專利名稱：使用導(dǎo)電聚合物聯(lián)接制品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用導(dǎo)電聚合物元件把制品連接在一起的方法，并且涉及該方法中所使用的新型制品。
各種導(dǎo)電聚合物是眾所周知的。它們包括聚合組分，其中擴(kuò)散或分布有例如炭黑等顆粒的導(dǎo)電填充物。導(dǎo)電聚合物已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電加熱器，包括片狀加熱器。這類片狀加熱器包含夾在片狀電極之間的片狀導(dǎo)電聚合物，使電流以垂直于加熱器平面的方向流過(guò)導(dǎo)電聚合物。這類片狀加熱器的型式可以是熱回收(heat-recoverable)制品，也可以是將之固定到熱回收制品上，使得靠對(duì)加熱器的通電，可將制品進(jìn)行修復(fù)。一般說(shuō)來(lái)，制品的修復(fù)引起將一個(gè)或多個(gè)基底進(jìn)行連接、修補(bǔ)、增強(qiáng)、或者變換，制品是圍繞或頂靠該基底進(jìn)行修復(fù)的。近來(lái)，已經(jīng)顯示出，在其熔點(diǎn)以上保持高強(qiáng)度的導(dǎo)電聚合物，特別是以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)為基的燒結(jié)的導(dǎo)電聚合物特別適用于熱修復(fù)聯(lián)接器，該聯(lián)接器可用于連接由有機(jī)聚合物制成的管子(塑料管)。在這種聯(lián)接器中，導(dǎo)電聚合物元件對(duì)成品接頭(finishedcoupling)提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此要比管子有一定厚度，將這種聯(lián)接器加熱至其修復(fù)溫度需要大量電能。請(qǐng)參考以下對(duì)比文件，例如美國(guó)專利US3，987.276;4，085，286;4，177.376;4，177.446;4.421.582;4，455，482;4，570.055;4，575，618;4，686，071;英國(guó)專利UK1，265，194;1，449，539;2，124，439;德國(guó)專利申請(qǐng);3，442.674;歐洲專利申請(qǐng)157，640;153.199;231，068;197，759;220，003;267，234;251，482。
目前我們所了解到的把兩個(gè)制品連接在一起的極優(yōu)方法，是將兩制品保持互相相鄰，同時(shí)在鋪設(shè)在該兩制品之間的片狀導(dǎo)電聚合物加熱元件內(nèi)產(chǎn)生熱，該熱足以實(shí)現(xiàn)某些變化，導(dǎo)致將兩工件被(直接地或間接地)互相連接。加熱元件不需要是熱回收的，實(shí)際上在多數(shù)情況下，最好不是熱回收的。熱最好是靠電流流過(guò)加熱元件，其大部分(最好是全部)電流平行于加熱元件的表面流動(dòng)，從而在加熱元件內(nèi)產(chǎn)生的。這樣選擇的一個(gè)重要厚因在于，如果將電極放置在加熱元件上，使電流垂直于其表面流動(dòng)，則電極出現(xiàn)在連接區(qū)域，從而降低了兩制品之間的連接強(qiáng)度。
該方法提供了超過(guò)先有技術(shù)的非常重要的優(yōu)點(diǎn)。特別是熱是產(chǎn)生在需要的界面處，而不是在另外，這樣減少了所需要的能量和產(chǎn)生過(guò)熱的危險(xiǎn)。該優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)在下文中說(shuō)明。
這種新方法用于連接(或變換)由電絕緣聚合材料制成的制品，特別是塑料管特別有效。當(dāng)制品是由熱塑性材料制成時(shí)，加熱最好能將熱塑性材料和導(dǎo)電聚合物充分熔化，以在制品和加熱元件之間形成熔合。另一方面，加熱元件有通孔，使兩制品通過(guò)這些通孔直接互相熔合。當(dāng)一個(gè)或者兩個(gè)制品是由不按此方式熔合的材料制成時(shí)，就必須使用某種熱活化粘接劑，例如熱固性樹脂等。
當(dāng)兩個(gè)待連接制品的表面有相同形狀(包括將兩制品變形，使它們的表面有相同形狀)，導(dǎo)電聚合物加熱元件(及其有關(guān)聯(lián)的電極)可以全部鋪設(shè)在兩制品之間。在其它情況下，可以是一個(gè)或多個(gè)加熱元件與其它零件相聯(lián)系，以形成放置在制品之間的更為復(fù)雜的墊料(gasket)。
本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種連接第一制品和第二制品的方法，該方法包括以下各步(1)置放第一制品的第一表面，使與第二制品的第二表面相鄰，在兩表面之間形成一個(gè)凹口;
(2).在凹口內(nèi)放置墊料的至少一部分，
(a).墊料包括由導(dǎo)電聚合物組成的片狀加熱元件，(b).墊料的第三表面被放置使與第一表面相鄰，(c).將墊料、第一制品及第二制品中的至少一個(gè)相互移動(dòng)，使第一和第三表面之間以及第二和第四表面之間達(dá)到緊密接觸;
(4).將電流基本上平行于加熱元件表面而流過(guò)加熱元件，在導(dǎo)電聚合物內(nèi)產(chǎn)生熱量，同時(shí)保持各表面之間的緊密接觸，從而將第一和第二制品連接在一起。
在該方法中，實(shí)現(xiàn)步驟(1)和(2)可采用各種方法。例如，可置放第一和第二制品使互相鄰接，再將墊料放置在它們之間的凹口內(nèi);或者可置放墊料使與第一或第二制品鄰接，再置放另一制品使與墊料鄰接;或者可將墊料連接到第一或第二制品上，再置放另一制品使與墊料鄰接。在后一情況下，墊料可在現(xiàn)場(chǎng)連接到第一或第二制品上，或者可將墊料和制品例如在制造場(chǎng)地予裝配。如果將墊料和制品予狀配，它們之間的連接可以在該方法的第(3)和第(4)步驟過(guò)程中保持不變，也可以在第(3)和(4)步驟之一或兩者過(guò)程中進(jìn)行變化。在對(duì)本發(fā)明的那些將墊料連接到其中一個(gè)制品上，再置放另一個(gè)制品使與墊料鄰接的方面進(jìn)行描述中，將墊料與之連接的制品通常稱之為第二制品。但是應(yīng)該理解，這僅僅是為說(shuō)明清楚起見，并且這種描述也可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于那些將墊料予連接到第一制品上去的系統(tǒng)和方法。
舉例來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的方法的若干最佳實(shí)施方案的其中之一中，借助于繞管端裝配的圓柱形聯(lián)接器將面根管子連接成一直線，在聯(lián)接器和各管端之間留有凹口。在該實(shí)施方案中，兩根管之一可被看作是在該方法中的“第一制品”，而聯(lián)接器可被看作是“第二制品”。因此使用兩個(gè)墊料，在聯(lián)接器的每一端各放一個(gè)。兩管子和聯(lián)接器的連接可以同時(shí)或者在不同時(shí)間完成。
這里使用術(shù)語(yǔ)“緊密接觸(intimatecotact)”來(lái)表示兩表面之間的充分密切相符，以保證在導(dǎo)電聚合物內(nèi)產(chǎn)生熱時(shí)，該熱起到將第一和第二制品聯(lián)接在一起的要求目的，不致對(duì)第一或第二制品或?qū)|料造成很大損壞。如果在各界面上存在空隙，就會(huì)造成不經(jīng)濟(jì)的過(guò)熱，界面會(huì)被破壞，特別是當(dāng)產(chǎn)生熱量的速率高的時(shí)候更是如此。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“聯(lián)接”包括對(duì)現(xiàn)有連接的改進(jìn)，例如將已按其它方式連接的表面熔合在一起，或者將已經(jīng)在相隔開的部位上熔合在一起的表面完成熔合。制品之間的連接最好是氣密或液密的，最好在適當(dāng)?shù)奈锢碓囼?yàn)中，例如彎曲試驗(yàn)、拉力試驗(yàn)、扭曲試驗(yàn)或沖擊試驗(yàn)時(shí)，使兩制品之一在接頭之前的位置破壞。
在下文中將詳細(xì)說(shuō)明，第一和第二制品的聯(lián)接可以按各種不同方法來(lái)完成。最好墊料的第三和四表面是以導(dǎo)電聚合物來(lái)提供，加熱的結(jié)果變成分別熔合到第一和第二表面上。另外或加之，墊料上可有若干孔，加熱的結(jié)果，第一和第二表面通過(guò)該些孔互相直接熔合。墊料可主要由導(dǎo)電聚合元件(通常是片狀元件)和電極或其它用于保證產(chǎn)生所需熱的導(dǎo)電元件所組成。在另一個(gè)實(shí)施方案中，墊料包含例如絕緣聚合材料的中心件，有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電聚合物元件固定到中心件的兩側(cè)以提供第三或第四表面。
術(shù)語(yǔ)“熔合(fusion)”在這里用于表示將兩個(gè)聚合物基底通過(guò)加熱直接互相連接的過(guò)程，兩基底之間有充分的分子相容性，通過(guò)兩基底之間的界面發(fā)生分子擴(kuò)散，并且/或者在兩基底之間有粘彈性接觸，如J.N.Anand在Adhesionl(1969)第16-23頁(yè)和Adhesion2(1970)第16-22頁(yè)所述那樣。熔合過(guò)程最好形成一個(gè)接頭，其機(jī)械性能優(yōu)于至少一個(gè)基底?；椎谋砻娉惺苋刍驼f(shuō)成是“被熔合”在一起。本發(fā)明的方法當(dāng)?shù)谝缓偷诙破肥且韵碌那闆r時(shí)特別有用(A).它們是由相同的聚合物組成的，或者聚合組分中，至少80%、最好至少90%，特殊的大致100%聚合物的重復(fù)單元(repeatingunit)是相同的。(B)它們通過(guò)以下方式連接在一起(ⅰ)熔合到片狀導(dǎo)電聚合物元件的兩對(duì)側(cè)，該元件包含的聚合組分中，至少80%、最好至少90%，尤其是大致100%的重復(fù)單元與第一和第二制品的相同，(ⅱ)或熔合到一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電聚合物元件上，每個(gè)元件包含剛剛提到的聚合物組分并且熔合(或者在該方法的進(jìn)程中正在熔合)到中心件上，該中心件由絕緣聚合組分組成，其中至少80%、最好至少90%，特殊的大致100%的聚合物的重復(fù)單元與第一或第二制品的相同。在各種構(gòu)件中的最佳聚合物是聚乙烯。不同構(gòu)件的聚乙烯不需要相同，實(shí)際上通常是不同的。例如，由熔融擠壓的低、中或高密度聚乙烯制成的兩根管可以用由相同或不同的熔融擠壓的低、中或高密度聚乙烯組成的聯(lián)接器，并借助于墊料而聯(lián)接在一起。(a)包括以燒結(jié)的超高分子量聚乙烯為基的導(dǎo)電聚合物，(b)有選擇地包括由熔融擠壓的低、中或高密度聚乙烯組成的中心構(gòu)件。
在多數(shù)情況下，第一和第二制品的每個(gè)基本上厚于墊料的至少一部分。例如，每個(gè)制品的厚度可以是0.05至6.0英寸，最好是0.1至2.0英寸，通常相差不大于5倍，最好不大于3倍。而墊料厚度通常不大于0.15英寸，當(dāng)制品被熔合到導(dǎo)電聚合物元件的兩對(duì)面時(shí)最好不大于0.05英寸，當(dāng)墊料包括中心件時(shí)，則不大于約0.4英寸，經(jīng)常減小到不大于約0.1英寸。
特別是當(dāng)一個(gè)或(兩個(gè))待連接表面是由聚合材料、例如混凝土或金屬組成，或者當(dāng)聚合材料之間的混溶性不足以使熔合發(fā)生，例如其一個(gè)或兩個(gè)是由熱固性材料如環(huán)氧樹脂或其它由玻璃纖維增強(qiáng)的樹脂組成時(shí)，在待連接表面之間可以放置插入件，該插入件應(yīng)當(dāng)在其被導(dǎo)電聚合物加熱時(shí)、能經(jīng)受物理或化學(xué)變化而將兩表面聯(lián)接在一起。因此，插入件可以例如是由部分固化熱固性樹脂或熱融粘接劑(包含可充分相容以熔合到各表面上的聚合物片材)。可以在墊料和兩個(gè)制品被裝配之前將插入件固定到墊料或制品上，也可以在現(xiàn)場(chǎng)將其插入。例如可將一層聚乙烯或其它絕緣聚合材料薄層固定到導(dǎo)電聚合物元件的一面或兩面上。當(dāng)?shù)谝缓偷诙砻婵杀舜讼嗳?，墊料上可有孔，使第一和第二表面可通過(guò)各孔直接互相熔合。這種直接熔合除了熔合之外，還可以是第一和第三表面之間以及第二和第四表面之間的其它形式的粘接。
在開發(fā)上述的方法的時(shí)候，我們還開發(fā)了各種新制品，它們使用于該方法并構(gòu)成了本發(fā)明的一部分。這種新制品的一個(gè)實(shí)例是聯(lián)接器，它包括(1).一個(gè)管狀構(gòu)件，它由電絕緣聚合材料組成，并可以減少其直徑，(2)一個(gè)片狀墊料，它包括片狀加熱元件，并固定到管狀構(gòu)件的內(nèi)表面上。
這種新制品的另一個(gè)實(shí)例是片狀加熱器，它包括(1)一個(gè)片狀加熱元件，該加熱元件(a)是由導(dǎo)電聚合物組成的，該導(dǎo)電聚合物(ⅰ)包含聚乙烯和分布在其中的粒子導(dǎo)電填充物，(ⅱ)在溫度范圍為23℃至(Tm+50)℃內(nèi)，增加的電阻率小于5倍，其中Tm是組分的軟化點(diǎn);
(b)具有的外表面面積與體積之比至少為40平方英寸/立方英寸;
(c).當(dāng)從23℃加熱至導(dǎo)電聚合物的熔點(diǎn)時(shí)增加體積至少為10%;
(2).帶狀電極，它在片狀加熱器的兩對(duì)置邊緣部分上。
其它新制品和構(gòu)成本發(fā)明一部分的方法的在下文中說(shuō)明。
在上述的新聯(lián)接器中，術(shù)語(yǔ)“管狀構(gòu)件”用來(lái)包含任何構(gòu)件，它在該方法中具有管狀外形。這樣，它可以是卷繞第一制品的軟帶;也可以是包括至少兩組成構(gòu)件的鉸接制品，各構(gòu)件至少與其它一個(gè)構(gòu)件相連;還可以是若干個(gè)組合構(gòu)件，可在現(xiàn)場(chǎng)裝配在一起。片狀加熱器一部分，或者一個(gè)附加的片狀加熱器，可用來(lái)將管狀構(gòu)件的兩鄰接(例如搭接)部分聯(lián)接在一起，最好與制品的相互聯(lián)接同時(shí)進(jìn)行。
附圖中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，圖面簡(jiǎn)單說(shuō)明如下


圖1是一個(gè)組合件的剖視圖，其中通過(guò)圓柱 聯(lián)接器并在聯(lián) 器兩端使用楔形墊料而將兩根管聯(lián)接在一起;
圖2是圖1中所使用墊料的更為詳細(xì)的剖視圖;
圖3是一個(gè)組合件的剖視圖，其中，撓性聚合片材的兩邊緣通過(guò)帶槽制品連接在一起;
圖4是一個(gè)組合件的剖視圖，其中兩根管子通過(guò)卷繞的撓性聯(lián)接器聯(lián)接在一起，聯(lián)接器的內(nèi)面固定有墊料;
圖5是沿圖4中5-5線的剖視圖;
圖6是圖4和圖5中使用的墊料的“展卷的”平面圖;
圖7是一個(gè)組合件的剖視圖，其中兩根管子由聯(lián)接器連接在一起，聯(lián)接器有可互相滑移的配合邊緣，其內(nèi)表面固定有墊料;
圖8是沿圖7中線8-8的剖視圖;
圖9是圖7和圖8中使用的墊料的“展卷的”平面圖;
圖10是鉸接聯(lián)接器的橫部視圖，聯(lián)接器內(nèi)面固定有兩個(gè)墊料;
圖11是一個(gè)兩件體聯(lián)接器的橫剖視圖，聯(lián)接器兩部分的內(nèi)面各自固定有一個(gè)墊料;
圖12是用修補(bǔ)搭板進(jìn)行修補(bǔ)的管子的局部橫剖視圖;
圖13是圖12的俯視圖;
圖14是固定有壓力入口裝置的管子的局部剖視圖;
圖15是圖14的俯視圖。
本發(fā)明的下面的詳細(xì)說(shuō)明被分成不同的章節(jié)和分章節(jié)。應(yīng)該理解，這是為了清楚和方便的目的，某個(gè)特定特征的有關(guān)說(shuō)明可能包含在幾個(gè)章節(jié)或分章節(jié)中，各章節(jié)和分章節(jié)的標(biāo)題不能被認(rèn)為具有任何限定作用，本說(shuō)明書所公開的內(nèi)容應(yīng)包括各不同章節(jié)和分章節(jié)中的資料的所有適當(dāng)組合。同樣地，盡管各附圖及其說(shuō)明公開了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，應(yīng)該理解，當(dāng)某個(gè)特定特征被公開在某特殊附圖的說(shuō)明中，該特征通常在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)也可應(yīng)用于其它附圖的說(shuō)明中以及用于本發(fā)明。
A.墊料1.產(chǎn)生熱的方法最好將電流通過(guò)有電阻的導(dǎo)電聚合物加熱元件而對(duì)墊料加熱。但是，也可采用其它加熱方法，例如感應(yīng)加熱或超聲波加熱等。
2.產(chǎn)生熱的部位在本發(fā)明中，熱基本上只在需要的地方，即在待聯(lián)接表面上或靠近待聯(lián)接表面的地方產(chǎn)生。它具有超過(guò)先有技術(shù)方法的顯著優(yōu)點(diǎn)。在先有技術(shù)的方法中，熱在某些較運(yùn)的點(diǎn)上產(chǎn)生，在獲得所需的加熱之前有顯著的熱障需要克服，或者說(shuō)熱不僅在需要的部位產(chǎn)生，而且在其它部位產(chǎn)生。舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的耗能和加熱時(shí)間被減少，由過(guò)熱引起的破壞可被消除或減少。第一和第二制品，及墊料的任何構(gòu)件，除導(dǎo)電聚合物和電極之外，最好在它們內(nèi)部不產(chǎn)生大量的熱。至少第一制品的第一表面和第二制品的第二表面最好是非導(dǎo)電的，例如兩制品都由絕緣聚合組分組成。如果第一表面或者第二表面是導(dǎo)電的，最好用一層非導(dǎo)電材料將其與導(dǎo)電聚合物隔開。
3.導(dǎo)電聚合物元件的形狀通常希望使熱在相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生，以便在制品之間提供滿意的連接，并且產(chǎn)生熱的方式應(yīng)考慮組合件中的不同的傳熱速率，使組合件中的那些需要熔合(或觸發(fā)熱應(yīng)答插入件)的部分的加熱大致均勻。不均勻加熱會(huì)導(dǎo)致不均勻連接，并且在某些部位引起過(guò)熱，熱在那些部位產(chǎn)生并極力要將足夠的熱提供到需要連接的其它部位。為此，導(dǎo)電聚合物最好應(yīng)以片狀元件的形式出現(xiàn)，具有較寬而薄的斷面，例如寬厚比至少為8，最好至少為20，特別地至少為50，特殊地為50至200，例如100至160。因此，片狀導(dǎo)電聚合物元件的型式可以是帶子，特別是撓性帶，其長(zhǎng)度例如至少是其寬度的3倍，最好至少是其寬度的6倍。片狀導(dǎo)電聚合物元件通常有均勻的寬度和厚度，但也可以有不均勻的寬度和/或不均勻的厚度，例如波紋狀的，肋狀的或槽狀的。帶的平均厚度最好是0.005至0.150英寸，特別是0.01至0.05英寸。帶的總面積(即包含兩面)與體積之比最好至少為20英寸-1，特別地至少為40英寸-1，特殊地為40至100英寸-1，例如55至75英寸-1。
4.電極電極最好放置在片狀導(dǎo)電聚合物元件的兩相對(duì)邊緣部分上?？梢圆糠只蛉柯袢雽?dǎo)電聚合物元件內(nèi)，或者放置在其表面上，最好在同一表面上。在本實(shí)施方案中，基本上全部電流在片狀元件的平面內(nèi)流過(guò)，片狀元件的被加熱部分很少或沒有被電極覆蓋，熱在有相當(dāng)寬度和長(zhǎng)度并且沒有金屬的聯(lián)接區(qū)段產(chǎn)生。因此，聯(lián)接區(qū)段通常具有的面積至少為0.25平方英寸，最好至少為1平方英寸，特別地至少為4平方英寸，特殊地至少為10平方英寸，例如10至120平方英寸。其寬度最好至少為0.4英寸，特別地至少為1英寸，例如達(dá)10英寸。其長(zhǎng)度最好至少為1英寸，特別地至少為3英寸，特殊地至少為10英寸，例如20至200英寸?？梢圆捎酶蟮某叽?。例如當(dāng)聯(lián)接大管子時(shí)，聯(lián)接面積可以是2000至3000平方英寸。大的無(wú)金屬聯(lián)接段提供重要的好處，因?yàn)樵诼?lián)接區(qū)段中存在有金屬絲或帶(例如在先有技術(shù)的聯(lián)接方法中作為電阻加熱器應(yīng)用的金屬絲或帶)常常降低接頭的整體強(qiáng)度。
通常出現(xiàn)在墊料中的電極最好在其內(nèi)部基本上無(wú)熱產(chǎn)生。傳是，它們可有一定的尺寸和電阻率，使其內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱，或者沿其長(zhǎng)度均勻分布，或者按照要求分布。電極最好由銅組成，或由另外的金屬或其它有適當(dāng)電阻率的材料組成。
電極最好是縱長(zhǎng)電極(例如金屬帶，編帶，銀粉漆Silverpaint，或它們的組合)，沿著(或靠近)一個(gè)或兩個(gè)表面的邊緣而放置。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，電極利用導(dǎo)電粘接劑固定到導(dǎo)電聚合物上。導(dǎo)電粘接劑最好是自支承帶的型式，由有機(jī)聚合物組成，在該聚合物內(nèi)擴(kuò)散有粒子導(dǎo)電填充物，導(dǎo)電粘接劑放置在(導(dǎo)電聚合物)帶和電極或其它片狀元件之間，組合件在壓力下以足夠熔化粘接劑的溫度制成片狀。
5.導(dǎo)電聚合物如上所指出的那樣，本發(fā)明的一個(gè)重要因素在于熱是在需要的地方產(chǎn)生，導(dǎo)電聚合物元件被夾層在待聯(lián)接表面之間并與它們緊密接觸。這對(duì)使用的導(dǎo)電聚合物的理想性質(zhì)和在其內(nèi)產(chǎn)生熱的速率有重要的關(guān)系。
由于導(dǎo)電聚合物被與之鄰接的構(gòu)件包圍和緊密接觸，并且由于它比較薄，熱可以非常均勻和有效地從它移開。因此有可能將導(dǎo)電聚合物加熱至其熔點(diǎn)以上很高的溫度，并保持在該高溫較長(zhǎng)的時(shí)間，不存在其一部分由于過(guò)熱而變成降質(zhì)，從而導(dǎo)致聯(lián)接部分的削弱點(diǎn)的危險(xiǎn)。按此方式產(chǎn)生的高溫非常有用于保證將相鄰聚合表面迅速熔化和隨后熔合，或?qū)峁绦詷渲杆俟袒?，或?qū)崛壅辰觿┭杆倩罨蛑T如此類。另一方面，當(dāng)導(dǎo)電聚合物在升高的溫度變得太易流動(dòng)，它就企圖流動(dòng)以致中斷所需的電流，并改變其中所產(chǎn)生熱的數(shù)量和/或分布。導(dǎo)電聚合物從凹口流出也會(huì)減小各元件之間的壓力，導(dǎo)致降低聯(lián)接效力。因此，希望使用在其熔點(diǎn)以上仍基本上保持強(qiáng)度的導(dǎo)電聚合物，例如一種聚合物，在其軟化點(diǎn)以上50℃，在3公斤載荷下其熔化流動(dòng)指數(shù)小于0.3克/10分鐘，特別地小于0.1克/10分鐘，特殊地小于0.05克/10分鐘，而在15公斤載荷下，其熔化流動(dòng)指數(shù)小于3.0克/10分鐘，特別地小于1.0克/10分鐘，特殊地小于0.1克/10分鐘。載流導(dǎo)電聚合體的流動(dòng)還可以靠繞該載流導(dǎo)電聚合物設(shè)置一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)屏障來(lái)減少。這種
障可以由例如導(dǎo)電聚合物的很少或無(wú)電流流過(guò)的相鄰成一整體的部分提供，或者通過(guò)一個(gè)與導(dǎo)電聚合物分開或成一體的絕緣聚合物的相鄰屏障來(lái)提供。
正如導(dǎo)電聚合物從凹口流出時(shí)降低所獲得的聯(lián)接壓力的情況一樣導(dǎo)電聚合物的膨脹也提高聯(lián)接壓力。因此，希望使用在加熱時(shí)增大體積相當(dāng)多的導(dǎo)電聚合物，最好是一種在從23℃加熱到導(dǎo)電聚合物的聚合組分的至少一部分的熔點(diǎn)時(shí)其體積增大至少為10%、最好至少為15%的導(dǎo)電聚合物。在很多情況下，導(dǎo)電聚合物被加熱到其熔點(diǎn)以上很高的溫度，它在該加熱過(guò)程中將繼續(xù)膨脹。在室溫和該方法中導(dǎo)電聚合物所達(dá)到的最高溫度之間，導(dǎo)電聚合物增大的體積最好至少為20%，特別地至少為25%，特別地至少為30%。
當(dāng)要求導(dǎo)電聚合物變成熔合到相鄰的聚合表面上，就需要將其加熱到足夠高的溫度來(lái)使熔合發(fā)生。如果導(dǎo)電聚合物呈現(xiàn)PTC(正溫度系數(shù))特性，它不能達(dá)到足夠高的溫度。因此，要求導(dǎo)電聚合物在操作溫度范圍內(nèi)基本上呈現(xiàn)ZCT(零溫度系數(shù))特性，特別是在23℃至250℃溫度范圍和/或23℃至(Tm+50)℃的溫度范圍內(nèi)，增加電阻率應(yīng)小于5倍，最好小于2倍，特別地小于1.3倍，其中Tm是組分的軟化點(diǎn)。
顧及上述的理想特性，對(duì)本發(fā)明特別有用的導(dǎo)電聚合物包括并最好主要以下組成(a).主要已經(jīng)被燒結(jié)在一起使之聚結(jié)而不完全失去其同一性的有機(jī)聚合物粒子，特別是超高分子量聚乙烯粒子組成的基體;
(b).粒子填充物，最好是炭黑，它們被擴(kuò)散在上述基體內(nèi)，但基本上只出現(xiàn)在或靠近聚結(jié)粒子的邊界。
燒結(jié)導(dǎo)電聚合物可以通過(guò)將聚合物粒子和填充物的干混合料燒結(jié)而成。典型的加工過(guò)程包括將干混合料搗實(shí)，將搗實(shí)的混合料在大氣壓或大氣壓以上和聚合物軟化但不過(guò)分流動(dòng)的溫度下燒結(jié)，隨后在壓力下冷卻。燒結(jié)最好作為柱塞擠制加工的一部分來(lái)進(jìn)行，它加工出一根棒，然后在車床或其它機(jī)床上切片，加工出所需要表面構(gòu)造和形狀的導(dǎo)電聚合物帶。有大致矩形斷面的帶能滿足多種需要，如果需要，采用有適當(dāng)形狀的切片刀片就可獲得波紋狀、肋狀或槽狀的帶子。這種不規(guī)則形狀，用于在要求位置上集中壓力和/或增加帶的表面積，例如傳熱或聯(lián)結(jié)的目的可能是理想的。
可以應(yīng)用的其它導(dǎo)電聚合物，包括那些以分子量少150萬(wàn)的所謂極高分子量聚乙烯(VHMWPE)為基并可熔融擠制加工的聚合物。VHMWPE聚合物通常具有的分子量范圍為150，000至600，000，最好為200，000至400，000。
本發(fā)明所使用的導(dǎo)電聚合物的電阻率通常非常低，例如低于1000歐姆一厘米，特別地低于100歐姆一厘米，特別地低于10歐姆一厘米，例如在大約0.5至10歐姆一厘米范圍內(nèi)。要求的電阻率部分取決于電源，電源可以有任何種類，如直流6至48伏或交流約120或240伏。加進(jìn)低導(dǎo)電填充物的燒結(jié)產(chǎn)品比熔融混合產(chǎn)品有低的電阻率。因此，本發(fā)明所使用的理想燒結(jié)組分包含有少于9%，最好少于7%，特別地為2-6%容積的炭黑和/或其它導(dǎo)電填充物。特別理想的炭黑是由AkzoChemie銷售的商標(biāo)名稱為KetjenblackEC以及由Degussa銷售的商標(biāo)名稱為PrintexXE-2的產(chǎn)品。低含量的炭黑有助于保持聚合物的諸如撓性，高抗張強(qiáng)度、高抗刻槽和沖擊性等物理特性以及高抗化學(xué)特性。導(dǎo)電聚合物可任意地交聯(lián)，這不阻礙其要求的熔合。
6.墊料的裝配方法和形狀墊料最好是這樣的，當(dāng)墊料和第一和第二制品被相互移動(dòng)時(shí)，它們之間可獲得很好的壓配合，從而實(shí)現(xiàn)要求的緊密接觸。當(dāng)兩個(gè)制品彼此相鄰，并將墊料放置在兩制品之間的凹口內(nèi)，或者當(dāng)墊料予連接到兩制品之一上但并不與該制品緊密接觸，相對(duì)移動(dòng)就會(huì)在第一和第三表面之間及第二和第四表面之間形成緊密接觸。當(dāng)墊料已經(jīng)與兩制品之一緊密接觸，例如已將第二制品和墊料予裝配，則相對(duì)移動(dòng)在還未緊密接觸表面、例如第一和第三表面之間形成緊密接觸。在很多情況下，對(duì)緊密接觸的要求意味著墊料有較寬和較薄的斷面，例如寬厚比至少為4，最好至少為10，常常要求更大些，例如至少50，特別地50至200，特殊地100至160。因此，墊料可以是帶的型式，通常有均勻的寬度和厚度。在很多情況下，理想的是帶子有足夠撓性以裝配到凹口，例如管子和聯(lián)接器之間的凹口內(nèi)，并且其長(zhǎng)度例如是其寬度的至少3倍，最好是至少6倍，也可以更大些。
7.制品在裝配時(shí)的相應(yīng)互一致性。
第一和第二制品和墊料的相對(duì)移動(dòng)，對(duì)改變一個(gè)或兩個(gè)制品的形狀有很理想的結(jié)果，使它們之間的凹口有相當(dāng)均勻的尺寸。例如，可將失去圓形的管子放置在圓形聯(lián)接器內(nèi)，用墊料將管子壓成圓形。另一方面，墊料在壓力下可改變其形狀，以便填充不規(guī)則尺寸的凹口。
8.產(chǎn)生墊能的速率及其溫度分布本發(fā)明的顯著特征之一是在導(dǎo)電聚合物內(nèi)能高速產(chǎn)生熱(不致將其引起很大的軟化)，并且在足夠長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)在導(dǎo)電聚合物加熱元件的邊界產(chǎn)生所需要的熔合(或其它物理的或化學(xué)的作用)。這就有可能采用比過(guò)去所予期的有高得多電壓的電源。但是，必須記得，電壓愈高，必須控制的加熱時(shí)間就要愈仔細(xì)。這樣可以采用交流600伏電壓或更高。在另一種方法中，可以通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)電容器的放電來(lái)對(duì)加熱器通電，這樣不僅提供高壓，而且控制其整個(gè)能量消耗。
電源和導(dǎo)電聚合物元件最好這樣選擇，使元件的全部表面積(包括其兩表面)上，元件的每平方英寸電力輸出的瓦數(shù)為5至120，特別地為7至40，特殊地為10至20。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是其總消耗能量有限，這是因?yàn)樗械臒崾窃谛枰攸c(diǎn)上產(chǎn)生。因此能量密度為 (Pλt)/(A) ，其中P是電功率(瓦/秒);t是導(dǎo)電聚合物加熱器接通的時(shí)間(秒);A是加熱器包括其兩面的總表面積(平方英寸)。時(shí)間(t)通常少于1，500秒，最好少于800秒，特別地少于150秒，特殊地10至120秒。在該時(shí)間(t)內(nèi)，能量密度通常為10至100，000，最好為50至25，000，特別地為100至5，000。當(dāng)導(dǎo)電聚合物元件的一側(cè)或兩側(cè)與固定基底接觸時(shí)，其所能承受的能量載荷至少為50瓦/立方厘米，特別地至少為100瓦/立方厘米，例如高達(dá)200瓦/立方厘米，甚至更高。上面給出的各種數(shù)值是在穩(wěn)定狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。當(dāng)電源剛一接通，數(shù)值在非常短的時(shí)間周期內(nèi)通常要高些，例如兩倍高，這是因?yàn)閷?dǎo)電聚合物呈現(xiàn)出其電阻率隨溫度升高而稍為增大。
本發(fā)明的方法與使用厚導(dǎo)電聚合物加熱器的各種方法之間的區(qū)別的另一種定量方法，是觀察橫過(guò)導(dǎo)電聚合物元件的溫度梯度，在本說(shuō)明中它是較小的。因此我們相信，在本發(fā)明的方法中，導(dǎo)電聚合物元件中心與其外表面之間的最大溫度差通常小于150℃，最好小于100℃特別地小于75℃，特殊地小于50℃。
第一和第三表面及第二和表面所必須達(dá)到的溫度，取決于這些表面被連接在一起的方式和界面上的材料性質(zhì)。一般說(shuō)來(lái)，溫度愈高愈好，只要沒有材料被降質(zhì)。當(dāng)需要熔合時(shí)，溫度最好超過(guò)各表面材料的熔點(diǎn)。當(dāng)通過(guò)插入件實(shí)現(xiàn)聯(lián)接時(shí)，溫度必須足以使插入件活化。在一種理想的方法中，溫度達(dá)到至少135℃，最好是至少150℃，特別地至少200℃，特殊地至少250℃，例如300℃或更高。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)表面被熔合在一起，加熱速率和持續(xù)時(shí)間最好使第一和第二表面的材料被熔化到一定深度，至少足以穿過(guò)界面進(jìn)行分子擴(kuò)散。從另一方面來(lái)說(shuō)，如果表面的熔化過(guò)深，這不僅浪費(fèi)電能，還會(huì)導(dǎo)致在冷卻時(shí)形成空穴。表面熔化的深度最好為0.02至0.1英寸，特別地為0.035至0.08英寸，特殊地為0.04至0.6英寸。需要時(shí)，熔化的深度可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)，辦法是從制品外側(cè)鉆孔，在孔底和與墊料熔合聯(lián)接的表面之間留下一精確的已知壁厚，一旦熔化達(dá)到孔底，熔融聚合材料就會(huì)通過(guò)該孔擠出。如果熔化深度太大，可以靠增大電流和減少加熱持續(xù)時(shí)間來(lái)減小。
9.使用導(dǎo)電橋控制熱的產(chǎn)生我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，很難甚至不可能保證整個(gè)墊料與另一個(gè)固體物體緊密接觸以便將整個(gè)墊料表面的熱迅速移走。例如，在使用楔形墊料填充管子和聯(lián)接器之間的凹口時(shí)，墊料尖部不能與管子或聯(lián)接器相接觸，當(dāng)卷繞尖部的導(dǎo)電聚合物元件生熱時(shí)，可能導(dǎo)致過(guò)熱。同樣，當(dāng)包含第二制品和墊料的組合制品被卷繞到兩根待聯(lián)接管的端部時(shí)，除非兩管端精確配合在一起(這很少發(fā)生)，覆蓋兩管之間的間隙的導(dǎo)電聚合物內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)使用多個(gè)各帶有其自身電極的導(dǎo)電聚合物加熱元件來(lái)加以克服。但是，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，更好的解決方案是在導(dǎo)電聚合物元件的那些易于過(guò)熱的部分上面提供導(dǎo)電橋。導(dǎo)電橋可以是例如一層低電阻率材料，例如將含銀或含其它金屬的材料例如通過(guò)印刷涂到導(dǎo)電聚合物元件一面的適當(dāng)部分上。導(dǎo)電橋保證導(dǎo)電聚合物的包含電橋的區(qū)域產(chǎn)生很少熱或不產(chǎn)生熱。導(dǎo)電橋本身最好有低電阻，使其中基本上不生熱，但也可選擇使其產(chǎn)生一控制量的熱，比沒有導(dǎo)電橋的導(dǎo)電聚合物將產(chǎn)生的熱少。導(dǎo)電橋最有一定形狀，以避免電流的過(guò)分集中，例如半島形狀的導(dǎo)電橋，最好有圓形或尖形的端部。電極和/或?qū)щ姌蚩梢岳缭趯?dǎo)電聚合物元件表面上的連續(xù)金屬層上進(jìn)行蝕刻而制造出來(lái)。導(dǎo)電橋還可被用來(lái)改變沿導(dǎo)電聚合物元件側(cè)邊鋪設(shè)的帶狀電極的有效形狀。例如，沿著加熱元件的一部分長(zhǎng)度存在有中心導(dǎo)電橋，就會(huì)使加熱元件的不含中心導(dǎo)電橋的端部區(qū)域更熱些。為避免這種現(xiàn)象，可將導(dǎo)電橋放置在端部區(qū)域的各電極上，以減少電極之間的通道長(zhǎng)度，從而使加熱更為均勻。這在例如圖9中表示。
10.導(dǎo)電聚合物元件上的窗口雖然使用導(dǎo)電橋常常會(huì)產(chǎn)生很有價(jià)值的結(jié)果，但是如果導(dǎo)電聚合物的一部分缺少加熱，總的來(lái)說(shuō)，會(huì)產(chǎn)生墊料的物理特性的不平衡，這是不希望的。因此，在某些情況下，將導(dǎo)電聚合物在導(dǎo)電橋區(qū)域的一部分削弱或除去可能是理想的。這就需要使用比其它方面所需要的更堅(jiān)固的導(dǎo)電橋。
當(dāng)具有導(dǎo)電橋但其上無(wú)窗口的加熱元件被熔合到第二制品上，以制成予裝配組合聯(lián)接器來(lái)聯(lián)接兩根管子時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這種特殊的實(shí)例。當(dāng)組合制品借助于金屬或其它無(wú)彈性材料箍與兩管緊密接觸時(shí)，加熱元件的膨脹只能靠將兩管子彼此推開來(lái)適應(yīng)。如果箝固裝置有足夠彈性以使膨脹可沿徑向發(fā)生，該問(wèn)題就不會(huì)產(chǎn)生。如果加熱元件不熔合到聯(lián)接器上，并且有窗口供導(dǎo)電橋區(qū)域的導(dǎo)電聚合物在兩管端之間變形，該問(wèn)題也不會(huì)出現(xiàn)，如果在導(dǎo)電橋區(qū)域有窗口，則膨脹就會(huì)被導(dǎo)電聚合物進(jìn)入窗口的運(yùn)動(dòng)所適應(yīng)。這種運(yùn)動(dòng)能夠有助于實(shí)現(xiàn)交界面材料的互相滲透。
11.非熱回收制品、熱回收制品和墊料與過(guò)去提出的許多方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一在于，使用非熱回收的第一和第二制品和墊料總的來(lái)說(shuō)可獲得極優(yōu)的結(jié)果。當(dāng)我們?cè)谶@里說(shuō)一個(gè)制品是“非熱回收的”，我們指的是如果該制品自身被加熱到該方法中所使用的任何溫度，然后再冷卻至室溫，其在室溫下的尺寸基本上不會(huì)由于這種加熱和冷卻而變化(例如尺寸變化不大于10%)。應(yīng)該理解，本發(fā)明并不排除第一和第二制品或墊料是熱回收的可能性。舉例來(lái)說(shuō)，實(shí)際上如果制品之間的凹口比較寬或者形狀不規(guī)則，至少一部分墊料是熱回收的可能是理想的，以便保證其充填凹口和/或?qū)⒚芊獠牧贤葡蛐枰较?。如果第一和第二制品是熱回收的，墊料不大可能提供足夠的熱以實(shí)現(xiàn)其滿意的回收，因此需要附加熱源。
12.墊料含有的中心構(gòu)件上面已經(jīng)簡(jiǎn)單地指出，墊料可包括一個(gè)或多個(gè)與中心構(gòu)件相結(jié)合的導(dǎo)電聚合物加熱器。該中心構(gòu)件最好對(duì)產(chǎn)生熱不起作用。例如，它可以由絕緣聚合材料組成，可以用分布在其中的纖維來(lái)增強(qiáng)，或者用增強(qiáng)構(gòu)件環(huán)繞以聚合材料。中心構(gòu)件可有單個(gè)片狀導(dǎo)電聚合物元件局部或整體卷繞在其上，或者可有兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電聚合物元件，最好是片狀的，固定到中心構(gòu)件的例如其兩相對(duì)面的適當(dāng)部分上。
與中心構(gòu)件相結(jié)合的導(dǎo)電聚合物元件可以在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合，但最好在放置到凹口之前，可以例如通過(guò)熔合將導(dǎo)電聚合物元件牢固固定到中心構(gòu)件上。在任何情況下，導(dǎo)電聚合物元件必須在該方法完成以前被牢固固定到，最好是熔合到中心構(gòu)件上，以便在第一和第二制品之間通過(guò)墊料提供固定聯(lián)接。
需要時(shí)，中心構(gòu)件可以是熱回收的，使導(dǎo)電聚合物元件產(chǎn)生的熱將其回收至一個(gè)要求的新形狀，例如一個(gè)將墊料鎖住在位或者有助于填充兩制品之間的凹口的形狀。也有可能使中心構(gòu)件的一部分或全部是可變形的，例如可被壓縮，使其可與凹口形狀相符，這種變形可以是彈性的或塑性的。這樣，中心構(gòu)件的一部分或全部可由聚合泡沫、最好是閉室(Closedcell)泡沫來(lái)組成。當(dāng)封閉電纜，例如電話電纜時(shí)，這特別有用。
中心構(gòu)件的形狀(從而通常是墊料的總體形狀)將受待聯(lián)接制品和它們之間的凹口的形狀和尺寸來(lái)支配或影響。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，兩制品被制成一定形狀，以便在它們之間形成斷面形狀為楔形的凹口，中心構(gòu)件也有相應(yīng)的楔形斷面。楔形斷面的角度可以例如是2°至45°，最好是4°至15°，特別地是5°至10°，例如6°。它可以由大致直的斷面形成，長(zhǎng)度例如是1至6英寸，最好是1.25至4英寸。舉例來(lái)說(shuō)，中心構(gòu)件的截面可由矩形底部和成一體的楔形部組成。底部長(zhǎng)0.2至2英寸，寬0.1至0.75英寸。楔形部由長(zhǎng)1.25至3英寸的直線形成，直線與圓頭端部相交，夾角為4°至8°。使用楔形墊料的優(yōu)點(diǎn)之一在于，當(dāng)墊料被推入凹口內(nèi)常它能改變第一和/或第二制品的形狀，使它們相符。
特別是當(dāng)中心構(gòu)件包含楔形斷面時(shí)，或者在別處用于產(chǎn)生壓力以有助于聯(lián)接過(guò)程，重要的是中心構(gòu)件在該方法的第(4)步驟過(guò)程中應(yīng)保持足夠的強(qiáng)度。因此，中心構(gòu)件最好由一種在第(4)步驟條件下具有與被加熱界面的其它材料相同的或大的粘滯性的材料組成。
13.應(yīng)用楔形墊料聯(lián)接或修復(fù)管子在聯(lián)結(jié)或修復(fù)管子的各種方法中，使用細(xì)長(zhǎng)的撓性墊料，它包括有楔形斷面的中心構(gòu)件和細(xì)長(zhǎng)的片狀導(dǎo)電聚合物帶，將帶沿其長(zhǎng)度折疊并扣在楔形端部上，就可以獲得極優(yōu)的結(jié)果。這些方法被描述為聯(lián)接管子，但應(yīng)該理解，該技術(shù)也可用于聯(lián)接其它制品和修復(fù)(或變換)單根管子或其它基體物。該方法在附圖的圖1和圖2中顯示。
兩根管子借助于一個(gè)單件圓柱形聯(lián)接器聯(lián)接在一起。該聯(lián)接器的內(nèi)徑稍大于管子的外徑，其兩端的內(nèi)表面上有錐形入口段。將兩管端放置在聯(lián)接器內(nèi)，最好使它們互相對(duì)接，這樣在聯(lián)接器兩端形成有楔形斷面的環(huán)形凹口。在聯(lián)接器兩端，將楔形墊料卷繞管子，割成一定長(zhǎng)度，然后推入凹口內(nèi)，這樣形成緊密壓配合。特別是在聯(lián)接大管子的時(shí)候，不容易精確地將墊料割成準(zhǔn)確長(zhǎng)度，這在管子不僅要機(jī)械地聯(lián)接到聯(lián)接器上，而且要密封在其上時(shí)是必須的。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，最可靠的措施是將墊料切成比要求長(zhǎng)度稍短些，將墊料推入其位，然后再在墊料兩端的間隙內(nèi)填充短截的墊料，這時(shí)其要求長(zhǎng)度可測(cè)量地非常精確。該技術(shù)也可應(yīng)用于將撓性墊料插入長(zhǎng)凹口的任何其它場(chǎng)合。
這種聯(lián)接管子方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，墊料的楔入作用可使管子的形狀與聯(lián)接器的形狀(更具剛性)相符，當(dāng)聯(lián)接大直徑的聚合物管子(例如其內(nèi)徑大于6英寸，并達(dá)到例如120英寸，特別是10至60英寸)其優(yōu)點(diǎn)最明顯。這種方法對(duì)大直徑聚合物管子特別有用，因?yàn)樗鼈冊(cè)趦?chǔ)存時(shí)易于失去其圓形形狀。該方法的另一優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)管線是由多根管子聯(lián)接而成，并且在每個(gè)接頭上有一個(gè)聯(lián)接器時(shí)，該方法可以分兩個(gè)明顯的階段來(lái)完成。在頭一個(gè)階段，在各聯(lián)接處完成該方法的第(1)、(2)和(3)步驟，這樣制成管線，它們處于其位置上，如果不受干擾則保持裝配狀態(tài)，但如果需要調(diào)整時(shí)仍可以拆開。在該方法的第二階段，在各聯(lián)接處完成第(4)步驟，這樣制成永久性管線。
上述方法還可以變化，通過(guò)使用由兩個(gè)或多個(gè)部分組成的聯(lián)接器，使聯(lián)接器可環(huán)繞管子而不用接近管的一端。在這種情況下，聯(lián)接器不同部分之間的接縫也必須密封，最好利用如上所述的片狀墊料。另外，在組合聯(lián)接器環(huán)繞管子之后，必須放置箝固裝置使之環(huán)繞組合聯(lián)接器，以箝制將墊料推入在位所產(chǎn)生的力。
14.將制品保持在位的箝固裝置上面剛剛說(shuō)明的方法，當(dāng)使用單件聯(lián)接器和楔形墊料一起聯(lián)接管子時(shí)，是一種情況的實(shí)例，其中待聯(lián)接表面之間所要求的緊密接觸，是將楔子楔進(jìn)兩基底之間而實(shí)現(xiàn)的，由于它們自身的形狀，使它們的相互移動(dòng)只能達(dá)到最有限值。當(dāng)使用兩件體聯(lián)接器以及在其它情況下，使用楔形墊料，墊料的移動(dòng)產(chǎn)生所要求的緊密接觸，必須使用例如夾緊器等箝固裝置來(lái)箝制和使用楔緊力，從而保持緊密接觸。當(dāng)不使用楔緊力，例如在下面所述的技術(shù)中，必須使用箝固裝置，既引起相對(duì)移動(dòng)以產(chǎn)生所要求的緊密接觸，又保持該緊密接觸。適當(dāng)?shù)捏楣萄b置可以有任意種類，它在該方法的第(4)步驟中連續(xù)施加所需的力。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)推壓第二制品使與第一制品，如管子的外側(cè)緊密接觸時(shí)，可將任意種類的彈性體有機(jī)材料卷繞第一和第二制品。也可使用軟管夾緊器(hoseclamp)或其它同類的東西。當(dāng)需要較大的力時(shí)，用帶子把載荷固定到托盤上所使用的這類技術(shù)和材料，例如用帶鋸齒的桿張緊的鋼箍也可采用。我們使用熱縮聚合帶緊緊地卷繞兩個(gè)制品也獲得了極優(yōu)的效果。墊料中產(chǎn)生的熱、需要時(shí)加上外加熱，使帶在第(4)步驟期間收縮，從而保證了所要求的緊密接觸得以保持。要求的收縮量很小，例如小于10%，很多種聚合帶，例如聚酰亞胺在加熱時(shí)將收縮至這種程度。
第二制品也可被放置到中空的第一制品、例如管子等的內(nèi)側(cè)，并且用膨脹裝置推入，使與第一制品內(nèi)表面緊密接觸。該膨脹裝置可以例如由機(jī)械動(dòng)力進(jìn)行膨脹，或由靠水力或其它力膨脹的水泡進(jìn)行膨脹。
需要時(shí)，一個(gè)或兩個(gè)制品可包含有一個(gè)或多個(gè)槽、脊、鉤或其它缺口或突起，它們與箝固裝置配合使制品緊密接觸。箝固裝置本身有可能被固定到制品之一上，或者各制品可包括有箝固裝置的一部分，當(dāng)制品被裝配時(shí)，這些部分配合形成箝固裝置。
15.帶槽制品在另一個(gè)實(shí)施方安中，其中一個(gè)制品包括有槽，其它制品的邊緣部分被插入該槽中。有一個(gè)墊料放在槽一側(cè)和插入的邊緣部分的一側(cè)之間，最好是在各槽側(cè)和插入的邊緣部分的兩側(cè)之間都有一個(gè)墊料，例如將一個(gè)墊料卷過(guò)插入的邊緣部分。其中一個(gè)制品可以是包含兩個(gè)槽的帶子，撓性片材，最好是熱收縮聚合物片材的兩相對(duì)邊緣部分可被插入槽內(nèi)，這樣對(duì)基底物形成卷繞組合件。這種加工過(guò)程示于圖3。
帶槽帶子的斷面可主要是圓形的、橢圓形的或矩形的，最好有被中心區(qū)域隔開的兩對(duì)置槽。邊緣部分可被放置在密封帶中，或者將帶滑過(guò)邊緣部分，或者將邊緣部分橫向插入帶中。最好設(shè)置某些裝置以將邊緣部分夾持在位，例如使用彈性箍之類的卷帶包繞外套的外周。該槽應(yīng)該平滑，或其形狀應(yīng)設(shè)計(jì)成在加熱或裝配時(shí)可保持邊緣部分的位置，例如對(duì)邊緣部分進(jìn)行扣住配合的形狀。
16.無(wú)楔入技術(shù)雖然楔形墊料的使用提供了超出先有技術(shù)方法的許多優(yōu)點(diǎn)，但并不完全滿意。將墊料正確地繞管子的整個(gè)圓周插入是很重要的，因?yàn)闆]有這樣做將使接頭泄漏。這種要求使該方法對(duì)技能要求敏感些，當(dāng)管子必須在不利條件下，例如在制造現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)接，尤其是缺乏熟練工人時(shí)就特別不利。
為了取消將楔形墊料壓入凹口的這種要求，需要采用其它方式使墊料與管子和聯(lián)接器緊密接觸。我們理解到這種結(jié)果的獲得，可以靠使用比較堅(jiān)固和剛硬的第一制品(例如管子)和比較容易變形的第二制品(例如聯(lián)接器)，再將第二制品壓靠第一制品，它們之間夾放有一個(gè)或多個(gè)墊料。該技術(shù)的附加優(yōu)點(diǎn)在于，墊料可以在聯(lián)接器圍繞基底之前固定到聯(lián)接器上，這樣保證墊料的準(zhǔn)確位置。墊料或多個(gè)墊料的作用是既把聯(lián)接器連接到基底上，又把聯(lián)接器的搭接部分相互連接起來(lái)，以保證接頭真正地密封。當(dāng)“聯(lián)接器”不是將兩根管子聯(lián)接在一起，而是修復(fù)或者變換單根管子或其它基底物時(shí)，和上述的利用楔形墊料聯(lián)接管子的方法一樣，剛剛談到的技術(shù)也可以使用。
類似的技術(shù)也可用來(lái)將第二制品固定到中到中空制品的內(nèi)部，該第二制品的直徑靠施加機(jī)械力而被擴(kuò)大。
17.撓性帶作為卷繞聯(lián)接器在一個(gè)實(shí)施方案中，第二制品是一條撓性帶，撓性片狀墊料被固定到其一個(gè)面上。組合制品緊緊卷繞第一制品，卷繞末端在第(4)步驟中被固定在位。在墊料內(nèi)產(chǎn)生的熱，使非搭接區(qū)內(nèi)的帶聯(lián)接到第一制品上，而搭接區(qū)內(nèi)的帶則自身聯(lián)接。這里的術(shù)語(yǔ)“帶”取其廣意，以表示任何有大致平坦斷面的細(xì)長(zhǎng)制品，這樣包括了例如其不受力時(shí)的形狀是平面的制品，和其不受力時(shí)的形狀是彎曲的，包含了大致管狀形狀。這里用的術(shù)語(yǔ)“撓性的”和“卷繞的”取其廣意，以表示任何可橫向繞過(guò)管子或其它基底物的制品，并且隨后靠施加機(jī)械力可使其與基底緊密接觸。
因此，在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，帶可以是較薄的平坦聚合帶，使組合制品可容易地用手繞第一制品卷繞數(shù)圈。另一方面，帶可以是較厚和彎曲的制品，通過(guò)在一根其內(nèi)徑大于，最好僅僅稍大于第一制品外徑的聚合管上切出一條或多條縱向縫而獲得。然后將片狀墊料固定到帶的內(nèi)表面上。將組合制品橫過(guò)第一制品，再?gòu)?qiáng)制使其與帶緊密接觸?？梢圆捎梅浅４蟮膴A緊力，一般只受到不使第一制品變形這一要求的限制。組合制品最好在室溫下具有所需要的撓性，但是本發(fā)明包含有加熱組合制品的可能性，例如將電流流過(guò)導(dǎo)電聚合物，在其卷繞到基底以前增加其撓性。
除非帶子足夠薄，一般撓性帶的覆蓋邊緣最好被倒棱，提供平滑過(guò)渡，以確保墊料和第二制品之間在該區(qū)沒有空隙。當(dāng)帶子較厚并且無(wú)撓性，它就必須被卷曲到位，該倒棱邊緣也幫助外卷帶滑過(guò)過(guò)渡區(qū)從而獲得所需的緊密接觸。
在使用較薄和有撓性的聚合帶時(shí)，根據(jù)帶的厚度和最終制品所需的性能，卷繞的程度可以是僅僅足夠封密卷繞邊緣，也可以是多圈以提供改進(jìn)的機(jī)械性能。另外或加之，接頭的機(jī)械強(qiáng)度可以靠外部聯(lián)接器(它還可有選擇地作為步驟(4)中的箝固裝置)來(lái)加強(qiáng)。由于本發(fā)明的聯(lián)接器提供繞管子的密封，不需要外部聯(lián)接器這樣做。
在采用較厚和無(wú)撓性的聚合帶，例如在管上開一個(gè)縫的時(shí)候，搭接區(qū)域經(jīng)常被限制在聯(lián)接器的倒棱底邊緣上。在這種情況下，搭接邊緣最好也倒棱，使之與底邊緣配合，并能在其上滑過(guò)。
18.帶有滑緣的聯(lián)接器的應(yīng)用上面剛剛說(shuō)明的帶有倒棱邊緣的單件卷繞聯(lián)接器，是最佳級(jí)的各種聯(lián)接器的一個(gè)實(shí)例。也即那些聯(lián)接器包括兩配合邊緣，當(dāng)聯(lián)接器在位時(shí)它們相互接觸(通常通過(guò)墊料)，并且當(dāng)施加適當(dāng)機(jī)械力以改變，通常是減少聯(lián)接器直徑時(shí)，兩邊緣可沿圓周方向相互滑動(dòng)。兩配合緣最好這樣制出，或者從理論上能這樣制出，即將管子沿著切割表面，從這一端到另一端進(jìn)行切割，該切割表面伸展時(shí)不通過(guò)管中心，最好沿著一個(gè)平行于管軸線的平面，該平面與另一個(gè)在切割表面切割管的內(nèi)表面的點(diǎn)上與管的內(nèi)表面相切的平面的夾角為0°至90以下，例如0°至45°，最好0°至20°，特殊地0°至10°。但是，還可采用其它更為復(fù)雜的形狀，例如階梯形狀。
18A.帶滑緣的非卷繞聯(lián)接器如第17節(jié)末段所指出的這種具有倒棱邊緣并通過(guò)將聚合管沿縱向切割所獲得的單件卷繞聯(lián)接器，在管端有接近口時(shí)，當(dāng)然也能使用，可將其沿縱向通過(guò)管子。另外，在這種情況下，也可以使用這種聯(lián)接器，它具有相似的構(gòu)造，但其撓性不足以將其用作卷繞制品，盡管它保持的撓性足以強(qiáng)制其與基底緊密接觸。這樣，非卷繞聯(lián)接器可由有更大剛性和/或有更大壁厚的材料制成。
18B.帶有滑緣的活節(jié)卷繞聯(lián)接器當(dāng)需要使用其撓性不足以橫向繞過(guò)基底的單件聯(lián)接器來(lái)作為卷繞聯(lián)接器時(shí)，實(shí)現(xiàn)該要求的一種方式是在聯(lián)接器上形成至少一條縱向削弱線，從而增大其撓性。在這種聯(lián)接器中，削弱線實(shí)際上形成一個(gè)接頭，因此這種改型的聯(lián)接器在這里稱之為活節(jié)聯(lián)接器。最好采取措施以保證削弱線不留在完工聯(lián)接器中。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，削弱線是在通過(guò)聯(lián)接器的局部壁厚，例如40%至70%壁厚制出縱向凹槽而產(chǎn)生的。凹槽最好從內(nèi)側(cè)制成，并最好大致沿徑向方向，例如相對(duì)徑向方向成30°至75°，最好45°至65°。墊料除放在聯(lián)接器的內(nèi)表面和滑動(dòng)邊緣外，還可放在該凹槽內(nèi)，這將保證削弱線不留在完成制品內(nèi)。這種活節(jié)聯(lián)接器示于圖9。
18c.帶滑緣的多件式卷繞聯(lián)接器與上述活節(jié)聯(lián)接器密切相關(guān)的是多件式聯(lián)接器，它包括的構(gòu)件是完全分開的，而不是相互撓性連接。這類多件式聯(lián)接器一般包括兩個(gè)分開的構(gòu)件，但也可以更多，如三或四個(gè)，尤其是當(dāng)聯(lián)接器比較復(fù)雜，用于聯(lián)接根本不同的基底，如不同尺寸和/或不同材料的管的時(shí)候，應(yīng)包括更多構(gòu)件。在這些多件式聯(lián)接器中，至少有兩個(gè)由構(gòu)件的對(duì)接邊緣形成的接合處。在至少一個(gè)接合處，最好在各接合處，對(duì)接邊緣被制成一定形狀，使它們可相互滑移，從而可適應(yīng)聯(lián)接器直徑的變化。這種兩件式聯(lián)接器示于圖10。
19.不帶滑緣的聯(lián)接器在上面第16-18節(jié)中所述的各種聯(lián)接器，當(dāng)它們不具有滑緣或其它在聯(lián)接器被擠壓而與基底緊密接觸時(shí)得以改變直徑的裝置時(shí)，對(duì)本發(fā)明也是有用的。但是，在這些情況下，聯(lián)接器必須相對(duì)基底有精確的尺寸，并且/或者必須采取附加措施來(lái)保證沿著對(duì)接端緣有滿意的縱向聯(lián)接。
20.本發(fā)明應(yīng)用于聯(lián)接管子以外的目的以上，本發(fā)明的說(shuō)明主要是參照其在管子聯(lián)接的應(yīng)用中進(jìn)行的。但是應(yīng)該理解，本發(fā)明也適用于將任意兩個(gè)或多個(gè)制品聯(lián)接在一起，特別是制品的相鄰表面是由相同聚合組分或不同的但可相容的聚合組分組成的，并且它們靠熔合到片狀導(dǎo)電聚合元件的兩相對(duì)面上也是有用的。在本發(fā)明被描述為用于聯(lián)接管子的地方，應(yīng)該理解，這種描述在適當(dāng)范圍內(nèi)也可應(yīng)用于聯(lián)接其它基底物。
本發(fā)明的一個(gè)重要應(yīng)用是修復(fù)損壞管子。為此目的，可以使用上面提到的卷繞“聯(lián)接器”。還可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的修補(bǔ)搭板(repairpatch)，它例如是圓形的或矩形的，并有足夠撓性以與管子的形狀相符，并且/或者是馬鞍形狀，以貼合到管子上。根據(jù)損壞的程度，導(dǎo)電聚合物元件的一部分被除去或者裝有導(dǎo)電橋可能是有利的，以便在損壞區(qū)避免其過(guò)熱，如上面第9節(jié)和第10節(jié)所討論的那樣，修補(bǔ)搭板的使用情況示于圖11和圖12。
本發(fā)明的另一個(gè)重要應(yīng)用是在管子、電纜或其它含流體或氣體的供應(yīng)管線上提供通道口(例如用于支管，壓力入口裝置或龍頭等)。在這些應(yīng)用中，第二制品與上述的一種卷繞聯(lián)接器或修補(bǔ)搭板相同，但還附加一個(gè)提供要求尺寸通道口的附件。在第二制品固定到供應(yīng)管線之前或之后(通常是之后)，在供應(yīng)管線上鉆出孔，使通道口與供應(yīng)管線的內(nèi)部連通。這種應(yīng)用示于圖13和圖14。
21.過(guò)熱和絕緣隔板我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在有較小的第一和/或第二制品的部分內(nèi)，當(dāng)兩個(gè)加熱元件互相緊鄰，就會(huì)發(fā)生過(guò)熱并且/或者在兩相鄰加熱元件之間(例如在圖11中的邊緣部分的尖端)可能會(huì)有電流流動(dòng)。在有關(guān)部分一個(gè)或兩個(gè)加熱元件的端部放置絕緣隔板，就可減緩該問(wèn)題。
22.重返(Reentry)在許多情況下，尤其當(dāng)兩表面已經(jīng)靠熔合聯(lián)接，對(duì)加熱元件重新通電，有可能將第一和第二制品彼此分開。
附圖顯示了本發(fā)明，在對(duì)各圖進(jìn)行討論之前，應(yīng)該注意，在各圖中，導(dǎo)電聚合物元件、電極、導(dǎo)電橋及各個(gè)箝固裝置的厚度是放大比例了的，使之更為清晰。在各圖中，導(dǎo)電聚合物是超高分子量聚乙烯和炭黑的燒結(jié)混合物。
圖1所示為兩根聚乙烯管11和12，它們正在被用圓柱形聚乙烯聯(lián)接器21聯(lián)接在一起，聯(lián)接器21的兩端有錐形入口段211和212。在聯(lián)接器的每一端，用柔軟楔形填料3卷繞在管子上，并將之塞入管和聯(lián)接器之間的楔形凹口內(nèi)。圖2詳細(xì)顯示的填料，包括由聚乙烯制成的中心構(gòu)件32和邊緣部分固定有電極33、34的片狀導(dǎo)電聚合物元件31;從匯流排引出的導(dǎo)線38和39用來(lái)和電源(未示)連接。在元件31的卷繞在中心構(gòu)件32尖部的部分，有導(dǎo)電橋35固定在導(dǎo)電聚合物表面上，以保證該尖部區(qū)域不產(chǎn)生熱。當(dāng)組合件按圖1所示那樣裝配好，并且填料有很好的壓配合之后，接通電源，導(dǎo)電聚合物元件31產(chǎn)生熱，管和聯(lián)接器熔合到填料的兩側(cè)。
圖3所示的帶槽窄條21，其兩對(duì)面有槽211。熱收縮片材15(圖中只顯示其局部)被卷繞在電纜(也只顯示其局部)上。片材15的兩邊緣部分151的每個(gè)被包上填料3，該填料3與圖1和圖2中所示的相同，只是沒有中心構(gòu)件32，邊緣部分和填料一起被塞入槽211中。當(dāng)邊緣部分保持在槽內(nèi)時(shí)，對(duì)填料通電，將邊將部分熔化到窄條上。然后片材15可以例如借助于熱空氣將其熱收縮，使之環(huán)蓋電纜。
圖4和圖5所示兩根聚乙烯管11和12，借助于柔軟的卷繞聯(lián)接器而連接在一起。該聯(lián)接器包括聚乙烯片材21和包括片狀導(dǎo)電聚合物元件31的片狀加熱器。片材21和元件31的內(nèi)緣固定在一起并在212處被修切邊緣，以便對(duì)卷繞組件提供平滑過(guò)液渡區(qū)。片材21和元件31只在內(nèi)緣彼此固定在一起，在聯(lián)接區(qū)卷繞到管子上時(shí)使片材21和元件31可彼此間相互滑動(dòng)。從圖6的“展卷的”聯(lián)接器的平面圖中可很好的顯示，沿著加熱元件31的兩邊緣，有電極33和34固定到加熱元件31的表面上。還有導(dǎo)電橋35固定到加熱元件的一個(gè)面上，使得加熱元件覆蓋兩根管間隙的區(qū)域不產(chǎn)生熱。
將柔軟聯(lián)接器卷繞到管子上，使用足夠圈數(shù)以獲得要求強(qiáng)度的最終接頭，然后聯(lián)接器用熱縮聚酰亞胺帶41搭卷。接著對(duì)加熱器通電，這樣將聯(lián)接器熔合到管子上并自身熔合，也將帶41熱縮。
圖7和圖8所示兩根聚乙烯管11和12，借助于聯(lián)接器連接在一起。該聯(lián)接器包括聚乙烯構(gòu)件21和包含導(dǎo)電聚合物元件31的片狀加熱器。聚乙烯件21可以靠在一段聚乙烯管上開縱長(zhǎng)縫而獲得，該切縫傾斜以使產(chǎn)生的兩割緣212和213是斜削的，因此兩割緣可彼此滑移，以增加或減少聯(lián)接器的直徑。聚乙烯構(gòu)件21有足夠的撓性來(lái)產(chǎn)生這種滑移運(yùn)動(dòng)，但不足以將其打開以用作卷繞聯(lián)接器，片狀加熱器被熔合到構(gòu)件21的內(nèi)側(cè)和其中一個(gè)割緣上。如圖9中“展卷的”聯(lián)接器的平面圖所清楚地顯示那樣，有電極33和34固定到加熱元件31的表面上，而加熱元件上覆蓋兩管之間的間隙的區(qū)域已被除去其中心部分;供電流流動(dòng)的導(dǎo)電橋35穿過(guò)兩電極之間的中心部分。電極33和34及中心部分35的形狀，應(yīng)使整個(gè)加熱元件上的電流密度基本上相等。
將管11和12的端部放置在聯(lián)接器內(nèi)，然后用卷曲在聯(lián)接器周圍的金屬箍41將耦合件減小直徑，接著將加熱器通電，從而將聯(lián)接器自身熔合并且熔合到管子上。
如果兩根管按照剛剛描述的方式連接在一起，但是沒有將加熱器的中心部分除去，則被無(wú)撓性金屬和管子緊密封閉的加熱器，其被加熱部分的膨脹就有強(qiáng)制管子分離的趨勢(shì)。
圖10所示為鉸接聯(lián)接器，它包括一個(gè)聚乙烯構(gòu)件21和兩個(gè)包含導(dǎo)電聚合物元件311和312的片狀加熱器。構(gòu)件21靠在一段聚乙烯管上制出兩縱長(zhǎng)割縫而獲得。一個(gè)割縫穿過(guò)管壁的全部厚度，產(chǎn)生斜削的邊緣212和213，使兩邊緣可相互滑移以減小聯(lián)接器的直徑，另一個(gè)割縫在第一個(gè)的徑向?qū)?cè)，穿過(guò)管壁的部分厚度，留下的活節(jié)段214使構(gòu)件可被打開，因此它可以橫向通過(guò)管子。片狀加熱器固定到構(gòu)件21的內(nèi)面和割緣上。
圖11和圖10極其相似，不同的是兩縱向割縫都穿過(guò)管壁，使聯(lián)接器成為兩個(gè)單獨(dú)件。
圖12和圖13顯示本發(fā)明應(yīng)用于修補(bǔ)有洞口111的聚乙烯管11(只示出其局部)的情況。撓性修補(bǔ)搭板包括聚乙烯構(gòu)件21和包含導(dǎo)電聚合物元件31的片狀加熱器。將搭板放置在管子上，蓋過(guò)洞口，并用繞過(guò)管子的彈性體箍42(只示出其局部)固定住。然后對(duì)加熱器通電，將搭板熔合到管子上將洞口封住。
圖14和15顯示本發(fā)明應(yīng)用于將壓力入口裝置固定到具有聚乙烯外套11的通訊電纜上去的情況。壓力入口裝置21內(nèi)有螺紋孔216。將包含導(dǎo)電聚合物元件31的片狀加熱器固定到壓力入口裝置的底側(cè)。將該裝置置靠在電纜上，并用繞過(guò)管子的彈性體構(gòu)件42(只示出局部)保持在位。然后對(duì)加熱器通電，從而將壓力入口裝置熔合到電纜上。當(dāng)電纜需要通入口時(shí)，使用螺紋口216作為導(dǎo)向，在外套11上鉆出孔來(lái)。
下面通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)例1導(dǎo)電聚合組分的制備是在高速混料機(jī)內(nèi)將體積比95%的超高分子量聚乙烯粉末和5%炭黑進(jìn)行干混而進(jìn)行的。前者UHMWPE(商標(biāo)為HOSTALENGVR-413，由AmericanHoechst銷售)，分子量約為4.0百萬(wàn)，平均粒子大小約0.1mm。后者炭黑(商標(biāo)為KetjenblackEC300DJ，由AkzoChemie銷售)?；旌狭贤ㄟ^(guò)柱塞擠制機(jī)擠制，加熱溫度為170℃，擠制速度為5英尺/分鐘，壓力為3000psi，生產(chǎn)出的燒結(jié)棒直徑8英寸(20.3cm)。將棒切片，生產(chǎn)出的軟帶厚0.030英寸(0.076cm)，寬4.0英寸(10.2cm)。
片狀加熱元件是將電極(匯流排)固定到元件的表面進(jìn)行制備的。電極的制備是將30AWG覆銀銅絲弄扁，使斷面達(dá)0.003×0.013英寸(0.008×0.033cm)，再將12條扁平絲編織在一起。將兩條電極用導(dǎo)電粘合劑固定到元件的一側(cè)，間隔約為3.5英寸(8.9cm)。導(dǎo)電粘合劑包含89.5%(重量比)丙烯酸接合聚烯烴樹脂(聚硫橡膠粘合劑Polybond1016，由PolymerIndustries銷售)，9.5%(重量比)炭黑(商標(biāo)為KetjenblackEC600，由AkzoChemie銷售)及1%(重量比)抗氧劑。將窄條(寬0.25英寸、即0.635cm)銀粉漆(商標(biāo)名Electrodag504，由AchesonColloids銷售)涂到元件的介于兩電極之間的長(zhǎng)度部分上。
將兩根其外徑為10英寸(25.4cm)壁厚為0.75英寸(1.91cm)的按上述結(jié)合圖1和圖2所述的方式連接起來(lái)。將外直徑為12英寸(30.5cm)，中心壁厚為0.8英寸(2.03cm)的聚乙烯聯(lián)接器，從一根與待聯(lián)接管有相同組分的管子上切下長(zhǎng)度為12英寸(30.5cm)的一段。其兩端的內(nèi)表面機(jī)加工出6度的斜度(錐度為12度)。目視指示孔按錐形鉆出，深度為0.005英寸(0.012cm)距聯(lián)接器各邊0.5英寸(1.2cm)。
將兩塊34×4×0.25英寸(86.4×10.2×0.64cm)的與待聯(lián)接管有相同粘滯性的聚乙烯塊沿著一個(gè)長(zhǎng)邊切削加工出6°斜度，留下的楔形塊的最小厚度為0.066英寸(0.17cm)。將片狀電阻加熱元件折疊到每楔形塊上，鄰近楔塊尖部涂上銀粉漆條，制成墊料。將兩管端插入聯(lián)接器并移動(dòng)至它們互相鄰接。聯(lián)接器的兩端各插入一個(gè)墊料。墊料被夯實(shí)在聯(lián)接器和管子之間的凹座內(nèi)，將管子定位和對(duì)齊并保持接頭在位。對(duì)墊料在交流100伏下接通電流約為2至3分鐘，或者直至達(dá)到225℃至250℃的熔化線溫度使管端熔化和熔合。當(dāng)管子充分熔合，在目視指示器孔可明顯看到從管子來(lái)的聚合材料。
實(shí)例2按實(shí)例1所述那樣將導(dǎo)電聚合物棒用柱塞擠制出來(lái)，由導(dǎo)電聚合物棒切片出36.5×6×0.03英寸(92.7×15.2×0.076cm)的元件。將電極固定在距各邊0.5英寸(1.3cm)處，寬條銀粉漆條(1×34.5英寸，即2.5×87.6cm)涂在元件的中心，從其一端開始。這樣形成兩條2英寸寬加熱區(qū)，34.5×2英寸，被1英寸“冷區(qū)”隔開。有一個(gè)5×2英寸(12.7×5.1cm)終端加熱區(qū)位于加熱元件的一端，為改善加熱的均勻性，銀粉漆按一定圖形涂刷，將終端加熱區(qū)的寬度減少至4英寸(10.2cm)。
制備如按圖8所示那樣的一個(gè)長(zhǎng)6.75英寸(17.1cm)的聯(lián)接器。將內(nèi)徑(ID)為10英寸(25.4cm)外徑(OD)為12英寸(30.5cm)的聚乙烯管沿著管子內(nèi)徑處的切線切過(guò)其厚度，該切線垂直于通過(guò)管子的徑向線。將片狀元件固定到聯(lián)接器上，如下所述。將加熱元件繞聯(lián)接器的內(nèi)徑而放置，終端加熱區(qū)位于穿過(guò)聯(lián)接器的切縫區(qū)域，使電極的端頭伸出聯(lián)接器。將覆有PTFE的管子插入聯(lián)接器，對(duì)加熱元件通入150伏的交流電30秒鐘，冷卻后將覆PTFE管除去。
將兩根外徑(OD)為10英寸，厚度為0.75英寸(1.9cm)的聚乙烯管插入聯(lián)接器中，將夾緊器固定在聯(lián)接器外側(cè)。對(duì)加熱元件通以125伏交流電115秒鐘，將加熱元件熔合到管子上。
實(shí)例3如實(shí)例2那樣制備加熱元件，不同的是將其切成兩段，其一長(zhǎng)20.5英寸(52.1cm)，另一長(zhǎng)18.9英寸(48.0cm)。各件在其一端有適當(dāng)?shù)募訜釁^(qū)。
將外徑為12英寸的管子，用和實(shí)例2所述的一樣的切縫及其互成鏡象的切縫切成兩件，就可制備出如圖11所示的長(zhǎng)6.75英寸的聯(lián)接器。在將兩加熱元件段熔合到兩根外徑為10英寸的聚乙烯管之前，將其予熔合到各件聯(lián)接器的內(nèi)直徑表面上。
實(shí)例4按實(shí)例2所述那樣，制備如圖10所示的長(zhǎng)6.75英寸的聯(lián)接器，不同的是相應(yīng)于第一切向縫有一定角度的第二切向縫是在聯(lián)接器的內(nèi)徑表面上制出，但不穿過(guò)聯(lián)接器的全部厚度。結(jié)果聯(lián)接器可被打開，形成有兩個(gè)外殼表面的分截聯(lián)接器，在與兩根外徑為10英寸的聚乙烯管連接之前，將適當(dāng)尺寸的加熱元件熔合到聯(lián)接器的內(nèi)表面上。
實(shí)例5制備如實(shí)例1所述的片狀加熱元件，只是沿中心上沒有銀粉漆條。在加熱元件與0.030英寸(0.076cm)高密度聚乙烯帶接觸時(shí)進(jìn)行通電使熔合到該帶上以制成墊。墊料用于連接兩根外徑為10英寸的聚乙烯管，將墊料卷繞管子外徑，繞墊料裝上夾緊裝置，再對(duì)加熱元件通電。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)接第一制品和第二制品的方法，該方法包括以下各步驟(1).將第一制品的第一表面放置在與第二制品的第二表面相鄰的地方，在兩表面之間形一個(gè)凹口；(2).在凹口內(nèi)放置至少墊料的一部分，該墊料(a).包括由導(dǎo)電聚合物組成的片狀加熱元件，(b).墊料的第三表面放置在與第一表面相鄰的地方，(c).墊料的第四表面放置在與第四表面相鄰的地方；(3).將墊料、第一制品的第二制品中的至少一個(gè)相互移動(dòng)，使第一和第三表面之間以及第二和第四表面之間達(dá)到緊密接觸；(4).將電流基本上平行于加熱元件表面而流過(guò)加熱元件，在導(dǎo)電聚合物內(nèi)產(chǎn)生熱量，同時(shí)保持各表面產(chǎn)間的緊密接觸，從而將第一和第二制品聯(lián)接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第一和第二制品的每個(gè)是由電絕緣聚合組分組成，在導(dǎo)電聚合物加熱元件內(nèi)產(chǎn)生的熱導(dǎo)致兩制品的相互熔合和/或制品熔合到加熱元件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于各個(gè)制品是由聚乙烯組成的，導(dǎo)電聚合物加熱元件包含聚乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在導(dǎo)電聚合物元件內(nèi)產(chǎn)生的熱將粘接劑活化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于第一和第二制品的每個(gè)是由熱固性聚合組分組成的，粘接劑包含熱固性樹脂。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于第一制品不是可熱回收的，第二制品不是可熱回收的，片狀加熱元件不是熱回收制品的一部分，片狀加熱元件在其內(nèi)產(chǎn)生熱時(shí)膨脹，從而產(chǎn)生壓力有助于將制品聯(lián)接在一起。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于兩根管借助于裝配在管端外周的管狀聯(lián)接器端對(duì)端聯(lián)接在一起，將加熱元件放置在聯(lián)接器的管端之間凹口內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于將包含加熱元件的楔形墊料壓配到各個(gè)上述凹口內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于(ⅰ).將加熱元件固定到聯(lián)接器的內(nèi)表面上;(ⅱ)在加熱元件內(nèi)產(chǎn)生熱之前，可將聯(lián)接器的直徑減小，使聯(lián)接器緊密環(huán)繞管子;(ⅲ).將箝固裝置固定到聯(lián)接器上，當(dāng)加熱元件內(nèi)產(chǎn)生熱時(shí)控制聯(lián)接器的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于包含兩管之間接頭的箝是不發(fā)熱的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，包括將壓力入口裝置固定到中空管上。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于加熱元件的厚度不大于0.05英寸。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于加熱元件是由導(dǎo)電聚合物組分組成的，導(dǎo)電聚合物組成包括(a)主要由超高分子量聚乙烯粒子組成的基體，這些粒子已經(jīng)被燒結(jié)在一起，使之聚結(jié)而不完全失去其同一性;(b).擴(kuò)散在上述基體內(nèi)的粒子填充物，基本上只出現(xiàn)在或靠近聚結(jié)粒子的邊界。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于加熱元件是由導(dǎo)電聚合物組分組成的，該導(dǎo)電聚合物組分(a)在溫度為23℃至(Tm+50)℃范圍內(nèi)，增大的電阻率小于2倍，其中Tm為組分的軟化點(diǎn)，(b)包括聚合物，它在其軟化點(diǎn)以上50℃的溫度時(shí)，在5公斤載荷下的熔化流動(dòng)指數(shù)小于0.3克/10分鐘。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于加熱元件的總表面積上，加熱元件的輸出功率是每平方英寸5至40瓦。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于片狀加熱元件的形式為帶子，其外表面積與體積之比至少為40平方英寸/立方英寸，當(dāng)其從23℃被加熱到導(dǎo)電聚合物熔點(diǎn)時(shí)，增大體積至少為10%。
17.一種適用于根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法的聯(lián)接器，它包括(1).一個(gè)由電絕緣聚合材料組成的管狀構(gòu)件，可減小其直徑，(2)一個(gè)片狀墊料，它包括片狀加熱元件，并被固定到管狀構(gòu)件的內(nèi)表面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的聯(lián)接器，其特征在于管狀構(gòu)件包括縱向延伸的倒棱端緣，端緣可相互滑移以減小聯(lián)接器的直徑。
19.一種適用于根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述方法的片狀加熱器，它包括(1).一個(gè)片狀加熱元件，該加熱元件(a)是由導(dǎo)電聚合物組成的，該導(dǎo)電聚合物(ⅰ)包含聚乙烯和分布在其中的粒子導(dǎo)電填充物，(ⅱ)在溫度范圍為23℃至(Tm+50)℃內(nèi)，增加的電阻率小于5倍，其中Tm是組分的軟化點(diǎn)(b)具有的外表面面積與體積之比至少為40平方英寸/立方英寸;(c)當(dāng)從23℃加熱至導(dǎo)電聚合物的熔點(diǎn)時(shí)增加體積至少為10%;(2)帶狀電極，它在片狀加熱元件的兩對(duì)置邊緣部分上。
全文摘要
兩根管子借助于包含導(dǎo)電聚合物加熱元件的墊料聯(lián)接在一起。墊料被放置在兩制品之間，靠加熱元件的通電而加熱。兩制品最好由聚合材料制成，并熔合到加熱元件上，或通過(guò)墊料上的孔相互直接熔合。另一方面，墊料也可以包含熱活化粘接劑以將制品固定在一起。
文檔編號(hào)B29C65/34GK1040541SQ8810627
公開日1990年3月21日 申請(qǐng)日期1988年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月16日
發(fā)明者科里, ·約翰·麥克米爾斯, 約翰·阿瑟·羅斯, 杰弗里·艾倫·桑普森, 普拉迪普·巴馬巴里·馬修斯, 羅伯特·里特, 朱利安·S·馬拉尼, 約翰·羅伯特·休斯, 漢斯·科迪亞, 約翰·迪翁特 申請(qǐng)人:雷伊化學(xué)公司