[发明专利]一种自增强自传感电熔管件不圆度改善方法与注塑模具

说明书

本发明涉及非金属管道及管件领域，旨在提供一种自增强自传感电熔管件不圆度改善方法与注塑模具。该模具包括注塑型芯、注塑动模和注塑定模，三者共同合围形成注塑型腔；注塑型腔包括浇注口区域、熔接面区域和正圆注塑区域，浇注口区域由浇注口形成并沿注塑型腔的轴向布置，熔接面区域位于浇注口区域的相对侧，且以注塑型腔中轴线为对称中心。本发明充分考虑短纤维增强塑料电熔管件中短纤维会沿着注塑熔体的流动方向取向并在管件各位置产生纤维取向差异，以及不同方向上收缩率差；采用该改进模具注塑得到的短纤维增强塑料电熔管件尺寸更加准确，能够解决传统模具注塑得到的短纤维增强塑料电熔管件内外径偏大及存在较大不圆度的问题。

技术领域

本发明涉及非金属管道及管件领域，用于燃气、氢气、掺氢天然气、油气、核电重要厂用水输送，特别涉及一种自增强自传感电熔管件不圆度改善方法与注塑模具。

背景技术

与传统金属管道相比，聚乙烯和聚丙烯等非金属管道具有柔韧性好、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。随着非金属管道的不断发展，其在国家重大工程中有着广泛的运用。如在燃气领域，我国新铺设的中低压城市燃气管90%以上采用聚乙烯管；在氢气领域，目前全球已建设输氢管道约4500公里，荷兰格罗宁根海港已成功将增强热塑性管道应用于氢气输送；为了解决氢气输送需要重新铺设专用管道的高额成本，英国等国家通过在天然气中掺入氢气，利用已有的燃气管道输送掺氢天然气；在油气领域，以玻纤、聚酯纤维、钢丝等增强聚乙烯非金属管道逐渐开始用于油气田注水管及油田集输管道；在核电领域，非金属管道已经开始应用于冷却水循环管道。随着我国能源结构的调整和城市化进程的加速，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，应用前景十分广阔。

在塑料及其复合材料等非金属管道的连接技术中，电熔管件焊接技术具有施工效率高、操作标准化高、性能可靠等优点，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布置的电阻丝通电发热，利用产生的热量将管材的外壁与电熔管件内壁熔融，并利用加热产生的膨胀力将两者连接在一起，形成具有一定强度的电熔接头。随着钢丝网骨架（PSP）和增强热塑性（RTP）复合管的发展，在塑料管道中引入钢丝及纤维带增强层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。而电熔管件的增强方式有限，其强度已经成为限制高压复合管发展的瓶颈。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，电熔接头已经成为管道系统的薄弱环节。

为提升复合管道系统的安全性，申请人针对电熔接头这一薄弱环节，详细研究了其可能存在的缺陷、失效模式以及安全检测方法，包括：基于超声相控阵检测方法（CN105259252A，CN103512954A），研究发现电熔接头内部的缺陷可以分为熔合面缺陷、孔洞、结构畸变、过焊以及冷焊缺陷（CN102285120A，CN102009474A），总结了电熔接头存在的三种典型失效模式，即沿电熔管件壁面贯穿裂纹失效、熔合面失效以及沿电阻丝所在平面的贯穿裂纹失效。由于电熔接头结构（内冷焊区存在应力集中）及受载方式（管件承受内压和轴向拉伸载荷，应用于埋地及架空管线）的复杂性，以往的管件增强方式存在局限性。如内置钢板增强层的增强方式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，两种材料之间的粘接效果差，导致无法协同承载，降低了钢板的增强效果。而在电熔管件外壁缠绕纤维增强层的方式主要是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载荷而发生失效，该方法对管件最终承压能力提升不明显。