CN107735611A - 用于加固软管的条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

呈现了用于加固高压软管或柔性管壁的条(100)。条(100)包括并排布置并通过源自水性分散体的硬化粘合剂(104)保持在一起的多个丝(102)。呈现了不同的实施例，其中丝(102)被嵌入硬化粘合剂中，或者其中条(100)的仅一侧被覆盖有硬化粘合剂(104)，或者其中硬化粘合剂(104)仅存在于丝(102)之间而不存在于界定条(100)的表面(S1、S2)上。在一个优选实施例中，丝(102)被扁平化，其中平坦部分平行于条(100)的表面(S1、S2)。

Description

用于加固软管的条及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于软管(例如，通过在芯体周围编织或盘旋加固材料而制成的高压软管)的加固材料。更具体地，加固材料包括被布置到加固条(strip)中的钢丝。

背景技术

在各种应用中，可使用软管用于输送流体、传送电力或传输压力。软管包括用于将流体保持在内部的内部聚合物衬里或管以及用于承受流体压力的加固壁。软管内的压力与其直径的乘积不得超过每单位长度壁加固强度的两倍，否则软管将破裂。对于源自于软管的形成和软管的预期用途的各种损耗，必须考虑足够的安全因素。

因此，根据应由软管保持的压力来选择壁中的加固件。对于高压软管(在超过7MPa操作)，通常选用钢丝作为加固件，因为钢丝将所需的强度与柔韧性、粘附性和可预测的使用寿命相结合。为了保护钢丝免受外部影响，可以使用聚合物保护层(例如，挤出成型橡胶保护层)来覆盖钢丝，但是当使用例如不锈钢丝时，加固件也可以保持可见。

通过编织或盘旋或甚至有时两者组合来围绕内管施加加固丝。在螺旋软管中，连续的平行钢丝层以不同的捻距在交替的方向上卷绕在内部聚合物管周围。在编织中，平行钢丝的带(ribbon)围绕内管编织而成。圆形的编织图案呈现，编织图案可以有许多布置，例如，平针、斜纹或缎纹。在所编织的加固件中，每单位长度的交叉点的数目(即，一个方向上的带与另一方向上的带交叉的位置)被减小到最小。这可以通过加宽带来实现，即，通过将更多的单丝编入带中或通过使用2×2斜纹(2上、2下)、3×3斜纹(3以上、3以下)或者甚至缎纹来完成。

在编织和盘旋钢丝时，在将带嵌入软管层之前，通过将其引导到执行针之上来对带赋予一定程度的预成型。通过这种预成型，丝获得螺旋形状，螺旋形状适合丝在加固层中缠绕。

选择捻距，以便在向软管施加压力时使得软管在轴向长度上收缩或伸长尽可能得小。因此，捻距角(软管轴线与加固件之间的角度)被保持为接近“中性角”，即，或大约54°44'。

最近尝试通过以下方式进一步改进软管的性能：

-使用卷曲或弯曲的丝，以彼此更好地调整后续层的机械性能(WO2015/000773A1)；

-使用扁平化的高张力丝(WO2005/108846A1)。扁平化的高张力丝比其所起源的圆状丝具有更高的延展性。这使得丝更适合合并入软管中。扁平化的丝也导致软管的整体厚度较低。此外，在交叉点处，扁平丝的表面彼此接触，由此减小横向接触应力。圆状丝(特别是高张力和超高张力的丝)在受到横向应力时易于损失断裂载荷。此外，当软管被动态加载时，在交叉点处的圆-圆接触导致侵蚀疲劳的增加，导致软管的早期故障。尽管使用扁平化的丝加固件改进了软管，但将扁平化的丝加工成带并不容易，因为有时单个扁平化的丝会扭转，从而当软管受到压力时在软管中形成可以被压垮的点。

-使用嵌入聚合物中的钢丝或钢帘线的条(WO 2001/092771 A1)。但是，利用这种布置，可能无法获得足够的“横向强度”。“横向强度”是指条的断裂力除以条的宽度。在钢丝或钢帘线之间必须保留大量的聚合物，以将在条中其保持在一起。而且，聚合物封装妨碍在具有预成型体的机器中使用条。

-在该方面，已经建议在制造期间预成型嵌入有钢帘线的聚合物条(WO2007/009873 A2)。但是也存在这样的问题，即“横向强度”比现有技术的带所能达到的“横向强度”差。

通常，软管加固丝被黄铜涂层覆盖，以能够与橡胶粘合。然而，为了使钢表面粘附到橡胶或聚合物，已经提出了许多备选的有机涂层。最值得注意的是具有两个官能团的那些化合物：一个涉及与聚合物的粘附，一个涉及与钢的共价键合。参见例如US2002/0061409、US 3857726及其中的参考文献。这些系统专注于在具有高模量的钢丝以及要使用钢丝的低模量的橡胶或聚合物之间具有良好的键合过渡。这些公开的目的不是以足够的机械强度将钢丝彼此键合。

因此，发明人寻求解决所述问题的其他方法。

发明内容

本发明的目的是提供针对软管的加固材料，加固材料消除了软管制造商的某些处理步骤(例如，钢丝束的平行重绕)。本发明的目的还在于提供机械稳定以经受软管制造商的编织或盘旋的钢丝加固条。本发明的另一目的是便于在软管的生产过程中使用扁平化的钢丝。本发明的又一目的是提供加固材料，加固材料向橡胶提供适应性的粘合。提供了生产加固条的方法。

根据本发明的第一方面，呈现了对软管(优选为高压软管)进行加固的加固条。条包括在第一表面和第二表面之间在单层中以并排关系彼此平行布置的多个钢丝。“在单层中以并排关系”是指钢丝只触碰、接触与其邻接的相邻钢丝而不与其他钢丝接触。接触尽可能紧密意味着钢丝之间不存在有意的分离或间隔。紧密接触使得能够达到每横向单位长度的高强度或“横向强度”。条在条的宽度和长度尺寸上具有第一侧和相对的第二侧。条的长度是其最大尺寸、条的厚度是最小尺寸、并且宽度是大小在长度和厚度之间的中间尺寸。其中“条的表面”是指与所有丝相切的局部平面。条的第一侧处存在第一表面，第二侧处存在第二表面。所有丝均位于第一表面和第二表面之间。

在本发明的更具限制性的第一方面中，以上限定的加固条仅用于对软管(优选高压软管)进行加固。在本发明的限制性方面中，无论在下文中何时提及“加固条”，其都将被“软管加固条”代替。

钢丝具体但不限于软管加固钢丝。通常，这些钢丝都是高碳钢深度拉制的单丝。高碳钢是指具有最小碳含量为0.65％、锰含量为0.40％至0.70％、硅含量为0.15％至0.30％、最大硫含量为0.03％、最大磷含量为0.30％的组合物，所有百分数均为重量百分比。只存在痕量的铜、镍和/或铬。这是用于获得具有2450至2750N/mm²之间的抗拉强度的普通抗拉软管加固丝的优选成分。

为了获得高抗拉强度的软管加固丝(即，抗拉强度在2750至3050N/mm²之间的钢丝)，通常使用最小碳含量为约0.80重量％(例如，0.78-0.82重量％)的钢，而其余元素相似。

通过进一步拉制钢丝(即，通过在拉制期间施加较高的伸长率)，可以获得更高的抗拉强度。以这种方式，可以获得在3050至3350N/mm²之间的抗拉强度。这就是所谓的超级抗拉软管加固丝。

软管的壁强度与加固条的横向强度直接成正比，因此决定了软管的爆裂压力。横向强度是加固条的断裂力除以其宽度，并且单位为N/mm。使用高抗拉或甚至超抗拉软管加固丝也可以导致消除壁中的加固层。为了本发明的目的，优选的是，加固条的横向强度大于(2350-1767×d)×d N/mm，其中“d”为钢丝截面的等效直径(单位为mm)。如果钢丝截面呈非圆形截面(例如，扁平化的截面)，则应使用“等效直径”。这是具有与垂直于钢丝轴线的截面相同的表面积的圆的直径。相反，加固条的横向强度可以高于(2550-1767×d)×d或甚至高于(2750-1767×d)×d。

备选地，对于腐蚀是风险的特殊应用，可以使用由不锈钢制成的软管加固丝。优选的不锈钢含有最少12％的Cr以及大量的镍。更优选的不锈钢成分是奥氏体不锈钢，因为它们可以容易地拉制成细的直径。更优选的成分是在本领域中被称为AISI 302(特别是“顶锻质量”HQ)、AISI 301、AISI 304和AISI 314的成分。“AISI”是“美国钢铁学会”(AmericanIron and Steel Institute)的缩写。不锈钢类型钢丝的抗拉强度在2050-2450N/mm2之间。

加固条中钢丝的数量将取决于软管的构造。通常是6到12根丝用于编织软管。对于盘旋的软管，加固条中的更多钢丝将导致更快的卷绕，因此制造软管的效率更高。由螺旋机可以处理的内容来确定该限制。例如通过将0.70mm的72根丝彼此靠近来卷绕加固条，可以实现高达50mm的总宽度。

单独的钢丝的等效直径在0.15mm至0.80mm之间，包括0.15mm和0.80mm。用于编织的等效直径更优选在0.15至0.35mm之间，用于盘旋的等效直径更优选在0.30至0.80mm之间。当钢丝的等效直径大于0.80mm时，加固条整体变得太硬，难以弯曲和变形。当钢丝的等效直径小于0.15mm时，难以通过硬化粘合剂将丝保持在一起

事实上，关于加固条的特征在于，单独的钢丝通过硬化粘合剂保持在一起。通过干燥或固化水性分散体来获得硬化粘合剂。就本申请而言，“水性分散体”或“胶乳”是指包含水的液相，其中聚合物颗粒被混合。液相(即，排除固体颗粒)包含重量至少40％、优选50％的水。其他液体组分可以是溶剂(例如，醇、醚或酯或任何其他挥发性有机化合物(VOC)和添加剂(例如，表面活性剂、消泡剂、pH稳定剂、着色剂)以及类似化合物。聚合物颗粒优选具有1纳米至1微米之间的尺寸。如果聚合物颗粒较大(例如大于1μm)，则分散体粗化并变得更难以应用(“粗化分散体”被称为“悬浊体”)。聚合物以小颗粒形式存在。

可以通过干燥或固化获得硬化粘合剂。在干燥的情况下，液体组分被去除并且颗粒聚结在基底上。通过对基底表面进行预热，可以改善聚结。这导致更好的封闭粘合剂膜。在固化的情况下，硬化粘合剂的形成伴随着粘合剂组成之间或与环境分子(例如，环境空气中的水或氧气)的聚合反应。

在一个优选的实施例中，硬化粘合剂不会重新溶解在液体极性介质中。水和酒精(例如，乙醇)是液体极性介质的示例。

在最一般的情况下，多个钢丝被硬化粘合剂嵌入、包裹、包围。如果粘合剂不仅适用于粘附至金属，而且还适用粘附至橡胶，则不是问题。然而，如果硬化粘合剂不粘附或不足以粘附到软管的橡胶上，则完全嵌入不是优选的，因为这将不利地影响复合软管壁的行为。

因此，优选的实施例主要是条的第一侧或第二侧(但不是两侧)部分地或完全地被硬化粘合剂覆盖。通过使得加固条的截面垂直于条的长度方向，可以确保存在硬化粘合剂。通过对截面适当的染色，可以使硬化粘合剂显现。可以通过标准的图像分析技术来确定硬化粘合剂的量。

其中“主要”是指硬化粘合剂占总体积的一半以上(例如，60％、或者甚至多于70％、80％、85％至高达99％)存在于条的一侧处，分离线是第一表面和第二表面之间的中间平面。“部分地被硬化粘合剂覆盖”是指局部地一些钢丝表面仍然可以在主要被覆盖的一侧暴露于空气中。当侧面被完全覆盖时，该侧处的钢丝表面被硬化粘合剂完全密封。

于是，保持基本上不含硬化粘合剂的一侧仍然可以与软管壁的橡胶形成粘合接触。其中“基本上不含”是指在未完全或部分被覆盖的一侧上仍然存在一些硬化粘合剂，但是该量必须是最小的(例如，小于硬化粘合剂的总体积的40％)。该量还包括可能存在于条未被部分或完全覆盖的一侧处的中间平面之上的丝之间的硬化粘合剂。甚至更优选的是，该量低于硬化粘合剂总体积的30％或甚至低于20％。根据本发明人，条的中间平面之上的量可以是硬化粘合剂的总体积的1％至小于15％之间。

在加固条的另一优选实施例中，硬化粘合剂主要存在于第一表面和第二表面之间。这意味着粘合剂主要存在于丝之间，而不是在第一表面和第二表面之外。“主要”是指在加固条的截面中，硬化粘合剂可以与多个钢区分开，至少70％或甚至多于80％或90％或更多的硬化粘合剂可以存在于第一表面和第二表面之间。这留出加固条的更多外表面可用于与橡胶粘合。

另一特别优选的实施例是，其中所有的所述钢丝具有至少一个平坦面(例如，一个或两个或更多个平坦面)，并且其中所述至少一个面在第一表面或在第二表面中，或与第一表面或第二表面重合。当所有丝具有一个平坦面时，平坦面必须在第一表面或第二表面中，即，所有丝被相同定向。更优选的是，如果钢丝具有第一平坦面和第二平坦面，则第一面放置在第一表面中，第二面放置在第二表面中。因此，第一平坦面和第二平坦面彼此平行。可以通过辊轧制或在两个扁平化的辊之间将丝扁平化而获得面。另外优选的是，如果丝具有例如四个平坦面，例如截面为矩形或大致矩形，其中两个平行面位于第一表面或第二表面中。“大致矩形”意味着矩形的角可能仍然显示一些圆角。

扁平化的程度可以表示为垂直于丝的轴线的截面中最小与最大卡尺直径(也称为费雷特直径)的比值。该比值必须小于或等于0.95、优选小于或等于0.90，但大于或等于0.50、优选大于或等于0.60。因此，优选范围为0.50至0.95、0.50至0.90、0.60至0.95、0.60到0.90。

该实施例是特别有利的，在于其有利于在软管中使用平坦的丝。由于平坦的丝在加固条中彼此固定，所以它们不能再围绕其轴线旋转，并且在软管中总是采取尽可能最优的取向。单独的丝不可能旋转。

为了使得钢丝本身与橡胶之间能够粘合，钢丝被涂覆有粘合剂层。在硬化粘合剂不能很好地粘合到橡胶的情况下，不含硬化粘合剂的丝的表面仍然可以键合。能够与橡胶粘合的典型金属涂层是黄铜(铜和锌的合金)、青铜(铜和锡的合金)、铜、锌或其合金。备选地，也可以通过有机底漆(例如，基于有机官能硅烷、有机官能钛酸酯或有机官能锆酸酯的底漆)来获得金属和橡胶之间的粘合。

进一步特别优选的实施例是，当硬化粘合剂粘附到热固性弹性体组中的任一个时，热固性弹性体组由苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、氯丁橡胶(CR)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯化聚乙烯(CM)、氟碳橡胶(FKM)、氟硅橡胶(FSI)、硅橡胶(VMQ)或其混合物组成。因此，硬化粘合剂不仅将丝彼此粘合以形成条，而且还粘附到软管壁的热固性弹性体。特别是SBR和NBR橡胶常用于生产软管。因此，硬化粘合剂优选是由相同类型的橡胶衍生的水基、低粘度胶乳分散体。例如，在软管壁是基于NR的情况下，最好使用基于天然橡胶的硬化粘合剂。

备选地，对于专用软管，使用热塑性弹性体。在这些情况下，使用粘合剂是有利的，粘合剂在硬化后粘附到由以下项组成的热塑性弹性体组中的任一个：苯乙烯(SBC)、烯烃(TPO)、聚氨酯(TPU)、聚酯(CPE)、聚酰胺(PA)、聚甲氧基甲基(POM)或其混合物。

至少在水性分散体干燥和固化后能够实现钢丝之间粘合的可能的粘合剂是由以下项组成的组中的聚合物：

·聚乙酸乙烯酯

·丙烯酸聚合物和共聚物，例如：

-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物；

-聚氨酯-丙烯酸酯共聚物；

·环氧共聚物：

·弹性体聚合物和共聚物，例如：

-间苯二酚甲醛乳胶

-NR的水基分散体

特别优选的水性分散体是丙烯酸类聚合物和共聚物与弹性体聚合物和共聚物的混合物。丙烯酸化合物在钢丝之间产生牢固和稳定的胶合，但不会对橡胶产生任何粘附。另一方面，弹性体化合物导致钢丝和橡胶之间的良好粘合，但不足以将钢丝保持在条中。看起来，这些化合物的混合物提供了足够的机械强度来将丝保持在一起，至少直到预成形，同时在钢丝和硬化粘合剂之间以及硬化粘合剂和软管壁的橡胶之间提供足够的粘合。

为了在加固条的编织或盘旋期间使加固条保持接合，钢丝必须力在20mm上至少100N的剪切力(平均至少测量4次)而彼此附接。更优选的情况是，在20mm上测量的剪切力高于150N、或者甚至高于175N。

可以通过双重称重来确定硬化粘合剂的量。对例如长度为1米的加固条进行称重，并通过浸入(可能加热的)溶剂中除去硬化粘合剂。对钢丝(现在是单独的)再次称重。硬化粘合剂的量被表示为硬化粘合剂移除之前和之后的质量差与仅钢丝质量的比率。优选地，硬化粘合剂的量不超过每千克加固条100克硬化粘合剂，否则硬化粘合剂可能妨碍加固条的处理。甚至更优选的是，硬化粘合剂的量小于80克/千克或40克/千克或者甚至小于15克/千克的情况。当使用圆形丝时，在第一表面和第二表面之间存在的所有硬化粘合剂低于40g/kg。通过谨慎的过程控制，可以将硬化粘合剂的量保持在10g/kg之下。越低越好。

然而，必须存在足够的粘合剂，以在随后的处理中保持加固条的完整性。例如，在被卷绕到软管壁中时，单独的钢丝必须保持在一起，至少直到被预成形。如果丝在预成形之后分离，则不存在问题，因为单丝的取向保持不变。本发明人发现每千克钢丝1克硬化粘合剂的量是可达到的最小值。如果存在超过2克/千克的加固条的情况，则钢丝在卷绕到软管壁之前的预成型期间也将保持其粘着力。

硬化粘合剂的量的任何范围(下限等于上一段中提及的最小值中的任一个的)与上上段中提及的所包括的上限是本文中所公开的最大值中的任一个组合。

在加固条的进一步优选的实施例中，条已经获得预成形，即，丝已被塑性变形。预成形使得加固条呈螺旋形，即当自由悬挂时形成螺旋。“自由悬挂”是指从辊上切割一砸加固条，并在重力的作用下一端悬挂。预成形使得加固条的第一表面或第二表面位于圆柱形表面上，其轴线与螺旋的轴线重合。进行预成型的优点是加固条在卷绕的卷上保持良好。在将加固条引入软管壁中之前，必须给予加固条进一步减少的预成形(如果的确是这样的话)。

根据本发明的第二方面，要求保护用于生产加固条的方法。方法包括按序号(用“#”表示)给出的序列的以下步骤。

#10：提供多个钢丝。可以从工字轮轴架上将钢丝解绕，或者可以从拉制机直接引导钢丝。丝被保持在适度的处理张力下。钢丝的数量对应于加固条中所需的钢丝数量。如现有技术中常见的，钢丝在进一步处理之前被清洁。

#20：丝被引导至导向辊，其中丝以并排配置的方式被布置。为了限制钢丝之间的空间，提供了成对侧轮，成对侧轮将钢丝在辊上推到一起。导向辊所跨越的角度以及给予各钢丝的张力足以使其保持在位并防止跳动。如果需要将大量钢丝整理在一起，则可能需要与成对侧辊相关联的多于一个的导向辊。例如，首先利用相关联侧轮将中间丝一起整理的第一辊上，接着利用相关联的侧轮将外丝侧向地添加到第二导向辊上的中间丝上。钢丝从导向辊离开，组织为具有第一侧和第二侧的条。“侧”是条长度和宽度尺寸所跨越的。

#30将水性粘合剂施加到条的第一侧或第二侧、或第一侧与第二侧。通过使用帘式涂覆(其中条移动通过连续倾倒粘合剂的层流帘)，可以对条进行单侧涂覆。通过使用接触条的下侧的施加辊，可以获得条的更清洁的单侧涂覆，其中当水性粘合剂转过具有水性粘合剂的容器时，辊被水性粘合剂润湿。可以通过将整个条引导进入浸渍容器来施加双侧涂覆。此外，可以通过例如使用被连续供给水性粘合剂的刷子进行涂布来施加粘合剂。备选地，可以通过喷射来施加水性粘合剂。

#40：在施加水性粘合剂之后，通过例如将润湿的条引导过行进通过烘烤炉进行加热而将其固化或干燥(取决于粘合剂的类型)。备选地，可以使用红外灯。如果粘合剂的聚合物易于被紫外线固化，则也可以通过使用紫外线灯进行紫外线照射来启动固化。

#50：通过固化或干燥，粘合剂被硬化，并且这将多个钢丝保持在一起：形成加固条。随后将加固条卷绕成卷。例如通过卷绕在卷筒、工字轮或卷轴上以供客户进一步处理。

在该方法的另一优选实施例中，通过在两个扁平辊之间引导钢丝而使钢丝扁平化。

-将钢丝在导向辊上整理之前(作为步骤#15)，可以对每个钢丝独立进行；

-备选地，在将多个钢丝整理成条后，可以在扁平辊之间集中进行轧制(作为步骤#25)，这是最优选的工作方式。

-备选地，在将水性粘合剂施加到条上之后，可以在扁平辊之间将多个钢丝集中扁平化(在步骤#35中)。作为附加优点，多余的水性粘合剂被辊除去。

-在又一备选方案中，在固化和干燥之后，可以将多个钢丝集中扁平化(在步骤#45中)。

为了控制条的任一侧上的硬化粘合剂的量，可以在固化或干燥步骤之前，将过量的水性粘合剂从第一侧和/或第二侧去除。通过引入方法步骤#32(其中从条的第一侧擦拭多余的水性粘合剂)，可以获得其中硬化粘合剂至少部分地覆盖第二侧的加固带。第一侧在其表面上具有相当少的硬化粘合剂。在必要变通之后，该方法可以应用在第二侧上，使得硬化粘合剂主要存在于第一侧上。如果在条的第一侧和第二侧上进行擦拭，则获得硬化粘合剂主要存在于加固条的第一表面和第二表面之间的加固条。可以使用擦拭垫、金属刀片或气刀或任何其他合适的方式来完成擦拭。

在该方法的一个备选实施例中，在固化或干燥之后，可以除去多余的硬化粘合剂(作为步骤#42)。这可以通过刮擦或抹刷来完成。

在该方法的一个优选实施例中，在施加水性粘合剂之前，将钢丝集中加热(作为步骤#29)。这改进了粘合剂聚合物颗粒的聚结，并导致更好的封闭的硬化粘合剂膜。可以通过行进通过烘箱、或者更优选地通过感应加热来进行加热。

在进一步优选的实施例中，通过将条在预成型辊上引导而将具有新鲜或干燥或固化状态下的粘合剂的条预成形。当具有粘合剂的条仍然处于新鲜的状态时，这可以引入作为步骤#37，当粘合剂干燥或固化时，可以添加作为步骤#47。为了引起钢丝的塑性变形，预成形辊的直径必须足够小，以产生高于钢丝外侧的钢丝屈服应力的应力。通常，预成型辊的直径必须小于钢丝等效直径的50倍，以具有塑性变形。预成型辊与钢丝的等效直径的比率越小，所产生的螺旋的曲率半径越小。在另一极端情况下，该比率不应小于钢丝等效直径的5倍，以防止损坏钢丝。更优选的是，比率在10至20之间。

当预成形辊的轴线垂直于条的长度方向定向时，塑性弯曲方向与两者垂直，即条自身卷绕。为了获得螺旋形预成型，将预成型辊放置在不是与条的长度垂直的角度下就足够了。角度的定向将决定螺旋是否形成右旋或左旋的螺曲方向。

可以以足够长的长度供应所得到的加固条。由于条的宽度相对较小，因此可以很容易地将其卷绕在现有的机器上。因此，使用条消除了将若干工字轮严格重绕到用于编织或盘旋的机器的单个机器工字轮上。这样的重绕必须在相同的张力下进行，因为丝之间长度的极微小偏差会导致编织误差。由于丝并排布置在位，所以防止了丝的交叉。此外，加固条使得能够使用扁平化的软管加固丝。

附图说明

图1以尽可能一般的形式示出了本发明。

图2示出了本发明的第一优选实施例。

图3示出了本发明的第二优选实施例。

图4示出了本发明的第三优选实施例。

图5示出了本发明的第四优选实施例。

图6示出了用于执行该方法的示例性设备。

图7a和图7b示出了在钢丝上施加水性分散体的备选方法。

在附图中，具有相同十位和个位数字的附图标记指代相同的项，而百位数字指代附图标记。

具体实施方式

图1以尽可能一般的形式示出了本发明。加固条100在这种情况下由六个尺寸为0.30mm、且抗拉强度为2955N/mm²(即，高抗拉强度)的钢丝102组成。丝涂覆有黄铜(每公斤丝5.1克黄铜)。成分包括重量占67.3％的铜，其余为锌。条被布置在单层中，并排平行配置。它们尽可能靠近彼此抵靠而不使其变形，使得宽度“W”接近理论值6×0.30或1.80mm。所有的丝都被包裹在硬化粘合剂104中，硬化粘合剂104将各丝保持在一起。通过干燥或固化水性分散体来获得硬化粘合剂。

丝102位于与钢丝相切的两个表面P1和P2之间。在这种情况下，也可以在两个表面P1和P2外的相邻钢丝之间形成的凹槽中找到硬化粘合剂。硬化粘合剂存在于加固条100的两侧。S1表示条的第一侧，S2表示相对侧。

在图2所示的第二优选实施例200中，硬化粘合剂204主要存在于加固条的第二侧上。在该实施例中，第二侧完全被硬化粘合剂覆盖。第一侧基本上不具有硬化粘合剂。在条中间上方一侧的两个丝之间形成的凹陷中，存在少量(约总量的9％)硬化粘合剂。该实施例具有附加的优点，即，加固条的第一侧未被硬化粘合剂覆盖并保持可用于与橡胶的粘合。

该类型的加固件特别适合于具有衬里的软管，其中由于内部衬里由诸如聚四氟乙烯(PTFE)或乙烯-四氟乙烯(ETFE)等的非活性聚合物制成，内部衬里不与橡胶壁键合。于是，被覆盖的一侧可以朝向内部衬里定向，而相对侧连接至橡胶。当然，该加固件也可以用于普通的软管中，例如，在编织的软管中，其中在一个编织方向上，被覆盖的一侧径向向内定向，并且在另一编织方向上，被覆盖的一侧径向向外定向。

图3示出了第三优选实施例。在该实施例中，硬化粘合剂完全保留在与丝相切的第一表面和第二表面(P1'和P2')内。每千克钢丝上存在1至30克的硬化粘合剂。因此加固条的两侧可保持用于粘合。一些硬化粘合剂305可以保持在加固条的外侧处。

在图4中示出了第四优选实施例，其中圆形钢丝用扁平化的钢丝代替。通过如上所述将0.30钢丝轧制成0.23mm的厚度来获得扁平化的钢丝。钢丝在与厚度方向垂直的方向上的宽度则为0.34mm。由于轧制，丝的抗拉强度略微下降到2866N/mm²。两个平坦面均定向在与钢丝相切的第一表面P1”和第二表面P2”内。

在图5中描绘了非常优选的第五实施例。其中扁平化的丝502用存在于相邻丝之间的凹槽之间的最小量的硬化粘合剂504保持在一起。这样的加固条可以立即替代目前在软管编织和盘旋机器中使用的多次卷绕的单个软管加固丝。

在优选的第四和第五实施例中，加固条具有更好的填充度。填充度是条的垂直截面中金属面积的量除以宽度W'和厚度T'。除此之外，由于弯曲刚度较低，所以平行于条的宽度方向的轴更容易弯曲。此外，扁平化使更多表面暴露于橡胶，从而获得更好的粘合。

已经评估了若干水性分散体。这些中以下表现最好：

·苯乙烯丙烯酸酯共聚物：硬化粘合剂具有良好的机械性能，并且可以将钢丝完好地保持在一起。但是，与橡胶的粘合度很低。

·羧基苯乙烯丁二烯胶乳对橡胶具有更好的粘合力，但机械强度较差。在执行预成型操作之后，钢丝趋于分离。

苯乙烯丙烯酸共聚物和羧化苯乙烯丁二烯胶乳的混合物具有良好的机械性能以及良好的粘合性能。由于苯乙烯丁二烯橡胶的羧化通常通过混合丙烯酸单体来进行，所以混合物是相容的。优选键合超过55％(例如，在55％至75％范围内)的苯乙烯。

所提及的硬化粘合剂不会重新溶解在液体极性介质中。

发明人证实，用于将金属粘附到橡胶上的已知粘合剂(例如，(可从Chemical Innovations公司获得)或(Dow))不能在钢丝之间提供足够的键合。膜不能将钢丝保持在一起。

在图6中进一步示出了用于制造根据第三实施例的加固条的过程。在设备600中，从卷轴上的丝工字轮拉出六个钢丝610。在导向辊620上以并排配置组装钢丝。安装在条任一侧的两个推辊622将丝推在一起。在硬化的金属辊对625之间，圆形钢丝被扁平化至钢丝原始直径的77％的厚度，从而形成并排布置的松散的扁平化丝612的条。

在进一步的步骤中，例如通过浸入碱性溶液中、然后干燥来以湿法或干法626对条中的丝进行清洁。在涂敷器630中，通过在条612的底侧处的旋转轮628施加水性分散体。因此在这种情况下，通过滚动施加水性分散体。擦拭器632(可以是机械刀或气刀)从条的顶侧除去任何多余的水性分散体。

然后，将润湿的条614引导通过烘箱640，其中水性分散体被固化，从而形成硬化粘合剂，硬化粘合剂将钢丝保持在一起而形成加固条616。通过将加固条616在旋转销647上张紧，条获得受控的预成型。在10N的张力下，通过将销直径在4mm至10mm之间的范围改变，可以获得在16mm至42mm之间的自由卷直径。销上的跨度角保持在约90°。自由卷直径是自由悬挂在一点处的条制品的直径。如果旋转销垂直于条的运行方向，则条将保持在单个平面中。通过将旋转销放置在与条的运行方向偏离90°的角度，但仍在进入条的平面中，将形成螺旋。最后，预成形的加固条618被卷绕到卷轴650上。

可以通过省略或添加组件来实现本发明的其他实施例。例如，通过推动两个柔性刀片抵靠条的两侧(即，通过使擦拭器632加倍)来实现图4的实施例。备选地，可以通过省略硬化的辊对625来实现具有圆形丝的实施例(如图1至3中所示)。基于所提供的工具的其他可能的组合可以由本领域技术人员基于本公开来实现。

图7a和图7b示出了水性分散体可以被施加在中间丝条712上的不同的方式。在图7a中，水性粘合剂循环并且帘状流728将分散体施加到条上。在图7b中，水性分散体通过从容器馈送的海绵728'施加。

下面的样品被制造和测试：

·5个0.30毫米的钢丝，被压扁平至0.23-0.34平方毫米的尺寸(步骤#15)。加固条的宽度为1.7毫米。将丝整理(步骤#20)并清洁。所得到的条在一侧通过涂布辊涂覆，或者在两侧通过水性粘合剂浸渍来涂覆。在固化之前，除去多余的粘合剂(步骤#32)。在行进通过烘箱中进行50秒固化。该样品被称为5×(0.23-0.34)。

·8个0.25毫米的钢丝，被压扁平至(0.19-0.28)的尺寸。所得到的条的宽度为2.24mm。以与第一样品相同的方式施加粘合剂。该样品被称为8×(0.19-0.28)。

测试了不同的水性粘合剂(超过20个不同类型)。最好的结果是类型15(T15)和类型16(T16)。类型15是具有55％结合苯乙烯的羧化苯乙烯丁二烯胶乳，类型16是改性苯乙烯-丁二烯胶乳的水基乳液。

测试条在3种工业化合物中的粘附性。表1a(针对样品5×(0.23-0.34))和表1b(针对8×(0.19-0.28))中再现了从宽度为24.5mm的硫化橡胶垫中拉伸时拉伸力(POF)的结果。“量”列涉及样品上找到的硬化粘合剂的量：“0”表示没有涂覆、“+”表示大于1到小于30g/kg之间的量、“++”表示在30至70g/kg之间、以及“+++”表示高于70g/kg的量。“侧”列表示粘合剂是仅施加在一侧(“1”)上还是两侧都被涂覆(“2”)。拉伸力被表示为与未涂覆有粘合剂的条的拉伸的百分比。

结果表明，涂覆量比条的一侧还是两侧被涂覆更重要。尽管这些报告结果表明在涂覆之后下降，但是在施加硬化粘合剂时化合物增加。这些是在没有粘合剂涂覆的丝上显示相当低的粘合力值的化合物。

表1a

表1b

还研究了加固条可以承受的剪切力。为此目的，选择制造好的条制品，并且在下端和在上端其余的丝切断大约一半的丝。在中间保持20mm的区域，其中导线的中间对通过硬化粘合剂保持连接。下端和上端安装在测试台上，并在记录最大力的同时缓慢(30mm/min)被拉开。

在8×(0.19-0.28)样品上获得以下结果：

粘合剂	量	平均值(N)	STD(N)
				T15	+	200	6
T15	++	213	37
				T16	+	123	7
T16	++	145	11

尽管硬化粘合剂T16在粘合度上显示出稍微更好的结果，但是其机械强度较差。因此，T15粘合剂仍然是优选的，因为它在编织或盘旋操作遵循复杂丝路径中表现更好。

加固条可用于对软管或柔性管或管道进行加固。当使用这样的条时，所提及的优点将变得明显。当在软管中使用所描述的加固条时，由于容易标识硬化粘合剂的残留物，所以加固条容易被识别。

Claims (18)

1.一种用于加固软管的加固条，所述条包括以单层、平行并排配置的多个钢丝，

其特征在于：

所述钢丝通过硬化粘合剂被彼此保持，所述硬化粘合剂从水性分散体干燥或固化。

2.根据权利要求1所述的加固条，其中所述硬化粘合剂不会重新溶解在液体极性介质中。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的加固条，其中所述硬化粘合剂的量大于1克/千克钢丝、且小于100克/千克钢丝。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的加固条，所述加固条具有第一侧和第二侧，其中所述硬化粘合剂主要部分地或完全地覆盖所述第一侧或所述第二侧。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的加固条，所述加固条具有与所述多个钢丝相切的第一表面和第二表面，其中所述硬化粘合剂主要存在于所述第一表面和所述第二表面之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的加固条，其中所述钢丝中的每一个包括至少一个平坦面，所述至少一个面位于所述第一表面或所述第二表面中，或者其中所述钢丝中的每一个至少包括第一平坦面和第二平坦面，所述第一平坦面位于所述第一表面中，并且所述第二平坦面位于所述第二表面中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的加固条，其中所述钢丝涂覆有选自如下组的金属涂层，所述组由黄铜、青铜、铜、锌或其合金组成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的加固条，其中所述硬化粘合剂粘附到由以下项组成的热固性弹性体组中的任一个：苯乙烯丁二烯橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、乙烯丙烯-丁二烯橡胶、二烯三元共聚物、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、氟碳橡胶、氟硅橡胶、硅橡胶或其混合物。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的加固条，其中所述硬化粘合剂粘附至由以下项组成的热塑性弹性体组中的任一个：苯乙烯类、烯烃类、聚氨酯类、聚酯类、聚酰胺类、聚氧甲基化合物或其混合物。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的加固条，其中所述水性分散体为聚合物的水分散体、乳液或溶液，所述聚合物为由以下项组成的组中的任一个：聚乙酸乙烯酯、诸如苯乙烯-丙烯酸酯共聚物之类的丙烯酸类聚合物和共聚物、聚氨酯和聚氨酯共聚物、环氧和环氧共聚物、弹性聚合物或这些聚合物的混合物，所述弹性聚合物诸如为间苯二酚甲醛胶乳、羧化苯乙烯丁二烯胶乳。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的加固条，所述加固条的横向强度超过(2350-1767×d)×d(N/mm)，其中“d”是单位为mm的所述钢丝的截面的等效直径。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的加固条，其中所述加固条在自由悬挂时具有螺旋形状。

13.一种生产加固条的方法，依次包括以下步骤：

#10.提供多个钢丝；

#20.将所述多个钢丝以并排的配置在导向辊上引导，所述多个钢丝由此形成条，所述条具有第一侧和第二侧；

#30.通过浇注、浸渍、轧制、喷涂或喷射，将水性分散体施加到所述条的所述第一侧和/或所述第二侧上；

#40.通过加热、红外线或紫外线照射固化或干燥所述水性分散体，由此形成硬化粘合剂，所硬化粘合剂将所述钢丝保持在一起从而形成所述加固条；

#50.将所述加固条卷绕成卷。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：

通过在两个扁平辊之间引导所述钢丝而将所述钢丝扁平化；

作为步骤#15或#25或#35或#45。

15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括以下步骤：

从所述加固板条的所述第一侧和/或所述第二侧擦拭水性分散体；

作为步骤#32。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

加热所述钢丝；

作为步骤#29。

17.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

通过在预成型辊上引导所述加固条，将所述加固条预成型；

作为步骤#37或#47。

18.一种经钢丝加固的软管，其特征在于，所述软管的加固件包括根据权利要求1至12中任一项所述的加固条。