高压胶管内胶力学特性及配方设计.pdf

第?期制品奋月卜 ?月卜今闷卜心闷卜?, ,? 制廿 廿口 、劝,,,一 一! ,高压胶管内胶力学特性及配方设计天津橡胶研究所刘森培随着工业的发展,高压胶管的使用 压力日趋提高,为保证胶管与金属接头之间具有良好的密封性及使用耐久性,除正确设计金属接头结构外,必须确定适宜的内胶力学性能及形状系数∀即内胶厚度、管头长度#实践证明它对改进橡胶软管密封性能具有重大意义本文就内胶的力学性能与高压胶管的质量关系及配方设计等问题,提出精浅的看法,目的在于引起从事高压胶管的研究,生产单位及工程技术 人员的重视,使我国的液压胶管的质量得到提高,赶上或超过国际 水平,文中的观点难免不妥甚至错误,希广大读者给予指正∃硫化胶的力学性能∃?∃定伸应力硫化胶 的刚性是判断性能的主要标准之一刚性可理解为试样的抗变形性,因此模量值是硫化胶的 刚性特征之一通常用一定伸长时的应 力作模量,橡胶行业采 用∃% % # # #∀: ;# # # # ## # #∀:;# # # # #6(?ϑΚΙ#据 资料介绍,日本东海内胶 与钢丝 粘着强度可 达,一;:;6( ?ϑΚΙ内胶的工艺及硫化性能/%,国内厂家有的达/ 1∀)ΛΜΕΑ∃ ( %>2#。

∋Ν〕 尼焦烧压出内胶都是在比较高 的 温度下进行,并且内胶 还有一定 的 返轧 率,所以在配方设计时,应考虑门 尼焦烧在某一个范 围之内为适合日本东海厂 门 尼 焦烧)Λ Δ(∃“2为( %分,国内某厂 家)Λ ∃( %℃仅为1分,门尼焦烧时间过 短,易引起工艺过程中早期硫化,且对成品的粘着 强度等均有不 良影响八?八?万即,、了? ? 一一一一一一一一一一一一! ? ? ?乃? ?八以尸入?口声心」叫丫琦孑叹为了得到符合要求的 硫化胶,胶料在制备 和制成成品的过程中,必须具有良好的工艺性能和硫化性能工艺性能主要指 自粘性、挺性、流动性、压 出性等硫化性能包括硫化速度、硫化程度、抗焦烧性,抗硫化返原性等,在此说明 以下几 点∀?#胶料的挺性∃或称冷流性%它是压出用 胶料的重要性质,它的挺性可防止胶料离开压出口型后到硫化前这段时间内,压出半成品发生变形挺性差的内胶&在穿芯时会出现橄胶∀?∀加工温度下的粘度∃流动性%门 尼粘度释性对工艺性能影响较 大,门尼粘度小时,虽然工 艺性能好,但不仅 会影响成品力学性能,还会在缠绕钢丝时,内胶表面出现凹陷 状态,硫化后内胶表面有麻坑日本东海厂内胶混炼胶门尼粘度∋(,十)#∀ ∗+,为−内胶厚度问题。

奴孙匕..擎岌侣二图/丁月青 硫化胶压缩模量随试 样厚度的变化情况测定不同硬度 的 硫 化胶 应力∃压 缩模量%随试样厚度的变化如图0不 难看出,橡竹在承受压缩 变形 时,随着试样厚度的 减小,∃/ / ?年而压缩模量相应的提高由此可知,当形变一定∀压缩量#,不同形状和尺寸的橡胶制品具有不同的压缩应力,为计算方便,引出所谓形状系数,以描述不同形状的橡胶制品与其压缩应力的关系,形状系数是指在平行的两个受压面积−,和与受力方向成直角的侧面自由面 积 − 8之比值对高压胶管金属接头部分受压 缩的园管 内胶来说,形状系数3可以写为Μ−兀∀=ΕΟ#Λ?Λ3一一!一!二一二二 一−8兀,5?5一Ο于∀=Π一ΟΘ#一! ?、一一,式中Μ=—内胶层外径ΑΟ—内胶层内径ΑΛ—涂层接头杆与内胶接触长度由此可知,软管内胶形状系数3与Λ成正 比,与=一Ο成反比,在压缩应力与形状系数的关系中,若除去其他因素,可以解释为橡胶受力变形时,其体积相对为不可压缩,即内胶受径向压缩的同时还会产生轴向延伸,而在其端部产生边缘效应,内胶越厚或接触面越小,则形状系数越小,边缘效应越大,压缩模量也就越低,相反则压缩模量也就越高由此可知,当内胶厚度减薄或加长金属接头长度∀即增大形状系数#时,可以提高接头部位的密封应力,此外随着内胶厚度的减薄,可以明显地提高软管的爆破强度。

在保证安全使用前提下,在设计软管结构时,应尽可能减薄内胶厚度,在设计扣压接头时,也可根据内胶硬度,介质压力选择适当的接头长度部分厂家内胶厚度见表?表?部 分厂家胶管 内胶厚度、、瓦丈褚褚日本横滨滨沈阳某所所沈阳某厂厂西北某厂厂天津某所所广州某厂厂吉林某厂厂厚厚度Ι Ι Ι Ι∃?.0一∃?1% % %(?1 1 1(. 1一(?0 0 0(?, 1 1 1(??. . .(?1, , ,( ( (以上胶管规格除吉林某厂 为必∃ 19? 3夕卜,其他各厂均为必( .9? ϑ胶,进行红外光谱分析,其结果看出含有少量 ?内胶的配方设计丁苯橡胶,该胶对油的膨胀试验及脆性温度见表∋物理性能见表8及表(高压胶管内胶配方设计,除按通常橡胶??(硫化体系的选择制品 的原则外,应根据力学性能要求及使用高压胶管内胶硫化体系当前国内常用 以条件,着重如下几个方面下三种Μ? 硫黄硫化体系,? 低硫高促体系,!∀生胶的选择#∃% &体系硫黄硫化体系的硫化胶力学性使用二般丁睛橡胶,众所周 知,丙烯睛含能差,低硫高促体系 由于主要硫 化剂 含硫化量对硫化 胶性能影响很大,我认 为根据综合物,它的硫化胶结构是具有较高键能的少硫性能可选中等丙烯睛含量的丁睛胶,即丙烯和碳一碳交联,因此该体系的硫 化胶力学性睛含 量在 ∋ ( ) 左右,过高会影响低温性能及能优异,∃% &硫 化体系交联键是碳碳键,键压缩 永久变形。

此外为提高低温曲挠性能,也能高,力学性能好,热稳定性、压缩变形,抗硫可掺用∗ () 以下丁苯橡胶,掺人少量丁苯胶返原性,耐油及低温性能均良好,是可以选用通常对力学性能没影响,只是对热油 溶胀不的硫化体系,但抗撕裂性差国外近年来总的利,在∋扮油 中增塑剂被抽出,引起体积收缩,趋势是研究无硫和低硫体系,特别是用分子丁苯胶在油中膨胀而补偿了收缩的体积,我末端含有双键的不饱和单体,不饱和酸盐等,曾对日本横滨生产的必∗ +,−高压胶管 内以这些有机化合物来改性二烯类橡胶是一个第?期重要方面,如甲基丙 烯酸 盐,甲基 丙 烯酸醋类,马来酞亚胺类,这些是典型的多官能团单体,在自由基引发 剂 存在下,它具有 良好 的反应性,而且很容易接技到弹性体链段上,参与分子链的交联,形成复杂的交联网络,不但能提高弹性体硫化过程的交联效率,而且能 提高交联密度,这些助剂还有利于橡胶 与钢丝的 粘合∋补强系统的选择炭黑的基本性能决定其对橡胶 的补强作用试验证明,炭黑的粒径越小,补强性能越好,但抗压性能越差所以在设计高压胶管内胶配方时,不能单纯追求过高的 强伸性能,而选择抗压性能良好的喷雾炭黑,半补强炭黑与快压出炭黑并用为好。

为提高耐热性,抗撕裂性能和粘着 强度,可使用部分白炭黑做补强 剂增塑剂增塑剂 的加人会降 低定伸应力,抗伸强度,撕裂强度和 硬度指标为提高 耐低温性能可选用耐寒增塑剂防老剂应选用较难被抽出的防老剂或适 当的提高用量通常使用的防老剂均可使用,但综合考虑起来,可以使用ΧΛΡ防老 剂 与其他防老剂并用,因为这种防老剂具 有耐热、易分散、不喷 霜等特点,而且能提高胶 料与 金属的粘着强度1生胶含量生胶含量过高,会使伸长率加大,∃% %&定伸强度 下降,变形一也增大,对压缩性能 不利,过低会失去弹性,硬度也随 着 增 大∀这种硬度增大与增大交联密度不同#拉伸强度也会随之下降,加快了 应力松弛速度,这是由于炭墨 混人橡胶 以后,其应力松弛除了橡胶分子链本身物理和 化学松弛以外,还包括橡胶分子从炭黑粒子 断开时所产生 的填料松弛,生胶含 量可控制 在 拍&一? .&之间结语高压 胶管内胶 的力学性能,对胶管整体质量起着 重要 作用,对各项力学性能及工艺性能控制 在什么范围之内为好,以及这些指标对胶管 的 密封性,脉冲性能及使用寿命影响程度,还需要进一步细致的研究,但从上述分析的国内外各厂家的性能指标来看,差异是明显的,这里很值得我们分析研究,从得到的 部分试验数据来看,应注意如下 几个方面的 问题。

要提高内胶定伸应力,国外厂家均在∀ (.& /以上,国内还 没有一个厂家达 到这个指标,其主要原 因是过高追求强伸性能的结果,对 提 高∀( ( ) 定伸应力认识上还不十分一致弓 虽伸性能方面我认为拉伸强度控制在∀ +.& /以上即可,伸长 率要控 制在∗ (() 以内抗撕裂性是一个很重要的性能指标,应该 予足够的重视0国内高压 胶 管耐油 性能不是主要问题,应着重提高耐热性及耐低温性1对于内胶 在热 油 中 的老 化性能,特别是 应 力松弛和 压缩 永久变形 的研 究!应进一步的深人2各厂一家 内胶 的力学性能,胶管成品性能普遍 不如半成 品性能3对此略4,其主要原因是硫化工艺 不 当,为此要特别注意硫化深度的控 制5在内胶各项力学性能均达 到理想时,还应 注意扣压时的接头结构 与扣压量等问题,只有加强这方面的工作才能达 到预期效果。