[发明专利]注射位置优化的短纤维增强塑料电熔管件及其注塑模具

说明书

本发明涉及热塑性塑料电熔管件领域，旨在提供一种注射位置优化的短纤维增强塑料电熔管件及其注塑模具。该管件包括埋设了电阻丝的电熔管件本体，在电熔管件本体上设有分别接至电阻丝两端的两根接线柱；电熔管件本体是由填充了短纤维的热塑性塑料经注塑制成；所述注射位置设于电熔管件的任一端面，使注塑方向平行于管件轴向。本发明提高了纤维在电熔管件中的轴向取向程度，克服了电熔管件注塑模具注塑短纤维增强热塑性塑料电熔管件中，纤维取向不理想的问题，提升短纤维增强塑料电熔管件的轴向强度。采用注塑方法一次成型，无需额外的钢板或纤维增强层，制造工艺简单，稳定性好，降低工艺成本，克服了现有技术中粘接缺陷、只能环向增强等缺点。

技术领域

本发明涉及热塑性塑料电熔管件领域，特别涉及一种注射位置优化的短纤维增强塑料电熔管件及其注塑模具。

背景技术

非金属管道具有柔性高、韧性好、耐腐蚀、使用寿命长的优点，且同等体积生产能耗仅是钢铁的1/3～1/4，是公认的“绿色”管道。随着我国能源结构的调整和城市化进程的加速，非金属管道在国家重大工程中有着广泛的运用，在燃气领域，我国新铺设的中低压城市燃气管90％以上采用聚乙烯管材；在核电站领域，非金属管道开始用于冷却水循环管道，目前我国新建的AP1000核电站(浙江三门核电、山东海阳核电)外围冷却水输送均采用高密度聚乙烯管道。我国已成为塑料及其复合材料管道产量和需求量最大的国家，非金属管道的发展具有巨大的潜力。

在塑料及其复合管道的连接技术中，电熔焊接设备投资相对较低，施工效率高，操作方便。由于电熔焊接自动化程度较高，电熔管件焊接技术性能可靠，可大幅减少人为因素造成的焊接质量问题，是目前最常用的管道连接技术。电熔管件焊接的原理是采用管件内埋藏的电阻丝通电发热，利用电熔管件内电阻丝通电时产生的热量及膨胀力将管材的外壁与电熔管件熔融连接在一起，形成具有一定强度的电熔接头。随着增强复合管道的发展，采用纤维增强层和钢丝网骨架增强的方法显著地提高了塑料管道的强度，部分大口径塑性复合管材的承压能力已经突破6.4MPa，而电熔管件增强方式有限，其强度已经成为限制高压复合管发展的主要瓶颈。据美国燃气协会(AGA)统计，约65％非金属燃气管道失效来自接头与管件。由此可见在非金属管道系统中，由于电熔接头改变了管材自身的一体性，电熔管件已经成为管道系统的薄弱环节。

目前，为了提高电熔管件的结构强度，主要采用在电熔管件内置钢板增强层和在电熔管件外壁缠绕纤维增强层这两种方法。前者由于金属钢板是极性材料，而聚乙烯和聚丙烯等塑料基体大多是非极性材料，导致增强材料和基体材料之间的粘接效果差，容易产生界面失效，导致两种材料无法协同承载，降低了钢板的增强效果。电熔管件外壁的纤维增强层基本沿着管件的环向缠绕，该方法能够提升管件的环向强度，考虑到实际应用中电熔管件主要承受轴向力，该方法对管件的轴向强度提升不明显，应用价值不大。

为了提升电熔管件的结构强度，本发明提出采用短纤维增强塑料电熔管件，并对注塑模具的注射位置进行优化以提升电熔管件的结构强度。在塑料基体中填充短纤维能够提升材料的力学性能，华东交通大学的李力在研究短切碳纤维增强高密度聚乙烯材料，在4.0％纤维含量下，复合材料的拉伸强度提高了18.4％，弹性模量提高了208.0％；重庆理工大学的明浩等人采用短切碳纤维增强高密度聚乙烯材料，在25wt％纤维含量下，复合材料的拉伸强度提升了97％，弯曲强度提升了145％；可见，采用短纤维增强热塑性塑料制造电熔管件是提升管件结构强度的可行办法。短纤维在塑料基体中的取向对材料的增强效果有明显影响，智利Pontificia大学的Diego采用短切玻璃纤维填充聚乙烯材料，其研究发现当拉伸试样中纤维沿着试样轴向取向时，材料屈服强度为58MPa；当纤维接近垂直于试样轴向时，材料屈服强度为25MPa。可见短纤维的力学增强效果具有明显的方向性，沿着纤维方向的增强效果明显高于垂直于纤维方向的增强效果。因此，在采用短纤维增强热塑性塑料注塑电熔管件时，需要考虑短纤维取向对管件强度的影响。