[發明專利]一種自增強自傳感電熔管件不圓度改善方法與注塑模具

有效

• 申請號: 202010793068.5
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111730800B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 倪奉堯;施建峰;姚日霧;孔智勇;葛周天;鄭津洋
• 申請（專利權）人: 浙江大學;山東東宏管業股份有限公司
• 主分類號: B29C45/00
• 分類號: B29C45/00;B29C45/26;B29C45/27;F16L47/03
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及非金屬管道及管件領域，旨在提供一種自增強自傳感電熔管件不圓度改善方法與注塑模具。該模具包括注塑型芯、注塑動模和注塑定模，三者共同合圍形成注塑型腔；注塑型腔包括澆注口區域、熔接面區域和正圓注塑區域，澆注口區域由澆注口形成并沿注塑型腔的軸向布置，熔接面區域位于澆注口區域的相對側，且以注塑型腔中軸線為對稱中心。本發明充分考慮短纖維增強塑料電熔管件中短纖維會沿著注塑熔體的流動方向取向并在管件各位置產生纖維取向差異，以及不同方向上收縮率差；采用該改進模具注塑得到的短纖維增強塑料電熔管件尺寸更加準確，能夠解決傳統模具注塑得到的短纖維增強塑料電熔管件內外徑偏大及存在較大不圓度的問題。

技術領域

本發明涉及非金屬管道及管件領域，用于燃氣、氫氣、摻氫天然氣、油氣、核電重要廠用水輸送，特別涉及一種自增強自傳感電熔管件不圓度改善方法與注塑模具。

背景技術

與傳統金屬管道相比，聚乙烯和聚丙烯等非金屬管道具有柔韌性好、耐腐蝕、使用壽命長的優點，且同等體積生產能耗僅是鋼鐵的1/3～1/4，是公認的“綠色”管道。隨著非金屬管道的不斷發展，其在國家重大工程中有著廣泛的運用。如在燃氣領域，我國新鋪設的中低壓城市燃氣管90%以上采用聚乙烯管；在氫氣領域，目前全球已建設輸氫管道約4500公里，荷蘭格羅寧根海港已成功將增強熱塑性管道應用于氫氣輸送；為了解決氫氣輸送需要重新鋪設專用管道的高額成本，英國等國家通過在天然氣中摻入氫氣，利用已有的燃氣管道輸送摻氫天然氣；在油氣領域，以玻纖、聚酯纖維、鋼絲等增強聚乙烯非金屬管道逐漸開始用于油氣田注水管及油田集輸管道；在核電領域，非金屬管道已經開始應用于冷卻水循環管道。隨著我國能源結構的調整和城市化進程的加速，我國已成為塑料及其復合材料管道產量和需求量最大的國家，應用前景十分廣闊。

在塑料及其復合材料等非金屬管道的連接技術中，電熔管件焊接技術具有施工效率高、操作標準化高、性能可靠等優點，是目前最常用的管道連接技術。電熔管件焊接的原理是采用管件內布置的電阻絲通電發熱，利用產生的熱量將管材的外壁與電熔管件內壁熔融，并利用加熱產生的膨脹力將兩者連接在一起，形成具有一定強度的電熔接頭。隨著鋼絲網骨架（PSP）和增強熱塑性（RTP）復合管的發展，在塑料管道中引入鋼絲及纖維帶增強層的方法顯著地提高了塑料管道的強度，部分大口徑塑性復合管材的承壓能力已經突破6.4MPa。而電熔管件的增強方式有限，其強度已經成為限制高壓復合管發展的瓶頸。據美國燃氣協會（AGA）統計，約65%非金屬燃氣管道失效來自接頭與管件。由此可見在非金屬管道系統中，由于電熔接頭改變了管材自身的一體性，電熔接頭已經成為管道系統的薄弱環節。

為提升復合管道系統的安全性，申請人針對電熔接頭這一薄弱環節，詳細研究了其可能存在的缺陷、失效模式以及安全檢測方法，包括：基于超聲相控陣檢測方法（CN105259252A，CN103512954A），研究發現電熔接頭內部的缺陷可以分為熔合面缺陷、孔洞、結構畸變、過焊以及冷焊缺陷（CN102285120A，CN102009474A），總結了電熔接頭存在的三種典型失效模式，即沿電熔管件壁面貫穿裂紋失效、熔合面失效以及沿電阻絲所在平面的貫穿裂紋失效。由于電熔接頭結構（內冷焊區存在應力集中）及受載方式（管件承受內壓和軸向拉伸載荷，應用于埋地及架空管線）的復雜性，以往的管件增強方式存在局限性。如內置鋼板增強層的增強方式由于金屬鋼板是極性材料，而聚乙烯和聚丙烯等塑料基體大多是非極性材料，兩種材料之間的粘接效果差，導致無法協同承載，降低了鋼板的增強效果。而在電熔管件外壁纏繞纖維增強層的方式主要是提升管件的環向強度，考慮到實際應用中電熔管件主要承受軸向載荷而發生失效，該方法對管件最終承壓能力提升不明顯。