论文：高压胶管技术新进展

高压胶管的技术新进展高压胶管的技术新进展 李举平 姜景波 寇攀虎 刘勇 邵德地 林芳 陕西延长石油西北橡胶有限责任公司 陕西 咸阳 712023 摘摘 要 要 介绍高压胶管使用的最新材料 主体材料 配合体系 钢丝骨架层 先进生产设 备 编织机 缠绕机 工艺方法上新的改进 结构设计上的创新及目前使用的最新标准 关键词 关键词 钢丝增强 橡胶软管 材料 设备 工艺 结构 高压胶管是橡胶软管中的高端产品 由于材料 设备的要求比较高 结构 工艺复杂 其产品附加价值远远高于中 低压胶管 成为胶管生产企业产品竞争的焦点 该类产品应用 范围广泛 涉及工程机械 采矿 冶金 石油 化工 航空 航海等领域 目前国内外高压 胶管的发展几乎都朝着高强度 高压力 大口径 大长度的方向发展 而且用户在耐高温 耐低温 耐曲挠疲劳 耐特殊介质和增大流量等方面提出了更高的要求 促进和推动了高压 胶管的产品的技术进步 本文对高压胶管使用的材料 设备 工艺 结构 标准等方面技术 进展做一介绍 一 使用的最新材料一 使用的最新材料 高压胶管使用的材料分为非金属材料和金属材料 在高压胶管生产过程中经常使用的非 金属材料有丁腈橡胶 丁苯橡胶 氯丁橡胶等 随着技术的进步和橡胶行业的发展 三元乙 丙橡胶 氯磺化聚乙烯 氯醇橡胶 氢化丁腈橡胶等逐步应用于高压胶管产品上 用于制造 高性能 高附加价值的高压胶管产品 非金属方面常用的有尼龙 聚酯纤维 随着纺织行业 的发展 芳纶纤维等高性能材料逐渐应用于高压胶管中 作为高压胶管的骨架材料 金属材 料有截面为圆形的镀铜钢丝 镀锌钢丝作骨架层材料 随着计算机仿真 试验等技术的进步 扁钢丝 截面为椭圆形的镀铜钢丝 将会应用于高压胶管中 现将高压胶管使用的新材料做 一介绍 1 三元乙丙橡胶 1 具有优异的耐热性 耐蒸汽性 耐天候老化 化学腐蚀及优良的 电绝缘性能 特别是对二醇醚制动液及植物油的抗耐性较好 适用制造耐热 耐蒸汽及耐强 腐蚀介质的高压胶管 2 氯磺化聚乙烯橡胶 具有优异的抗臭氧及天后老化性能 耐化学腐蚀性好 优良的 耐燃 耐油类及抗撕裂性能 适于制造耐强腐蚀介质 耐燃 耐臭氧老化要求的高压胶管 特别适用于制造在恶劣大气环境下使用的胶管外层胶料 3 氯醇橡胶 具有优异的耐天候老化性 耐油 溶剂性能好 良好的耐燃和低透气性 能 适于制造耐油类 耐臭氧 耐天候老化和低透气性高压胶管 4 氢化丁腈橡胶 具有优异的耐油性 耐腐蚀 耐低温 高温 耐氧化 耐动态疲劳 耐臭氧的新材料 适于制造耐油等特殊要求的高压胶管 5 丁腈橡胶 PVC 耐油 耐磨 耐臭氧性能优异 挤出性能好 易加工 适于制造耐 磨 耐臭氧环境下使用的高压胶管外胶 6 芳纶纤维 芳纶纤维具有超高强度 高模量和耐高温 耐酸碱 重量轻等优良性能 其强度是钢丝的 7 倍 模量为钢丝或玻璃纤维的 2 3 倍 韧性是钢丝的 2 倍 而重量仅 为钢丝的 1 5 左右 在 450 的温度下 不分解 不融化 它具有良好的绝缘性和抗老化性 能 具有很长的生命周期 2 7 扁钢丝 具有强度高 模量高 耐高温曲挠性 承压性能好 尤其是扁钢丝 抗扭 转 弯曲变形性能好 使用扁钢丝制造的高压钢丝编织 缠绕胶管比使用高强度 超高强度 钢丝制造的胶管的脉冲性能要好得多 二 使用的新型设备二 使用的新型设备 编织机和缠绕机作为高压胶管生产的关键设备 其性能对橡胶软管的生产有直接的影 响 本文将介绍目前高压胶管最新 最先进的 Mayer 公司的 MR 15 型及 Seijin 公司的仿 RB 2 型高编机 3 意大利 VP 公司新型钢丝缠绕机 韩国 Seijin 公司钢丝缠绕机 意大利 VP 公司新型钢丝缠绕机有 24 锭 36 锭和 48 锭三种规格的四盘钢丝缠绕机 缠 绕盘最大转速分别为 100rpm 90 80rpm 和 70 rpm 这种钢丝缠绕机的主要特点在于其锭 子结构和缠绕口型 钢丝预成型采用机上塔轮式预成型 机械传动调控实现不同的缠绕行程 钢丝张力为气动调控 合股锭子 每个锭子同时引出若干根钢丝 同时缠绕在胶管上 类似 于钢丝编织机锭子上合股的钢丝 而不是象普通钢丝缠绕机那样每个锭子只引出一根钢丝 钢丝是以若干根钢丝同时引出的方式进行缠绕的 因此缠绕口型需特殊设计 其设备优势在 于气动张力调控 所有钢丝能以均匀一致的张力缠绕在胶管上 并且不会引起钢丝背股 图图 1 VP1 VP 公司钢丝缠绕机公司钢丝缠绕机 Seijin 钢丝缠绕机采用电气自动控制取代部分机械传动控制 实现不同的缠绕行程 电器自动化控制水平较高 这种钢丝缠绕机的主要特点在于钢丝预成型装置 钢丝单根单轴 多轴同锭 钢丝预成型采用内 外预成型口型与分线圈与张力圈之间相互配合 缠绕时钢丝 发生旋转而形成一定的圈径和螺距 以满足生产工艺要求 这种预成型方法使钢丝预成型 后即产生圈径又产生螺距 克服了其它预成型方法只有圈径没有螺距的弊端 此种预成型方 法减小了产品在承压时钢丝变形量 可提高产品的脉冲性能 图图 2 seijin2 seijin 公司钢丝缠绕机公司钢丝缠绕机 Mayer MR 15 型钢丝编织机 以 24 锭为例 是德国 Mayer 公司 20 世纪 90 年代开发的 产品 其结构原理是在 MR 11 的基础上 增加了 PLC 控制系统 转子由 12 个变为 8 个 每 个转子由 6 个互成 60 角的凹形半圆槽 槽位即轴承位 8 个转子上共有 24 个梭子 一半 梭子沿转子圆周分布 并绕中心顺时针方向运动 另一半逆时针方向运动 在同一转子上的 角度差为转子的 1 3 圆周 即 120 顺逆两方向运动的梭子在同一转子上的角度差为 60 这样通过每个梭子上的张力补偿器 及时补偿和调整钢丝张力 使各股钢丝张力均匀 一致 地放出 形成 3 3 网纹状结构编织层 其动力部分由三台独立的同步电机分别带动牵引装置 和锭盘做作正弦曲线运动 通过在 PLC 数显屏上输入编织行程 速度即可实现软管的编织工 作 而 MR 11 是通过手动更换挂轮 来实现编织行程的调节 完成软管的编织工作 图图 3 MR3 MR 1515 钢丝编织机钢丝编织机 Seijin 仿 RB 2 型钢丝编织机结构原理是在 RB 2 的基础上 增加了 PLC 控制系统 动 力部分由三台独立的同步电机带动牵引装置 同时带动锭盘做作旋转运动 锭子以恒定速度 进行运动 运动轨迹为环形 内锭子的钢丝线速度方向始终保持恒定 外锭子钢丝沿编织中 心方向通过挑线摆动杆定距离做上下往复运动 内外锭钢丝形成交点 螺杆机构推动往复套 筒使形成的交点成为编织点 锭子运动为滚动摩擦 磨损小 通过在 PLC 数显屏上输入编 织行程 速度 可使放线过程中摆动杆的摆动同步 使钢丝松紧一致 即可实现软管的编织 工作 图图 4 4 仿仿 RBRB 2 2 钢丝编织机钢丝编织机 三 工艺方法上的新改进三 工艺方法上的新改进 工艺方法方面主要表现在三方面 一是软芯法内胶压出及包塑硫化 二是铁芯法内 外 胶管坯成型 三是钢丝预成型 软芯法 内胶压出采用塑料或耐高温橡胶芯子 可有效解 决铁芯压扁内胶层 造成内胶薄厚不匀的问题 另外产品外观光滑光亮 规格尺寸准确 性 能稳定 长度也比硬芯法有所增大 它适用于生产直径为 38mm 以下的大长度胶管 4 包塑 硫化 5 采用挤出机在外胶层上包覆一层聚丙烯材料 可有效解决铅对人体的危害和环境污 染 硬芯法内胶管坯挤出采用带芯挤出工艺方法 直接采用挤出机将内胶管坯包覆在铁芯上 代替传统的套管工艺方法 简化了工艺流程 外胶管坯成型采用缠绕外胶片与钢丝缠绕 编 织 成型联动的工艺方法 类似于缠水包布那样采用搭接宽度为胶片宽度的 1 2 此种工艺方 法可替代挤出机包外胶或手工包外胶片的方法 减少能耗 降低成本 钢丝缠绕成型采用机 上预成型法代替机下预成型法 机上预成型总体可分为塔轮预成型法 张力圈预成型法 塔 轮预成型法通过更换不同直径的塔轮使钢丝预成型后获得满足生产工艺要求的圈径 张力圈 预成型法通过张力圈调整钢丝张力与前后预成型口型间的间距使钢丝预成型后获得满足生 产工艺要求的圈径和螺距 机上预成型方法可使钢丝预成型后获得均匀一致的圈径和螺距 从而提高增强层的耐压强度和脉冲性能 四 结构设计上的创新四 结构设计上的创新 高压胶管的结构由内衬层 内胶层 骨架层 中胶层 外胶层四部分组成 内衬层直接 与输送介质接触 通常选用耐介质性好 拉伸强度高 定伸应力高 压缩永久变形小 易加 工的合成橡胶 为了满足耐强极性介质的使用要求 内衬层采用聚四氟乙烯层与橡胶层复合 而成 内衬层表面附加一层胶片或粘合剂以提高与骨架材料的粘合 高压胶管的承压能力取 决于增强层 由纤维 钢丝编织 缠绕或编织缠绕复合结构的方法制作而成 增强层材料向 着直径小 高强度 轻质方向发展 骨架层中多采用钢丝编织体为增强层 超高压胶管多采 用钢丝缠绕增强结构 中胶层采用与钢丝粘着性能好的胶料压成 0 2 0 4mm 胶片制成 外 胶层用耐磨性好 耐老化性能好的胶料制作 以保证增强层不受机械损伤 化学腐蚀 潮湿 生锈等 图图 5 缠绕结构的高压胶管缠绕结构的高压胶管 图图 6 编织结构的高压胶管编织结构的高压胶管 五 现行最新有效标准五 现行最新有效标准 6 1 产品标准 高压胶管产品标准见表 1 表表 1 高压胶高压胶管产品标准管产品标准 序号 产品品种 标准编号 标注名称 1 橡胶软管及软管组合件 GB T3683 2011 ISO1436 2009 橡胶软管及组合件 油基或水基流体适用的钢 丝钢丝编织钢丝增强液压型 规范 2 橡胶软管及软管组合件 GB T3683 2011 ISO1436 2009 橡胶软管及软管组合件 钢丝编织增强液压型 规范 第 1 部分 油基流体适用 3 钢丝缠绕增强外覆橡胶的液压橡 胶软管和软管组合件 GB T10544 2003 钢丝缠绕增强外覆橡胶的液压橡胶软管和软 管组合件 4 橡胶软管及软管组合件橡胶包覆 钢丝缠绕增强液压型油基或水基 流体适用 规范 ISO3862 2009 Rubber hoses and hose assemblies Rubber covered spiral wrie reinfoced hydraulic types for oil based or water based fluids Specification 5 橡胶软管及软管组合件 钢丝编织 增强液压型 EN 853 1996 BS EN 853 1997 Rubber hoses and hose assemblies wrie braid reinfoced hydraulic type Specification 6 液压软管 SAE J517 2010 Hydraulic Hose 7 橡胶软管及软管组合件 外覆橡胶 钢丝缠绕增强液压型 EN856 1997 Rubber hoses and hose assemblies rubber coverced spiral wire reinfoced hydraulic type Specification 2 性能测试标准 原材料及组件性能测试标准见表 2 表表 2 原材料及组件性能测试标准原材料及组件性能测试标准 序号 试验方法 标准名称 检测项目 1 GB T528 2009 硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性 能测试 1扯断强度2扯断伸长率3扯断永久 变形 4 压缩永久变形 2 GB T531 1 2008 硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方 法 第 1 部 邵氏硬度计法 硬 度 3 GB T3512 2001 硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化 和耐热试验 老化性能 耐热性能 4 GB T1690 2006 硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法 耐流体性能 5 GB T24134 2009 橡胶和塑料胶管 静态条件下耐臭氧性能 评价 耐臭氧性能 6 GB T14905 2009 橡胶和塑料胶管 各层间站和强度测定 层间粘合性能 7 GB T9573 2003 橡胶 塑料胶管及组合件尺寸测量方法 1 直径和同心度 2 长度 8 GB T9574 2003 橡胶和塑料胶管和胶管组合件 试验压 力 爆破压力与设计工作压力的比率 试验压力 爆破压力 工作压力 9 GB T9575 2003 工业通用橡胶和塑料胶管内径尺寸及公 差和长度公差 内径尺寸 10 GB T5563 2006 橡胶和塑料胶管及胶管组合件 静液压试 验方法 1最大工作压力下的长度变化2试验 压力 3 最小爆破压力 4 胶管组合件 的泄露 11 GB T5564 2006 橡胶和塑料胶管 低温曲挠试验 低温曲挠性能 12 GB T5565 2006 橡胶或塑料增强胶管和非增强胶管 弯曲 试验 弯曲性能 13 GB T5567 2006 橡胶和塑料胶管及胶管组合件 耐吸扁性 能测定 耐吸扁性能 14 GB T5568 2006 橡胶和塑料胶管及胶管组合件 无曲挠液 压脉冲试验 无曲挠液压脉冲性能 15 GB T12721 2007 橡胶胶管 外层耐磨耗性能测定 耐磨性能 16 GB T3683 1 2006 胶管及胶管组合件 钢丝编织增强液压型 规范 最小弯曲半径 17 JB T8727 2004 液压胶管 总成 最小通过量 18 GB T18950 2003 橡胶和塑料软管 静态下耐紫外线性能测 定 静态下耐紫外线性能测定 19 GB T11182 2006 橡胶软管增强用钢丝 钢丝性能 六 结论六 结论 1 高压胶管用内胶材料向氢化丁腈橡胶 氯丁橡胶 乙丙橡胶及内胶内衬尼龙 氟材 料的方向发展 外胶向氯磺化聚乙烯橡胶 氯丁橡胶及丁腈橡胶 PVC 共混胶方向发展 2 高压胶管使用设备逐步向高精度 高产能 自动化方向发展 国内大型胶管生产厂 家在钢丝编