專利名稱：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)域描述英國專利說明書1394723公開了具有多層構(gòu)造的改善的吸油和排油軟管。EP 0969236A2公開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長度的長絲制成的間位芳族聚酰胺紗或合股的紗的紡織加強層。US 7086420描述了包含由聚苯硫醚紗制成的紡織加強層的軟管。美國專利申請公布2005/0008807A1公開了具有多層構(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 管的加強層(3)，所述芯管(2)具有周向內(nèi)芯管表面和相對的周向外芯管表面，所述芯管 (2)包括第一彈性體層，所述加強層( 具有周向內(nèi)芯加強表面和相對的周向外芯加強表 面，所述加強層(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長度的長絲，所述短纖紗(7)包括每米至少200 捻回數(shù)的捻度，并且所述短纖紗(7)包括選自以下的長絲聚間亞苯基對苯二甲酰胺、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表面上圍繞所述加強層(3)。附圖簡述

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)明詳述加強軟管必需的多個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，如果要通過軟管 輸送腐蝕性物質(zhì)，則選擇彈性體材料以抵抗此類腐蝕。加強層(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)的長度的長絲形成。一般來講，更優(yōu)選的范圍將為90mm至120mm。短纖紗具 有每米大于200捻回數(shù)的捻度。優(yōu)選范圍的實例為每米450至750捻回數(shù)。對關(guān)鍵問題的另一個需求為短纖紗由以下物質(zhì)形成聚間亞苯基對苯二甲酰胺、 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)在加強層(3)的外表面上圍繞加強層。彈性體的類型與芯(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，可利用兩個以上的加強層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)。此類材料合適 的實例包括聚(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200°C的溫度下操作，擁有增加的體積膨脹能 力，并顯示出動載荷施加下增加的疲勞壽命性能。加強層的性能-以及因此加強紗線的性 能-與這三種軟管性能標(biāo)準(zhǔn)直接相關(guān)。軟管加強層中具體紗線的連續(xù)使用溫度決定了高溫下加強的有效性。加強紗線的伸長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壓力峰的減 少。加強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)致動載荷施 加下的軟管失效。這種失效模式對于高模量加強紗線而言是尤其突出的。如本發(fā)明中所述的加強紗線實現(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。在以下實施例中，除非另外指明，所有份數(shù)和百分比均按重量計且度數(shù)按攝氏度 計。測試方法
紗線的拉伸特性根據(jù)ASTM D 885測定。測量在購自hstron，Norwood，MA的 Instron 5860系列測試設(shè)備上進(jìn)行。對于200旦尼爾至1600旦尼爾范圍的紗線樣本采用 4C夾具，而對于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)，并且夾頭速度設(shè)定為12英寸/分鐘(30. 5cm/min)。將連續(xù)長絲紗線捻成1. 4的 捻系數(shù)。含有不連續(xù)長絲的紗線按原樣測試。旦尼爾(d)根據(jù)ASTM D 1577測量并且為表示為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上測量。旦尼 爾乘以(10/9)等于分特克斯(分特)。紗支測定體系(1)英制棉紗支數(shù)描述每一磅紗線的840碼的個數(shù)Ne =碼數(shù)/ (840*磅數(shù))?？赏ㄟ^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克紗線的長度(單位為米)Nm(y米)/(x克)?？赏ㄟ^乘以(χ克)/(y米)*9000 而將其轉(zhuǎn)化為旦尼爾。捻系數(shù)(TM )描沭為每米的捻回數(shù)(TPM)與紗線分特平方根的比率。其可用下式 計算TM= (TPM) *(sqrt(dtex))/3000。實施例1以下實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施例A中所述的20-60mm單絲長度范圍和比較實施例B中所述的 200-1400mm單絲長度范圍的不連續(xù)長絲制成。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)的蠟質(zhì)整理劑和熱定形劑。實施例2以下實施例示出了單絲長度對紗線韌度的影響。用高韌度紗線加強的軟管將表現(xiàn) 出高爆裂壓力。表1列出了由比較實施例A中所述的50mm均勻單絲長度的NOMEX 短 紗制成的紗線的韌度。相對于連續(xù)的多絲紗線(NOMEX 430，1200d，2dpf)，其韌度減少 60%。如實施例1中所述的由具有IOOmrn的平均單絲長度的不連續(xù)長絲制成的紗線相對于 連續(xù)長絲紗線僅僅損耗20%。作為參考，WO 2006/058676列出了由比較實施例B中所述制 備的400-600mm長的不連續(xù)長絲制成的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。
紗線的單絲長度紗線支數(shù)旦尼爾斷裂強度韌度(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施例3
以下實施例示出了單絲長度對紗線環(huán)結(jié)強度的影響。環(huán)結(jié)強度用與實施例2相同 的步驟測量，不同的是將相同紗線的兩個紗線樣本交叉，并將^stron試驗機的每個夾具 固定到一個紗線樣本的兩端。照此通過套環(huán)將紗線樣本彼此連接。該測試指示針織軟管加 強構(gòu)造中紗線的性能。具有高環(huán)結(jié)強度的紗線針織加強層的軟管將示出高爆裂壓力。如可 從表2中所看出的，由比較實施例A中所述的50mm均勻長度的NOMEX 短紗制成的紗線 的環(huán)結(jié)強度較低。由具有IOOmm平均長度的不連續(xù)長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。
紗線妁單絲長度紗線支數(shù)旦尼爾環(huán)結(jié)強度
(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)強度實施例4實施例4至6示出了根據(jù)實施例1而制備的具有80-150mm不連續(xù)單絲長度的3 股間位芳族聚酰胺紗線的性能與比較實施例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。就軟管測試而言，有必要比較具有相同爆裂壓力的軟管。實施 例4示出了為了進(jìn)行軟管制造和軟管測試而用于實施例5和6中的其它相同軟管的加強結(jié) 構(gòu)的來源。具有平針針織織物加強的軟管的理論爆裂壓力可由下式計算P = 2R C sin( θ )F/D其中P =爆裂壓力R=紗線斷裂強度C=每IOmm的針數(shù)θ =針織角度F =效率因子D =股線直徑實施例1中的紗線具有比比較實施例C中的連續(xù)多絲紗線更低的斷裂強度。為了 獲得具有大約20巴爆裂壓力的19mm內(nèi)徑的軟管，來自實施例1的紗線必須每IOmm軟管長 度織4針，而來自比較實施例C的紗線必須每IOmm軟管長度織3針。實施例5以下實施例示出了如實施例1所述在配備有圓形針織機的商業(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)備中制備滿足SAE J20R3中的規(guī)格說明的具有19mm內(nèi)徑的基 于EPDM的機動車加熱器軟管。Harry Lucas針織機(得自Harry Lucas Textilmaschinen, Neumunster,Germany)配備有八套如實施例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。測試后在針織機上 未發(fā)現(xiàn)沉積物且軟管加強層未顯示任何不規(guī)則或缺陷。軟管在直芯軸上固化并切割成25cm 的長度。表3列出了所制備的軟管。
實施例6對如實施例4和比較實施例C所述制備的軟管進(jìn)行工業(yè)中常見的壓力-振動-溫 度(PVT)性能測試以評價用兩種紗型加強的軟管長期性能。遵循以下步驟100%的乙二醇 通過25cm長的軟管樣本循環(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/分鐘振動。環(huán)境及流體溫度為135°C。持續(xù)脈沖直至軟管失 效。表3對結(jié)果進(jìn)行了匯總。由實施例1中所述的不連續(xù)長絲制成的紗線加強的軟管在超 過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。這些測試表明如實施例1中所述的紗線具有優(yōu)異的長期性能。含有如比較 實施例A中所述的紗線的軟管的測試與制備被省略，這是因為由20-60mm的不連續(xù)長絲制 成的紗線不適用于針織軟管加強已成為被接受的工業(yè)知識(參見DE 102004051073A1)。實施例7對如實施例4和比較實施例C中所述的軟管進(jìn)行第二次PVT測試。遵循以下步 驟100%的乙二醇通過25cm長的軟管樣本循環(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/分鐘振動。環(huán)境及流體溫度為 130°C。測試運行100000次循環(huán)并示出極端苛刻的條件下加強層的性能。根據(jù)ASTM D380 對未測試的對照樣本及PVT測試后的樣本進(jìn)行爆裂。保留下來的爆裂壓力記錄于表3中。 由實施例1中紗線加強的軟管顯示出優(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層(3)，所述加強層C3)具有周向內(nèi)芯加強表面和相對的周向 外芯加強表面，所述加強層(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長度的長絲， 所述短纖紗(7)包括每米至少200捻回數(shù)的捻度，并且所述短纖紗(7)包括選自以下的長絲聚間亞苯基對苯二甲酰胺、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表面上圍繞所述加強層(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，其中所述加強層(3)包括 聚間亞苯基對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或 更多個所述加強層(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，其中所述第一加強層每米具有 160至660個套環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開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層的任一側(cè)的兩個彈性體層。
文檔編號F16L11/08GK102076493SQ200980124635
公開日2011年5月25日 申請日期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 申請人:納幕爾杜邦公司