CN102514169A - 以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

一种以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管制造工艺，包括以下步骤：在要求尺寸的模芯上挤出一层内胶层；对碳纤维布进行表面处理，提高其表面极性基团的含量；将经过表面处理的碳纤维布作为增强层编织或缠绕在在内胶层上；在碳纤维布上挤出一层外胶层，包覆在碳纤维布表面；成型完毕，将所得胶管硫化，获得成品，其中所述内胶层和外胶层包括硅橡胶。本发明以碳纤维布作为增强层制造硅橡胶包布胶管，不仅解决了现有硅橡胶胶管强度低，耐压能力差的问题，而且提高了硅橡胶胶管的耐温性能，最大限度的发挥硅橡胶的耐温和耐压性能。本发明生产的橡胶管可应用在大功率柴油机、发电机等耐压、耐温要求高的领域。

Description

以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管及其制造工艺，其具有新型骨架材料以及制造工艺，并具有耐高温、耐低温且耐压的效果。
背景技术
现有的硅橡胶挤出胶管普遍存在耐压能力低的问题，因硅橡胶本身拉伸强度，定伸强度较低，导致在很多场合不能达到耐压要求。另外现有的硅橡胶骨架材料大多数使用聚酯纤维或玻璃纤维，其中聚酯纤维耐热性能较低，强度低，不耐浓度高的酸碱，而玻璃纤维耐曲挠性较差，密度大，因此使得硅橡胶的应用范围不能得到充分发挥，而且聚酯纤维和玻璃纤维的耐压性能低，只能使用在一般场合，针对耐压要求高的特殊领域，聚酯纤维和玻璃纤维便会失去作用。
例如，现有技术专利文献ZL200510013565.4中就公开了一种硅橡胶夹布及包绕胶管的制备方法，其中首先用截断机把硅胶布按产品要求尺寸裁断，并将其包覆在芯棒上，然后使用棉制水布或者塑料薄膜均匀包覆在包绕好的胶管表面，进行硫化。显然，该专利文献中采用常规的棉制水布或者塑料薄膜作为骨架材料包覆胶管，其最终的产品耐压性能低，只能使用在一般场合。因此，有必要寻找一种耐高温、耐低温和/或耐压性能更好的硅橡胶挤出胶管，例如应用于大功率柴油机、发电机等耐压、耐温要求高的领域。
发明内容
考虑到至少一个上述问题而完成了本发明，并且本发明的一个目的在于提供一种以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管制造工艺，其采用了新型骨架材料，且产品具有耐高温、耐低温且耐压的效果，它不仅解决了现有硅橡胶骨架材料耐温性能低的问题，而且解决了硅橡胶本身及骨架材料耐压能力低的问题。使得硅橡胶的应用范围得到进一步提高。
具体地，一种以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管制造工艺，其特征在于包括以下步骤：在要求尺寸的模芯上挤出一层内胶层；对碳纤维布进行表面处理，提高其表面极性基团的含量；将经过表面处理的碳纤维布作为增强层编织或缠绕在在内胶层上；在碳纤维布上挤出一层外胶层，包覆在碳纤维布表面；成型完毕，将所得胶管硫化，获得成品，其中所述内胶层和外胶层包括硅橡胶。优选地，根据不同的要求，此复合模式可重复实施，如碳纤维布层→外胶层(硅橡胶层)→碳纤维布层→外胶层(硅橡胶层)→碳纤维布层→外胶层(硅橡胶层)。
根据本发明另一方面，所述极性基团至少包括羰基极性基团。
根据本发明另一方面，对碳纤维布进行表面处理具体包括以下步骤：以NH4HCO3作为电解液，对碳纤维布进行连续阳极氧化表面处理。该处理方法粘结牢固，成本低，反应均匀，易于控制且处理效果显著。
根据本发明另一方面，对碳纤维布进行连续阳极氧化表面处理的时间为0.5-1分钟。
根据本发明另一方面，还提供一种采用上述制造工艺制造的以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管，其特征在于包括：内胶层；编织或缠绕在内胶层上的经过表面处理的碳纤维布；以及碳纤维布上包覆的外胶层。
根据本发明另一方面，所述碳纤维布和外胶层均为多个并且交替设置。
根据本发明另一方面，所述胶管用于大功率柴油机或大功率发电机。
根据本发明另一方面，所述胶管为直管或异型管(包括弯管、波纹管)。
与现有技术相比，本发明所使用的骨架材料(碳纤维布)相比于通用的骨架材料(如聚酯纤维、玻璃纤维)具有更好的性能，碳纤维具有元素碳的各种优良性能，如比重小、耐热性极好、热膨胀系数小、导热系数大、耐腐蚀性和导电性良好等。同时，它又具有纤维般的柔曲性，可进行编织加工和缠绕成型。碳纤维最优良的性能是比强度和比模量超过一般的增强纤维，它和树脂形成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高3倍左右。更重要的是，本发明还解决了碳纤维布作为骨架材料时，其与内胶层、外胶层不易粘合的新技术问题。
与以前相比，现在的发电机、柴油机马力和功率等都有大幅度提高，使用的温度、压力等也比以前相应提高了很多，因此很多传统的增强层已很难满足现有的技术要求，且使用传统增强层材料的胶管很容易在定期维护时间之前便受高温或高压影响失效，从而导致局部甚至整机损坏，给企业带来重大经济损失或安全隐患。本发明生产的胶管可应用在大功率柴油机、发电机等耐压、耐温要求高的领域。
附图说明：
图1是根据本发明优选实施例的成型后的硅橡胶挤出胶管示意图。
标号说明：1模芯，2内胶层，3碳纤维布(增强层)，4外胶层
具体实施方式：
下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
下面结合附图1来详细描述本发明的以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管以及其制造工艺。
一种以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管制造工艺，包括以下步骤：在要求尺寸的模芯1上挤出一层内胶层2；对碳纤维布3进行表面处理，提高其表面极性基团的含量；将经过表面处理的碳纤维布3作为增强层编织或缠绕在在内胶层2上；在碳纤维布3上挤出一层外胶层4，包覆在碳纤维布3表面；成型完毕，将所得胶管硫化，获得成品，其中所述内胶层和外胶层包括硅橡胶。优选地，根据不同的要求，此复合模式可重复实施，如碳纤维布3→硅橡胶层4→碳纤维布3→硅橡胶层→碳纤维布3→硅橡胶层4。优选地，该外胶层4为橡胶层。
优选地，所述极性基团至少包括羰基极性基团。
优选地，对碳纤维布3进行表面处理可具体包括以下步骤：以NH4HCO3作为电解液，对碳纤维布进行连续阳极氧化表面处理。该处理方法粘结牢固，成本低，反应均匀，易于控制且处理效果显著。可替换地，也可以采用其它成份的电解液来处理碳纤维布3的表面，以提高其表面羰基等极性基团的含量。
优选地，对碳纤维布进行连续阳极氧化表面处理的时间为0.5-1分钟。
实施例2
本实施例提供了一种优选的碳纤维布3与硅橡胶粘合的技术工艺。碳纤维布3经过一定工艺对其表面进行处理，使其与硅橡胶具有良好的粘合性能和附着强度。因为未经表面处理的碳纤维布3，其表面羰基、羰基等极性基团的含量很少，不利于与基体材料的粘结，其表面呈化学惰性，不易与基体材料浸润或发生化学反应。因此为了实现橡胶和纤维间载荷的传递、充分发挥碳纤维的增强效应和提高复合材料的力学性能及耐温性能，必须对碳纤维表面进行表面处理。优选地，本实施例的具体处理工艺如下：首先以NH4HCO3作为电解液，通电流(电流密度20-30A/M2)，对碳纤维进行连续阳极氧化表面处理，氧化时间为0.5-1分钟。该处理方法粘结牢固，成本低，反应均匀且处理效果显著。
优选地，还可选择地进一步对碳纤维布3进行清洗和干燥，然后可用A1100硅烷偶联剂的丁酮溶液浸渍，该偶联剂可以一部分与碳纤维表面形成化学键，另一部分与橡胶反应形成化学键。
优选地，本实施例还提供一种采用前述制造工艺制造的以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管，其包括：内胶层2；编织或缠绕在内胶层2上的经过表面处理的碳纤维布3；以及碳纤维布3上包覆的外胶层4。
优选地，所述碳纤维布3和外胶层4均为多个并且交替设置。
优选地，所述胶管可用于大功率柴油机或大功率发电机。
优选地，所述胶管可为直管或异型管，该异型管包括弯管、波纹管等等。
与现有技术相比，本发明所使用的骨架材料(碳纤维布)相比于通用的骨架材料(如聚酯纤维、玻璃纤维)具有更好的性能，碳纤维具有元素碳的各种优良性能，如比重小、耐热性极好、热膨胀系数小、导热系数大、耐腐蚀性和导电性良好等。同时，它又具有纤维般的柔曲性，可进行编织加工和缠绕成型。同时，本发明解决了碳纤维布作为骨架材料时，其与内胶层、外胶层不易粘合的新技术问题。优选地，本发明生产的胶管可应用在大功率柴油机、发电机等耐压、耐温要求高的领域。
本发明的以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管及其制造工艺不限于上述实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，例如电解液和/或偶联剂的类型，都可以根据实际情况进行选择，这些都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管制造工艺，其特征在于包括以下步骤：
在要求尺寸的模芯上挤出一层内胶层；
对碳纤维布进行表面处理，提高其表面极性基团的含量；
将经过表面处理的碳纤维布作为增强层编织或缠绕在在内胶层上；
在碳纤维布上挤出一层外胶层，包覆在碳纤维布表面；
成型完毕，将所得胶管硫化，获得成品，其中所述内胶层和外胶层包括硅橡胶，所述对碳纤维布进行表面处理具体包括以下步骤：以NH4HCO3作为电解液，对碳纤维布进行连续阳极氧化表面处理。
2.根据权利要求1的硅橡胶挤出胶管制造工艺，其特征在于所述极性基团至少包括羰基极性基团。
3.根据权利要求1或2的硅橡胶挤出胶管制造工艺，其特征在于所述胶管为弯管或波纹管。
4.根据权利要求1-3任一项所述的硅橡胶挤出胶管制造工艺，其特征在于对碳纤维布进行连续阳极氧化表面处理的时间为0.5-1分钟。
5.一种利用上述任一项权利要求所述的制造工艺制造的以碳纤维为增强层的硅橡胶挤出胶管，其特征在于包括：
内胶层；
编织或缠绕在内胶层上的经过表面处理的碳纤维布；以及
碳纤维布上包覆的外胶层。
6.根据权利要求5所述的硅橡胶挤出胶管，其特征在于所述碳纤维布和外胶层均为多个并且交替设置。
7.根据权利要求5所述的硅橡胶挤出胶管，其特征在于所述胶管用于大功率柴油机或大功率发电机。
8.根据权利要求5所述的硅橡胶挤出胶管，其特征在于所述胶管为弯管或波纹管。
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