胶管

胶管是用以输送气体、液体、浆状或粒状物料的一类管状橡胶制品。由内外胶层和骨架层组成，骨架层的材料可用棉纤维、各种合成纤维、碳纤维或石棉、钢丝等。一般胶管的内外胶层材料采用天然橡胶、丁苯橡胶或顺丁橡胶；耐油胶管采用氯丁橡胶、丁腈橡胶；耐酸碱，耐高温胶管采用乙丙橡胶、氟橡胶或硅橡胶等。

胶管

• 胶管的命名
  • 一般命名法/骨架材料+工艺+用途+胶管
    • 纤维编织
    • 尼龙夹布
  • 按性能/用途命名（性能+胶管）
    • 输油胶管
    • 输水胶管
    • 排泥胶管
    • 氧气输送管道
    • 钻探胶管
• 胶管的组成
  • 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： ①具有良好的耐老化性能，如耐光臭氧及天候老化。 ②具有良好的耐磨擦、耐撕裂性能。
  • 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： ①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 ②良好的粘合性能 ③良好的耐曲挠性能
    • 常见的骨架材料
      • 帆布——夹布胶管
      • 帘布——轮胎
      • 纤维线
      • 金属线
      • 编制和缠绕胶管
  • 内胶层
    • 直接与被输送介质接触，是主要工内胶层作面/第一工作面。
    • 作用：支撑管体、保护骨架层。
    • 技术要求： ①有良好的耐接触介质性能 ②有足够的硬度和挺性，以适应加工时变形和压力的需要
• 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）。
    • 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
    • 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
    • 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/2/5
    • 金属线 直径0.2-0.8mm
• 通用胶管主要部件的配方设计
  • 常用橡胶的性能特点
    • NR：强度高，加工性能好，弹性好，耐磨性好，粘合性能好；耐老化性能差。 SBR：耐磨性好，耐老化性比NR好，弹性稍差 BR：弹性好，耐磨性好，生热低，强度低。 CR：强度高，弹性较好，阻燃性好，耐老化性优于NR,SBR和BR，有一定的耐油性。 NBR：耐油，随丙烯腈含量而增加耐油性、耐热性变好，耐低温性变差
  • 胶管的主要部件
    • 内胶层
      • 内层胶：使用条件最苛刻的部位内层胶的要求： ①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，输送泥浆耐磨损 ②气密性好 ③具有一定的弹性、柔软性、耐老化性
      • 配合要点： 胶种选择：以NR,SBR为主或NR/SBR/BR并用，含胶率25~30%，为降成本可加再生胶。 硫化体系：硫黄/促进剂硫化体系。 S：1.5-2.5phr（再生胶每增加20phr,S可增加0.1-02phr） 促进剂：噻唑类、次磺酰胺类为主 活化剂：ZnO:SA＝5：3 补强填充：高耐磨、半补强为主，用量40－50phr，填料以碳酸钙、陶土为主。 软化体系：重油、机油；松焦油、沥青、石油树脂等，10phr 防护体系：胺类防老剂如防老剂RD，4010NA等，1phr
    • 外胶层
      • 外层胶暴露于空气中，保护骨架不受损伤。 内层胶的要求： ①优越的耐光、天候老化、机械老化。 ②好的抗破坏能力：抗撕裂、耐黁损。
      • 胶种选择：以氯丁橡胶CR为主，或与NR/SBR并用，含胶率35%左右。 硫化体系：硫黄/促进剂硫化体系（CV），促进剂以次磺酰胺为主，CR用量多时可配用CR硫化体系。 补强填充：高耐磨/半补强并用，量少于内层胶，填充以碳酸钙、陶土为主，与内胶层相适应。 软化体系：酯类和石油软化剂为主，一般15phr左右。 防护体系：胺类防老剂如防老剂RD，4010NA，4020等，1-2phr，并用物理防老剂石蜡1phr
    • 中间层
      • 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： ①良好的粘合性能 ②良好的弹性、柔软性、耐曲挠性
      • 胶种选择：以天然橡胶NR为主，与适量SBR/BR并用，也可加适量再生胶。 硫化体系：硫黄/促进剂硫化体系，促进剂以噻唑类和秋兰姆为主（稍快）。 补强填充：高耐磨/半补强并用，量少于内外层胶，填料以碳酸钙、陶土为主。 软化体系：石油系软化剂及增粘性软化剂。 防护体系：胺类防老剂如防老剂RD
    • 擦布胶
      • 探擦布胶用于骨架与胶层的粘合。 擦布胶的要求 ①对织物有一定的渗透性，附着力强 ②良好的强伸性能和曲挠性能
      • 胶种选择：以天然橡胶为主，配用适量 SBR/BR/CR，也可加适量再生胶，含胶率为35~40% 硫化体系：硫黄/促进剂硫化体系，1-2phr；促进剂以噻唑类和秋兰姆为主（快于内外层胶）。 补强填充：通用/半补强并用，用量略低于内胶层，30-40phr填料以碳酸钙、陶土为主，用量不宜过多。 软化体系：有增粘性的松焦油，重油，松香，树脂等，可加入间甲白增粘体系。 防护体系：胺类防老剂如防老剂A,D。
• 特种胶管的配方设计
  • 对耐温和耐介质有特殊要求的胶管。原则：根据工作层的（与介质直接接触的胶层）的性能要求而选配
    • 耐油胶管
      • 胶种：NBR,CR,HNBR,FPM,ECO,CSM等极性耐油橡胶，外层胶以CR,CPE为主。 硫化：NBR以低硫配合为主， CR/NBR中CR用量大时以金属氧化物为主。 补强：HAF/ GPF/SRF并用，30-~50份。填料以碳酸钙、陶土为主。 软化：选用不易被油抽出的软化剂如DBP,DOP。
      • 汽车输油胶管为发动机供油，足够长的寿命（15万公里/10年） 内层胶耐所传输的油，对油低渗透性油极性增大！ 胶管总体结构对环境的耐受性工作环境劣化！ 汽车小型化、节能化→发动机更紧凑、排气量更低→温度升高涡轮增加发动机技术使周围温度明显提高 电喷发动机→燃料与空气、热、水蒸气、铜离子接触→ 形成氢过氧化物→分解成自由基 气体排放法规更加严格-燃料从胶管渗出是造成汽车排放的最主要原因
      • 氟橡胶有优异的耐高温压变性能，最高仅为40%，Ⅴiton GBL压变最低，Viton A、B、F、GBL的耐寒性依次降低 ▲氟橡胶耐ASTM3#油性能优异！ 氟橡胶的拉伸强度、伸长率的变化率均低于10%硬度下降4个值，体积变化率不到2% ▲氟橡胶耐有良好的耐燃油性能,三元优于二元 在标准燃料油，氟橡胶性能变化率明显增大 拉伸强度下降16-23%、伸长率最大14%、硬度下降10，体积变化率12-18% ▲氟橡胶对乙醇汽油的耐受性明显下降！ 在CE10氟橡胶性能变化率进一步增大 拉伸强度下降40-50%、伸长率下降超过15%，硬度下降12-18 ，体积变化率超过20%
    • 耐酸碱胶管
      • 在正压条件下，输送浓度在40%以下的稀酸（碱），并且温度在工作温度在-20℃-45℃之间 胶种：腐蚀性不强的-NR,SBR,CR；腐蚀性强的-EPDM,IR,FPM,CSM。 硫化：NR,SBR-低硫配合（噻唑/次磺酰胺）； IR-硫黄/促进剂配合或树脂硫化； CSM-金属氧化物； FPM-过氧化物，胺类硫化剂。 补强：HAF/SRF；填料选惰性的硫酸钡、陶土等 软化：在酸碱中稳定的品种，少用酯类软化剂。
    • 液压胶管
      • 钢丝编织或钢丝缠绕结构的高压胶管，除要求耐液压介质外，对机械性能有较高的要求 胶种：NBR为主或并用高性能合成树脂；特殊介质（如磷酸酯液压油、髙温蒸汽）EPDM,IR。 硫化：NBR类似耐油胶管，MgO有较好的耐热性和抗压缩性能与胶种有关 补强：HAF/SRF；喷雾炭黑可改善压出性能。 软化：与耐油胶管类似，不被介质抽出，用量不易多。
    • 耐磨胶管
      • 胶种：BR,NR,SBR并用；聚氨酯 硫化体系：硫磺、促进剂配合；聚氨酯过氧化物及二异氰酸酯配合 补强：高耐磨炉黑
    • 耐热胶管
      • 胶种：150℃以下SBR,CR并用部分NR，再生胶 150℃以上EPDM,IIR,FPM,Q。 硫化：NR,SBR-无硫或低硫配合； IR树脂硫化，卤化丁基橡胶过氧化物硫化； FPM过氧化物。 补强：HAF/SRF或MT,FEF；填料选吸水性小的。 软化：石油系高沸点操作油和聚酯类增塑剂。
    • 耐寒胶管
      • 胶种：Tg和结晶倾向小的胶种：NR、BR、IR、Q 兼具耐油性：CN低的NBR,NR（BR）与少量CR、NBR并用 硫化：普通硫化体系，不采用无硫或过氧化物交联。 补强：半补强炉黑或喷雾炭黑；填料活性碳酸钙等。 软化：相容性好、挥发性小，凝固点低于橡胶Tg的软化剂。
    • 绝缘胶管
      • 胶种：非极性橡胶NR、IR、EPR、Q，防止杂质混入，含胶率应适当提高。 硫化：低硫配合，噻唑类促进剂绝缘效果好补强：黑色胶管低结构炭黑，用量不宜多，填充剂配用陶土、滑石粉、云母粉和碳酸钙。 不用炭黑，用上述无机填料制备浅色胶管，电绝缘效果更理想
    • 导电胶管
      • 导电胶管： 极性大橡胶，如CR、NBR，填充乙炔炭黑或专用导电炭黑，并配如适量的金属氧化物如ZnO、MgO
• 胶管的结构设计
  • 薄壁容器受力分析
  • 无芯法编织胶管成型工艺
    • 胶料
      • 内管坯挤出
        • 充气或半硫化
          • 编织骨架
            • 外胶挤出
              • 包铅
                • 熔铅
                • 硫化
                  • 剥铅
                    • 整理
                      • 检验
                        • 成品
  • 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（100~200m），采用软芯或无芯编织成型。
  • 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。 次缠绕两个、四个或六个单向层，缠绕层数为偶数
• 胶管的硫化
  • 硫化条件
    • 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。
    • 硫化时间
  • 硫化方法
    • 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。
    • 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。
    • 其他硫化方法
      • 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
        • 胶管通过髙熔点金属盐类按一定比例配成的熔盐 （温度达150C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。
• 胶管的发展方向
  • 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15m 最高爆破压力可达20~30MPa 耐高低温 耐曲挠疲劳 耐特殊介质
• 胶管的类型
  • 按骨架结构分类
    • 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。
    • 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（54°44′）编织而成的胶管。
      • 分纤维编织胶管和钢丝编织胶管。
      • 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，导致编织层断裂现象。
    • 缠绕胶管
      • 以线材（纤维线或金属丝）为骨架材料
      • 按平衡角度（54°44′）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。
      • 特点
        • ■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30～40%。 ■弯曲性能好。 ■耐冲击，耐疲劳性好。 ■生产效率高。 ■接头困难。
    • 针织胶管
      • 以棉线或其他纤维为骨架材料，经针织而制成的胶管。
    • 其他胶管
      • 纯胶管：整个胶管由单一橡胶材料构成
      • 复合型胶管：整个胶管由两种胶料两层复合构成
      • 短纤维胶管：由一种橡胶材料与一种１－２ｍｍ
      • 短纤维均匀混合挤压出或模制成形的胶管
      • 合成树脂软管：胶管由树脂材料（塑料）组成。
  • 按受压状态分类
    • 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。
    • 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。 以金属螺旋线作为管体的支撑骨架材料 根据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： 金属螺旋线在胶管的内壁。 露线式缺点： 淤积杂物，增大阻力 不适于输送腐蚀性物质
    • 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：内露线外铠装、内露线埋线式、埋线外铠装式。
  • 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。如如泥浆喷射胶管、液压制动刹车胶管、潜水供氧胶管。
• 胶管规格的表示方法
  • 表示方法
    • 内径尺寸（mm）×骨架层数与结构×长度（m）---工作压力（MPa） 夹布胶管——P 缠绕胶管——S 棉线编织胶管——C/B 钢丝编织胶管——W/B
  • 计量方法
    • 以胶管的内径与长度的乘积来表示 cm×m　25×20=50cmm in×m　1.5×20=30inm 标（准）米：内径25mm，长度1m胶管为1标（准）米 标（准）米＝胶管内径（mm）／25×胶管长度（m）