專(zhuān)利名稱(chēng)：用于輸送流體或氣體的柔性軟管的制作方法
用于輸送流體或氣體的柔性軟管發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于輸送流體或氣體的改善的柔性軟管。相關(guān)領(lǐng)域描述英國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)1394723公開(kāi)了具有多層構(gòu)造的改善的吸油和排油軟管。EP 0969236A2公開(kāi)了具有柔韌度的防扭結(jié)高壓軟管。DE 102004051073A1描述了軟管，該軟管包含存在于彈性體層之間的由 200-1400mm長(zhǎng)度的長(zhǎng)絲制成的間位芳族聚酰胺紗或合股的紗的紡織加強(qiáng)層。US 7086420描述了包含由聚苯硫醚紗制成的紡織加強(qiáng)層的軟管。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布2005/0008807A1公開(kāi)了具有多層構(gòu)造的空調(diào)軟管。盡管現(xiàn)有技術(shù)熟知形成具有多層構(gòu)造的軟管，但仍需要可在用于軟管編織的常規(guī) 設(shè)備上構(gòu)建的改善的柔性軟管。發(fā)明概述本發(fā)明涉及適于輸送加壓流體或氣體的柔性軟管，所述軟管在沿著中心縱向軸線 的軸向上和周向圍繞所述縱向軸線的徑向上延伸，所述軟管依次包括芯管(2)和圍繞外芯 管的加強(qiáng)層(3)，所述芯管(2)具有周向內(nèi)芯管表面和相對(duì)的周向外芯管表面，所述芯管 (2)包括第一彈性體層，所述加強(qiáng)層( 具有周向內(nèi)芯加強(qiáng)表面和相對(duì)的周向外芯加強(qiáng)表 面，所述加強(qiáng)層(3)為針織構(gòu)造、螺旋纏繞構(gòu)造或編結(jié)構(gòu)造，所述加強(qiáng)層(3)由至少一根紗 線(5)形成，所述紗線(5)具有1000-4000分特的線密度，所述紗線(5)由2至5股股紗 (6)構(gòu)成，所述股紗(6)合股捻成1至5的捻系數(shù)，所述股紗(6)由1至5根短纖紗(7)構(gòu) 成，所述短纖紗(7)合股捻成1至5的捻系數(shù)，所述短纖紗(7)包括100至1000分特的線 密度，所述短纖紗(7)包括具有80至150mm長(zhǎng)度的長(zhǎng)絲，所述短纖紗(7)包括每米至少200 捻回?cái)?shù)的捻度，并且所述短纖紗(7)包括選自以下的長(zhǎng)絲聚間亞苯基對(duì)苯二甲酰胺、聚亞 甲基-1，3-苯并二卩惡唑、聚U惡二唑、聚磺酰胺、聚芳硫醚、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚苯并 !德唑、聚卩惡二唑、聚磺酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚苯并蝶唑或它們的混合物，第二彈 性體層(4)在所述周向外芯加強(qiáng)表面上圍繞所述加強(qiáng)層(3)。附圖簡(jiǎn)述

圖1為示出多層構(gòu)造的本發(fā)明軟管的示意圖。圖2為軟管中采用的紗線的橫截面。發(fā)明詳述加強(qiáng)軟管必需的多個(gè)層的描述最初源于最靠近要輸送的流體或氣體的內(nèi)表面。剩 余層的描述由內(nèi)表面依次延伸。對(duì)于芯管O)的第一需求為具有常規(guī)上接觸流體或氣體的周向內(nèi)表面和相對(duì)的 周向外管表面。適于芯管O)的材料為彈性體并為本領(lǐng)域所熟知。合適的實(shí)例包括氫化丁 腈橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠、甲基苯基硅橡膠、天然橡膠、EPDM、CPE和丙烯酸橡膠。EPDM是指乙烯-丙烯-二烯烴單體橡膠。CPE是指氯化聚乙烯。應(yīng)當(dāng)理解，所選擇的彈性體材料將取決于軟管的最終用途。例如，如果要通過(guò)軟管 輸送腐蝕性物質(zhì)，則選擇彈性體材料以抵抗此類(lèi)腐蝕。加強(qiáng)層(3)圍繞外芯管表面并且為針織構(gòu)造、螺旋纏繞構(gòu)造或編結(jié)構(gòu)造。加強(qiáng)層 (3)由至少一根具有1，000至4，000分特范圍內(nèi)的線密度的紗線(5)形成。一根或多根紗 線(5)由2至5股股紗(6)構(gòu)成，所述股紗(6)合股捻成1至5的捻系數(shù)。繼而股紗(6) 由1至5根短纖紗(7)構(gòu)成，所述短纖紗(7)合股捻成1至5的捻系數(shù)。本發(fā)明中存在的關(guān)鍵為短纖紗(7)。需要短纖紗(7)具有100分特至1000分特 范圍內(nèi)的線密度。更優(yōu)選的范圍為200分特至600分特。此外，短纖紗(7)由具有80mm至 150mm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度的長(zhǎng)絲形成。一般來(lái)講，更優(yōu)選的范圍將為90mm至120mm。短纖紗具 有每米大于200捻回?cái)?shù)的捻度。優(yōu)選范圍的實(shí)例為每米450至750捻回?cái)?shù)。對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的另一個(gè)需求為短纖紗由以下物質(zhì)形成聚間亞苯基對(duì)苯二甲酰胺、 聚亞甲基-1，3-苯并二卩惡唑、聚嗯二唑、聚磺酰胺、聚芳硫醚、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚 苯并卩惡唑、聚卩惡二唑、聚磺酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚苯并卩惡唑或它們的混合物。優(yōu) 選聚間亞苯基對(duì)苯二甲酰胺或聚芳硫醚。任選地，包括蠟的整理劑可作為外部涂層施用在短纖紗(7)、股紗(6)或紗線(5) 上。合適的實(shí)例包括聚氧化乙烯基整理劑和烴基蠟。任選地，粘合劑涂層可作為外部涂層施用在短纖紗(7)、股紗(6)或紗線( 上。 合適的實(shí)例為本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常已知的環(huán)氧化物、異氰酸酯或RFL基涂層以用于改善 加強(qiáng)層(3)、芯管( 和彈性體層(4)之間的粘附性。RFL代表間苯二酚甲醛膠乳。彈性體層(4)在加強(qiáng)層(3)的外表面上圍繞加強(qiáng)層。彈性體的類(lèi)型與芯(2)相比 可相同或不同。應(yīng)當(dāng)理解，可采用各種構(gòu)造。例如，可利用兩個(gè)以上的加強(qiáng)層⑶。此外，芯管⑵ 可在其內(nèi)表面上襯有將接觸要輸送的流體或氣體的碳氟化合物基材料(1)。此類(lèi)材料合適 的實(shí)例包括聚(四氟乙烯)和全氟烷氧基聚合物。需要改善的柔性軟管能夠在超過(guò)200°C的溫度下操作，擁有增加的體積膨脹能 力，并顯示出動(dòng)載荷施加下增加的疲勞壽命性能。加強(qiáng)層的性能-以及因此加強(qiáng)紗線的性 能-與這三種軟管性能標(biāo)準(zhǔn)直接相關(guān)。軟管加強(qiáng)層中具體紗線的連續(xù)使用溫度決定了高溫下加強(qiáng)的有效性。加強(qiáng)紗線的伸長(zhǎng)率決定了軟管的體積膨脹能力。體積膨脹越多，則軟管越有效地 吸收突然壓力峰。這將導(dǎo)致在軟管為其組件的體系內(nèi)輸送的流體或氣體的流動(dòng)壓力峰的減 少。加強(qiáng)紗線的模量與形成軟管的芯管和彈性體層的橡膠的不相容性導(dǎo)致動(dòng)載荷施 加下的軟管失效。這種失效模式對(duì)于高模量加強(qiáng)紗線而言是尤其突出的。如本發(fā)明中所述的加強(qiáng)紗線實(shí)現(xiàn)了上述所有三種軟管性能標(biāo)準(zhǔn)。表4總結(jié)了加強(qiáng)軟管制造領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的高性能紗線的特性。在以下實(shí)施例中，除非另外指明，所有份數(shù)和百分比均按重量計(jì)且度數(shù)按攝氏度 計(jì)。測(cè)試方法
紗線的拉伸特性根據(jù)ASTM D 885測(cè)定。測(cè)量在購(gòu)自hstron，Norwood，MA的 Instron 5860系列測(cè)試設(shè)備上進(jìn)行。對(duì)于200旦尼爾至1600旦尼爾范圍的紗線樣本采用 4C夾具，而對(duì)于1600旦尼爾至3000旦尼爾的紗線樣本則采用4D夾具。標(biāo)距為10英寸 (25. 4cm)，并且?jiàn)A頭速度設(shè)定為12英寸/分鐘(30. 5cm/min)。將連續(xù)長(zhǎng)絲紗線捻成1. 4的 捻系數(shù)。含有不連續(xù)長(zhǎng)絲的紗線按原樣測(cè)試。旦尼爾(d)根據(jù)ASTM D 1577測(cè)量并且為表示為9000米纖維重量(單位為克) 的纖維的線密度。旦尼爾在得自Textechno，Munich，Germany的Vibroscope上測(cè)量。旦尼 爾乘以(10/9)等于分特克斯(分特)。紗支測(cè)定體系(1)英制棉紗支數(shù)描述每一磅紗線的840碼的個(gè)數(shù)Ne =碼數(shù)/ (840*磅數(shù))?？赏ㄟ^(guò)用5315除以Ne而將英制棉紗支數(shù)轉(zhuǎn)化為旦尼爾。(2)公制紗線支數(shù) 描述了 1克紗線的長(zhǎng)度(單位為米)Nm(y米)/(x克)?？赏ㄟ^(guò)乘以(χ克)/(y米)*9000 而將其轉(zhuǎn)化為旦尼爾。捻系數(shù)(TM )描沭為每米的捻回?cái)?shù)(TPM)與紗線分特平方根的比率。其可用下式 計(jì)算TM= (TPM) *(sqrt(dtex))/3000。實(shí)施例1以下實(shí)施例示出了用于本發(fā)明的適于下述紗線的制備方法的紗線的制備差異， 所述紗線由具有比較實(shí)施例A中所述的20-60mm單絲長(zhǎng)度范圍和比較實(shí)施例B中所述的 200-1400mm單絲長(zhǎng)度范圍的不連續(xù)長(zhǎng)絲制成。在khlumberg轉(zhuǎn)換器中，將100ktex、2. Odpf 的NOMEX 430間位芳族聚酰胺絲束轉(zhuǎn)換為具有IOOmrn平均單絲長(zhǎng)度的20ktex、2. Odpf 的NOMEX 頂絲。隨后利用精紡紡絲技術(shù)將頂絲轉(zhuǎn)換為Nm 40/3 (675d)的短纖紗(在S 和Z方向> 500TPM)。作為另外一種選擇，該紗線可以類(lèi)似于US 2，721，440中所述的一種 的連續(xù)方法制備。將該紗線的三個(gè)頭合股捻成1. 7的捻系數(shù)。合股的紗涂覆有1. 0重量％ (按未整理纖維的重量計(jì))的蠟質(zhì)整理劑和熱定形劑。實(shí)施例2以下實(shí)施例示出了單絲長(zhǎng)度對(duì)紗線韌度的影響。用高韌度紗線加強(qiáng)的軟管將表現(xiàn) 出高爆裂壓力。表1列出了由比較實(shí)施例A中所述的50mm均勻單絲長(zhǎng)度的NOMEX 短 紗制成的紗線的韌度。相對(duì)于連續(xù)的多絲紗線(NOMEX 430，1200d，2dpf)，其韌度減少 60%。如實(shí)施例1中所述的由具有IOOmrn的平均單絲長(zhǎng)度的不連續(xù)長(zhǎng)絲制成的紗線相對(duì)于 連續(xù)長(zhǎng)絲紗線僅僅損耗20%。作為參考，WO 2006/058676列出了由比較實(shí)施例B中所述制 備的400-600mm長(zhǎng)的不連續(xù)長(zhǎng)絲制成的Teijinconex KB間位芳族聚酰胺紗線。3478分特 和2270分特Teijinconex KB紗線的韌度分別列舉為39cN/tex和42cN/tex。
紗線的單絲長(zhǎng)度紗線支數(shù)旦尼爾斷裂強(qiáng)度韌度(mm)(Ibs)(cN/tex)50Ne= 14.7/13611.618100 (平均)Nm= 40/36755.935連續(xù)不適用120013.244表ι- NOMEX 間位芳族聚酰胺紗線的韌度實(shí)施例3
以下實(shí)施例示出了單絲長(zhǎng)度對(duì)紗線環(huán)結(jié)強(qiáng)度的影響。環(huán)結(jié)強(qiáng)度用與實(shí)施例2相同 的步驟測(cè)量，不同的是將相同紗線的兩個(gè)紗線樣本交叉，并將^stron試驗(yàn)機(jī)的每個(gè)夾具 固定到一個(gè)紗線樣本的兩端。照此通過(guò)套環(huán)將紗線樣本彼此連接。該測(cè)試指示針織軟管加 強(qiáng)構(gòu)造中紗線的性能。具有高環(huán)結(jié)強(qiáng)度的紗線針織加強(qiáng)層的軟管將示出高爆裂壓力。如可 從表2中所看出的，由比較實(shí)施例A中所述的50mm均勻長(zhǎng)度的NOMEX 短紗制成的紗線 的環(huán)結(jié)強(qiáng)度較低。由具有IOOmm平均長(zhǎng)度的不連續(xù)長(zhǎng)絲制成的紗線具有優(yōu)于由50mm短紗 制成的紗線的優(yōu)異性能。
紗線妁單絲長(zhǎng)度紗線支數(shù)旦尼爾環(huán)結(jié)強(qiáng)度
(mm)(cN/tex)50Ne= 14.7/136119
100 (平均)Nm= 40/367527連續(xù)不適用120036表2- Ν ΜΕΧ 間位芳族聚酰胺紗線的環(huán)結(jié)強(qiáng)度實(shí)施例4實(shí)施例4至6示出了根據(jù)實(shí)施例1而制備的具有80-150mm不連續(xù)單絲長(zhǎng)度的3 股間位芳族聚酰胺紗線的性能與比較實(shí)施例C中所述的商用雙股1200d NOMEX 430連 續(xù)多絲紗線的性能的比較。就軟管測(cè)試而言，有必要比較具有相同爆裂壓力的軟管。實(shí)施 例4示出了為了進(jìn)行軟管制造和軟管測(cè)試而用于實(shí)施例5和6中的其它相同軟管的加強(qiáng)結(jié) 構(gòu)的來(lái)源。具有平針針織織物加強(qiáng)的軟管的理論爆裂壓力可由下式計(jì)算P = 2R C sin( θ )F/D其中P =爆裂壓力R=紗線斷裂強(qiáng)度C=每IOmm的針數(shù)θ =針織角度F =效率因子D =股線直徑實(shí)施例1中的紗線具有比比較實(shí)施例C中的連續(xù)多絲紗線更低的斷裂強(qiáng)度。為了 獲得具有大約20巴爆裂壓力的19mm內(nèi)徑的軟管，來(lái)自實(shí)施例1的紗線必須每IOmm軟管長(zhǎng) 度織4針，而來(lái)自比較實(shí)施例C的紗線必須每IOmm軟管長(zhǎng)度織3針。實(shí)施例5以下實(shí)施例示出了如實(shí)施例1所述在配備有圓形針織機(jī)的商業(yè)軟管制造設(shè)備上 制備的紗線的優(yōu)異加工特性。在商業(yè)軟管制造設(shè)備中制備滿(mǎn)足SAE J20R3中的規(guī)格說(shuō)明的具有19mm內(nèi)徑的基 于EPDM的機(jī)動(dòng)車(chē)加熱器軟管。Harry Lucas針織機(jī)(得自Harry Lucas Textilmaschinen, Neumunster,Germany)配備有八套如實(shí)施例1中所述的紗線的5_lbs進(jìn)料紗線包裝。將進(jìn) 料軟管調(diào)整為沿著軟管的縱向軸線每IOmm軟管織4針。利用平針圖案。測(cè)試后在針織機(jī)上 未發(fā)現(xiàn)沉積物且軟管加強(qiáng)層未顯示任何不規(guī)則或缺陷。軟管在直芯軸上固化并切割成25cm 的長(zhǎng)度。表3列出了所制備的軟管。
實(shí)施例6對(duì)如實(shí)施例4和比較實(shí)施例C所述制備的軟管進(jìn)行工業(yè)中常見(jiàn)的壓力-振動(dòng)-溫 度(PVT)性能測(cè)試以評(píng)價(jià)用兩種紗型加強(qiáng)的軟管長(zhǎng)期性能。遵循以下步驟100%的乙二醇 通過(guò)25cm長(zhǎng)的軟管樣本循環(huán)。乙二醇的循環(huán)以具有梯形模式的脈沖進(jìn)行0. 1巴的低谷持 續(xù)4.0秒，1.2秒升至3巴，3巴的峰值持續(xù)4.0秒，以及1.2秒降至0. 1巴的低谷。軟管以具 有士 IOmm振幅的200次振動(dòng)/分鐘振動(dòng)。環(huán)境及流體溫度為135°C。持續(xù)脈沖直至軟管失 效。表3對(duì)結(jié)果進(jìn)行了匯總。由實(shí)施例1中所述的不連續(xù)長(zhǎng)絲制成的紗線加強(qiáng)的軟管在超 過(guò)430959次循環(huán)后仍保持完整。由雙股的1200d、2dpf連續(xù)多絲紗線加固的軟管在33四67 次循環(huán)后失效。這些測(cè)試表明如實(shí)施例1中所述的紗線具有優(yōu)異的長(zhǎng)期性能。含有如比較 實(shí)施例A中所述的紗線的軟管的測(cè)試與制備被省略，這是因?yàn)橛?0-60mm的不連續(xù)長(zhǎng)絲制 成的紗線不適用于針織軟管加強(qiáng)已成為被接受的工業(yè)知識(shí)(參見(jiàn)DE 102004051073A1)。實(shí)施例7對(duì)如實(shí)施例4和比較實(shí)施例C中所述的軟管進(jìn)行第二次PVT測(cè)試。遵循以下步 驟100%的乙二醇通過(guò)25cm長(zhǎng)的軟管樣本循環(huán)。乙二醇的循環(huán)以具有梯形模式的脈沖進(jìn) 行0. 0巴的低谷持續(xù)1. 2秒，0. 3秒升至5. 2巴，5. 2巴的峰值持續(xù)1. 2秒，以及0. 3秒降 至0. 0巴的低谷。軟管以具有士 IOmm振幅的200次振動(dòng)/分鐘振動(dòng)。環(huán)境及流體溫度為 130°C。測(cè)試運(yùn)行100000次循環(huán)并示出極端苛刻的條件下加強(qiáng)層的性能。根據(jù)ASTM D380 對(duì)未測(cè)試的對(duì)照樣本及PVT測(cè)試后的樣本進(jìn)行爆裂。保留下來(lái)的爆裂壓力記錄于表3中。 由實(shí)施例1中紗線加強(qiáng)的軟管顯示出優(yōu)異性能，該性能比得上雙股的1200d、2. Odpf連續(xù)多
絲紗線加固軟管的性能。
權(quán)利要求
1.適于輸送加壓流體或氣體的柔性軟管，所述軟管在沿著中心縱向軸線的軸向上和周 向圍繞所述縱向軸線的徑向上延伸，所述軟管依次包括具有周向內(nèi)芯管表面和相對(duì)的周向外芯管表面的芯管O)，所述芯管(2)包括第一彈 性體層，圍繞所述外芯管的加強(qiáng)層(3)，所述加強(qiáng)層C3)具有周向內(nèi)芯加強(qiáng)表面和相對(duì)的周向 外芯加強(qiáng)表面，所述加強(qiáng)層(3)為針織構(gòu)造、螺旋纏繞構(gòu)造或編結(jié)構(gòu)造， 所述加強(qiáng)層(3)由至少一根紗線(5)形成， 所述紗線(5)具有1000至4000分特的線密度， 所述紗線(5)由2至5個(gè)股紗(6)構(gòu)成， 所述股紗(6)合股捻成1至5的捻系數(shù)， 所述股紗(6)由1至5根短纖紗(7)構(gòu)成， 所述短纖紗(7)合股捻成1至5的捻系數(shù)， 所述短纖紗(7)包括100分特至1000分特的線密度， 所述短纖紗(7)包括具有80至150mm長(zhǎng)度的長(zhǎng)絲， 所述短纖紗(7)包括每米至少200捻回?cái)?shù)的捻度，并且所述短纖紗(7)包括選自以下的長(zhǎng)絲聚間亞苯基對(duì)苯二甲酰胺、聚亞甲基-1，3-苯并 二 P惡唑、聚卩惡二唑、聚磺酰胺、聚芳硫醚、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚苯并嗯唑、聚嗯二唑、 聚磺酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚苯并螺唑或它們的混合物，以及第二彈性體層G)，其在所述周向外芯加強(qiáng)表面上圍繞所述加強(qiáng)層(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的適于輸送加壓流體或氣體的柔性軟管，其中所述加強(qiáng)層(3)包括 聚間亞苯基對(duì)苯二甲酰胺或聚芳硫醚或它們的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的適于輸送加壓流體或氣體的柔性軟管，其中所述紗線(5)、股紗 (6)或短纖紗(7)涂覆有整理劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的適于輸送加壓流體的柔性軟管，其中所述彈性體材料包括氫化丁 腈橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠、甲基苯基硅橡膠、天然橡膠、EPDM、CPE或丙烯酸類(lèi)橡膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的適于輸送加壓流體或氣體的柔性軟管，所述柔性軟管包括兩個(gè)或 更多個(gè)所述加強(qiáng)層(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的適于輸送加壓流體或氣體的柔性軟管，其中所述芯管(2)內(nèi)襯有 碳氟化合物基材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的適于輸送加壓流體的柔性軟管，其中所述加強(qiáng)層( 為針織的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的適于輸送加壓流體的柔性軟管，其中所述第一加強(qiáng)層每米具有 160至660個(gè)套環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了用于輸送流體或氣體的柔性軟管，所述柔性軟管包括圍繞加強(qiáng)層的任一側(cè)的兩個(gè)彈性體層。
文檔編號(hào)F16L11/08GK102076493SQ200980124635
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者A·安馬, A·格勞杜斯 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司