CN109952461A - 带有整合的传感材料的柔性管线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有壁(3)的柔性管线(1)，其中所述壁具有整合的传感材料(17,23,25,29,39)，其具有随所述管线的待确定的操作参数而变化的材料特性。

Description

带有整合的传感材料的柔性管线

发明领域

本发明涉及一种带有整合的传感材料的柔性管线。

技术背景

管线常常被用于需要柔性连接输送固体或液体或气体介质的场合。管线的选择通常取决于预期用途的特定要求，从而需要考虑管线的多种能性，比如直径，最小弯曲半径，压力载荷和耐温性能。

在许多情况下，管线被用于操作设备，而这些设备的操作者必须采用费劲的措施来定位测量探针以监测与安全相关的操作参数，以便他们可以例如分析或监控介质的体积流量。为此，通常必须费力地重建设备周边的部分，以便将探针安置到所需位置。然而，以这种方式，对于管线本身状态的确定是不可能的，或者程度上非常有限。

原则上，可能需要对整个操作对设备而不仅仅是在设备的周边选点进行运行和功能参数的监测，而且还要包括其中管线的运行参数，最好是进行实时监控。这样，例如，就可以保证产品质量的一致性，并且可以防止对操作过程的干扰，从而，所述干扰的原因，例如管材应力过大，就可被快速识别和补救。通过这种方式，可以提高管线的使用寿命和可靠性能，尽量减少管线故障，保护劳动力，并且保证高质量、生产可靠性和成本效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性管线，其允许以简单的方式监控管线的操作和功能参数。举例来说，待监测的参数包括但不限于管壁和/或接触区中介质的温度，作用在管壁上的正压或负压，管线的弯曲半径，管线内径的收缩，管线的振动，管线的伸长或压缩，管壁的完整性以及材料的老化程度。

所述目的是通过权利要求1所述的柔性柔性管线来实现。根据本发明的管线的实施方式在从属权利要求中公开。

因此，本发明涉及一种带有壁的柔性管线，其中所述壁具有整合的传感材料，其具有随所述管线的待确定的操作参数而变化的材料特性。

在本申请的含义内，术语“柔性管线”是指可弯曲管线本身以及管线接头及它们的部件。所述柔性管线通常采用细长的圆柱形空心体的形式。在其一端或两端，管线接头可选地具有管线接头或管线接头部分，即所谓的配件，由此，柔性管线可以连接到例如另一管线或其他单元，比如固定的管道系统或设备单元的其他部分。

在本发明的一种优选实施方式中，所述管线的壁是由热塑性塑料制成。示例而非限制性地说，这种热塑性弹性体是基于氨基甲酸酯(TPU)，即聚氨酯(PU)，例如聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯)，聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE)，以及热塑性硫化橡胶(TPV)，例如山都平。其他合适的材料特别是热塑性弹性体，例如：

-TPA(热塑性共聚酰胺)，

-TPC(热塑性聚酯弹性体/热塑性共聚酯)，

-TPO(基于烯烃的热塑性弹性体)，例如PP/EPDM

-TPS(苯乙烯嵌段共聚物，例如SBS，SEBS，SEPS，SEEPS和MBS)。

这种热塑性管线的方式生产可以为，例如，热塑性材料被直接挤压成所需管线的形状。或者，热塑性材料可以是例如通过挤压的方式转变成材料带的形式，比如挤压的成型缘件或膜带，然后其被螺旋形缠绕并且其中相邻螺旋缠绕的纵向边缘部分或材料带的相对边缘区域彼此重叠地连接。此外，管壁还可以包括多层或叠的热塑性材料，其彼此叠置，例如成为多个膜层的形式(“三明治结构”)。

在本发明的另一优选实施方式中，所述管线的壁包含织物。所述织物的材料优选选自下述群组:玻璃纤维，纺织纤维，矿物纤维，芳纶纤维，诸如不锈钢(如不锈钢1.4301)的金属织物，诸如聚酰胺和/或聚酯纤维的塑料纤维，及其组合。所述织物可以是未涂覆的或涂有塑料，特别是上面提到的热塑性材料或弹性体，例如氯丁橡胶(Neoprene)，海帕伦(Hypalon)和氟橡胶(Viton)。或者，也可以使用带有相应膜的织物的层压。这种织物管线的方式生产可以为例如通过夹压、缝合、焊接或硫化方法将一个或多个涂覆或未涂覆的织物带连接形成所需的管线。

根据另一实施方式，本发明的管线的壁，例如热塑性管线或织物管线的壁，具有加强元件，例如螺旋形延伸的加强盘圈。在这种实施方式中，本发明的管线因此构成所谓的螺旋管线。在这种管线的情况下，所述加强元件可以完全嵌入管壁中，从而通过管壁将其与管线内部和管线外部隔开。所述加强元件也可以仅部分地嵌入管壁中，并且部分的加强元件朝管线内部或管线外部露出。因此，例如加强元件可以布置在管壁的外表面上。

这种具有螺旋形延伸的加强盘圈的管线能够如此制作，从而其上固定有加强盘圈的材料带以螺旋形式缠绕。材料带优选包括一种或多种上述热塑性材料。已知的方法为，挤出为成型缘件的材料带围绕制作芯轴或类似器物缠绕，而已经缠绕在制作芯轴上的带材部分被轴向拉出，结果带材被螺旋缠绕。刚刚碰到制作芯轴的带材部分的边缘区域连接到已经缠绕芯轴一次的带材部分的边缘区域。以这种方式，可以形成带有螺旋形延伸的加强元件的管线。相邻盘圈的纵向边缘部分或材料带的相对边缘区域可以以重叠方式彼此连接。除了挤压成型缘件之外，膜带也可用作材料带，其中膜带以相邻边缘区域重叠的方式缠绕。重叠的边缘区域优选地通过熔接彼此连接。

根据本发明，所述管线的壁具有整合的传感材料。特别地，传感材料可以完全或部分地嵌入管壁中。或者，它可以在管线的内侧和/或外侧上以涂层的形式布置，或者以管壁部件(例如加强元件)的涂层的形式布置。传感材料也可以均匀地布置于整个或仅仅部分的管壁，例如材料带。

所述传感材料具有至少一种材料特性，其可根据待确定的管线的至少一种操作参数而变化。在本申请中“操作参数”是指管线的状态变量，其尤其选自下述群组：管壁的温度，例如管壁内部的温度或管壁内表面的温度，从而可以推断出位于管线中的介质的温度；作用在管壁上的正压或负压；管壁的完整性；管线的弯曲半径；管线的伸长或压缩；管线所经受的振动；以及管壁材料的老化程度。所形成的传感材料能够适合于确定至少一种操作参数。

由此，本发明的管线具有很大的优点，从而，由于包含在管壁中的传感材料，管线的一个或多个期望的操作参数就可以以简单的方式直接确定而无需使用外部测量探头。

所述传感材料优选为至少一种添加物和/或至少一种变换器的形式。

根据本发明的第一方面，所述传感材料是至少一种添加物的形式。

在该方面的一种优选实施方式中，所述添加物选自下述群组：热致变色添加物，压致变色添加物，压电添加物，光致变色添加物和它们的混合物。

在本发明的一种实施方式中，管线的壁包含热致变色添加物。术语“热致变色添加物”是指当温度变化时会导致其产生的颜色印象发生改变的添加物，尤其是颜料。所述颜色的改变可以包括通过改变例如光被添加物吸收或反射的波长范围导致视觉上可感知颜色的改变，或者包括色度(即颜色强度)的明显减少或增加。

在本发明的情况下，在热致变色添加物的情况下的颜色变化可以在特定温度范围连续进行，或者在特定转变温度或非常窄的温度范围内作为明显的颜色变化进行。在一种优选的实施方式中，选择那些具有在各自预期用途中待检测的温度范围内的转变温度的热致变色添加物。例如，取决于管线的使用领域，转变温度可以在-30℃至+150℃之间，例如-30℃至+150℃以及例如约-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，70℃或80℃。

所述热致变色添加物的特征可以在于不可逆的热致变色性，即由加热引起的颜色变化在冷却至转变点以下的温度后仍然保持，或者在于可逆的热致变色性，即在加热引起的颜色变化之后，添加物能够当冷却到低于其转变温度的温度时再次变成原始颜色。

在另一种实施方式中，所述热致变色添加物可具有所谓的“记忆效应”，即温度升高期间的变色温度不同于冷却过程中的变色温度。通过施加取决于温度的颜色强度，在这种情况下可以观察到滞后现象。因此，即使在另一个温度变化之后，也可以检测温度何时超过或低于该水平。

例如，根据本发明提供的是，在特定温度效应的情况下，所述热致变色添加物永久地或可逆地改变颜色，并且因此超过规定的操作温度的情形能够被可视觉地识别。

所述热致变色添加物优选为有机或无机添加物。

在本发明的一种优选实施方式中，有机热致变色添加物包含(a)释放电子的有色化合物，(b)电子受体，(c)确定组分(a)与组分(b)发生变色反应时的温度的反应介质，并且任选地，(d)颜色变化温度调节剂。具有这种类型组合物的可逆热致变色颜料的实例描述于例如US 5,919,404，US 6,494,950和EP 1323540。具有这种类型组合物的“记忆效应”的热致变色颜料的实例可在US 2016/0130455A1，US 6,494,950和US 2013/0210622 A1中找到。

所述释放电子的有色有机化合物(a)可以选自现有技术中已知的许多常规化合物，例如，衍生自二苯基甲烷苯酞，苯基吲哚基苯酞，吲哚基苯酞，二苯基甲烷氮杂萘，苯基吲哚基酞，呋喃，苯乙烯基喹啉，二氮杂多胺内酯，以及吡啶，喹唑啉和双喹唑啉的化合物。

所述电子受体(b)可以选自下述群组：具有至少一种活性质子的化合物，假酸化合物(在组合物中不是酸但起酸的作用的化合物，以引起组分(a)的颜色演变，以及具有电子空穴的化合物以及式I的没食子酸酯类或烷氧基酚类。

在可逆热致变色添加物的情况下，应选择反应介质(c)以使其允许可逆的电子给体/受体反应。在具有显著滞后效应的具有“记忆效应”的反应情况下，可以使用特殊的反应介质。因此，在此公开的本发明的情况下，可以使用包括US 2016/0130455A1中描述的式(II)的酯类

或者可以使用US 2013/0210622A1中描述的式III的酯类。

组分(d)可选自一种或多种的高熔点酯，醇，酮，酰胺和烃。所述变色温度调节剂(d)优选为脂族酯，脂族酮，脂族醇，脂族酰胺或饱和脂肪酸。

通过混合组分(a)，(b)，(c)和可选的(d)，得到热致变色组合物，其适合作为用于根据本发明的管线的热致变色添加物。所述组分的比例可以根据所需的颜色密度，颜色变化温度和颜色变化行为而变化。

此外，在本发明的情况下，也可以使用含有隐色染料的热致变色添加物。此处可能的隐色染料是衍生自螺甾内酯，荧烷，螺吡喃和俘精酸酐的染料。其中，诸如双酚A，对羟基苯甲酸酯，1,2,3-三唑衍生物和4-羟基香豆素的酸可用作质子供体。

此外，在本发明的情况下，也可以使用基于液晶的热致变色颜料，例如联苯或胆固醇衍生物。

在本发明的另一种优选实施方式中，所述热致变色添加物包括无机热致变色颜料。

可以在本发明的情况下使用的具有连续颜色变化的无机热变色颜料的实例包括ZnO或TiO₂。

具有特定转变温度的无机热致变色颜料的实例包括含有络合阴离子[CuCl₄]^2-的铜(II)化合物。这类化合物的一个例子是双(二乙基铵)四氯铜酸盐(II)，[(C₂H₅)₂NH₂]₂[CuCl₄]，其在43℃呈现从绿色到黄色的颜色变化。

所述无机热致变色颜料的其他实例包括HgI₂,AgI,Ag₂HgI₄,CdS,CdSe和Cu₂HgI₄。

在本发明的另一种实施方式中，管线的壁包括光致变色添加物。术语“光致变色添加物(photochromic additive)”在此表示一种添加物，尤其是颜料，其在用UV光照射时通过可逆地或不可逆地改变例如光被添加物吸收或反射的波长范围，改变它们产生的颜色效果。例如，本发明提供了，在特定的光入射量之后，光致变色添加物永久地改变颜色，因此当超过规定的管线操作或使用时间时，它变得在视觉上可识别。因此可以确定管壁的老化程度。此外，还可以使用光致变色添加物通过它们的颜色变化以保护管线免受或延缓UV老化。

根据管线的所需使用领域，所述光致变色添加物可包含有机和/或无机光致变色颜料。

适用的光致变色添加物的实例包括衍生自偶氮苯、亚水杨基苯胺和俘精酸酐的化合物。适用的光致变色添加物的其它实例包括衍生自螺环化合物的化合物，例如，来自诸如螺吲哚啉苯并吡喃(spiroindolinebenzopyran)的螺吡喃(spiropyrans)，或诸如螺二氢吲哚萘并恶嗪(spiroindoline naphthoxazine)和螺二氢吲哚吡啶并苯并恶嗪(spiroindoline pyridobenzoxazine)的螺恶嗪(spirooxazines)。在另一种实施方式中，所述光致变色添加物包括丙烯酸或甲基丙烯酸与多元醇的酯化产物，例如WO 89/05464所述的二醇、三醇或四羧酸。或者，可以使用光致变色颜料，如US 2005/0066453A1中所述的。

在本发明的另一优选实施方式中，管线的壁包括压致变色添加物。术语“压致变色添加物(piezochromic additive)”在此表示一种添加物，尤其是颜料，其由于在例如机械压力作用导致的空间范围的变化，通过光被添加物吸收或反射的波长范围变化，改变由它们产生的颜色效果。取决于管线所需的用途，所述颜色变化可以在宽的压力范围内或在特定的过渡压力下或在非常窄的压力范围内连续进行。在一种优选的实施方式中，选择压致变色添加物使得其转变压力位于待检测的压力范围内或待检测的机械负荷的范围内。例如，所述压致变色添加物的转变压力为<0.3bar,<0.4bar,<0.5bar,<1bar,<2bar,<5bar或<10bar。例如，本发明提供了，在特定压力效应的情况下，压致变色添加物永久地改变颜色，因此当超出管线的设定弯曲半径、管线的设定伸长或压缩、管线的设定工作压力时，它变得在视觉上可识别。

在本发明的情况下，所述压致变色添加物可以是无机或有机压致变色颜料。合适的压致变色添加物的实例包括无机单晶，例如结晶盐，比如LiF或NaCl。另一个例子是无机盐CuMoO4，其在2.5kBar的压力下呈现从绿色到红色的颜色变化。

在需要较低压力下改变颜色的实施方式中，有机聚合物材料一般优选地被用作压致变色颜料。

有机压致变色添加物的一种实例是聚(3-十二烷基噻吩)，其当压力从标准压力变为8kBar时，表现出红移吸收偏移。当压力从标准压力上升至10.71GPa时，聚[3-(1-十二烷基)噻吩-2,5-二基]也表现出吸收的红移。

适用压致变色添加物的实例还包括聚(3-十二烷基噻吩)，聚[3-(1-十二烷基)噻吩-2,5-二基]以及压致变色添加物，如WO 2005/092995中所述，其中使用由离子变色物质和显影剂组成的压致变色体系，其中形成电子给体系统。pH敏感性染料或隐色染料，例如，苯并吡啶衍生物，或咪唑、吡咯、二蒽酮、亚蒽基蒽酮、二蒽或二蒽酮的衍生物，可用作离子变色物质。

适用压致变色添加物的其他实例被描述于DE 10 2009 035 363 A1。或者，胆固醇油基碳酸酯、胆甾醇氯化物和胆甾醇基壬酸酯的混合物可用作压致变色添加物，其中，在优选的实施方式中，这三种化合物以13.9:32.9:53.2的重量百分比使用。

在本发明的另一优选实施方式中，管线的壁包括压电添加物。本文中的术语“压电添加物(piezoelectric additive)”是指一种添加物，特别是颜料，其中弹性变形，例如由于压力或机械负载，导致电极化作用的变化，从而导致在添加物固体上出现电压。例如，根据本发明提供的是，在特定压力或温度效应的情况下，压电添加物永久地或可逆地改变其电性能，因此当超出管线的设定弯曲半径、管线的设定伸长或压缩、管线的设定工作压力时，它变得在视觉上可识别。以这种方式，管线的振动也可以被识别。

在本发明的情况下，所述压电添加物可以是无机或有机添加物。

在优选的实施方式中，所述压电添加物是压电晶体，例如石英、铌酸锂、柏林石、电气石矿物或酒石酸钾钠。

合适的压电添加物的其他实例包括压电合成陶瓷材料，例如(改性的)锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BTO)或铌酸铅镁(PMN)，或其他压电材料，例如聚偏二氟乙烯(PVdF)。

在另一种优选的实施方式中，所述压电添加物可以是压电复合材料，其中强压电材料的颗粒在结构材料的基质中保持在一起。或者，还可使用压电薄膜由，例如氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)。

上述热致变色、光致变色、压致变色或压电添加物优选在挤出过程之前或期间以母料的形式加入到塑料组合物中。因此，所述添加物可以以简单的方式均匀地引入塑料中，该塑料随后形成管线的壁或管壁的所需部分，例如，管线内部或外部的涂层，增强元件的涂层或织物的涂层，或管线连接的所需部分，例如装配件。

在优选的实施方式中，所述热致变色、光致变色、压致变色或压电添加物以微胶囊形式存在。对于微胶囊化作用，可以使用现有技术中已知的常规技术。这样的实例包括界面聚合，原位聚合，液体中硬化涂层，从水溶液的相分离，从有机溶剂的相分离，熔融分散冷却，空气悬浮涂层和喷雾干燥。在本发明意义上使用微胶囊化之前，表面可以涂覆有另外的树脂膜，从而增加耐久性或改变表面性质，从而改善与管壁的塑料的相容性以及添加物的引入。

在一种实施方式中，所述添加物还可另外含有光稳定剂，以防止添加物组合物的光降解，从而增加本发明的管线的寿命。所述光稳定剂的实例包括抑制氧化反应的化合物，例如，紫外线吸收剂和抗氧化剂。所述光稳定剂也可以与添加物一起被微胶囊化。

在另一种实施方式中，所述添加物还可被包裹，即被一种或多种无机或有机包衣包围。外壳可包含例如氧化硅，氧化铝，氧化锡，氧化钛，磷酸铝，磷酸锌铝，有机聚硅氧烷，氮化硅，碳化硅和/或氮化铝。

根据本发明所述管线的特别优选的实施方式，所述壁(3)具有至少一个包含热塑性材料的层，其中一个或多个上述添加物包含在所述热塑性材料之中。

所述层可以是，例如，管壁的内表面的涂层，比如由挤压成型缘件构成的螺旋管线衬里，例如DE 10 2006 019 562中所述。所述添加物在管线表面的涂层中的布置呈现朝向管线内部，这具有管壁操作参数方面的优点，例如，温度可以在管壁和管线中包含的介质之间的接触区域直接确定。

在所述添加物包含变色添加物即热致变色、光致变色或压致变色添加物的情况下，管壁本身优选地形成为透明的，这样颜色变化也可从外部察觉。

在另一种实施方式中，所述添加物包含在管壁的外表面的涂层中。这种涂层的实例包括保护涂层或所谓的磨损保护，即从外部施加的涂层或从外部安装的塑料型材，其保护管线免受外表面的磨损或刮擦。这种实施方式的优点是热致变色、光致变色和压致变色添加物的颜色变化特别能被察觉。

在本申请含义内，所述管壁的层还包括壁本身。因此，在另一种实施方式中，所述添加物可以包含在上述热塑性螺旋或光滑管线的壁中。例如，所述添加物优选均匀地包含在上述热塑性管线的挤出成型边缘中。在管壁具有多个层的情况下，例如，根据上述“夹层结构”构造的管线，一个或多个的层可含有添加物。

根据本发明的另一优选实施方式，管线的壁具有加强元件，特别是螺旋形延伸的加强盘圈，其中加强元件具有涂层，特别是由热塑性材料制成的涂层，并且添加物是包含在增强元件的涂层中。在该实施方式中，一般由金属线或塑料构成的加强元件，例如加强盘圈，在分开的步骤中或在整合到最终管线的生产步骤中涂覆有添加物，例如通过在线或共挤过程。该实施方式的优点尤其在于避免了添加物对实际管壁的热塑性材料的可挤出性或可焊性的可能的负面影响。这适用于嵌入的即内部的加强元件以及适用于外部的例如焊接的增强元件。

根据本发明的另一优选实施方式，管壁具有涂层织物，其中添加物包含在织物的涂层中。例如，有意义的是形成用于高温应用的织物管线，其具有包含热致变色添加物的涂层，以便因此确定何时高温介质超过预定温度范围。

根据本发明，并非整个管壁都需要具有传感材料，例如添加物。而是还可以将配备有添加物的织物或薄膜条带施加到管壁上。该应用的条带也能够保证在本文开始时描述的操作参数的监视。

根据本发明的第二方面，所述传感材料被制作为变换器。

在一种优选实施方式中，所述变换器选自下述群组：电导体，光纤，应变片及其组合。

在本申请的含义内，术语“电导体”是指一种元件，特别是金属导体，具有良好导电性，其对机械强度尤其是抗弯性和抗拉强度没有实质性贡献。与通常用于螺旋管线的增强盘圈不同，电导体因此特别地对管线的顶部压缩强度没有实质贡献，即通过在管线顶点处施加的外部负载对管线的压缩的抵抗力。因此，管线的顶部抗压强度，由于管壁中或之上存在电导体，优选地不会或只是非常轻微地增加。

在一种优选的实施方式中，所述电导体制作为具有的增强系数小于10，优选小于5或2，尤其小于1.5或1.2。具有电导体的管线的弯曲力与没有电导体的相应管线的弯曲力的商被称为加强因子。为了测定，将待测电导体螺旋地，即盘旋地引入由热塑性聚氨酯(特别是硬度为80Shore A的聚酯聚氨酯)组成的管线中，根据DIN 26057，壁厚为1.4mm，其中，除了电导体之外，所述管线不包括诸如加强盘圈的加强元件。然后根据DIN 26057确定该第一管线的弯曲力，并且与根据DIN 26057的第二管线的弯曲力相关联，所述第二管线与第一管线的不同之处仅在于其不包含电导体。

所述电导体的直径，例如金属线的直径，优选小于1mm，尤其优选小于0.8，0.7，0.6，0.5，0.3或0.1mm。

所述电导体的电性能，例如电导率，取决于包括电导体的长度和直径，结果是这些变量的变化，例如，由于管线的加热引起的热长度变化或者由于管线的伸长引起的机械长度变化，会导致电导率的可测量的变化。例如，根据本发明，在压力或温度影响的情况下，电导体改变其导电性，并且因此管线的操作温度或操作压力的变化基于电性能的变化是能被察觉的。借助于根据本发明使用的电导体，管线的完整性也可以被确定，由于基于导电率的显著变化而能够察觉到例如管线的损坏以及因此导致电导体的断裂。

在一种特别优选的实施方式中，所述电导体是所谓的热电偶，即由不同材料制成的一对金属导体，它们在一端连接。由于所谓的热电效应，即通过确定在自由端发生的电压，可以确定连接端的温度。

在本申请含义内，术语“光纤(optical fibre)”是指用于光传输的导材，例如纤光缆。根据管线的使用领域，光纤可以具有几微米到几毫米的直径。光纤的光学特性尤其取决于其长度和直径，结果是这些变量的变化，例如，由于管线的加热引起的热长度变化或者由于管线的伸长引起的机械长度变化，会导致电导率的可测量的变化。例如，根据本发明，在压力或温度影响的情况下，电导体改变其导电性，并且因此管线的操作温度或操作压力的变化基于电性能的变化是能被察觉的。借助于根据本发明使用的光纤，管线的完整性也可以被确定，由于基于导电率的显著变化而能够察觉到例如管线的损坏以及因此导致电导体的断裂。

在一种特别优选的实施方式中，所述光纤是纤光传感器，特别是内在纤光传感器，例如纤光压力传感器，其中压力引起的弯曲损耗导致玻璃纤维中的透射率变化，或者纤光温度传感器，其用于由于玻璃纤维中的温度依赖性拉曼散射而进行的空间分辨温度测量。

在一种优选实施方式中，电导体和/或光纤沿着管线的轴向延伸。特别优选地，电导体和/或光纤平行于管线轴线或成螺旋形旋绕管线轴线延伸。特别地，所述壁优选地包括热塑性材料，并且电导体和/或光纤嵌入热塑性材料之中。最后提到的实施方式的优点在于，可以特别简单地提供这种管线，其中塑料熔体被供给到挤出头中以形成挤出的材料网，以及电导体和/或光纤，当材料网挤出时，连接到材料网上。如果管线具有加强盘圈，则电导体和/或光纤优选地在距加强元件限定的距离处引入到材料带中。

根据一种替代实施方式，所述管壁具有织物，并且电导体和/或光纤被缝合到所述织物中。该实施方式也可以通过典型的编织工艺简单有效地实现。

如果所述电导体被用作变换器，则优选的是，管壁具有织物并且电导体形成为线状，例如，作为导电织线，缝合在墙壁上或施加在墙壁上的载体材料上。在该实施方式中，所述电导体的螺纹直径优选为从几微米到十分之几毫米，例如，为10μm至0.5mm或优选为50μm至0.3mm。例如，电导体的环型布置适合作为缝合样式。根据一种实施方式，所述缝合的传感材料布置在管线的内侧。

在缝合的传感材料的情况下，所述电导体的电特性，例如导电性，不仅取决于其长度和直径，还取决于其在缝合样式中的相对排列，结果是缝合样式的变化，例如，由于管线的加热引起的热长度变化或者由于伸长，压力或振动引起的机械长度变化，会导致电导率的可测量的变化。因此，在压力或温度效应的情况下，缝合的传感材料可能改变其导电性，并且因此管线的操作温度或操作压力的变化基于电性能的变化是能被察觉的。

根据另一实施方式，应变片附接到管壁。所述应变片可以优选地通过缝合、胶合或其他连接技术连接到管壁或管线接头或其配件。

应变片在现有技术中是已知的并且构成用于记录伸长和压缩变形的装置。在较小变形的情况下，它们已经改变了其电阻，结果是可以使用电阻的大小来推断由于管线内部受压或者由于管线的伸长或压缩而产生的管线变形。

而在柔性管线的情况下，其含有变色添加物，例如热致变色、光致变色或压致变色添加物作为传感材料，操作参数已经可以纯光学地确定，具有变换器或作为传感材料的电反应功能添加物的管线优选地具有连接器和用于评估例如电信号或光信号的周边部位。

在一种特别优选的实施方式中，本发明的柔性管线因此还包括用于记录表示传感材料的材料特性的测量数据的装置，以及可选地，用于将测量数据传输到数据处理装置的装置。

因此，用于记录表示传感材料的材料特性的测量数据的装置优选地适合于记录传感材料的电学或光学性能。例如，所述用于记录表示传感材料的材料特性的测量数据的装置构成电欧姆表或连续性测试器，其导电连接于传感材料，例如，包含压电添加物的管壁层，或电导体或应变片。

由所述装置记录的测量数据可以直接在所述装置上指示，因此可以直接在管线上，例如通过显示器指示。还可以通过电缆或无线地将测量数据发送到存储设备或数据处理设备。

在优选实施方式中，根据本发明的管线因此还具有存储装置和/或用于将测量数据传输到数据处理装置的装置。

在一种实施方式中，用于清楚识别管线的标识被存储在存储设备中，其中用于记录表示传感材料和存储设备的材料特性的测量数据的设备连接到数据传输设备以进行数据通信，其中，结果是可以通过数据传输设备询问标识。特别地，优选地，用于记录表示传感材料的材料特性的测量数据的装置被设置为存储表示管线的操作历史的数据，包括操作时间和操作参数的测量数据，或者在存储设备中由此导出的操作变量。

此外，用于记录表示传感材料的材料特性的测量数据的装置优选地被设置为，通过数据传输装置周期性地自动发送测量数据和从存储装置检索的标识，或者通过数据传输装置回应对于数据传输设备的外部询问信号。

在优选实施方式中，所述存储装置是所谓的RFID芯片，其整合在管壁中或配件中。

根据本发明的上述管线的一个很大的优点是，使用者可以容易地将所公开的用于监控管线的操作参数的系统与用于控制管线的输送特性的现有系统相结合，从而使得构造该系统和获得其他电子元件的开支尽量减少。

在一种实施方式中，根据本发明的管线具有两种或多种上述传感材料的组合，例如两种或多种添加物的组合，比热变色添加物和压电添加物的组合，两种或多种变换器的组合，比如光纤和电导体的组合，或者一种或多种添加物与一种或多种变换器的组合。

如上所示，上述传感材料非常适合于确定管线的操作参数。因此，本发明还涉及整合在管壁中的传感材料的使用，所述传感材料具有随待确定的管线的操作参数而变化的材料特性，用于监控管线路的操作参数。因此，本发明还涉及本发明所述的柔性管线用于确定和监控管线的操作参数的用途。

此外，本发明还涉及一种用于制造根据本发明的管线的方法，其中所述传感材料是在柔性管线的制作之前、期间或之后被带入管壁之中或之上。根据本发明的制造方法的优选方面公开于上述有关优选传感材料的描述中。

附图说明

在下文中，只是参考优选实施方式和附图对本发明进行更详细的说明，包括：

图1：根据本发明第一实施方式的管线的剖视图；

图2：根据本发明第二实施方式的管线的顶视图；

图3：根据本发明第三实施方式的管线的顶视图；和

图4：根据本发明第四实施方式的管线的顶视图。

实施方式

图1示出了一截管线1或软管，其具有管线内部5周围的管壁3。管壁3具有螺旋形延伸的材料带7，其螺旋缠绕于由透明热塑性材料制成的挤压成型边缘，其中材料带的相邻部分彼此连接，在边缘区域9重叠。呈螺旋线形式的加强元件11，其也在管线方向或管线1的纵向方向上螺旋形延伸，嵌入在材料网7中。

增强元件11具有涂层13，其中包含热致变色添加物，其在高达80℃的温度下是透明的并且在高于80℃的温度下自发地改变其颜色。以这种方式，操作者可以快速、经济有效且可靠地识别管线1的壁3的温度何时超过80℃的临界值。涂层13的形成是通过首先用加热致变色添加物涂覆加强元件11的螺旋线，然后将其用薄层透明塑料覆盖。随后，被涂覆的螺旋丝输送给用于生产螺旋管线的标准制造工艺方法。添加物仅包含在增强元件11的涂层中并且材料带7不含热致变色添加物的情况，不会使焊接和/或胶合过程受到负面影响，从而提供在相邻材料带7在边缘区域9中的连接的质量和可靠性方面的进一步优点。

管壁3在朝向管线内部5的表面上还具有嵌有多种添加物颗粒17的涂层15。在该实施方式中，添加物颗粒17也构成热致变色添加物，从而，由其可以在接触区域中监测管壁3的温度，其中介质处于管线内部5。添加物颗粒17的颜色变化的类型优选地区别于涂层13中包含的添加物的颜色变化。无论如何，仅仅由于这个原因，管壁3的内表面上的温度的超过情形也可以区别于在增强元件11的区域的温度的超过情形，由于添加物颗粒17引起的颜色变化基本上在涂层15的大面积上而不仅仅是在加强元件11的区域中被观察到。

图2示出了根据本发明的管线1的第二实施方式的顶视图。在该实施方式中，管壁3具有织物19，其通过交织塑料纱线21而形成。塑料纱线21具有由包含热致变色添加物的热塑性材料形成的涂层。因此，通过选择合适的热致变色添加物，能够以简单的方式保证检测到超过管线1设定最大操作温度的状况。

图3还示出了管线1，其中壁3由织物19形成。在该实施方式中，通过电导体23和具有纱线21的光纤25的交织，电导体23和光纤25被编织到织物19中。电导体23和光纤25都沿管线的轴向27延伸。

图4还示出了管线1，其中壁3由织物19形成。在该实施方式中，应变片29固定到织物19上。应变片29的连接器31连接到用于记录应变片29的导电性的装置33。另外，管线1具有用于将测量数据传输到数据处理装置(图5中未示出)的装置35。装置33和装置35都连接到管线1上，从而使用者不需要任何外部辅助件，而管线1允许有效且简单地监控管线的操作参数。

图5示出了管线1，其中壁3由织物19形成，在其外部施加载体材料37，其上缝合电导体39。在压力或温度影响的情况下，缝合的传感材料39改变其导电性，从而，借助于用于记录电导率的装置33和用于将测量数据传输到数据处理装置的装置35，管线的工作温度或工作压力的变化就可被识别。

Claims (15)

1.一种带有壁(3)的柔性管线(1)，其中所述壁(3)具有整合的传感材料(17,23,25,29,39)，其具有随所述管线(1)的待确定的操作参数而变化的材料特性。

2.根据权利要求1所述的柔性管线(1)，其中所述整合的传感材料为至少一种添加物(17)和/或至少一种变换器(23，25，29，39)的形式。

3.根据权利要求2所述的柔性管线(1)，其中所述添加物(17)选自下述群组：热致变色添加物，压致变色添加物，压电添加物，光致变色添加物和它们的混合物。

4.根据权利要求2或3所述的柔性管线(1)，其中所述壁(3)具有至少一个包含热塑性材料的层(15)，并且所述添加物(17)被包含在所述热塑性材料之中。

5.根据权利要求2或3所述的柔性管线(1)，其中所述壁(3)具有螺旋形延伸的带有涂层(13)的加强元件(11)，并且所述添加物被包含在所述加强元件(11)的所述涂层(13)之中。

6.根据权利要求2或3所述的柔性管线(1)，其中所述壁(3)具有一种织物(19)，并且所述添加物被包含在所述织物(19)的涂层之中。

7.根据权利要求2所述的柔性管线(1)，其中所述至少一种变换器选自下述群组：电导体(23,39)，光纤(25)，应变片(29)和它们的组合。

8.根据权利要求7所述的柔性管线(1)，其中电导体(23,39)和/或光纤(25)沿着所述管线(1)的轴向延伸，并且具体地平行于所述管线轴或成螺旋形旋绕所述管线轴。

9.根据权利要求8所述的柔性管线(1)，其中所述壁(3)具有至少一个包括热塑性材料的层，并且所述电导体和/或光纤嵌入所述层之中。

10.根据权利要求8所述的柔性管线(1)，其中所述壁具有织物(19)，并且所述电导体(23,39)和/或光纤(25)被交织到所述织物之中。

11.根据权利要求7所述的柔性管线(1)，其中所述壁(3)具有织物(19)，并且所述电导体(39)形成为螺纹状并且缝合到所述壁(3)之上或这到附着于所述壁(3)的载体材料(37)之上。

12.根据权利要求7所述的柔性管线(1)，其中应变片(29)被连接到所述壁(3)。

13.根据前述权利要求之一所述的柔性管线(1)，其中所述管线(1)的操作参数选自于下述群组：管壁的温度，作用在管壁上的正压或负压，管壁的完整性，管线的弯曲半径，管线的伸长或压缩，管壁材料的振动和老化程度。

14.根据前述权利要求之一所述的柔性管线(1)，其还包括用于记录表示所述传感材料的材料性质的测量数据的装置(33)，以及可选地，用于将所述测量数据传输到数据处理装置的装置(35)。

15.一种使用整合在管线(1)的所述壁(3)之中的传感材料的用途，所述传感材料具有随所述管线(1)的待确定的操作参数而变化的材料特性，用以监测所述柔性管线(1)的操作参数。