王偉，于利波，祝慶龍

(沈陽第四橡膠廠有限公司，遼寧 沈陽 110027)

高空特種輸油橡膠軟管

王偉，于利波，祝慶龍

(沈陽第四橡膠廠有限公司，遼寧 沈陽 110027)

以丁腈膠（NBR18）、氯丁膠和順丁膠為膠料基材，以鍍銅鋼絲（Ф0.3 mm）和彈簧鋼絲（Ф1.7 mm）為骨架材料，研制了編織結(jié)構(gòu)的高空特種輸油橡膠軟管。試驗(yàn)證明：該產(chǎn)品滿足高空特種輸油工作要求，獲得了用戶認(rèn)可。

高空；特種輸油；軟管，內(nèi)膠，外膠；骨架材料

高空特種輸油橡膠軟管是特種加油設(shè)備的配套產(chǎn)品，安裝在高空特種加油設(shè)備燃油系統(tǒng)中，向受油對象傳輸燃油。軟管的使用環(huán)境惡劣，使用壽命長。為滿足客戶的要求，研制了高空特種輸油橡膠軟管，其重點(diǎn)是軟管的耐低溫膠料配方設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗拉伸性能、耐壓扁性能、耐磨損性能等。該軟管投入使用后，受到用戶的好評，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

丁腈橡膠 NBR18，中國石油蘭州石化公司；氯丁橡膠，重慶長壽化工廠；順丁橡膠，沈陽福瑞瀾化工有限公司；彈簧鋼絲，大連鋼鐵廠；其他材料均為市售橡膠工業(yè)常用原材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

開煉機(jī)，XK-16，湛江橡膠機(jī)械廠；平板硫化機(jī)，200T上海西瑪偉力橡塑機(jī)械有限公司；拉力試驗(yàn)機(jī)，XLL-250，上海吉正機(jī)械有限公司；紹爾A硬度計(jì)，XL-A，營口市材料試驗(yàn)機(jī)廠；老化試驗(yàn)箱，401A型，上海試驗(yàn)儀器總廠；圓織機(jī)，兩梭型，常州市永明機(jī)械制造有限公司；硫化罐，Φ1 000 mm×40 000 mm，鐵嶺機(jī)械廠。

1.3 混煉工藝

在開煉機(jī)上進(jìn)行混煉，丁腈橡膠先進(jìn)行塑煉。加料順序?yàn)樯z→活性劑→防老劑→補(bǔ)強(qiáng)劑→下片→過濾→促進(jìn)劑→硫化劑，打三角包8次，薄通3次，放大輥距、出片，停放24 h，待用。

1.4 性能測試

硫化膠物理機(jī)械性能及產(chǎn)品性能均按相應(yīng)的最新國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 生膠的選擇

生膠是決定膠料耐油、耐寒、耐壓縮等性能的主要因素，其中耐油、耐寒、耐壓縮和導(dǎo)靜電性能與橡膠分子結(jié)構(gòu)和極性有關(guān)。一般來說，極性橡膠體積電阻率較低，適于制造抗靜電和導(dǎo)電制品。各種橡膠體積電阻率見表1。

表1 各種橡膠體積電阻率[1]

從表1可以看出，極性橡膠體積電阻系數(shù)小于非極性橡膠4～5個數(shù)量級[1]，極性橡膠的導(dǎo)電性能比非極性橡膠好。根據(jù)橡膠的耐介質(zhì)溶脹服從相近相容原則，極性橡膠的耐油性能優(yōu)于非極性橡膠。幾種橡膠的耐汽油和柴油性能見表2。

從表2可以看到，在相同的溫度和時間條件下，丁腈橡膠的耐油性能最佳，而順丁膠的耐低溫性能最好。

表2 幾種橡膠的耐油性能＊和脆性溫度

考慮材料成本和膠料的混煉工藝性能，同時考慮軟管苛刻的工作條件。內(nèi)膠以耐油性能最佳的丁腈橡膠NBR18并用耐低溫性能好的順丁橡膠為主體膠料，并用比例為4:1。

2.2 硫化體系

橡膠的硫化體系有硫磺硫化體系、含硫化合物硫化體系和過氧化物硫化體系[2]。丁腈橡膠和順丁橡膠并用的膠料選用硫磺硫化，硫磺用量為1.5～2.0份，采用的促進(jìn)劑主要有DM，DM用量一般為為2.0～2.5份，膠料的強(qiáng)伸性能好。硫化活性劑采用氧化鋅和硬脂酸，氧化鋅用量一般為1.0～5.0份，硬脂酸的用量一般為1.0份。

2.3 補(bǔ)強(qiáng)體系

丁腈橡膠屬于非結(jié)晶性無定型聚合物，本身強(qiáng)力低，必須經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)后才具有實(shí)用價值。炭黑是橡膠使用的主要補(bǔ)強(qiáng)劑。炭黑對丁腈橡膠和順丁橡膠并用膠料的物理機(jī)械性能影響見表3。

從表3可以看出，高耐磨炭黑、快壓出炭黑對并

表3 補(bǔ)強(qiáng)劑炭黑對丁腈橡膠和順丁橡膠并用膠料的物理機(jī)械性能影響

用膠料的補(bǔ)強(qiáng)效果好，而快壓出炭黑的壓出工藝性能比高耐磨炭黑好，而高結(jié)構(gòu)度的乙炔炭黑能提高膠料的導(dǎo)靜電性能。所以補(bǔ)強(qiáng)劑選用高耐磨炭黑、快壓出炭黑和乙炔炭黑并用。

2.4 軟化增塑體系

常用的軟化增塑體系有鄰苯二甲酸酯類、癸二酸酯類、己二酸酯類及磷酸三甲苯酯等，其特點(diǎn)是能增加膠料的彈性，降低其硬度并減小壓縮變形。當(dāng)要求耐寒性時，選用癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯等耐寒型增塑劑。

丁腈橡膠和順丁橡膠并用膠料的軟化增塑體系主要作用是提高耐寒性能，不同耐寒型增塑劑對丁腈橡膠和順丁橡膠并用膠料耐低溫性能的影響見表4。

表4 耐寒型增塑劑對丁腈橡膠和順丁橡膠并用膠料耐低溫性能的影響

對應(yīng)不同增塑劑的膠料配方，分別制成軟管試樣，進(jìn)行低溫彎曲性能檢測，不同增塑劑對軟管低溫彎曲性能的影響見表5。

表5 不同增塑劑對軟管低溫彎曲性能的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，使用已二酸二丁酯的膠料耐低溫性能好，混煉和硫化工藝過程中的揮發(fā)性也較小，選用已二酸二丁酯作為增塑劑。

2.5 防護(hù)體系

丁腈橡膠和順丁橡膠并用膠料選用防老劑時，可采取單用或并用的形式。一般用量為1.5～2.0份。在不噴霜和不影響物理機(jī)械性能的情況下，用量可達(dá)3～5份。本配方設(shè)計(jì)時防老劑選用對苯二胺衍生物類4010Na、苯基萘胺類D和石蠟并用。提高膠料的耐老化性能。

通過以上分析確定該軟管的內(nèi)膠配方見表6，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表 6 高空特種輸油橡膠軟管的內(nèi)膠配方

表7 物理性能指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果

2.6 增強(qiáng)材料

骨架材料在膠管中的作用是承受介質(zhì)壓力。對于本產(chǎn)品來說，要求骨架材料具有抗拉伸、強(qiáng)力高、耐熱性好等特點(diǎn)，選擇應(yīng)用廣泛的規(guī)格Ф0.3 mm的70號鍍銅鋼絲做為軟管的編織層骨架材料。

螺旋鋼絲是保證軟管抗壓扁、抗拉伸等特殊性能的關(guān)鍵材料，鋼絲的材質(zhì)、硬度及彈性模數(shù)等對抗壓扁性能起到?jīng)Q定性的作用。通過對比試制小樣抗壓扁性能驗(yàn)證（試驗(yàn)結(jié)果見表8），選擇規(guī)格Ф1.7 mm的T9A彈簧鋼絲既能滿足性能要求，又能兼顧軟管的結(jié)構(gòu)尺寸、單位重量和成型工藝的限制。

表8 試制小樣抗壓扁性能試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高空特種輸油橡膠軟管安裝空中輸油設(shè)備中，連接在卷盤和可調(diào)空中壓力接頭之間，在高空輸油過程中，向受油設(shè)備輸送燃油，外表面應(yīng)有標(biāo)記色，便于空中（白天、夜晚）觀察錐管所處的位置。

3.1 膠管結(jié)構(gòu)

本產(chǎn)品管體主要由內(nèi)膠層、增強(qiáng)層及外膠層組成（見圖1）。內(nèi)膠層的作用是容納、輸送和保護(hù)介質(zhì)；增強(qiáng)層主要起承受介質(zhì)壓力并承受外力的拉伸作用；外膠層主要起保護(hù)增強(qiáng)層并抵抗外界環(huán)境影響的作用。

圖1 軟管結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 軟管結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定和設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）膠層厚度

內(nèi)膠層厚度的確定應(yīng)綜合軟管的耐壓性能、密封性能、成型工藝可行性和金屬接頭裝配適應(yīng)性等多方面因素，最終確定內(nèi)膠層的厚度為2.0 mm。中間膠層的作用是填充螺旋鋼絲空隙，并與鋼絲編織層粘合在一起，最終確定中膠層厚度為1.7 mm。綜合考慮軟管的使用方式、性能與重量指標(biāo)，外膠層的厚度確定為1.8 mm。

（2）螺旋鋼絲纏繞螺距的確定

纏繞于膠管中間的螺旋鋼絲，作用是提高軟管的抗壓扁、抗拉伸性能。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定纏繞螺距為5 mm。

（3）編織層工藝參數(shù)的確定

編織層是膠管的增強(qiáng)層，膠管的耐壓強(qiáng)度取決于編織層的材料強(qiáng)度及編織角度等工藝參數(shù)。軟管的內(nèi)徑為52 mm，綜合同類鋼絲編織膠管的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們可采用N=48錠鋼絲編織機(jī)，編織角度為α=54°44′，選取每錠鋼絲根數(shù)為n=14根。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)參數(shù)，得出以下數(shù)據(jù)：

膠管的計(jì)算直徑： D計(jì)=52+2.0×2+0.7×2+1.7×2+ 0.3×2=61.4 mm

編織行程： T=πD計(jì)ctgα=2.22 D計(jì)=2.22×61.4= 136.3 mm，取T=136 mm

膠管的耐壓強(qiáng)度：

其中 PB——編織膠管的耐壓強(qiáng)度，kgf/cm2；

N——編織機(jī)錠子數(shù)；

KB——單根鋼絲強(qiáng)度，kgf/根 ；

n——每錠鋼絲根數(shù)；

i——編織層數(shù)；

c″——編織角度的修正系數(shù)，c″=1；

D計(jì)——膠管計(jì)算直徑=內(nèi)徑+（2×內(nèi)膠層厚）+骨架層的平均厚度，cm；

c′——編織層松緊不一及搓壓現(xiàn)象等綜合修正系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算軟管理論耐壓強(qiáng)度為14.5 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其國家標(biāo)準(zhǔn)中爆破壓力6.9 MPa，功能嚴(yán)重過剩，而且鋼絲股數(shù)過多會增加軟管重量，降低軟管的彎曲性能，因此可以減少鋼絲股數(shù)。如選用48錠9股進(jìn)行編織，其耐壓強(qiáng)度可達(dá)9.37 MPa，仍具有足夠的安全系數(shù)，可確定鋼絲股數(shù)為9股。

如果使用36錠鋼絲編織機(jī)，每錠鋼絲股數(shù)仍為14股，軟管的理論耐壓強(qiáng)度可達(dá)10.9 MPa，仍能滿足耐壓要求，與48錠鋼絲編織機(jī)比較，由于鋼絲錠數(shù)減少，使鋼絲編織層的交叉點(diǎn)減少，能提高軟管使用壽命。

根據(jù)以上計(jì)算，36錠和48錠編織機(jī)均可使用。但考慮軟管壽命和工程實(shí)施的便利性，決定選用36錠編織機(jī)，每錠鋼絲股數(shù)14股。

4 軟管工藝路線的確定

本產(chǎn)品軟管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝流程長。從內(nèi)膠擠出開始到包覆外膠為止，共8道工序，其中需要手工操作的有4處。首先利用冷喂料擠出機(jī)包芯擠出內(nèi)膠，其好處是內(nèi)膠層厚度均勻、無氣泡，在大規(guī)格、大長度硬芯膠管中最能體現(xiàn)優(yōu)勢；纏浸膠網(wǎng)眼布在內(nèi)膠表面；按工藝規(guī)定的螺距，纏繞螺旋鋼絲；刷膠液貼合中膠片，填補(bǔ)螺旋鋼絲間的縫隙；利用36錠鋼絲編織機(jī)進(jìn)行編織成型；刷膠液擠出機(jī)包覆外膠，按圖紙貼合彩色標(biāo)志膠。高空特種輸油橡膠軟管的生產(chǎn)工藝路線見圖2。

圖2 高空特種輸油橡膠軟管的生產(chǎn)工藝路線

5 工藝試驗(yàn)及產(chǎn)品試制

在完成膠料配方、材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，按照確定的研制方案和工藝路線進(jìn)行軟管試制。在內(nèi)膠成型、鋼絲編織和擠出外膠等關(guān)鍵工序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械成型，減少了人為因素，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。通過軟管試制，驗(yàn)證了工藝設(shè)計(jì)合理，可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。

6 成品性能測試

采用上述工藝生產(chǎn)的軟管成品按用戶要求進(jìn)行了全項(xiàng)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 高空特種輸油橡膠軟管的性能試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表

7 結(jié)論

高空特種輸油橡膠軟管經(jīng)客戶使用，獲得了認(rèn)可，滿足高空特種輸油工作要求。它的研制成功，添補(bǔ)了我國該類產(chǎn)品的空白，具有廣泛的使用范圍和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 梁星宇，周木英.配方與基本工藝.橡膠工業(yè)手冊第三分冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993:433.

[2] 謝遂志，劉登祥，周鳴巒.生膠與骨架材料，橡膠工業(yè)手冊第一分冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993: 411.

(R-01)

Special oil rubber hose for suspention delivering

Special oil rubber hose for suspention delivering

Wang Wei, Yu Libo, Zhu Qinglong
( The Fourth Shenyang Rubber Factory Co. LTD., Shenyang 110027, Liaoning, China)

Taking butadiene-acrylonitrile rubber (NBR18), chloroprene rubber and butadiene rubber for the rubber base material, with copper coated steel wire (Ф0.3 mm) and spring wire (Ф1.7 mm) as skeleton material, weave structure of special oil rubber hose is developed. Experiment proved that the products satisfy the requirement of high altitude special oil work, won the user acceptance.

suspention; special oil; hose; tube; cover; skeleton materials

TQ336.3

1009-797X(2016)23-0036-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.23.007

王偉（1978-），男，工程師，主要從事膠管的研發(fā)工作。

2016-09-30