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塑料管接头的制作方法

  本发明总的涉及形成用于塑料管的接头领域。更具体地说,本发明涉及一种形成与塑料管的永久防漏接头的方法,特别是由高性能聚合物制成的塑料管。

  自塑料管发明以来,塑料管已越来越多的使用在家用、商用和工业应用中,这些应用以前都是黄铜管、铜管和钢管的使用领域。与塑料管的金属前辈相比,塑料管提供了许多优势。与金属管相比,塑料管极柔软,允许快速和容易的安装。在要求高的应用情况中,广泛多样的可用塑料聚合物允许用户选择化学属性上惰性和抗蚀性的管材,以满足这些应用的独特需要。由于塑料管并不需要现有的金属管安装时所需要的工具箱,因而几乎任何人都能安装塑料管。

  已经研制出各种方法,用于用塑料管制造接头。大多数方法包括提供暂时连接的机械结合件。由于现有的机械连接只起到了暂时机械密封的作用,因而当使用这种连接时,存在泄漏的可能。这些类型的机械连接的实例包括使用卷边加工过的套圈、诸如John Guest国际有限公司制造的推动式配件以及诸如JACO制造公司制造的带螺纹的卡套式配件。

  当用户面临要求高的应用时,用户一般会根据能为这些应用提供最佳性能的聚合物来选择合适的管材。当应用的要求需要涉及化学相容性或者高温问题时,很多用户将选择诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)、Feflon和交联聚乙烯(PEX)的专业塑料聚合物。不幸地是,当用户尝试制造塑料接头时,使专业塑料的使用合乎要求的很多性能也会产生困难。其次,用户制造与这些专业塑料的永久防漏接头的能力问题超过了与诸如尼龙、聚乙烯和聚丙烯的更多标准聚合物相关的问题。

  通过PEX管,显示了与制造永久防漏接头相关的类型问题的实例。有几种制造PEX的方法。基本的结果是由于聚乙烯的分子链是交联的,造成聚合物内在较宽的温度范围内显示出强度和延展性。不幸地是,这种强度和延展性阻碍了PEX呈现出其它聚合物所共有的化学特性和粘结特性。由于这个局限,已研制出用于制造与PEX管的接头的各种机械装置。这些装置一般包括有卷边装置和金属管接头。

  这种机械装置的一个实例包括Vanguard CRIMPSERTTM金属接头配件。CRIMPSERTTM配件使用接头配件和由铜或者黄铜制成的卷边环。使用卷边工具,用户能够机械地密封接头。

  这种机械密封装置的另一个实例包括Wirsob ProPEX装配系统。ProPEX系统利用PEX的成型记忆性能。扩张工具用来扩张PEX管的一端。嵌入配件插入该扩张的管内,然后取下扩张工具。PEX管回到它原来的形状,由此将嵌入配件压缩和保持在适当的位置上。

  虽然机械密封装置可适用于在塑料管内制造接头,用于家用和商用安装,但是这些机械密封装置在大量的商业和制造安装中具有很少的价值。所需要的是包括快速、可重复并且永久连接的塑料管接头的接头。

  本发明的接头成型技术满足了在大量安装中用于密封塑料管的需要,无论管材的聚合物组成如何。本发明优选地使用局部产生的超声波能量在塑料管和各种装配组件之间制造永久接头。

  优选的实施例包括装配组件,该装配组件在将塑料管与非管组件连接和密封中使用。本发明优选地使用超声波焊接,旋转焊接或者剪切焊接,但是最优选地是剪切焊接。目前,优选实施例的组件通过注塑成型热塑料材料而形成。使用ABS用于制造夹头和连接器主体,使用PPO(聚苯醚)用于制造套圈,已经获得了令人满意的结果。这种设备允许大量使用本发明,同时保持较高的质量或者再现性。组件的实例包括水过滤设备、器具和管道连接,在这些实例中可实施所述的本发明涉及一种用于在一定长度的塑料管内制造塑料管接头的连接器组件,所述塑料管具有远端、近端和中空腔,所述连接器组件包括在邻近塑料管近端处,通过喇叭形套圈在塑料管内形成锥形孔,该套圈设置在塑料管腔内并在所述的锥形孔和塑料管近端之间形成空隙,该空隙由套圈和夹头之间限定出,塑料管缩入该空隙中,并在套圈和邻近套圈喇叭形部分的夹头之间形成颈部,所述颈部基本永久地锁住缩入空隙内的塑料管;和使所述的夹头基本永久地粘结在连接器主体上。本发明还涉及用于同时在塑料管对内形成塑料管接头的连接器组件,还涉及用于在塑料管对内同时形成塑料管接头的方法。

  图1是本发明连接器组件的截面侧视图;图2是套圈的透视图;图2a是套圈的第一端视图;图2b是沿图2a中的B-B线所得到的套圈的截面侧视图;图2c是套圈的侧视图;图3是夹头的第一透视图;图4是夹头的第二透视图;图5是本发明连接器组件的第二实施例的侧视图;图5b是图5中实施例的一端视图;图5c是沿图5b中的5-5线所得到的连接器组件的截面图;图6是双夹头的透视图;

  图6a是双夹头的平面视图;图6b是沿图6a中的B-B线所得到的双夹头的截面图;图6c是双夹头的侧视图;图7是本发明连接器组件又一实施例的截面图;图8是与图7中的连接器组件一起使用的夹头的侧视图;图9是图8中的夹头的截面图;图10是套圈的透视图;图11是图10中套圈的截面图;和图12是连接器组件的截面图。

  本发明的连接器组件在附图中一般以标记10显示。所述的连接器组件10用于将塑料管100永久连接在另一设备上。连接器组件10的第一实施例由套圈110、夹头115和连接器主体120构成,如图1所示。

  塑料管100限定有近端130和远端140。塑料管100包括管壁150和中空腔160。该塑料管100优选地由柔软、弹性的塑料材料制成。

  所述的套圈110优选地由如上所述的塑料材料制成。参照图2-2c,所述的套圈100具有与其纵轴同心限定出的中心孔111。该套圈110具有管端112和相对的连接器端113。套圈110的外缘具有喇叭形部分114,该部分从管端112向内延伸至第一圆筒形部分116。第一圆筒形部分116通过台阶连接在第二圆筒形部分117上。与第一圆筒形部分116的直径相比,该第二圆筒形部分117具有减小的直径。所述的第二圆筒形部分117连接在凸缘118上,其具有显著大于所述两个圆筒形部分116、117的直径。具有非常轻微锥度的部分119从凸缘118延伸至套圈110的连接器端113。

  密封件140可放置在所述的锥形部分119上,并且该密封件140抵靠凸缘118,如图1所示。该密封件140可以是弹性体O形环。

  参照图1、3和图4,优选地是,夹头115也由如上所述的塑料材料制成,且基本上为圆形。更具体地说,夹头115具有穿过它限定出的轴孔121。该轴孔121具有喇叭形入口122。所述的喇叭形入口122结合在较短的、基本圆筒形的第一部分123上。所述的第一部分终止于浅台阶124。台阶124连接在第二部分125上,该第二部分也是基本圆筒形,且具有略微大于第一部分123的直径。

  夹头的端边缘127基本上是平的,不过具有在端边缘上形成的圆形能量引导器126,所述的引导器截面上可以是三角形,具有升高的尖顶。

  图1描绘了连接器主体120。所述的连接器主体120优选地由如上所述的塑料材料制成,并且可以一体形成在例如需要连接管100的设备上,诸如过滤器组件的岐管。通过粘结或者另外的连接方式,该连接器主体120还可以可操作地结合在该设备上。

  连接器主体120具有中心纵向孔130。该纵向孔130具有基本圆筒形部分131,该部分131结合在连接器主体120的远端129上。孔部分131终止于连接在基本圆筒形部分133上的台阶132上。孔部分133具有大于部分131的直径。孔部分133终止于连接在基本圆筒形部分135的台阶134上。部分135具有大于部分133的直径。部分135在喇叭形部分136处向外扩张至连接器主体120的近端138。近端138基本上是平的,并可具有织构化的表面,以提高它的粘结性能。

  在组装中,将套圈110与适当位置上的密封件140一起插入连接器主体120的孔130中。密封件优选地被径向压缩在套圈的外边缘和孔130的孔部分135之间。凸缘118并不必须地、但是可以密封地将密封件140压缩在凸缘118和台阶134以及连接器主体120的孔部分135之间。

  管100的近端130滑过锥形部分114。该锥形部分114使管100径向向外扩张。推动管100向左移动,如图1所示,直到该近端130抵靠凸缘118的侧面边缘为止。在经过锥形部分114与第二圆筒形部分117相接触后,弹性管110缩回到它原来的形状。

  随着套圈110与塑料管100一起移动进入孔130,方向向左的偏移力施加在塑料管100和夹头115上。在压缩设备的作用下,夹头115被向左推动,压缩设备包括活塞或者类似的力施加器。能量引导器126被推动与连接器主体120的优选织构化的近端138相接触。浅台阶124压缩地与管100相接合,并与套圈110的表面协同形成窄颈部,由此锁住管100围绕圆筒形表面117收缩的部分。

  在保持夹头115和连接器主体120之间紧密接触的同时,使用者启动超声波发生器(未示出)。启动超声波发生器使得夹头115和连接器主体120之间的接触面在表面127、138处加热。通过推动能量引导器126与连接器主体120的优选织构化的近端138相接触,增强了加热。加热有效地使能量引导器126软化和变形,并促进了与优选织构化的近端138的粘结。热量与施加在管100上的向左引导的力协同作用,进一步使得管100的近端软化,并进一步充满所述的间隙,该间隙由套圈110的圆筒形表面117和凸缘118以及夹头115的圆筒形表面125在接近喇叭形部分114处限定出。由超声波能量所施加的热量使得近表面127、138熔化,随后的冷却将夹头115基本永久地粘结在连接器主体120上,并且基本永久地和机械地将管100锁在夹头115和套圈110之间。任何适度的力的作用都不会使管100退出。这就是管100和套圈110、夹头115、和/或连接器主体120之间不用化学连接的机械式管连接。

  图5和图6描绘了本发明的又一个实施例,用于同时将两个管100接在连接器主体120a上。在连接器组件10的这个实施例中,夹头115a和连接器主体120a形成有用于一对管100的双插口。两个套圈110与上述套圈110相同地形成。相对于单个管100的实施例,夹头115a和连接器主体120a的各种特征都如上述。相对于将单个管100接在连接器主体120上,实现将所述的这对管100接在连接器主体120a上的操作与上述的相同。本实施例的优点是消除了在使用处于接近状态下的两个管100时的连接过程。

  图7-12描绘了本发明的还一个实施例。图7-11中的连接器组件10包括标示出与上述的附图标记相同的通用组装件的若干附图标记。

  因此,图7、10和11中描绘的套圈110实质上与上述的套圈110是相同的。

  在某些方面,夹头115b不同于上述的夹头115和115a。夹头115b具有基本平面的端部边缘127。优选地是,端部边缘127具有相对粗糙的表面。圆形导出槽128在端部边缘127中形成。

  夹头115b的孔121包括凹陷126。当夹头115b与套圈110配合时,凹陷126基本与喇叭形部分114相对,并邻近套圈110的圆筒形部分116。凹陷126和喇叭形部分114以及第一圆筒形部分116之间的空间限定出塑料管100所必须穿过的、基本扩张的路径,该路径在扩张的下游收缩。

  夹头115b具有一对六边形边缘140,这对边缘140限定出夹头115b的部分外边缘。各个六边形边缘140与限定在夹头115b中的相应的孔121同心。

  图7中描绘的连接器主体120包括六边形孔部分136a,其形成孔130的端部。

  在组装中,当夹头115b与连接器主体120配合时,夹头115b的六边形边缘140紧密地处于连接器主体120的六边形孔部分136a内。以这种方式,保证了夹头115b与连接器主体120对准。

  管连接的实现如上所述。在施加声能的同时,在夹头115b上施力。所述表面127、138的粗糙度促进了该表面127、138的交界面上的熔化。这种熔化连同施加在夹头115b上的力一起使夹头115b更接近连接主体120移动大约0.05英寸。然后,所述表面127、138的交界面上所产生的熔融物流入导出槽128中。随后的冷却在所述表面127、138的接触面上,通过导出槽128内显露出的熔融材料使得在夹头115b和连接器主体120之间产生粘结。以这种方式,使塑料管100机械地锁在套圈110和夹头115b之间。

  对于本领域技术人员而言,除了这里所描述的实施例之外,在本发明范围内指出其它的实施例将是显而易见的。因此,本申请应当只由所附的权利要求限定。

  1.一种连接器组件,用于在一定长度的塑料管内制造塑料管接头,所述的塑料管具有远端、近端和中空腔,所述的组件包括在邻近塑料管的近端处,通过具有喇叭形部分的套圈在塑料管内形成喇叭形部分,所述喇叭形部分设置在塑料管腔内并在喇叭形部分和塑料管近端之间形成空隙,所述的空隙由套圈与夹头协同限定,一部分塑料管缩入该空隙中,并在套圈和邻近套圈喇叭形部分的夹头之间形成颈部,所述颈部基本永久地将塑料管的缩入空隙中的部分锁住;和使夹头基本永久地粘结在连接器主体上,由此将套圈锁在限定于连接器主体中的孔内。

  2.如权利要求1所述的连接器组件,所述的组件还包括压缩地设置在套圈和连接器主体之间的密封件。

  4.如权利要求2所述的连接器组件,其中,所述的套圈包括用于压缩地接合密封件的凸缘。

  6.如权利要求1所述的连接器组件,其中,所述连接器主体和夹头包括协同粘结的对,它们是能量引导器和表面。

  7.如权利要求6所述的连接器组件,其中,所述连接器主体和夹头通过在邻近能量引导器和所述表面的交界面上引导施加的超声波能所产生的热量而粘结在一起,其中所述表面是织构化的。

  8.一种用于在一对塑料管内同时形成塑料管接头的连接器组件,每个塑料管都具有远端、近端和中空腔,所述连接器组件包括通过在每个塑料管上施加平移力,并在每个塑料管上施加软化热量,将每个塑料管的近端部分强制性地设置在相应的空隙内,通过在套圈和夹头之间的协同作用下形成的颈部,将每个塑料管的近端部分锁住;和将夹头基本永久地粘结在连接器主体上,所述的夹头和连接器主体形成得适应将间隔开的所述塑料管对同时连接在连接器主体上。

  9.如权利要求8所述的连接器组件,所述的组件包括在邻近每个塑料管近端处,通过在套圈上形成的喇叭形部分而在塑料管内形成喇叭形部分,所述的喇叭形部分设置在相应的塑料管腔内,并在所述喇叭形部分和相应塑料管的近端之间部分地限定出相应的空隙。

  10.如权利要求9所述的连接器组件,所述的组件包括在套圈和夹头之间限定出相应的空隙,使每个塑料管在经过套圈喇叭形部分之后缩入相应的空隙中。

  11.如权利要求8所述的连接器组件,所述的组件还包括压缩地设置在相应的套圈和连接器主体之间的两个相应的密封件。

  12.如权利要求11所述的连接器组件,每个套圈都包括有凸缘,该凸缘用于压缩地接合各相应的密封件。

  13.如权利要求11所述的连接器组件,其中,每个密封件都是弹性体O形环。

  14.如权利要求10所述的连接器组件,其中,所述连接器主体和夹头包括两个协同粘结的对,每个粘结对都是相应的能量引导器和基本平的表面。

  15.如权利要求14所述的连接器组件,其中,所述连接器主体和夹头通过在邻近相应能量引导器和所述表面的交界面上引导施加的超声波能量所产生的热量而粘结在一起,其中所述表面是织构化的。

  16.一种用于同时在一对塑料管内形成塑料管接头的方法,每个塑料管都具有远端、近端和中空腔,所述方法包括步骤通过在每个塑料管上施加平移力,强制性地将每个塑料管一部分置于空隙中;将软化热量传导至每个塑料管上;通过由套圈和夹头协作形成的颈部,将每个塑料管位于空隙中的部分锁住;将所述的夹头和连接器主体形成以适应同时连接间隔开的塑料管对;和将夹头基本永久地粘结到连接器主体上。

  17.如权利要求16所述的方法,所述方法包括步骤在邻近塑料管近端处,通过喇叭形套圈在塑料管内形成喇叭形部分,所述的套圈设置在相应的塑料管腔内并在所述的喇叭形部分和相应的塑料管近端之间限定出空隙。

  18.如权利要求16所述的方法,所述方法还包括步骤将相应的密封件压缩地设置在相应的套圈和连接器主体之间。

  19.如权利要求18所述的方法,所述方法包括步骤通过在套圈上形成的凸缘,压缩地接合相应的密封件。

  20.如权利要求18所述的方法,所述方法包括步骤形成各弹性体O形环密封件。

  21.如权利要求16所述的方法,所述方法包括步骤在连接器主体和夹头上形成两个协作粘结的对,每个粘结对都是相应的能量引导器和相应的、基本平的平面。

  22.如权利要求21所述的方法,所述方法包括步骤通过在邻近能量引导器和所述表面的交界面上引导施加的超声波能量所产生的热量而将所述连接器主体和夹头粘结在一起,其中所述表面是织构化的。

  一种用于在一定长度的塑料管内制造塑料管接头的连接器组件,所述塑料管具有远端、近端和中空腔,所述的连接器组件包括在邻近塑料管近端处,通过喇叭形套圈在塑料管内形成锥形孔,该套圈设置在塑料管腔内并在所述的锥形孔和塑料管近端之间形成空隙,该空隙在套圈和夹头之间限定出,塑料管缩入该空隙内,并在套圈和邻近套圈喇叭形部分的夹头之间形成颈部,所述颈部基本永久地锁住缩入空隙内的塑料管;和使所述的夹头基本永久地粘结在连接器主体上。还包括用于在塑料管对内同时形成塑料管接头的连接器组件,以及用于在塑料管对内同时形成塑料管接头的方法。

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