專利名稱：一種耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航空航天設(shè)備用耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚四氟乙烯軟管組件作為一種新材料的組合件，國際上從1970年開始逐漸推廣發(fā)展起來，最初只用作傳輸氣、液介質(zhì)的連接管路。它由聚四氟乙烯內(nèi)管、各種不同結(jié)構(gòu)形式組成的不銹鋼絲增強(qiáng)層和兩端金屬連接件組成。這種聚四氟乙烯軟管組件與傳統(tǒng)的橡膠軟管相比較，具有重量輕、耐壓高、耐老化、耐腐蝕、耐化學(xué)藥品、使用溫度范圍廣、使用壽命長等優(yōu)點。國內(nèi)雖已有滿足180℃、21MPa工作條件的聚四氟乙烯軟管組件，但隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是新一代航空航天飛行器研制的突飛猛進(jìn)，對軟管組件的工作條件也提出了更高的要求，而目前要求材料在滿足規(guī)定強(qiáng)度、韌性和使用壽命等優(yōu)異性能的情況下，最大承受工作壓力達(dá)28MPa，最高使用溫度達(dá)204℃的聚四氟乙烯軟管是本領(lǐng)域技術(shù)人員的研究目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既能滿足規(guī)定強(qiáng)度、韌性和使用壽命，又能最大承受工作壓力達(dá)28MPa，最高使用溫度達(dá)204℃的耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管及其制備方法。
本發(fā)明提出的耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管，由聚四氟乙烯內(nèi)管1和包裹于聚四氟乙烯內(nèi)管外編織層3組成，其中，編織層3由2-9根直徑為0.2mm-0.38mm單根不銹鋼絲合股后形成的不銹鋼絲編織而構(gòu)成。
本發(fā)明中，聚四氟乙烯內(nèi)管1和編織層3之間還設(shè)有纏繞層2，其中，纏繞層2由直徑為0.25mm-0.5mm經(jīng)過預(yù)成型的不銹鋼絲纏繞而成。
本發(fā)明中，所述纏繞層2由50～110根不銹鋼絲組成，編織層3由135～335根不銹鋼絲組成。
本發(fā)明中，所述纏繞層2層數(shù)為0～2層，編織層3層數(shù)為1～2層。
本發(fā)明提出的耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管的制備方法，其具體步驟如下(1)預(yù)成型將不銹鋼絲線軸裝入預(yù)成型機(jī)軸中，引出線頭，通過預(yù)成型機(jī)，控制預(yù)成型機(jī)上的調(diào)節(jié)盤，使鋼絲沿不銹鋼絲線軸滾動，取得具有一定精度、無損傷的螺旋型預(yù)成型鋼絲；其中，進(jìn)線點與出線點的節(jié)距為20～50mm，所得螺旋型預(yù)成型鋼絲圈徑為12～40mm
(2)纏繞將步驟(1)所得的預(yù)成型鋼絲線軸按纏繞方向裝入纏繞機(jī)圓盤上，調(diào)整與纏繞機(jī)相聯(lián)的定型模中的張力彈簧，通過定型模將不銹鋼絲纏繞于聚四氟乙烯內(nèi)管外，控制纏繞行程為19mm～55mm，張力為5～15N，取得排列均勻、光滑的纏繞層；(3)編織將經(jīng)過合股的鋼絲線軸裝入編織機(jī)錠子中，控制編織行程為21mm～72mm，張力為25～75N，在纏繞層外進(jìn)行編織，取得兩上兩下的交叉編織增強(qiáng)層。
本發(fā)明中，不銹鋼絲編織層的作用在于承受壓力、分散內(nèi)壓造成的應(yīng)力和提高撓曲疲勞強(qiáng)度，因此編織角度的大小，直接影響到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的效果，所述步驟(3)中編織角度為45°～60°。
本發(fā)明提供的聚四氟乙烯軟管在航空航天飛行器配套材料中的應(yīng)用。
決定聚四氟乙烯軟管組件耐高溫、高壓的主要因素是聚四氟乙烯(簡稱“F4”)內(nèi)管和增強(qiáng)骨架層，為了彌補(bǔ)F4內(nèi)管隨著溫度上升，耐壓值會下降的塑料特性，本發(fā)明中的增強(qiáng)骨架層由纏繞層和編織層組成，采用不銹鋼絲纏繞、編織的結(jié)構(gòu)形式來充當(dāng)既耐高溫又耐高壓的增強(qiáng)骨架層，能最大限度地保護(hù)F4內(nèi)管，提升耐壓值，其保護(hù)和增強(qiáng)的效果取決于不銹鋼絲增強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)和分解承受力的合理性。在204℃、28MPa的工作條件下，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式中的不銹鋼絲與F4內(nèi)管的緊密性顯得尤為重要。為了滿足增強(qiáng)工藝的目的，就必須在重量最輕的前提下，通過不同結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)達(dá)到所需的性能指標(biāo)要求。根據(jù)聚四氟乙烯軟管組件通徑不同，選擇不同的纏繞層數(shù)、纏繞行程、鋼絲直徑以及不同的編織層數(shù)、纏繞角度、編織角度、鋼絲直徑、鋼絲張力等。通過增強(qiáng)層的作用，合理分配承擔(dān)軟管組件所承受的壓力，達(dá)到所需的工作壓力和使用溫度，從而保障系統(tǒng)的正常運行。
本發(fā)明為了達(dá)到不銹鋼絲與F4內(nèi)管的緊貼，首先通過對預(yù)成型工藝中控制調(diào)節(jié)盤進(jìn)行設(shè)計制造，使預(yù)成型的控制調(diào)節(jié)盤具有多點、可調(diào)、滾動控制不銹鋼絲走向的功能，從而使預(yù)成型的控制精度達(dá)到耐高溫、高壓的纏繞制備要求；其次對纏繞層迭絲進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計并制造了可收放自如的與纏繞機(jī)相聯(lián)的定型模，通過調(diào)節(jié)定型模中周向可調(diào)的張力彈簧的粗細(xì)以及壓緊程度，讓纏繞定型模能最大限度地使纏繞層均勻平整、光滑、服帖，從而保障纏繞質(zhì)量，從根本上解決了這一對F4內(nèi)管有“致命”損害的問題；最后對增強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式中的角度也進(jìn)行了修正，使其更趨合理。通過采取以上措施，大大提高了不銹鋼絲與F4內(nèi)管的緊密性。
本發(fā)明中，在纏繞和編織過程中，鋼絲層的松緊程度要適中，即張力要均勻、適度，增強(qiáng)過松，像個鋼絲套筒套在內(nèi)管上，起不到分散應(yīng)力的作用；過緊，不銹鋼絲會咬入內(nèi)管表面層，破壞聚四氟乙烯內(nèi)管。
本發(fā)明提供的聚四氟乙烯軟管是一種供航空航天飛行器使用的配套材料。用該材料制成的聚四氟乙烯軟管組件的性能指標(biāo)為最高工作壓力28MPa，最高使用溫度204℃，最低使用溫度-55℃，高溫爆破壓力大于84MPa，室溫爆破壓力大于112MPa，脈沖試驗超過10萬次，高低溫彎曲試驗(-55℃～+204℃)達(dá)到40萬次。
其主要力學(xué)性能指標(biāo)為內(nèi)管相對密度2.125-2.155，25℃±2℃下的縱向拉伸強(qiáng)度≥16MPa，橫向拉伸強(qiáng)度≥13MPa，通徑為Φ6mm-Φ18mm。
本發(fā)明中，聚四氟乙烯軟管是通過不銹鋼絲增強(qiáng)來承受高壓、高溫，既要確保軟管能承受高壓(其室溫爆破壓力最高要求達(dá)112MPa以上)，又要滿足聚四氟乙烯軟管最小彎曲半徑和最小重量要求。不銹鋼絲的粗細(xì)和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式的不同最終影響了軟管組件的最小彎曲半徑和重量要求。
圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)圖示。
圖中標(biāo)號1為聚四氟乙烯內(nèi)管，2為纏繞層，3為編織層。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一進(jìn)說明本發(fā)明。
實施例1如圖1所示，聚四氟乙烯軟管由聚四氟乙烯內(nèi)管1、纏繞在聚四氟乙烯內(nèi)管1外的纏繞層2，纏繞層2為2層，以及包裹在纏繞層2外的編織層3組成，編織層3為2層。聚四氟乙烯軟管制備步驟如下(1)預(yù)成型將不銹鋼絲線軸裝入預(yù)成型機(jī)軸中，引出線頭，通過預(yù)成型機(jī)，控制預(yù)成型機(jī)上的調(diào)節(jié)盤，使鋼絲沿不銹鋼絲線軸滾動，取得具有一定精度、無損傷的螺旋型預(yù)成型鋼絲；其中，進(jìn)線點與出線點的節(jié)距為27mm，所得螺旋型預(yù)成型鋼絲圈徑為17mm；(2)纏繞將步驟(1)所得的預(yù)成型鋼絲線軸按纏繞方向裝入纏繞機(jī)圓盤上，調(diào)整與纏繞機(jī)相聯(lián)的定型模中的張力彈簧，通過定型模將不銹鋼絲纏繞于聚四氟乙烯內(nèi)管外，聚四氟乙烯內(nèi)管直徑為Φ6mm，纏繞層不銹鋼絲根數(shù)55根，不銹鋼絲的直徑為0.3mm，控制纏繞行程為20mm，張力為7.8N，取得排列均勻、光滑的纏繞層2，每層纏繞層2的厚度為3.5mm，纏繞機(jī)采用的為遼寧盤錦橡塑機(jī)械廠生產(chǎn)的型號為GRG-45180的纏繞機(jī)；(3)編織選用6根不銹鋼絲將其合股，將經(jīng)過合股的鋼絲線軸裝入編織機(jī)錠子中，錠子數(shù)24，編織層股數(shù)Φ0.2mm×6，控制編織行程為22mm，張力為45N，編織角度為54°20’，在纏繞層外進(jìn)行編織，取得兩上兩下的交叉編織增強(qiáng)層，每層編織層3的厚度為1.25mm，編織機(jī)采用的為遼寧盤錦機(jī)械廠生產(chǎn)的型號為GBG-16的編織機(jī)。
實施例2
聚四氟乙烯軟管包括聚四氟乙烯內(nèi)管1、纏繞在聚四氟乙烯內(nèi)管1外的纏繞層2，以及包裹在纏繞層2外的編織層3。
聚四氟乙烯軟管制備步驟如下(1)預(yù)成型將不銹鋼絲線軸裝入預(yù)成型機(jī)軸中，引出線頭，通過預(yù)成型機(jī)，控制預(yù)成型機(jī)上的調(diào)節(jié)盤，使鋼絲沿不銹鋼絲線軸滾動，取得具有一定精度、無損傷的螺旋型預(yù)成型鋼絲；其中，進(jìn)線點與出線點的節(jié)距為28mm，所得螺旋型預(yù)成型鋼絲圈徑17mm；(2)纏繞將步驟(1)所得的預(yù)成型鋼絲線軸按纏繞方向裝入纏繞機(jī)圓盤上，調(diào)整與纏繞機(jī)相聯(lián)的定型模中的張力彈簧，通過定型模將不銹鋼絲纏繞于聚四氟乙烯內(nèi)管外，聚四氟乙烯內(nèi)管直徑為Φ8mm，纏繞層不銹鋼絲根數(shù)55根，不銹鋼絲的直徑為0.4mm，控制纏繞行程為23mm，張力為6N，取得排列均勻、光滑的纏繞層2，纏繞層2為1層，其厚度為2.3mm，纏繞機(jī)采用的為遼寧盤錦橡塑機(jī)械廠生產(chǎn)的型號為GRG-45180的纏繞機(jī)；(3)編織選用6根不銹鋼絲將其合股，將經(jīng)過合股的鋼絲線軸裝入編織機(jī)錠子中，錠子數(shù)24，編織層股數(shù)Φ0.2mm×6，控制編織行程為22mm，張力為75N，編織角度為54°12’，在纏繞層外進(jìn)行編織，取得兩上兩下的交叉編織增強(qiáng)層，編織層3為2層，每層編織層3的厚度為1.1mm，編織機(jī)采用的為遼寧盤錦機(jī)械廠生產(chǎn)的型號為GBG-16的編織機(jī)。
實施例3聚四氟乙烯軟管包括聚四氟乙烯內(nèi)管1、纏繞在聚四氟乙烯內(nèi)管1外的纏繞層2，以及包裹在纏繞層2外的編織層3。
聚四氟乙烯軟管制備步驟如下(1)預(yù)成型將不銹鋼絲線軸裝入預(yù)成型機(jī)軸中，引出線頭，通過預(yù)成型機(jī)，控制預(yù)成型機(jī)上的調(diào)節(jié)盤，使鋼絲沿不銹鋼絲線軸滾動，取得具有一定精度、無損傷的螺旋型預(yù)成型鋼絲；其中，進(jìn)線點與出線點的節(jié)距為48mm，所得螺旋型預(yù)成型鋼絲圈徑38mm；(2)纏繞將步驟(1)所得的預(yù)成型鋼絲線軸按纏繞方向裝入纏繞機(jī)圓盤上，調(diào)整與纏繞機(jī)相聯(lián)的定型模中的張力彈簧，通過定型模將不銹鋼絲纏繞于聚四氟乙烯內(nèi)管外，聚四氟乙烯內(nèi)管直徑為Φ8mm，纏繞層不銹鋼絲根數(shù)86根，不銹鋼絲的直徑為0.45mm，控制纏繞行程為50mm，張力為12N，取得排列均勻、光滑的纏繞層2，纏繞層2為1層，其厚度為2.3mm，纏繞機(jī)采用的為遼寧盤錦橡塑機(jī)械廠生產(chǎn)的型號為GRG-45180的纏繞機(jī)；(3)編織選用8根不銹鋼絲將其合股，將經(jīng)過合股的鋼絲線軸裝入編織機(jī)錠子中，錠子數(shù)36，編織層股數(shù)Φ0.3mm×8，控制編織行程為70mm，張力為60N，編織角度為45°12’，在纏繞層外進(jìn)行編織，取得兩上兩下的交叉編織增強(qiáng)層，編織層3為2層，每層編織層3的厚度為1.2mm，編織機(jī)采用的為遼寧盤錦機(jī)械廠生產(chǎn)的型號為GBG-16的編織機(jī)。
實施例4聚四氟乙烯軟管包括聚四氟乙烯內(nèi)管1、纏繞在聚四氟乙烯內(nèi)管1外的編織層3組成。
聚四氟乙烯軟管制備步驟如下(1)預(yù)成型將不銹鋼絲線軸裝入預(yù)成型機(jī)軸中，引出線頭，通過預(yù)成型機(jī)，控制預(yù)成型機(jī)上的調(diào)節(jié)盤，使鋼絲沿不銹鋼絲線軸滾動，取得具有一定精度、無損傷的螺旋型預(yù)成型鋼絲；其中，進(jìn)線點與出線點的節(jié)距為48mm，所得螺旋型預(yù)成型鋼絲圈徑38mm；(2)編織選用8根不銹鋼絲將其合股，將經(jīng)過合股的鋼絲線軸裝入編織機(jī)錠子中，錠子數(shù)36，編織層股數(shù)Φ0.3mm×8，控制編織行程為70mm，張力為60N，編織角度為45°12’，在纏繞層外進(jìn)行編織，取得兩上兩下的交叉編織增強(qiáng)層，編織層3為2層，每層編織層3的厚度為1.2mm，編織機(jī)采用的為遼寧盤錦機(jī)械廠生產(chǎn)的型號為GBG-16的編織機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管，其特征在于由聚四氟乙烯內(nèi)管(1)和包裹于聚四氟乙烯內(nèi)管外編織層(3)組成，其中，編織層(3)由2-9根直徑為0.2mm-0.38mm單根不銹鋼絲合股后形成的不銹鋼絲編織而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管，其特征在于聚四氟乙烯內(nèi)管(1)和編織層(3)之間還設(shè)有纏繞層(2)，其中，纏繞層(2)由直徑為0.25mm-0.5mm經(jīng)過預(yù)成型的不銹鋼絲纏繞而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管，其特征在于所述纏繞層(2)由50～110根不銹鋼絲組成，編織層(3)由135～335根不銹鋼絲組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管，其特征在于所述纏繞層(2)層數(shù)為0～2層，編織層(3)層數(shù)為1～2層。
5.一種如權(quán)利要求2所述的耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)預(yù)成型將不銹鋼絲線軸裝入預(yù)成型機(jī)軸中，引出線頭，通過預(yù)成型機(jī)，控制預(yù)成型機(jī)上的調(diào)節(jié)盤，使鋼絲沿不銹鋼絲線軸滾動，取得具有一定精度、無損傷的螺旋型預(yù)成型鋼絲；其中，進(jìn)線點與出線點的節(jié)距為20～50mm，所得螺旋型預(yù)成型鋼絲圈徑為12～40mm；(2)纏繞將步驟(1)所得的預(yù)成型鋼絲線軸按纏繞方向裝入纏繞機(jī)圓盤上，調(diào)整與纏繞機(jī)相聯(lián)的定型模中的張力彈簧，通過定型模將不銹鋼絲纏繞于聚四氟乙烯內(nèi)管外，控制纏繞行程為19mm～55mm，張力為5～15N，取得排列均勻、光滑的纏繞層；(3)編織將經(jīng)過合股的鋼絲線軸裝入編織機(jī)錠子中，控制編織行程為21mm～72mm，張力為25～75N，在纏繞層外進(jìn)行編織，取得兩上兩下的交叉編織增強(qiáng)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中編織角度為45°～60°。
7.一種如權(quán)利要求1所述的聚四氟乙烯軟管在航空航天飛行器配套材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫高壓聚四氟乙烯軟管及其制備方法。由內(nèi)到外依次由聚四氟乙烯內(nèi)管、纏繞層和編織層組成。將不銹鋼絲線軸裝入預(yù)成型機(jī)軸中，通過預(yù)成型，控制預(yù)成型節(jié)距為20～50mm，圈徑為12～40mm，取得具有一定精度、無損傷的螺旋型預(yù)成型鋼絲；將已預(yù)成型鋼絲線軸按纏繞方向分別裝入纏繞機(jī)，控制行程為19mm～55mm，張力為5～15N，通過定型模將不銹鋼絲纏繞于聚四氟乙烯內(nèi)管外，將經(jīng)過合股的鋼絲線軸裝入編織機(jī)錠子中，控制行程為21mm～72mm，張力為25～75N，在纏繞層外進(jìn)行編織，即可得到所需產(chǎn)品。本發(fā)明通過不銹鋼絲增強(qiáng)承受高壓、高溫，既確保軟管能承受高壓，又滿足聚四氟乙烯軟管最小彎曲半徑和最小重量要求。
文檔編號F16L11/10GK1908492SQ20061002970
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者周旭明, 邵漫江 申請人:上海市塑料研究所