[发明专利]具有自传感智能监测功能的电熔管件及其加工与监测方法

说明书

本发明涉及非金属管道及管件技术，旨在提供一种具有自传感智能监测功能的电熔管件及其加工与监测方法。该电熔管件包括由填充了短纤维的热塑性塑料制成的电熔管件本体；在电熔管件两侧的内部熔接区中，分别设有一根电阻丝且两者间相互独立、互不导通；各电阻丝均沿管件环向缠绕，其两端与设于电熔管件表面的接线柱连接；所述电阻丝同时可以作为加热元件用于电熔焊接，以及作为监测电极用于监测电熔管件本体材料电阻值的变化。本发明以电阻丝作为监测电极，不需要再进行额外粘贴电极片，拓展了功能、简化了制造流程；因监测电极在管件内部，具有良好的密封性、稳定性和抗干扰性，提升了监测效率与可靠性；无需改造注塑设备或模具，降低制造成本。

技术领域

本发明涉及非金属管道及管件技术，特别涉及一种具有自传感智能监测功能的电熔管件及其加工与监测方法。

背景技术

相比传统金属管道，聚乙烯、聚丙烯等非金属管道具有韧性好、耐腐蚀、易焊接、寿命长、经济环保等优点，在燃气、氢气、掺氢天然气、油气、核电重要厂用水输送等国家重大工程中得到广泛应用，近些年产量与使用量均迅速增长，逐渐替代金属管道，实现“以塑代钢”。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非金属管道产量和需求量最大的国家，非金属管道具有广阔的市场空间和应用前景。

非金属管道之间的连接最常采用的方式是电熔管件焊接，其基本原理是通电使管件内布置的电阻丝发热，利用产生的热量将管材的外壁与电熔管件内壁熔融，并利用加热产生的热膨胀力将两者连接在一起，形成具有一定强度的电熔接头。随着管道制造技术的发展，在塑料管道中增加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，但用于管道连接的电熔管件强度增强方式却十分有限，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%非金属燃气管道的失效来自管件及其焊接接头。由此可见在，非金属管道系统中电熔管件的接入改变了管材本身的一体性，使得电熔管件及其焊接接头成为管道系统最薄弱的环节。

为提高电熔管件的强度，同时实现管件的安全监测，发明人团队首次提出了具有应变自监测功能的短碳纤维增强塑料电熔管件（CN109827014A），该发明通过在塑料基体中填充碳纤维以增强该材料的力学强度，由于碳纤维具有高强度和高模量的特点，均匀分布在塑料基体中的碳纤维能够承担塑料基体传递的载荷，从而实现电熔管件的强度提升。同时，由于碳纤维具有良好的导电性，当碳纤维的含量达到渗流阈值附近时，基体中的碳纤维互相接触可形成导电网络，使管件材料具有压阻效应。采用该材料制备的电熔管件，管道内的压力会使管件发生形变，使得管件材料内部的碳纤维导电网络发生破坏，管件材料的导电性降低，电阻率增加，通过检测管件材料电阻的变化就可以实现电熔管件内压、应变及损伤的安全监测。由此，获得了具有自传感功能的智能电熔管件。