸。（圖中未顯 示該聯接器之每一前及後端或承窩之錐度）。 第3A圖爲一習知PVC/CPVC襯套之側視圖，其具有如 • 3 1 1專利所示的一圓柱筒體。 第3B圖爲具有一錐形筒體的新穎襯套之上視圖，其中錐 形筒體具有下面規定之尺寸（錐度作誇大表示）。 第3C圖爲沿著第3B圖的平面3C-3C所作之斷面圖，其 顯示在第3B圖所示之新穎襯套的錐形筒體，且參照·311專 利的襯套其圓柱筒體係假想線表示。 第4圖爲複合管之斷面圖，顯示複合管已插入第3圖所 示新穎襯套，爲了清楚，未顯示襯套錐形狀。 第5Α圖爲一較佳聯接器之斷面立體圖，其可用於接合兩 段管或管線圈毋須將第3圖顯示的襯套插入在每一管之一 端，該聯接器具有一在筒體兩端中間處以徑向延伸內凸緣 與管之內壁隔開的內同軸筒體，且每一筒體係相對地錐形 化（此圖未顯示錐度）。 第5Β圖爲在第5Α圖中顯示的聯接器之斷面圖，其係顯 示相對錐形筒體（錐度已被誇張）。 第6圖爲在第1圖所顯示用於製造複合管的製程步驟之 圖解表示圖。 【主要元件符號說明】 10 複合管 -26- 擠出的內導管 金屬導管 外導管 內膠黏劑層 外膠黏劑層 邊緣 管 聯接器 筒體 前部分 後部分 凸緣 金屬襯套 周圍凸緣 圓柱筒體 襯套 筒體 凸緣 筒體端 溶劑爲主之黏合劑 聯接器 圓柱外筒體 凸緣 ，…！ -27- 201223736 63 64 65 錐形內筒體形構件 、/·· 丄山 刖！® 後端 -28-

Claims (1)

1. 201223736 七、申請專利範圍· 1. 一種聯接器，其包含一外筒體及一徑向向內延伸凸緣’ 該外筒體具有一前端及一後端’其中該凸緣同軸地支撑 —錐形內筒體形構件，該錐形內筒體形構件具有一前端 及一後端，該錐形內筒體形構件之前端及後端係以範圍 從大於0.4°至小於4°的斜度朝向中心收敛。 2. 如申請專利範圍第1項之聯接器，其中該凸緣係大約位 在該外筒體之中點。 3. 如申請專利範圍第1或2項之聯接器’其中該凸緣係大 約位在該內筒體之中點。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之聯接器’其中該 外筒體及該內筒體兩者皆爲圓筒形。 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之聯接器’其中該 凸緣作用成共同凸緣，一管件之每一終端可壓抵在該共 同凸緣。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之聯接器，其中該 聯接器係可與PVC或CPVC配管相容。 7 ·如申請專利範圍第1至5項中任一項之聯接器，其中該 聯接器係利用射出成型方式以PVC或CPVC製成。 8 · —種接合兩個管件的方法，其包含將如申請專利範圍第 1至7項中任一項的聯接器以膠黏方式黏合在該等管件 之端部》 9 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中膠黏劑係塗覆在管 件之終端的表面，而該管件係插入該聯結器的一端，使 得該膠黏劑係被保持在該管件之端部的表面且被推抵在 -29- 201223736 該凸緣。 1 〇.如申請專利範圍第 合提供該管件之端 11.如申請專利範圍第 件係複合管。 1 2 .如申請專利範圍第 合管係由夾在兩個 1 3 ·如申請專利範圍第 凸緣之間的流體密 導管之間密封的邊 14· —種包含如申請專 該聯結器係以膠黏 1 5 .如申請專利範圍第 係以PVC或CPVC 1 6 ·如申請專利範圍第 管，其包含夾在兩 8或9項之方法’其中膠黏方式之黏 部與該凸緣之間的流體密封。 8至1〇項中任一項之方法，其中該管 8至1 1項中任一項之方法，其中該複 聚合物導管的金屬導管所組成。 12項之方法，其中該管件之端部與該 封額外提供該等聚合物導管與該金屬 界，防止在壓力下注入微流體液滴。 利範圍第1項之聯結器的系統，其中 方式黏合在一管件。 1 4項之系統，其中該聯結器及該管件 製成。 14項之系統，其中該管件係一複合 個聚合物導管的一金屬導管。 -30-