CN110936597B - 一种形状记忆补偿管及用于制作该补偿管的赋型模具 - Google Patents

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Abstract

一种形状记忆补偿管及用于制作该补偿管的赋型模具，属于工业传输管道修复技术领域。本发明解决了现有的修复破损管道时易受施工条件限制且无法完全修复的问题。初始状态下，补偿管的横截面为圆环形，且其外径不小于待修补破损管道的内径；变形状态下，补偿管的横截面为多瓣形，且其外径小于待修补破损管道的内径，该补偿管为基于形状记忆聚合物复合材料的补偿管。赋型模具包括赋型柱、压型杆以及定位座，赋型柱穿装在补偿管内且其横截面呈多瓣型，定位座的顶部开设有弧形通槽，补偿管水平放置在弧形通槽内，压型杆水平设置在补偿管的正上方，弧面的形状与赋型柱上两瓣之间的凹面形状相同。本发明用于修复工业传输管道的破损部位。

Description

一种形状记忆补偿管及用于制作该补偿管的赋型模具
技术领域
本发明涉及一种形状记忆补偿管及用于制作该补偿管的赋型模具，属于工业传输管道修复技术领域。
背景技术
在工业生产领域，高压气体液体管道、易燃易爆及有毒腐蚀性气体液体特种传输管道面临许多现实问题，即由于长时间传输腐蚀性气体及液体，同时受外界自然条件的作用，对传输管道产生很大的腐蚀，造成其局部结构的破损。过去常规的修复方法(切割、焊接、补焊等)受现场施工条件限制较大，且很多缺陷破损部位无法完全修复，因此急需一种能够克服现场条件限制及常规修复手段局限性的方法。
发明内容
本发明是为了解决现有的修复破损管道时易受施工条件限制且无法完全修复的问题，进而提供了一种形状记忆补偿管及用于制作该补偿管的赋型模具。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种形状记忆补偿管，初始状态下，补偿管的横截面为圆环形，且其外径不小于待修补破损管道的内径；变形状态下，补偿管的横截面为多瓣形，且其外径小于待修补破损管道的内径，该补偿管为基于形状记忆聚合物复合材料的补偿管，所述形状记忆聚合物复合材料的基体材料为环氧树脂，增强材料为碳纤维。
进一步地，变形状态下补偿管的瓣数为三瓣。
用于制作上述补偿管的赋型模具，它包括赋型柱、压型杆以及定位座，赋型柱穿装在补偿管内且其横截面呈多瓣型，定位座的顶部开设有弧形通槽，补偿管水平放置在弧形通槽内且沿弧形通槽长度方向设置，压型杆水平设置在补偿管的正上方且压型杆的顶面为平面，底面为弧面，所述弧面的形状与赋型柱上两瓣之间的凹面形状相同。
进一步地，赋型柱的一端固接有把手。
进一步地，赋型柱与补偿管之间为间隙配合。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
形状记忆复合材料具有较高的弹性模量和强度，其在回复过程中具有较好的稳定性和可靠性，变形回复力和形变率较大、回复率较高，密度较低且成本较小，同时，可以根据现场情况进行各种赋型，不会受到现场条件的限制，更重要的是能够达到工况运行的各种参数要求且修复不留盲点，最大程度上达到了修复的目的。
附图说明
图1为补偿管在Tg条件下回复到初始状态后对破损管道的修复贴合状态示意图；
图2为补偿管在Tg条件下经过外部约束赋型后的状态示意图；
图3为赋型模具的立体结构示意图(赋型柱横截面的瓣数为三瓣)；
图4为赋型模具的立体结构示意图(赋型柱横截面的瓣数为两瓣)；
图5为一次施压成型的模具立体结构示意图；
图6为外压整型模具的侧视示意图；
图7为形状记忆聚合物复合材料的记忆循环示意图，其中图(A)为原始状态、图(B)为升温至T≥Tg时施加外力的状态、图(C)为降温至T≤Tg时保持约束的状态、图(D)为变形状态(温度保持T≤Tg)、图(E)为升温至T≥Tg时变形回复的状态、图(F)为回复状态(温度保持T≤Tg)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～7说明本实施方式，一种形状记忆补偿管，初始状态下，补偿管1的横截面为圆环形，且其外径不小于待修补破损管道2的内径；变形状态下，补偿管1的横截面为多瓣形，且其外径小于待修补破损管道2的内径，该补偿管1为基于形状记忆聚合物复合材料的补偿管，所述形状记忆聚合物复合材料的基体材料为环氧树脂，增强材料为碳纤维。本申请中的初始状态下的形状记忆补偿管1是由形状记忆聚合物复合材料缠绕而成，其多瓣形的变形状态是通过赋型模具整型而成，环氧树脂的玻璃化转变温度为Tg＝80℃、Tg＝100℃、Tg＝120℃、Tg＝150℃或Tg＝170℃。该形状记忆聚合物复合材料补偿管1的加热方式包括：高压蒸汽、大功率加热器、薄膜型加热器或传输流体加热等。基体材料可以根据现场不同情况以及环境进行选择。
形状记忆聚合物是一种新型智能高分子材料，它能够根据外部刺激，如温度、浓度等，由变形状态下的临时形状恢复到未加载时的初始形状。该聚合物的力学循环过程可以简要的描述为四个过程：高温加载、保载降温、低温卸载、升温恢复。所述高温和所述低温分别指玻璃化转变结束以上的温度和玻璃化墨迹开始以下的温度。
形状记忆聚合物复合材料补偿管1初始状态为圆管，并且处于起劲状态，对补偿管1加热至Tg后同时施加外压约束，压制成赋型柱3的形状，此后不断降低补偿管1的温度至Tg以下，并保持一段时间，同时撤去约束使其赋型形状保持不变，此约束指代为压型杆4，其目的在于变形后的补偿管1的外径尺寸小于修复管道2的内径尺寸，能够使补偿管1顺利安装在待修复管道2上所需要修复的位置。补偿管1安装到指定位置后，对其进行加热升温至Tg，从而达到解锁使补偿管1逐步恢复到初始状态，形成对传输管道2损伤部位的完全无盲点贴合。
与形状记忆合金和陶瓷相比，具有变形量大、赋形容易、形状恢复温度便于调整、质轻耐用以及价格低廉等特点。本申请主要是基于形状记忆聚合物复合材料所特有的形状记忆功能。由于形状记忆聚合物补偿管1初始状态下其外径尺寸大于所需修复管道2的内径尺寸，因此补偿管1加热回复到初始状态时，补偿管1外壁和所需修复管道2内壁之间会实现360度全面贴合，不会留有间隙造成运输气体液体的泄漏。
该形状记忆聚合物复合材料补偿管1可以根据现场所需修复的传输管道2的尺寸以及工况运行情况制作不同尺寸的补偿管1并安装到指定需要修复的位置,通过外部激励发挥补偿管1所特有的形状记忆功能对损坏的位置进行精准修复，满足各种情况下的要求，由于该形状记忆聚合物具有较大的回复力，因此能够较好地回复到初始状态，同时由于该材料的阻尼作用使其回复时冲击力较小，对原有修复管道2不会造成损伤。
形状记忆复合材料具有较高的弹性模量和强度，其在回复过程中具有较好的稳定性和可靠性，变形回复力和形变率较大、回复率较高，密度较低且成本较小，同时，可以根据现场情况进行各种赋型，不会受到现场条件的限制，更重要的是能够达到工况运行的各种参数要求且修复不留盲点，最大程度上达到了修复的目的。
变形状态下补偿管1的瓣数至少为两瓣，优选为两瓣、三瓣或四瓣。
变形状态下补偿管1的瓣数为三瓣。以使变形状态下的补偿管1顺利的被送进要修补破损管道2内的破损部位。此瓣数的补偿管1即能满足顺利进入待修复管道2内的条件，同时回复效率更高，修复效果更好。
用于制作上述补偿管的赋型模具，它包括赋型柱3、压型杆4以及定位座5，赋型柱3穿装在补偿管1内且其横截面呈多瓣型，定位座5的顶部开设有弧形通槽9，补偿管1水平放置在弧形通槽9内且沿弧形通槽9长度方向设置，压型杆4水平设置在补偿管1的正上方且压型杆4的顶面为平面，底面为弧面8，所述弧面8的形状与赋型柱3上两瓣之间的凹面7形状相同。通过压力机的压力辅助实现对补偿管1的赋型，定位座5放置或固定在压力机的工作台上，压型杆4固接在压力机的压头上，将赋型柱3上每相临两瓣之间的凹面7朝上，利用定位座5实现对补偿管1的定位，通过压力机压头的施压，将压型杆4向所述凹面7下压完成一个凹面7处的压型，然后将压头升起，带动压型杆4远离补偿管1，此时转动赋型柱3并带动补偿管1转动，将赋型柱3上其余凹面7中的一个凹面7朝上，重复前述操作进行对该凹面7处的补偿管1的压型。赋型完毕后，将赋型柱3抽离补偿管1，该补偿管1赋型完毕。定位座5上的通槽为弧形，能够有效防止压型过程中除压型处以外的其它部位的变形。
当赋型柱3的瓣数为两瓣时，赋型模具还可以设计为一次施压成型的模具(如图5所示)，具体为：赋型模具包括赋型柱3、上下对称设置的两个压型杆4以及若干定位件13，赋型柱3穿装在补偿管1内且其横截面呈两瓣型，补偿管1设置在两个压型杆4之间，其中一个压型杆4固接在压力机的压头上，另一个压型杆4固定在压力机的工作台上，将赋型柱3上两个凹面7分别朝向两个压型杆4，定位件13为U型板，U型板的开口端朝上且两个侧壁分别位于压型杆的两侧，补偿管1通过若干并排设置的定位件实现定位，通过控制压力机实现对补偿管1的赋型，以使补偿管1一次成型。
本申请中的补偿管1是由形状记忆聚合物复合材料丝按照一定的角度在缠绕模具(即圆柱体)上缠绕而成，缠绕至所需要求的厚度后，因缠绕后的补偿管1外圆面凹凸不平，所以采用外压整型模具如图6所示整型固化，所述外压整型模具为管状模具，它包括扣合为一体的上半瓦11和下半瓦12，上半瓦11和下半瓦12均扣压在缠绕模具10上补偿管1的外部，并在对接处固接，外压整型模具的内径为初始状态下补偿管1的外径，从而实现对补偿管1在初始状态下的整型。
赋型柱3的一端固接有把手6。通过把手6实现赋型柱3的转动及在补偿管1内的移动。
赋型柱3与补偿管1之间为间隙配合。便于赋型时以及赋型后，赋型柱3能够顺利的从补偿管1中移出。

Claims (4)

1.用于制作补偿管的赋型模具，其特征在于：所述补偿管在初始状态下，横截面为圆环形，且其外径不小于待修补破损管道（2）的内径；所述补偿管在变形状态下，横截面为多瓣形，且其外径小于待修补破损管道（2）的内径，该补偿管（1）为基于形状记忆聚合物复合材料的补偿管，所述形状记忆聚合物复合材料的基体材料为环氧树脂，增强材料为碳纤维；
所述赋型模具包括赋型柱（3）、压型杆（4）以及定位座（5），赋型柱（3）穿装在补偿管（1）内且其横截面呈多瓣型，定位座（5）的顶部开设有弧形通槽（9），补偿管（1）水平放置在弧形通槽（9）内且沿弧形通槽（9）长度方向设置，压型杆（4）水平设置在补偿管（1）的正上方且压型杆（4）的顶面为平面，底面为弧面（8），所述弧面（8）的形状与赋型柱（3）上两瓣之间的凹面（7）形状相同；
通过压力机的压力辅助实现对补偿管（1）的赋型，定位座（5）放置或固定在压力机的工作台上，压型杆（4）固接在压力机的压头上，将赋型柱（3）上每相临两瓣之间的凹面（7）朝上，利用定位座（5）实现对补偿管（1）的定位，通过压力机压头的施压，将压型杆（4）向所述凹面（7）下压完成一个凹面（7）处的压型，然后将压头升起，带动压型杆（4）远离补偿管（1），此时转动赋型柱（3）并带动补偿管（1）转动，将赋型柱（3）上其余凹面（7）中的一个凹面（7）朝上，重复前述操作进行对该凹面（7）处的补偿管（1）的压型。
2.根据权利要求1所述的赋型模具，其特征在于：变形状态下补偿管（1）的瓣数为三瓣。
3.根据权利要求1所述的赋型模具，其特征在于：赋型柱（3）的一端固接有把手（6）。
4.根据权利要求1所述的赋型模具，其特征在于：赋型柱（3）与补偿管（1）之间为间隙配合。
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