高空特种输油橡胶软管

王伟，于利波，祝庆龙

(沈阳第四橡胶厂有限公司，辽宁 沈阳 110027)

高空特种输油橡胶软管

王伟，于利波，祝庆龙

(沈阳第四橡胶厂有限公司，辽宁 沈阳 110027)

以丁腈胶（NBR18）、氯丁胶和顺丁胶为胶料基材，以镀铜钢丝（Ф0.3 mm）和弹簧钢丝（Ф1.7 mm）为骨架材料，研制了编织结构的高空特种输油橡胶软管。试验证明：该产品满足高空特种输油工作要求，获得了用户认可。

高空；特种输油；软管，内胶，外胶；骨架材料

高空特种输油橡胶软管是特种加油设备的配套产品，安装在高空特种加油设备燃油系统中，向受油对象传输燃油。软管的使用环境恶劣，使用寿命长。为满足客户的要求，研制了高空特种输油橡胶软管，其重点是软管的耐低温胶料配方设计、结构设计、抗拉伸性能、耐压扁性能、耐磨损性能等。该软管投入使用后，受到用户的好评，填补了国内空白。

1 试验部分

1.1 主要原材料

丁腈橡胶 NBR18，中国石油兰州石化公司；氯丁橡胶，重庆长寿化工厂；顺丁橡胶，沈阳福瑞澜化工有限公司；弹簧钢丝，大连钢铁厂；其他材料均为市售橡胶工业常用原材料。

1.2 试验设备

开炼机，XK-16，湛江橡胶机械厂；平板硫化机，200T上海西玛伟力橡塑机械有限公司；拉力试验机，XLL-250，上海吉正机械有限公司；绍尔A硬度计，XL-A，营口市材料试验机厂；老化试验箱，401A型，上海试验仪器总厂；圆织机，两梭型，常州市永明机械制造有限公司；硫化罐，Φ1 000 mm×40 000 mm，铁岭机械厂。

1.3 混炼工艺

在开炼机上进行混炼，丁腈橡胶先进行塑炼。加料顺序为生胶→活性剂→防老剂→补强剂→下片→过滤→促进剂→硫化剂，打三角包8次，薄通3次，放大辊距、出片，停放24 h，待用。

1.4 性能测试

硫化胶物理机械性能及产品性能均按相应的最新国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 生胶的选择

生胶是决定胶料耐油、耐寒、耐压缩等性能的主要因素，其中耐油、耐寒、耐压缩和导静电性能与橡胶分子结构和极性有关。一般来说，极性橡胶体积电阻率较低，适于制造抗静电和导电制品。各种橡胶体积电阻率见表1。

表1 各种橡胶体积电阻率[1]

从表1可以看出，极性橡胶体积电阻系数小于非极性橡胶4～5个数量级[1]，极性橡胶的导电性能比非极性橡胶好。根据橡胶的耐介质溶胀服从相近相容原则，极性橡胶的耐油性能优于非极性橡胶。几种橡胶的耐汽油和柴油性能见表2。

从表2可以看到，在相同的温度和时间条件下，丁腈橡胶的耐油性能最佳，而顺丁胶的耐低温性能最好。

表2 几种橡胶的耐油性能＊和脆性温度

考虑材料成本和胶料的混炼工艺性能，同时考虑软管苛刻的工作条件。内胶以耐油性能最佳的丁腈橡胶NBR18并用耐低温性能好的顺丁橡胶为主体胶料，并用比例为4:1。

2.2 硫化体系

橡胶的硫化体系有硫磺硫化体系、含硫化合物硫化体系和过氧化物硫化体系[2]。丁腈橡胶和顺丁橡胶并用的胶料选用硫磺硫化，硫磺用量为1.5～2.0份，采用的促进剂主要有DM，DM用量一般为为2.0～2.5份，胶料的强伸性能好。硫化活性剂采用氧化锌和硬脂酸，氧化锌用量一般为1.0～5.0份，硬脂酸的用量一般为1.0份。

2.3 补强体系

丁腈橡胶属于非结晶性无定型聚合物，本身强力低，必须经补强后才具有实用价值。炭黑是橡胶使用的主要补强剂。炭黑对丁腈橡胶和顺丁橡胶并用胶料的物理机械性能影响见表3。

从表3可以看出，高耐磨炭黑、快压出炭黑对并

表3 补强剂炭黑对丁腈橡胶和顺丁橡胶并用胶料的物理机械性能影响

用胶料的补强效果好，而快压出炭黑的压出工艺性能比高耐磨炭黑好，而高结构度的乙炔炭黑能提高胶料的导静电性能。所以补强剂选用高耐磨炭黑、快压出炭黑和乙炔炭黑并用。

2.4 软化增塑体系

常用的软化增塑体系有邻苯二甲酸酯类、癸二酸酯类、己二酸酯类及磷酸三甲苯酯等，其特点是能增加胶料的弹性，降低其硬度并减小压缩变形。当要求耐寒性时，选用癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯等耐寒型增塑剂。

丁腈橡胶和顺丁橡胶并用胶料的软化增塑体系主要作用是提高耐寒性能，不同耐寒型增塑剂对丁腈橡胶和顺丁橡胶并用胶料耐低温性能的影响见表4。

表4 耐寒型增塑剂对丁腈橡胶和顺丁橡胶并用胶料耐低温性能的影响

对应不同增塑剂的胶料配方，分别制成软管试样，进行低温弯曲性能检测，不同增塑剂对软管低温弯曲性能的影响见表5。

表5 不同增塑剂对软管低温弯曲性能的影响

试验结果表明，使用已二酸二丁酯的胶料耐低温性能好，混炼和硫化工艺过程中的挥发性也较小，选用已二酸二丁酯作为增塑剂。

2.5 防护体系

丁腈橡胶和顺丁橡胶并用胶料选用防老剂时，可采取单用或并用的形式。一般用量为1.5～2.0份。在不喷霜和不影响物理机械性能的情况下，用量可达3～5份。本配方设计时防老剂选用对苯二胺衍生物类4010Na、苯基萘胺类D和石蜡并用。提高胶料的耐老化性能。

通过以上分析确定该软管的内胶配方见表6，试验结果见表7。

表 6 高空特种输油橡胶软管的内胶配方

表7 物理性能指标及试验结果

2.6 增强材料

骨架材料在胶管中的作用是承受介质压力。对于本产品来说，要求骨架材料具有抗拉伸、强力高、耐热性好等特点，选择应用广泛的规格Ф0.3 mm的70号镀铜钢丝做为软管的编织层骨架材料。

螺旋钢丝是保证软管抗压扁、抗拉伸等特殊性能的关键材料，钢丝的材质、硬度及弹性模数等对抗压扁性能起到决定性的作用。通过对比试制小样抗压扁性能验证（试验结果见表8），选择规格Ф1.7 mm的T9A弹簧钢丝既能满足性能要求，又能兼顾软管的结构尺寸、单位重量和成型工艺的限制。

表8 试制小样抗压扁性能试验结果

3 结构设计

高空特种输油橡胶软管安装空中输油设备中，连接在卷盘和可调空中压力接头之间，在高空输油过程中，向受油设备输送燃油，外表面应有标记色，便于空中（白天、夜晚）观察锥管所处的位置。

3.1 胶管结构

本产品管体主要由内胶层、增强层及外胶层组成（见图1）。内胶层的作用是容纳、输送和保护介质；增强层主要起承受介质压力并承受外力的拉伸作用；外胶层主要起保护增强层并抵抗外界环境影响的作用。

图1 软管结构示意图

3.2 软管结构参数的确定和设计计算

（1）胶层厚度

内胶层厚度的确定应综合软管的耐压性能、密封性能、成型工艺可行性和金属接头装配适应性等多方面因素，最终确定内胶层的厚度为2.0 mm。中间胶层的作用是填充螺旋钢丝空隙，并与钢丝编织层粘合在一起，最终确定中胶层厚度为1.7 mm。综合考虑软管的使用方式、性能与重量指标，外胶层的厚度确定为1.8 mm。

（2）螺旋钢丝缠绕螺距的确定

缠绕于胶管中间的螺旋钢丝，作用是提高软管的抗压扁、抗拉伸性能。通过试验验证，最终确定缠绕螺距为5 mm。

（3）编织层工艺参数的确定

编织层是胶管的增强层，胶管的耐压强度取决于编织层的材料强度及编织角度等工艺参数。软管的内径为52 mm，综合同类钢丝编织胶管的设计经验，我们可采用N=48锭钢丝编织机，编织角度为α=54°44′，选取每锭钢丝根数为n=14根。

根据上述结构参数，得出以下数据：

胶管的计算直径： D计=52+2.0×2+0.7×2+1.7×2+ 0.3×2=61.4 mm

编织行程： T=πD计ctgα=2.22 D计=2.22×61.4= 136.3 mm，取T=136 mm

胶管的耐压强度：

其中 PB——编织胶管的耐压强度，kgf/cm2；

N——编织机锭子数；

KB——单根钢丝强度，kgf/根 ；

n——每锭钢丝根数；

i——编织层数；

c″——编织角度的修正系数，c″=1；

D计——胶管计算直径=内径+（2×内胶层厚）+骨架层的平均厚度，cm；

c′——编织层松紧不一及搓压现象等综合修正系数。

经计算软管理论耐压强度为14.5 MPa，远远大于其国家标准中爆破压力6.9 MPa，功能严重过剩，而且钢丝股数过多会增加软管重量，降低软管的弯曲性能，因此可以减少钢丝股数。如选用48锭9股进行编织，其耐压强度可达9.37 MPa，仍具有足够的安全系数，可确定钢丝股数为9股。

如果使用36锭钢丝编织机，每锭钢丝股数仍为14股，软管的理论耐压强度可达10.9 MPa，仍能满足耐压要求，与48锭钢丝编织机比较，由于钢丝锭数减少，使钢丝编织层的交叉点减少，能提高软管使用寿命。

根据以上计算，36锭和48锭编织机均可使用。但考虑软管寿命和工程实施的便利性，决定选用36锭编织机，每锭钢丝股数14股。

4 软管工艺路线的确定

本产品软管结构复杂，制造工艺流程长。从内胶挤出开始到包覆外胶为止，共8道工序，其中需要手工操作的有4处。首先利用冷喂料挤出机包芯挤出内胶，其好处是内胶层厚度均匀、无气泡，在大规格、大长度硬芯胶管中最能体现优势；缠浸胶网眼布在内胶表面；按工艺规定的螺距，缠绕螺旋钢丝；刷胶液贴合中胶片，填补螺旋钢丝间的缝隙；利用36锭钢丝编织机进行编织成型；刷胶液挤出机包覆外胶，按图纸贴合彩色标志胶。高空特种输油橡胶软管的生产工艺路线见图2。

图2 高空特种输油橡胶软管的生产工艺路线

5 工艺试验及产品试制

在完成胶料配方、材料选择和结构设计后，按照确定的研制方案和工艺路线进行软管试制。在内胶成型、钢丝编织和挤出外胶等关键工序实现机械成型，减少了人为因素，提高了产品的质量稳定性。通过软管试制，验证了工艺设计合理，可以进行批量生产。

6 成品性能测试

采用上述工艺生产的软管成品按用户要求进行了全项性能试验，试验结果见表9。

表9 高空特种输油橡胶软管的性能试验结果

续表

7 结论

高空特种输油橡胶软管经客户使用，获得了认可，满足高空特种输油工作要求。它的研制成功，添补了我国该类产品的空白，具有广泛的使用范围和可观的经济效益。

[1] 梁星宇，周木英.配方与基本工艺.橡胶工业手册第三分册.北京：化学工业出版社，1993:433.

[2] 谢遂志，刘登祥，周鸣峦.生胶与骨架材料，橡胶工业手册第一分册.北京：化学工业出版社，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

王伟（1978-），男，工程师，主要从事胶管的研发工作。

2016-09-30