耐油胶管、耐油密封制品的结构、设计及加工工艺

耐油胶管、耐油密封制品的结构、设计及加工工艺,胶管,胶管的分类与结构胶管胶料的配方设计胶管的制造工艺,胶管的分类与结构,胶管为中空、可挠性、管状橡胶制品，用于各种气体、液体、粉状或粒状物料的输送或金属管道的连接。,一、胶管的命名,性能（用途）+胶管,骨架材料+工艺（结构）+用途+胶管,如：纤维编织输水胶管，尼龙夹布输水胶管,如：输油胶管，输水胶管，排泥胶管，氧气输送胶管，钻探胶管,二、胶管的组成,胶管大体由3个基本部位组成。,内胶层,直接与被输送介质接触，是主要工作面/第一工作面。作用：支撑管体、保护骨架层。技术要求：有良好的耐接触介质性能。有足够的硬度和挺性，以适应加工时变形和压力的需要。,内胶层,外胶层,暴露于空气中，第二工作面。作用：保护骨架层及管体。技术要求：具有良好的耐老化性能，如耐光、臭氧及天候老化。具有良好的耐磨擦、耐撕裂性能。,外胶层,骨架层,增强层，为胶管提供强度和刚度。由纤维或金属材料组成。技术要求：良好的加工性能，保证胶料与骨架材料顺利地加工为一个整体。良好的粘合性能。良好的耐曲挠性能。,骨架层,骨架材料,常见的骨架材料：1帆布夹布胶管2帘布轮胎3纤维线4.金属线,常用的骨架材料,钢丝,三、胶管的类型,1.按骨架结构分类2.按受压状态分类3.按使用性能分类,1按骨架结构分类,1）夹布胶管,以涂胶织物为骨架制成的胶管。帆布裁成与经向45度角，结构特点：a.夹布层包角不是平衡角，在压力作用下胶管发生较大变形b.耐屈挠性差，弯曲易打褶c.要求层数多，材料利用率低d.成型长度受限制,常见品种：夹布输水胶管；夹布空气管;夹布潜水空气管；夹布输油管；夹布耐酸碱管；夹布蒸汽管等等。,2）编织胶管,以线材（纤维线或金属丝）为骨架材料，按理想的平衡角度（5444）编织而成的胶管。分纤维编织胶管和钢丝编织胶管。,棉线编织胶管,编织胶管的特点,优点：变形较小，耐压能力高。耐屈挠性好，弯曲时不打褶。加工长度不受限制。,缺点：编织层仍有一定的缠节点，受内压作用时容易因应力集中而磨损，导致夹布层断裂现象。,3）缠绕胶管,以线材（纤维线或金属丝）为骨架材料；按平衡角度（5444）螺旋状缠绕在内胶层上；同一层的单根线相互平行；每相邻两层的缠绕方向是相对的。,骨架材料没有产生应力集中的缠节点。材料利用率高，管体轻。承压能力高于编织胶管约3040%。弯曲性能好。耐冲击，耐疲劳性好。生产效率高。接头困难。,缠绕胶管的特点,4)针织胶管,以棉线或其它纤维为骨架材料，经针织而制成的胶管。,纯胶管复合型胶管短纤维胶管合成树脂软管,五其它胶管,2.按受压状态分类,耐压胶管吸引胶管耐压吸引胶管,1）耐压胶管,正压状态下使用，即工作压力大于大气压力。用于输送物料或传递压力。当压力提高时铠装耐压胶管。,2）吸引胶管,负压状态下使用，即工作压力低于大气压力。主要用于抽吸物料。根据管体支撑材料金属螺旋线的位置分为埋线式和露线式两种。,埋线式和露线式的结构差别,埋线式：金属螺旋线埋在胶布层中间。,埋线式缺点：内胶层和胶布层会出现早期脱落现象。,露线式缺点：淤积杂物，增大阻力不适于输送腐蚀性物质,露线式：金属螺旋线在胶管的内壁。,3）耐压吸引胶管,排吸两用胶管，可在正压或负压下输送、抽吸物料。既有内层金属螺旋线，又有金属螺旋线铠装加固。根据金属线位置，分为内露线外铠装、内露线埋线式。,3按用途分类,普通胶管：常温条件下输送空气、水或其它中性液体。耐介质胶管：耐油、耐酸碱、耐热“三耐”胶管。专用胶管：按使用性能或特征分类。如泥浆喷射胶管、液压制动刹车胶管、潜水供氧胶管。,四、胶管规格的表示方法,内径尺寸（mm）骨架层数与结构长度（m）-工作压力（MPa）,胶管的规格表示示例,253P20-0.15,253C/B20-10,胶管的计量方法,以胶管的内径与长度的乘积来表示cmm2.520=50cmminm1.520=30inm,骨架材料及耐油胶管的配方设计,一、骨架材料二、耐油胶管主要部件的配方设计,骨架材料,骨架材料主要提供胶管的强度、刚度。夹布胶管用的是帆布，编织胶管、缠绕胶管用的是线材（纤维、钢丝、铁丝、铝丝等）。1帆布组织结构为平纹棉帆布，加工方便，粘和性好，强度低化纤帆布，维纶、锦纶、涤纶玻璃纤维布，强度高、变形小、耐热、耐腐蚀,骨架材料,2帘布主要用于缠绕胶管锦纶帘布420dtex/2，430dtex/2，840dtex/2涤纶帘布1000dtex/2,3纤维线主要用于编织、缠绕胶管，要求强度高，伸长小，线径细捻度均匀，热稳定好，耐弯曲疲劳。840dtex/1/3,840dtex/1/4,840dtex/2/3840dtex/2/54金属线直径0.2-0.8mm,耐油胶管配方设计-常用橡胶,内胶层,内层胶：使用条件最苛刻的部位。内层胶的要求：对输送介质有足够的耐受性。抗渗透、耐溶胀、耐腐蚀、耐磨损。食品胶管要无毒、无味；高压胶管要高压时不泄露。气密性好。具有一定的弹性、柔软性、耐老化性。,内层胶的配合要点,胶种选择：以NBR为主或与适量CR并用，也可与其它胶种并用，以获得最佳耐油性硫化体系：低硫硫黄/促进剂硫化，若CR用量大则以CR硫化体系为好补强填充：高耐磨炉黑、或与半补强炉黑并用，用量30-50phr。软化体系：不溶于被输送介质，在NBR，CR配合中，酯类增塑剂效果高（DOP，DOS）。防护体系：胺类防老剂如防老剂A，D。,2外胶层,外层胶暴露于空气中，保护骨架不受损伤。外层胶的要求：优越的耐光、天候老化、机械老化。好的抗破坏能力：抗撕裂、耐磨损。,3中间胶,中间胶起填充、粘合骨架与胶层的作用，减少骨架层间的动态摩擦疲劳和生热。中间胶的要求：良好的粘合性能。良好的弹性、柔软性、耐曲挠性。,擦布胶用于骨架与胶层的粘合。擦布胶的要求对织物有一定的渗透性，附着力强。良好的强伸性能和曲挠性能。,4.擦布胶,气体蒸发排放规定加强,SHED规定,燃料系统部件材料的变动情况动向,以前用材料,对应,（现行材料）,对应,蒸发管,氟树脂,通气管,氟树脂,加油管,氟树脂,燃料管,（供油管）,氟树脂,氟树脂,燃料管,（回油管）,氟树脂,氟树脂,软管,氟树脂,燃料箱盘根,在燃料油-C中的渗透比较试验,渗透量（gm2天）,第四章胶管制造工艺,一、半成品的准备工艺二、胶管的成型三、胶管的硫化,一、半成品的准备工艺,1、塑炼工艺2、混炼工艺3、压延工艺4、挤出工艺5、胶布的裁断和拼接,1、塑炼工艺,不同胶层对塑炼胶可塑度的要求。,挺性好,渗透性好,2混炼工艺,胶管各部件混炼胶可塑度,3.压延工艺胶片压延,用于以包贴法成型的大口径胶管的内、中、外胶层。不同胶种胶料压片温度。,3.压延工艺帆布擦胶,厚擦(光擦)：中辊不包胶，使胶料全部渗入布料中，附胶量大，耐疲劳性能好。薄擦（包擦）：中辊包胶，胶对织物的渗透性强，附胶量少。一般丁基橡胶胶料常采用“薄擦”，大部分胶料是采用“厚擦”。,4挤出工艺,挤出工艺用于胶管的内、外层胶的出型。产品质量及生产效率优于胶片包贴工艺。,胶管的挤出,内胶层挤出：外胶层挤出：复合挤出法：不同胶层同时挤出，尤其适于同时包覆在管状织物内外的不同胶层。优点生产效率高，产品质量好，适于连续生产。,5胶布裁断和拼接,裁断：45角裁断拼接：拼接成所需长度。拼接宽度：为1520mm。,二、胶管的成型,1夹布胶管的成型2编织胶管的成型3缠绕胶管的成型,1夹布胶管的成型,硬芯成型法软芯成型法无芯成型法,硬芯成型法,规格尺寸准确、层间附着较好、工艺简单；工序多，劳动强度大，生产效率低，需耗用大量辅助材料(如水布、铁管芯等)。口径超过76mm以上的夹布胶管，内层胶挤出困难，可用压延胶片贴合成型法。,硬芯成型法,叠压宽度不应小于布条宽度的1/2,缠水布,水布,包水布,软芯成型法,优点：占地面积小；劳动强度低；生产效率比三辊成型法高23倍左右；胶管长度不受限；可连续化生产。,软芯成型法,无芯成型法,挤出外胶,专用夹具将内、外胶层紧密粘合为一体,无芯成型法,优点：工艺简单，劳动强度低，生产效率高，可节省大量材料，胶管表面光滑平整。缺点：尺寸规格精度不易控制，整体结合牢度不如有芯法。,2编织胶管的成型,编织胶管分纤维编织和钢丝编织胶管两种。,硬芯法纤维编织胶管成型工艺,适用于质量要求较高口径较大长度较短的胶管。,软芯法纤维编织胶管成型工艺,适用于：小口径(l9mm以下)编织长度在50m以下的胶管,无芯法编织胶管成型工艺,适用于：口径较小，长度较大的胶管；对内胶的挺性有较高要求。,增加挺性，定内径。,挂浆编织，提高粘合；调节压力，保证内径均匀。,钢丝编织胶管成型,高压下使用，要装配接头，内、外径尺寸要准确。大口径、长度小的胶管，多采用硬芯编织成型;小口径，长度大的胶管(100200m)，采用软芯或无芯编织成型。,钢丝编织机,内胶层,编织骨架层,4缠绕胶管的成型,缠绕胶管成型基本与编织胶管相似，设备用缠绕机。一次缠绕两个、四个或六个单向层，缠绕层数为偶数。,棉线缠绕机,钢丝缠绕机,三、胶管的硫化,1硫化条件硫化压力硫化时间2硫化方法,硫化压力,加压方法：包水布加压：不受管径、长度限制，胶管成品表面有明显布痕，影响外观质量。介质加压：在硫化罐中采用直接蒸汽或过热水硫化，靠饱和蒸汽压力硫化。包铅（包塑）加压：铅层产生的压力较大，使管体结构更加致密。胶管表面光滑。,胶管硫化时间,胶管硫化时间随硫化温度与产品结构不同而定。胶层厚度越大，骨架层数越多，硫化时间越长。与骨架材料的传热系数有关。,2硫化方法,（1）直接蒸汽硫化（2）水浴硫化（3）其它硫化方法,（1）直接蒸汽硫化,成型后的管坯置于硫化罐中，以直接蒸汽为介质硫化。缠水包布硫化：最常用的硫化方法，操作简单，生产效率高，设备简单，成本低，质量较稳定。包铅硫化：适于大长度无芯及软芯编织、缠绕胶管。裸硫化：胶管在裸露状态下于硫化罐中用直接蒸汽硫化。硫化压力小，易出现气泡、脱层等问题。适合于小口径的纤维编织或缠绕胶管、无芯胶管。,（2）水浴硫化,适用于无芯成型的夹布胶管。将管坯浸入水槽中，送入硫化罐硫化。优点：质量稳定，管体致密性好，变形小。缺点：硫化速度慢，生产效率低。,（3）其它硫化方法,管道蒸汽硫化：连续硫化方法之一，可实现由内胶挤出到硫化全过程连续生产，国内有成熟工艺；适用于小口径软芯编织、缠绕胶管硫化。,盐浴连续硫化,胶管通过高熔点金属盐类按一定比例配成的熔盐（温度达150以上）进行硫化；常压硫化，也可通入压缩空气在加压下硫化。适用于无芯、软芯编织或缠绕的小型胶管。,微波连续硫化,适于小口径无芯、软芯法的编织或缠绕胶管；胶料必须是极性橡胶。生产效率高，但设备投资大；产品规格受到一定限制。,原材料：新型弹性材料-TPE与粉末橡胶。生产工艺：自动化、连续化-成型与连续硫化设备。新产品：无接头、大长度、大口径、高耐压。长度最高者达600m口径最大为1.5m最高爆破压力可达2030MPa耐高低温耐曲挠疲劳耐特殊介质,胶管的发展方向,O型圈属于挤压式密封，即它是以压缩变形来达到密封目的。是挤压式密封件最常用、数量最多的一种，占到一半左右特点密封效果好，适于静止、往复和旋转密封占地空间小、紧凑装配简单，更换容易适用范围广-飞机、汽车、油压、气压设备、真空热备、电子设备、石油化学装置、高真空超高压不需要调整摩擦力小价格便宜可密封两个方向,橡胶密封制品,一、O形橡胶密封圈,一、O型圈,2.O形圈的表示外径x内径x断面直径J（D）,1.分类固定（静态）密封O型圈往复密封O形圈旋转密封O形圈真空密封O形圈,固定密封O型圈,(D),(d1),(d0),J-静态密封D-动态密封,3.密封原理a.静态密封原理,一、O型圈,P-介质单位压力P0-装配压缩变形时，橡胶弹性力引起的单位压力Pm-单位接触总压力PH-介质压力传递到O型圈接触面上的单位压力,Pm=P0+PH,P很小或接近于零，P0密封的关键,P增大则PH增大，当PHP0，PmPH这种密封直接与介质压力有关的现象称为“自行密封”现象,Q-被密封介质的泄漏量，毫升/小时d-轴径，厘米r-介质的粘度，厘泊v-往复平均速度，厘米/秒f(P),f(h)-分别与介质压力和O型圈硬度有关的函数,一、O型圈,b.往复运动的密封原理,4、O圈模型的结构设计胶料收缩率的确定硬度相同，含胶率大胶料收缩率大含胶率相同，硬度增大收缩率减小有效或半有效硫化体系的胶料收缩率大于一般硫磺硫化体系其他条件相同时，产品尺寸大的收缩率小，尺寸小收缩率大对NBR胶料，内径收缩率一般1.5%-1.8%，断面收缩率1.8%-2.0%,一、O型圈,压缩率KK=/d0100%,拉伸量=(d+d0)/(d1+d0)-拉伸量d1-O型圈实际内径d0-O型圈自由断面直径d-活塞槽底直径,型腔尺寸的确定压缩量与压缩率=d0-(D-d)/2=d0-H-压缩量d0-O型圈自由状态断面直径,一、O型圈,型腔内径的确定D2=D1(1+k)D1-产品设计尺寸k-内径收缩率-内径制造公差,型腔断面尺寸d2=d1(1+k1)1d2-模腔断面直径d1-制品断面直径1-公差，k1-断面收缩率,模腔断面半圆深的确定H=(d1(1+k)-h)/2H-断面半圆深度，d1-断面直径k-断面收缩率，h-预定胶边厚度,一、O型圈,二、旋转轴唇形密封圈-油封,油封的结构,油封的特点在较低扭矩时，密封性能好安装方便，体积小能在较高旋转下使用，允许轴有某种程度的偏心和旋转轴速度的变化适于较宽的温度范围，可耐不同种类的油标准油封使用条件压力0.01MPa，线速度10-15m/s,旋转轴转速为5000转/min,二、旋转轴唇形密封圈-油封,分类：(1)内包骨架的油封(图(a)(2)外露骨架油封(图(b)(3)装配式油封(图(c)(4)有副唇内包骨架油封(图(d)(5)有副唇外露骨架油封(图(e)(6)有副唇装配式油封(图(f),二、旋转轴唇形密封圈-油封,(7)流体动力型油封(图(g)(8)无骨架油封(图(h),高分子科学与工程学院,密封机理,a.边界油膜润滑理论,“边界油膜”厚度2.5um，波动范围2025%,b.表面张力密封理论,二、旋转轴唇形密封圈-油封,规格：内径x外径x高度=dxDxH径向力：油封紧箍在轴上的紧箍力（油封的单位接触压力与之紧密相关）。来源于弹簧及唇口部位的收缩以及油封腰部的弯曲变形。P=D1PrP-全周径向力，克D1-轴径，厘米Pr-单位周长径向力，克/厘米,油封的结构设计,a.油封径向力与各部位尺寸,二、旋转轴唇形密封圈-油封,油封腰部长度,油封腰部厚度,油封自由状态内径,弹簧中心唇口中心偏离量,唇口中心位置,h0=(1/23/5)h,Pr=P过+P腰+P弹,二、旋转轴唇形密封圈-油封,E-橡胶弹性模量F-唇口部位断面面积R1-轴半径D1-轴直径d-油封自由状态内径h1-油封过容量的一半（h1=D1-d/2）,S1-油封腰部厚度L-油封腰部长度,P0-弹簧预应力D2-弹簧工作状态内径T-弹簧工作状态张力,P过-油封唇口部位过容量引起橡胶收缩而产生的范围周长径向力P腰-油封腰部变形引起的单位周长径