CN105221854B - 连续碳纤维束作传感器的复合智能管 - Google Patents

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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种连续碳纤维束作传感器的复合智能管，从内到外依次为玻璃钢内衬层、玻璃钢内结构层、连续碳纤维束传感夹层、玻璃钢外保护层；其中，内衬层厚度为1～5mm，内结构层的厚度为1～50mm，连续碳纤维束传感夹层为10～300mm，玻璃钢外保护层为1～5mm；所述的连续碳纤维束传感夹层由截面为圆形的连续碳纤维束与浸润树脂后的纤维增强铺层在玻璃钢内结构层上一道缠绕而成。本发明充分利用了连续碳纤维束具有高强度、力电感知的特点，对管材服役期间内进行适时健康监测的功能，使得管道具有自我感知的智能化特点。

Description

连续碳纤维束作传感器的复合智能管
技术领域
本发明属于管道工程技术领域，具体涉及一种管材结构。
背景技术
玻璃钢管道是一种树脂基复合管，具有强度高、耐腐蚀、管壁光滑、优良的水力性能，在给排水管道工程等市政建设中具有广泛的应用背景。但因其刚度低，变形较大，对施工要求较高，一旦安放完成后，其服役期间无法监控，导致管道破坏无法预测，可造成严重的后果。同时，如果在管壁层间或管壁内外嵌入传感器以获取管材服役状态信息，往往给管材制作工艺带来困难，并且对施工要求很高，如施工工艺达不到，会较大地影响传感器正常工作，严重影响传感器工作寿命。因此工程上渴求一种具有自我感知特性的新型复合管材。
发明内容
本发明目的在于提供一种智能管，使得管材具有自我感知，健康监测功能。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种连续碳纤维束作传感器的复合智能管，从内到外依次为玻璃钢内衬层、玻璃钢内结构层、连续碳纤维束传感夹层、玻璃钢外保护层；其中，内衬层厚度为1～5mm，内结构层的厚度为1～50mm，连续碳纤维束传感夹层为10～300mm，玻璃钢外保护层为1～5mm；
所述的连续碳纤维束传感夹层由截面为圆形的连续碳纤维束与浸润树脂后的纤维增强铺层在玻璃钢内结构层上一道缠绕而成。
按上述方案，所述的纤维增强铺层在缠绕前预成型为“Z”字形并输送至连续碳纤维束的表面及侧表面及玻璃钢内结构层上。
按上述方案，所述的纤维增强铺层厚度为1～8mm。
本发明的有益效果如下：
管线或管道一旦发生局部变形甚至破坏，对应位置的连续碳纤维束也将随之变形，导致其电阻发生改变。通过监测连续碳纤维束的电阻变化曲线，可在管道变形之初就可反映给管线管理部门，达到管道具有自我感知的智能化特点。该型管材的提前感知预警功能，能在避免重大事故发生的同时，有效降低运行维护成本，具有潜在的社会和经济效益。该新型管材的应用，可提高我国管材制造技术水平，实现复合材料的高性能、低成本，为规模化、工程化、产业化提供技术支撑，带动产业升级，对满足国家重点工程应用意义重大。
继续保持了玻璃钢(夹砂)管道耐腐蚀性等优良特性，使得管道在服役期间，具有自我健康监测功能，对管网运行安全有着极具重要的作用，在城镇地下管网建设方面具有广泛的应用前景。
附图说明
图1：整管结构示意图；
图2：连续碳纤维束传感夹层截面图；
图3：连续碳纤维束传感夹层缠绕示意图；
1-玻璃钢内衬层；2-玻璃钢内结构层；3-连续碳纤维束传感夹层；4-玻璃钢外保护层；5-连续碳纤维束；6-纤维增强铺层。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
参照附图1、2所示，本发明连续碳纤维束作传感器的复合智能管，从内到外依次为玻璃钢内衬层1、玻璃钢内结构层2、连续碳纤维束传感夹层3、玻璃钢外保护层4；其中，内衬层厚度为1～5mm，内结构层的厚度为1～50mm，连续碳纤维束传感夹层为10～300mm，玻璃钢外保护层为1～5mm；所述的连续碳纤维束传感夹层由截面为圆形的连续碳纤维束5与浸润树脂后的纤维增强铺层6在玻璃钢内结构层上一道缠绕而成。
参照附图3所示，纤维增强铺层6在缠绕前预成型为“Z”字形并输送至连续碳纤维束5的表面及侧表面及玻璃钢内结构层2上一道缠绕而成。纤维增强铺层6厚度为1～8mm。
本发明连续碳纤维束作传感器的复合智能管制作工艺如下：
1)在连续缠绕设备的管道模具上，将聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡以及针织毡等玻璃纤维织物浸上树脂后通过缠绕设备进行缠绕制作内衬层，使其厚度为1～5mm；
2)在内衬层上，采用玻璃纤维连续纱及短切纱等玻璃纤维织物浸上树脂后通过缠绕设备进行缠绕，形成内结构层；内结构层的厚度按照管道使用的压力等级及管刚度设计，一般厚度为1～50mm；
3)同时在另一工位上通过连续运行装置，牵引连续碳纤维束，将连续碳纤维束嵌入浸润了树脂后的Z字形纤维增强铺层的内表面上进行敷设，以获得连续碳纤维束传感夹层材料。
4)通过牵拉装置将已缠绕好的连续碳纤维束传感夹层材料，通过缠绕设备同步连续缠绕到内结构层上，形成连续碳纤维束传感夹层，其中任意两个相邻的圆形截面的碳纤维束之间，均有树脂基玻璃纤维增强层，位于碳纤维束侧表的纤维增强层厚度一般为1～8mm间，可根据管径与外载大小进行选择；复合夹层可以有一层，也可有多层，一般为一层，设计厚度为10～300mm；
5)在连续碳纤维束传感夹层上通过缠绕设备将玻璃纤维连续纱及短切纱等织物进行缠绕，形成外保护层，一般厚度为1～5mm。

Claims (3)

1.连续碳纤维束作传感器的复合智能管，其特征在于从内到外依次为玻璃钢内衬层、玻璃钢内结构层、连续碳纤维束传感夹层、玻璃钢外保护层；其中，内衬层厚度为1～5mm，内结构层的厚度为1～50mm，连续碳纤维束传感夹层为10～300mm，玻璃钢外保护层为1～5mm；
所述的连续碳纤维束传感夹层由截面为圆形的连续碳纤维束与浸润树脂后的纤维增强铺层在玻璃钢内结构层上一道缠绕而成。
2.如权利要求1所述连续碳纤维束作传感器的复合智能管，其特征在于所述的纤维增强铺层在缠绕前预成型为“Z”字形并输送至连续碳纤维束的表面及侧表面及玻璃钢内结构层上。
3.如权利要求1所述连续碳纤维束作传感器的复合智能管，其特征在于所述的纤维增强铺层厚度为1～8mm。
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