CN109070521B - 耐火柔性软管 - Google Patents

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Abstract

一种具有多层结构的柔性耐火软管组件，其中径向内部氟塑料衬管包括在向外表面处的卷积或凹槽。内部衬管由多个热绝缘层和编织或编造加强层围绕。然后通过至少一个径向橡胶覆盖层封装这些层。还提供了一种软管组件端部配件装置，其中端部配件通过双组件端部配件压接到软管端部，并且端部配件的一部分由橡胶围绕。

Description

耐火柔性软管
技术领域
本发明涉及一种耐火柔性软管组件，并且特别地但不排他地，涉及一种多层软管组件，配置为在暴露于意外火灾条件时，在失效前，令人满意地运行足够长时间期间。
背景技术
用于内部流体容纳和运输的柔性软管已广泛用于各种应用，包括飞机发动机、火车、基于发动机的车辆和机械。这种软管组件需要长时间在高的内部流体压力下操作和保持完整。其他重要特性包括对水分和气体的低渗透性、与正被输送的内部流体的化学相容性、对外部条件的抗损坏性、优异的柔韧性和抗扭结性。
特别地，柔性软管通常用于在航空和航天领域内，在需要高压额定值和优异柔韧性的情况中转移燃料、油和气体。在这种应用中，如果发生火灾，软管可能会受到大约1000℃的火焰和高温。因此，如果软管能够持续令人满意地运行足够的时间以允许采取火控程序，则这是一个显着的优点。例如，在航空应用中并且在发生火灾时，需要携带诸如压力下的燃料的易燃液体的软管在相当长的一段时间内承受高温和机械搅动而没有故障。如果软管失效，燃料将在压力下泄漏，导致火灾爆炸性扩大。当容纳液压油的软管发生故障时，液压会损失并导致液压系统故障。
航空航天标准SAE AS1055定义了用于飞机燃料和油的柔性软管组件的耐火试验。形成该标准的一部分的重要的耐火试验涉及软管样品在1083℃的温度下经受煤油火焰，火焰强度为4500Btu/h(1320瓦)。在流体在压力下流过组件的情况下，以每分钟2000周期数的1.59mm振幅(33Hz)的振动施加到组件的末端。软管组件需要在测试条件下承受流体泄漏至少15分钟。
已经开发了许多柔性软管以试图在火焰和高温环境中维持流体输送操作。US4，488，577描述了一种耐火软管，包括由玻璃纤维或石棉耐火层围绕的内部橡胶管。耐火层由钢丝编织物封装，该编织物由外部橡胶层涂覆。WO2006/047691和WO2008/016625公开了类似的软管结构，其中一个或多个编织金属层封装或加强热绝缘层。US2012/0227851公开了一种高温耐火套管，包括PTFE芯、第一加强层和外部加强层，所述第一加强层和外部加强层一起使用不透水层封装热绝缘层。
然而，这些软管设计要么无法通过AS 1055耐火测试，要么由于多种原因而不利。特别地，包括满足其他要求的软管和端部配件的传统软管组件通常没有配置成满足AS1055，因为软管层被完全烧坏或者因为端部配件连接被热降解、松散并最终与软管分离，在两种情况下，导致流体在测试完成之前泄漏。
可以理解，用于航空工业的软管应该是轻质的、紧凑的、耐压的并且在满足所需的国际标准的同时表现出优异的柔韧性。在这方面，减少层的数量和厚度以及因此减小软管的外径和重量通常是有利的。然而，减少这种层的数量和/或单独的层厚度会以各种方式降低软管的能力，特别是降低热绝缘水平，并因此降低软管承受火灾影响的能力。另一个示例应是具有US2012/0227851中描述的不锈钢丝的最外部的编织或编造层的软管，当暴露于少量氯化物时，该软管易受到称为“氯化物应力腐蚀”的特定类型的化学侵蚀，通常是氯化钠(盐)或其他化学处理剂，其通常作为除冰剂应用于道路，特别是飞机跑道。因此，需要一种解决上述问题的软管组件和端部配件装置。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种柔性软管组件，适于承受高温环境，并且特别是在高于1000℃的温度下持续预定时间段的明火，以便适用于气体和液体(特别是燃料和油)的输送。本发明的另一个具体目的是提供一种软管组件，该软管组件构造成在高压下操作并且展示优异的柔韧性以及足够轻的重量以用于航空工业。一个目的是提供一种柔性软管，以形成飞机或航空航天器的组成部分，其中软管组件被配置成在相当长的一段时间内(即，超过15分钟)经受住火灾而没有失效，并且特别地在这段时间内容纳加压内部流体而没有流体泄漏，在此期间软管组件在高温下持续地暴露于火焰中。
另一个具体目的是提供一种轻质柔性软管组件，包括软管和一个或多个被连接的端部配件，配置成满足航空航天标准SAE AS1055；SAE AS2078A；SAE AS1946；SAE AS640和SAE AS1339，测试和特别地通过引用并入的测试描述。
通过提供具有多层结构的轻质柔性软管组件来实现该目的，该多层结构包括径向内部含氟聚合物内部衬管，该内部衬管具有带凹槽的向外表面，该向外表面被至少一个热屏障层(可选地称为热绝缘层)和至少一个加强层围绕，至少一个加强层进而又由至少一个外部橡胶覆盖层围绕。发明人已经确定一种基于氟塑料的耐热内部衬管，其包括由在衬管主体的向外表面中的峰和谷形成的外部卷积(例如，螺旋凹槽)，衬管主体具有未卷积的、光滑的内侧面对表面，当形成暴露于本文所确定的各种航空航天标准的高温环境的软管组件的一部分时，提供有许多显着的优点。特别地，外部卷积或带槽的内部衬管(通过其带罗纹的外部面对区域)提供能够吸收大量热量而不会产生径向向外膨胀力的软管，该膨胀力使软管扭曲到一定程度，其中软管或者破裂以在软管主体中在端部配件之间形成泄漏，或者从连接到软管的一个或多个端部配件分开。发明人已经确定，当形成软管组件的一部分以满足本文所确定的各种航空航天标准时，特别是在暴露于火中时能够抵抗失效时，具有带槽的向外表面的聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烃(PFA)或氟化乙烯丙烯(FEP)耐热内部衬管特别有利。
有利地，氟塑料内部衬管内的外部面对卷积通过专利EP 1 141 605中描述的热成型工艺形成为管壁厚度，该热成型工艺可以应用于标准的内部和外部光滑(非异型)管，并且其通过引用并入。因此，本发明的螺旋形卷积的外部罗纹状衬管的壁厚在罗纹部分中大于其所形成自的标准管的壁厚。当本发明的衬管与径向外部层接触放置时，借助于限定径向外部面对凹槽的螺旋罗纹的峰之间的空间，在径向相邻的内部管和相邻的径向外部层之间形成间隙区域。凹槽内的这种空气填充间隙、空间或空腔区域用作相邻径向外部层和大部分内部衬管之间的热绝缘屏障。因此，至少在软管暴露于火灾的初始时间段期间，相对于非卷积的内部衬管，从最外部覆盖层到径向内部衬管的热传导减小。另外，衬管在管的谷区域或相对径向薄的“腹板部分”(轴向位于罗纹之间)受到来自经过软管孔通过的冷流体的冷却效应。
有利地，通过形成外部凹槽的加热压紧工艺，内部衬管包括一定程度的“塑性记忆”，该“塑性记忆”增加组件的耐火性并提供满足本文所确定的各种航空航天标准的软管。特别是，当本发明的软管受到施加到外部覆盖层的高水平的热量时，内部衬管最终被加热和变形，并且特别是外部面对卷积或罗纹部经历变形变化，并且罗纹部分外侧直径在直径上减小，使得衬管返回到具有相对光滑的向外表面的卷积之前(标准)管形轮廓。因此，被加热的衬管相对于卷积的加热之间的衬管采用较小的径向壁厚。这种结构的有利之处在于，外部卷积的衬管不会以与标准非异型衬管相同的方式膨胀。特别地，在端部配件组件中，被加热的卷积衬管在外部套环和内部插口(以连接端部配件)之间径向压紧，并且衬管的壁厚度减小(由于“塑性记忆”)用于抵消由于提高的温度引起的衬管材料的热膨胀。这种结构不会发生在标准管中，在标准管中材料经受热体积膨胀并且从套环和插口之间的区域有效地“挤出”，导致端部配件附件的严重变形和弱化。
因此，外部套环和插口之间的软管组件构造成保持其位置抵靠端部配件被轴向地锁定。也就是说，本发明的软管组件能够抵抗被内部流体压力而从端部配件被轴向地推动，这对于传统的非异型标准壁衬管否则将会发生。因此，本发明的软管组件将衬管的热降解所花费的时间显著地延迟到一时间点，在该时间点处软管组件通过将软管从端部接头拆卸而失效。
观察到的在内部衬管内的滞变(与形成外部面对罗纹相关联)进一步有利于沿着软管的大部分长度保持软管的完整性以及从被连接的端部配件分开和在其间分开。也就是说，在加热时发生的本衬管的壁厚的减小，用于减小衬管对相邻的径向外部编织或编造层施加的径向向外膨胀力。因此，本发明的衬管不会以足以使衬管穿透层中的形成空隙的开口的力被迫抵靠径向外部层，该力否则会使软管组件扭曲和破裂。另外，本发明的软管组件还避免了通常与标准的非异型衬管相关的交替失效机理，其中体积和直径的膨胀导致衬管在加热时折叠并沿着折叠中的内折痕破裂。
根据本发明的第一方面，提供了一种柔性软管组件，包括：含氟聚合物内部衬管，具有径向内部和向外表面；至少一个凹槽，在向外表面处凹入衬管中，所述至少一个凹槽沿着衬管的长度延伸，向内表面相对于向外表面基本上是光滑的；至少一个编织或编造的第一热绝缘层，与衬管接触并设置在衬管上；至少一个加强层，与第一热绝缘层接触并设置在第一热绝缘层上；至少一个编织或编造的第二热绝缘层，与加强层接触并设置在加强层上；和至少一个橡胶覆盖层，与第二热绝缘层接触并设置在第二热绝缘层上。
有利地，热绝缘层作用为贡献于内衬层的热绝缘，抵抗由外部火焰施加的热量。因此，热绝缘层不需要贡献于内部管的抵抗内部流体压力的影响的加强。然而，热绝缘层对于加强可以提供贡献，并且特别是提供较小的贡献(尽管这不是它们的主要功能)。
通过将热绝缘层径向地定位在内部衬管和径向外部加强层之间，本软管结构是进一步有利的。根据一个方面，加强层可以是金属编织物或编造物，尤其包括由不锈钢丝形成的金属编织物或编造物。当这种丝线被加热到高温时，金属的特征是热传递迅速发生。因此，径向中间热屏障层防止从加强层径向向内到内部衬管的快速和破坏性热传递。
可选地，软管组件包括第一径向内部橡胶覆盖层和第二径向外部橡胶覆盖层，径向外部覆盖层设置成与径向内部覆盖层接触并围绕径向内部覆盖层。外部橡胶覆盖层可以包括一层或单层的一种类型的橡胶或者两种或至少两层相同或不同类型的橡胶。任选地，所述至少一个橡胶覆盖层可以包括硅橡胶、氟硅橡胶或可陶瓷化的硅橡胶。任选地，两个橡胶覆盖层可包括径向内层的硅橡胶，或氟硅橡胶，或可陶瓷化的硅橡胶，并且径向外部覆盖层可以包括最适合外部条件的替代橡胶，其可以包括氯磺化聚乙烯(CSPE)，或乙烯丙烯二烯(EPDM)或聚氯丁二烯(氯丁橡胶)。单个覆盖层或多个覆盖层的内层可以被特别配置为当暴露于高温环境(即火焰)持续延长的时间段时经历化学、物理和在一些情况下的形态变化。任选地，橡胶覆盖层可以包含可陶瓷化的材料，特别是可陶瓷化的有机硅材料。
优选地，第一热绝缘层和第二热绝缘层各自包括形成为单丝或纤维的编织物或编造物的织物结构。可选地，第一热绝缘层和第二热绝缘层包括以下组中的任何一个或组合：耐热塑料；聚芳酰胺材料；玻璃纤维材料；陶瓷纤维材料；矿物质；基于熔岩的材料；或玄武岩纤维材料。优选地，第一热绝缘层和第二热绝缘层包括玄武岩纤维编织物或编造物。任选地，第一热绝缘层包括单层或至少两层。可选地，第二热绝缘层包括单层或至少两层。
特别地，本发明的软管组件可以有利地包括热屏障橡胶覆盖层，其包括“可陶瓷化”的橡胶基复合材料。术语“可陶瓷化”橡胶基复合材料包括一种材料，该材料包含橡胶(有机或无机)基质，该基质掺入或封装填料颗粒或微粒(分散在基质中)，该颗粒或微粒配置成在复合材料时被加热或暴露于大于300℃，400℃，500℃，600℃，700℃，800℃，900℃或1000℃的温度时形成陶瓷或陶瓷类材料。
当暴露于高温时，复合材料特别适合通过陶瓷化工艺形成保护性陶瓷覆盖层。特别地，当作为形成复合材料的一部分的聚合物基质被降解时，填料颗粒通过助熔剂粘附在一起以形成基本上连续的陶瓷相的固体，其特别适合于为内层并且特别是为来自外部高温环境的内管(容纳流体)提供最佳的热绝缘性。有利地，可陶瓷化的橡胶复合材料是低密度材料，并且因此除了通过橡胶聚合物基质具有高柔韧性之外还是轻质的。
优选地，径向内部的第一热绝缘层，在加强层和应用至加强层的外部和上方的第二径向外部热绝缘层的径向内部，包括形成为编织物或编造物的织物结构。
任选地，这种材料可以形成为纤维、丝状结构、绳索或螺线编织或编造成柔性的整体织物结构。
可选地，所述加强层包括以下组中的任何一个：金属丝编织物；不锈钢丝编织；耐热、高抗拉强度的塑料纤维编织物。任选地，加强层包括一层或两层。任选地，加强层包括一层或两层高抗拉强度金属或高抗拉强度织物编织物或编造物。有利地，所述至少一个加强层通过防止衬管的膨胀而对内管提供加强，抵抗由所容纳的流体施加的内部压力的影响，否则将导致衬管爆裂。
热绝缘和加强层的这种布置有利于进一步将内管与外部环境隔开。可选地，在第二外部热绝缘层包括两层或三层的情况下，两层或三层可以定位成彼此直接接触。
可选地，所述组件包括：单个第一热绝缘层，与所述衬管接触并设置在所述衬管上；单个加强层，与第一热绝缘层接触并设置在第一热绝缘层上；两个第二热绝缘层，设置成与加强层接触并在加强层上；其中橡胶覆盖层设置成与第二热绝缘层的径向最外部层接触并在其上。
优选地，加强层包括金属编织物或塑料纤维编织物。更优选地，加强层包括不锈钢丝。
可选地，所述热绝缘层包括形成为编织物或编造物的织物结构，所述编织物或编造物包括耐热且低导热率的材料，并且所述加强层包括金属线。这样的构造有利于便于容纳内部衬管，该内部衬管在被加热时可能具有相对于加强层径向膨胀的趋势。与塑料内部衬管直接接触的第一热绝缘层的非金属织物结构降低了衬管的材料膨胀到第一加强层的编织物或编造物之间的形成空隙的区域的可能性。第一热绝缘层还在内衬和第一加强层之间提供热绝缘屏障，这在第一加强层是金属时是有利的，因为避免了从金属直接到内衬的快速热传递。具有包括金属(特别是钢丝编织物)的加强层的另一个优点是轴向地散热并避免产生“热点”，这些“热点”可能通过沿金属线轴向热传导热量而在软管的离散区域而形成。
优选地，凹槽形成为沿着衬管的长度延伸的螺旋凹槽，并且优选地沿着软管的整个轴向长度。
优选地，凹槽形成为沿着衬管的外表面的长度延伸的单个螺旋通道，作为以管的纵向轴线为中心的螺旋。优选地，凹槽沿着衬管的整个长度在第一端和第二端之间延伸。管的外部凹槽轮廓进一步有利于在正常使用中促进软管的弯曲和屈曲。优选地，内部衬管包括能够在高达260℃的温度下连续操作的含氟聚合物。
优选地，衬管的内表面是光滑的并且没有凹槽以确保非湍流、高流速的流体。
任选地，衬管包括以下任何一种：全氟烷氧基烷烃(PFA)或聚四氟乙烯(PTFE)或氟化乙烯丙烯(FEP)。诸如PTFE、FEP和PFA的含氟聚合物不仅能够在高温下连续操作，而且对可在航空航天和其他应用中与其接触的所有类型的油、燃料和化学品都具有特殊的耐化学性。优选地，内管包括平滑的径向向内的表面(相对于内部衬管的向外表面非异型)，以便限定具有光滑的向内表面的内孔。
可选地，覆盖层包括一层、两层或多层橡胶。优选地，单个橡胶覆盖层或多个覆盖层的径向内层包括以下组中的任何一种：硅橡胶、氟硅橡胶或可陶瓷化橡胶基复合材料。可选地，软管可包括两个覆盖层，径向外部覆盖层包括：氯磺化橡胶(氯磺化乙烯，CSPE)；聚氯丁二烯(氯丁橡胶)；乙烯丙烯基橡胶(乙烯丙烯二烯单体(m级)橡胶，EPDM)。单个覆盖层的材料和多个覆盖层的内覆盖层有利地构造成用于阻燃和耐热。在一些应用中，单个覆盖层结构还提供针对外部条件的保护，例如与化学品、燃料和油接触。在其他应用中，保护性的径向外部的第二橡胶层有利于防止外部条件和耐热内部橡胶层之间的接触。在本发明包括两个覆盖层的情况下，径向外部覆盖层在发生火灾时是牺牲的，因此不旨在有助于软管组件的耐火性，并且用于保护内部橡胶覆盖层免受外部条件损坏的目的。
任选地，单个橡胶覆盖层或多个覆盖层的径向内覆盖层可以配置成经受陶瓷化过程并形成致密的固体连续陶瓷相。这种布置有利于进一步使内层(特别是内部衬管)与软管外部的高温火焰热绝缘。
优选地，橡胶覆盖层设置成与第二热屏障层直接接触而没有中间层或结构。可选地，橡胶外部覆盖层的径向壁厚度大于衬管和加强层中的每一个的径向壁厚度。这种布置有利于优化软管的耐火性并通过提供适当柔性的软管来满足SAE AS1055，同时通过为内部衬管提供足够的热绝缘来优化耐高温性。
任选地，在橡胶覆盖层包含可陶瓷化的硅橡胶基复合材料的情况下，复合材料可由有机聚硅氧烷、金属氧化物和金属-有机聚硅氧烷络合物形成。在一个方面，金属氧化物可包含氧化铝，并且金属-有机聚硅氧烷络合物可包含铂。任选地，硅氧烷基复合材料包含过氧化可交联或可缩合交联的硅橡胶，选自氧化镁、氧化铝、氧化锡、氧化钙、氧化钛和氧化钡的金属氧化物和该组的加热时产生氧化物的金属化合物、硼酸、硼酸锌以及具有至少一个不饱和基团的铂络合物。
任选地，硅橡胶基质包含交联的有机聚硅氧烷组合物。任选地，有机聚硅氧烷可包含加强和/或非加强填料，例如热解或沉淀二氧化硅。非加强填料可包括粉末状石英、金属氧化物粉末，例如氧化铝、氧化钛、氧化铁、氧化锌、硫酸钡、碳酸钙、石膏和其它合成聚合物粉末。任选地，聚合物基质可包含例如加工助剂的添加剂，例如包括增塑剂、颜料、稳定剂(例如热稳定剂)。示例性增塑剂包括聚二甲基硅氧烷，并且示例性热稳定剂可包括过渡金属盐、辛酸铁或过渡金属硅烷醇盐。优选地，硅橡胶组合物可包含缩合-交联的有机聚硅氧烷，如EP 0359251中所述，其通过引用并入本文。
任选地，可陶瓷化橡胶层可包括复合热屏障层，所述复合热屏障层包含：一种或多种选自氧化镁、氧化铝、氧化锡、氧化钙、氧化钛和氧化钡的金属氧化物，和/或加热时产生氧化物的这些金属的化合物，例如金属氢氧化物；硼酸；硼酸锌；和金属配合物。
任选地，可陶瓷化的橡胶层可包含具有至少一个不饱和基团的铂络合物，例如优选铂-烯烃络合物，铂-醛络合物，铂-酮络合物，铂-乙烯基硅氧烷络合物或铂-1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷配合物，有或没有任何可检测的有机卤素含量；铂-降冰片二烯-甲基丙酮酸盐络合物，双(γ-甲基吡啶)二氯化铂，三亚甲基二吡啶二氯化铂，二环戊二烯二氯化铂，(二甲基亚砜)(乙烯)二氯化铂(II)，四氯化铂与烯烃和伯胺的反应产物，仲胺伯胺和仲胺，或例如仲丁胺与溶解在1-辛烯中的四氯化铂的反应产物，特别优选铂-1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷络合物。
根据本发明的第二方面，提供了一种柔性软管，包括：如本文所要求保护的软管组件；连接体，至少一部分在衬管内轴向延伸；和套环，具有在加强层上延伸的部分；所述套环能够径向压紧，以使所述套环能够压接到所述软管组件的至少一部分上并且径向压紧所述衬管并将所述连接体固定在所述衬管内。
优选地，移除软管一端处的一定长度的橡胶覆盖层和第二热绝缘层以暴露加强层，以允许套环定位在加强层的向外表面上并与之直接接触。优选地，被移除的覆盖层和第二热绝缘层的轴向长度大致对应于在衬管内轴向延伸的连接体的轴向长度。优选地，衬管、第一热绝缘层和加强层径向地定位在连接体和套环之间。
软管组件还可以优选地包括橡胶套管，具有第一端部和第二端部，第一端部轴向地重叠在软管组件的橡胶覆盖层上，并且第二端部轴向地重叠在连接体的至少一个区域上，使得套管在软管组件和连接体之间轴向延伸，以径向地围绕套环和软管组件的至少一个轴向端部以及连接体的至少一个轴向区域。
套环能够被径向压紧，以使套环能够径向压接在软管的一部分上，该软管的一部分围绕连接体的插入衬管内的部分定位。因此，当压紧时，套环构造成径向压紧到软管的端部上，特别是径向压靠内部衬管、第一热绝缘层和加强层，以便将软管固定并特别地锁定到连接体上，且特别是将内部衬管密封在连接体上以防止泄漏。
优选地，橡胶套管包括未硫化橡胶，可以在将套管定位在连接体(或端部配件)、套环和软管端部上和周围之后就地硫化。可选地，橡胶套管包括与软管的径向最外侧橡胶覆盖层的橡胶相同的材料。可选地，橡胶套管的外径大于软管的橡胶覆盖层的外径。可选地，橡胶套管由未硫化橡胶的绕组形成，其中绕组构造成在通常为4mm至20mm的短轴向长度上与软管的外橡胶盖的向外表面重叠。优选地，橡胶套管构造成使端部配件的一部分轴向地超过套环。因此，橡胶套管的轴向长度大于套环和径向地定位在内部衬管内的插口。
在将未被硫化的橡胶套管定位且围绕在软管的一端以及连接体(或端部配件)的一部分的情况下，橡胶套管包裹在布或带内或封装在模具内并且硫化处理。这种方法使橡胶粘合到软管的橡胶覆盖层上，从而在软管端部处在软管和端部配件/连接体之间轴向延伸形成一体的均匀橡胶结构。
通过具有单个套环以固定每个端部配件(连接体)而不是通常用于固定传统耐火软管和端部配件设计的两个套环，本发明的软管接头装置是有利的。具有用于每个端部配件(连接体)的单个套环的本发明的软管端部配件组件的优点在于，实现了高压能力，同时使端部配件和软管组件的复杂性和总重量最小化。另外，在套环上硫化的橡胶层(套管)使套环与火焰热绝缘。另外，端部配件套环和内部衬管之间的热绝缘通过第一热绝缘层的存在而有利地增加，这减少了从金属套环和金属加强层到内管的热流。
根据本发明的第三方面，提供了一种制造软管组件的方法，包括：提供含氟聚合物内部衬管，所述含氟聚合物内部衬管具有在向外表面处在所述衬管中凹入的至少一个螺旋凹槽，所述至少一个凹槽沿着衬管的长度轴向地延伸；用至少一个第一热绝缘层覆盖内部衬管；用至少一个加强层覆盖第一热绝缘层；用至少一个第二热绝缘层覆盖加强层；和用至少一个橡胶覆盖层覆盖第二热绝缘层。
可选地，覆盖第二热绝缘层的步骤包括用第一橡胶覆盖层覆盖第二热绝缘层并用第二橡胶覆盖层覆盖第一橡胶覆盖层。优选地，第二橡胶覆盖层包括与第一橡胶覆盖层的材料不同的材料。优选地，第一橡胶覆盖层包括耐热材料，例如可陶瓷化材料，并且第二橡胶覆盖层包括耐化学品和/或耐热材料，构造成尽可能长时间地从外部环境中保护或隔离第二橡胶覆盖层。
根据本发明的第四方面，提供了一种制造如本文所要求保护的软管组件和一种端部配件的方法，包括：分离和移去外部覆盖层和第二热绝缘层的至少一部分长度，从而暴露加强层；将套环定位在加强层上；将连接体插入内部衬管中，使得套环轴向围绕连接体的插入部分；通过将套环压接到软管组件上进行径向压紧，以便至少将内部衬管径向压靠在连接体的插入部分上，并将连接体固定在内部衬管内。
附图说明
现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的具体实施方式，其中：
图1是根据本发明的一个方面的多层软管组件的外部剖视图；
图2是根据本发明第二方面的多层软管组件的外部剖视图；
图3是图1的软管组件的剖视图；
图4是根据本发明的一个方面的固定到软管端部配件上的图1的软管的局部剖视图。
具体实施方式
根据本发明的多层软管100被配置为呈现阻燃特性，并且被特别地配置为用作A类或B类软管组件(当端部配件连接到软管时)并且组件在国际标准SAE AS1055下测试。此外，本发明的软管组件装置被配置用于高需求和高性能应用，例如航空航天和航空领域，用于输送液体和气体，特别是燃料和油。当在SAE AS1055下测试时，本软管组件特别适合作为B类产品使用。
参照图1和图3，软管100包括内芯或内部衬管101，内芯或内部衬管101具有由向内表面200限定的光滑内孔106。通常由附图标记107表示的外部面对区域包括径向延伸的罗纹207，罗纹207横向于延伸通过软管100的纵向轴线108对齐。罗纹207限定了轴向地定位在罗纹207之间的螺旋凹槽204。螺旋凹槽204从每个罗纹207的峰201延伸到谷202，谷202表示管101的向外表面208的径向最内部分。根据具体实施方式，凹槽204的深度在限定在罗纹峰201的轴向位置和向内表面200之间的衬管主体101的总厚度的50％至75％的范围内。罗纹207包括侧壁(或侧表面)206，侧壁(或侧表面)206限定凹槽204的每个螺线圈，这些表面206大致横向于并且可选地垂直于轴108对齐。峰201和谷202是曲线形的，以便提供到罗纹壁206的平滑过渡。在每个谷202和向内表面200之间的径向位置处，腹板部分205位于每个谷202的径向内侧。腹板部分205包括相对于衬管101的通过每个罗纹207的部分的减小的径向厚度。因此，衬管101能够高度弯曲，以提供软管组件100的增强的弯曲能力。另外，在每个腹板部分205处的减小的径向厚度提供区域，该区域用于从软管组件100的主体进入通过内孔106穿过的流体的热传递。因此，本发明的软管被配置成将热量散发到移动的流体中，并且因此被配置为表现出对升高的外部温度的增强的抵抗力。管101由编织或编造的第一热绝缘层102围绕。编织或编造加强层103布置成覆盖并封装第一绝缘层102。编织或编造的第二绝缘层104定位成围绕加强层103，加强层103夹在第一绝缘层102和第二绝缘层104之间。第二绝缘层104由另外的或第三绝缘层105封装。根据具体实施方式，第一绝缘层102、第二绝缘层104和第三绝缘层105包括相同的材料和/或结构。最后，耐热橡胶覆盖层109在第三绝缘层105上和周围延伸，以代表软管100的径向外部护套或覆盖物。
为了适合在正常使用中在高压和高温下运输燃料和油，内管101优选由氟塑料形成，例如聚四氟乙烯(PTFE)或全氟烷氧基树脂(PFA)。用于内管101的替代材料包括聚三氟氯乙烯(PCTFE)共聚物、乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)共聚物、乙烯-四氟乙烯(ETFE)三元共聚物、聚乙烯-氟化物(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)以及这些材料的共聚物和共混物。内管101构造成“耐化学腐蚀的”，其中该术语包括内管101抵抗溶胀、破裂、腐蚀，并且特别是在暴露于烃、有机和无机溶剂以及包括特别是飞机中使用的燃料和油的化学腐蚀性流体和气体时耐受酸性和碱性条件。
在一些实施例中，内管101可以被配置为导电的，以向电接地提供静电荷散发。因此，管101的材料可以包括具有合适填料的PTFE，例如炭黑。根据其他实施例，内管101没有导电填料，并且可以主要或仅包括PTFE，例如
Figure BDA0001798832410000131
根据具体实施方式，第一绝缘层102、第二绝缘层104和第三绝缘层105由非金属纺织材料形成。优选地，第一绝缘层102、第二绝缘层104和第三绝缘层105的编织或编造纱线由矿棉、熔岩或优选地玄武岩纤维编织物形成。任选地，玄武岩或熔岩材料的密度为2.7g/cm3；工作温度为-160至800℃；软化温度为1050℃；线性密度为1200特克斯；纱线或长丝直径为13μm；极限拉伸强度大于3000MPa，且杨氏模量大于82GPa。根据另外的实施例，第一，第二和第三加强层102，104，105包括耐高温、高拉伸强度的纤维，纱线或单丝。任选地，纱线或单丝或绝缘层102，104，105的其他组分包括聚芳酰胺纤维。绝缘层102，104，105可以形成为编织物或编造物，以便包括相应的层，该相应的层是柔性的但是其为内部衬管101提供热绝缘，为软管组件100提供加强，以承受由内部施加的压力施加的径向膨胀和轴向延长作用力，该内部施加的压力由所容纳的流体施加。
根据具体实施例，加强层103包括金属线，特别是不锈钢线，其加强第一绝缘层102和内部衬管101以防止在火焰的作用下移位。加强层103的编织或编造物的密度小于相应的编织或编造的第一绝缘层102、第二绝缘层104和第三绝缘层105的密度。
内部衬管101定位成与径向内部第一绝缘层102直接接触。特别地，衬管101的向外表面208定位成与第一绝缘层102的向内表面203直接接触。加强层103定位成与第一绝缘层102和第二绝缘层104直接接触，以便径向夹在第一绝缘层102和第二绝缘层104之间。第三绝缘层105定位成与径向外部覆盖层109直接接触。
径向外部覆盖层109特别适于使内层102，103，104，105和径向最内部衬管101与正如如果软管组件100位于火中而遇到的情况的外部高温环境热绝缘。特别地，覆盖层109具体地配置成用作热屏障层，以在暴露于超过800℃并且特别是1100℃的温度时保护内层101至104。这是通过覆盖层109由耐热橡胶(例如含氟聚合物和/或硅树脂基橡胶)形成而实现的。根据进一步的具体实施方式，覆盖层109可以包括可陶瓷化的橡胶基复合材料，且特别是可陶瓷化的硅橡胶材料。根据进一步的实施方式，硅橡胶包括缩合交联硅橡胶，其包括金属氧化物或金属氧化物前体，例如氧化铝、氧化锡和镁、铝、锡、钙或钡的化合物，其在加热时产生氧化物。可陶瓷化的复合物任选地包括至少一种金属络合物，例如含有烃，特别是不饱和烃或烃基的铂络合物。
任选地，硅橡胶外部覆盖层109包含有机聚硅氧烷，例如二甲基硅氧烷。根据进一步的实施例，可陶瓷化的基于橡胶的复合材料层109包含100份由三基甲硅烷氧基封端的二有机聚硅氧烷，其由99.93摩尔％的二甲基硅氧烷单元和0.07摩尔％的乙烯基甲基硅氧烷单元组成，并且具有在150℃下混合和加热的在25Pa℃处的8-106mPa-s的粘度；首先，使用在气相中热解产生并且具有200m2/g的表面积的50份二氧化硅；其次，使用通过三甲基甲硅烷氧基封端并且具有在25℃处的96mPa-s粘度的1份二甲基聚硅氧烷；第三，使用在每个末端单元中具有Si键合羟基并且具有在25℃处的40mPa-s粘度的7份二甲基聚硅氧烷；并且第四，使用36份氧化铝，具有粒径>10/z，碱金属氧化物含量＜0.5％(重量)和0.3％(重量)铂-1，3-二乙烯基-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷络合物。根据某些实施例，外部热屏障覆盖层109可以包括可从德国慕尼黑的Waker Chemi AG获得的
Figure BDA0001798832410000141
或来自美国密歇根州DowCorning的
Figure BDA0001798832410000142
覆盖层109代替地可以由氯磺化橡胶(hypalon)、乙烯丙烯二烯单体(m-类)树脂(EPDM)、聚氯丁二烯(氯丁橡胶)或硅橡胶形成。由橡胶或类似材料形成的覆盖层109提供有效的密封屏障，以封装并提供内层102，103，104，105和管101与可能与外部覆盖层109接触的流体(气体和液体)的密封隔离。
根据具体实施方式，覆盖层109包括径向厚度，该径向厚度大于内管101和绝缘层和加强层102，103，104，105的相应径向厚度。为了优化耐火性，覆盖层109的径向厚度至少是内管101的径向厚度的两倍。根据进一步的具体实施方式，覆盖层109的径向厚度大约等于或小于如在峰201处的向外表面208与接口表面200之间限定的内管101的径向厚度。
参照图2，在一些软管应用中，单个外部橡胶覆盖层109可能不适合在外部条件下使用，特别是与某些燃料和溶剂接触。因此，本软管组件100还可包括在内覆盖层109上和周围添加的保护性外部覆盖层112。可选地，径向外部覆盖层112包括相对于内部覆盖层109的不同橡胶，其可以承受外部条件，并且该层112在发生火灾时可以牺牲。
参照图4，软管100适合于将端部配件300安装在软管100的每个轴向端部处以形成软管组件。端部配件300包括连接体，该连接体具有轴向延伸部分(在此称为插口)，该部分通常由附图标记301表示，适于放置在软管内孔106内。插口(Spigot)301包括基本上圆柱形的突出部，该突出部从形成端部配件300的整体部分的环形肩部309轴向延伸。可选地，插口301的外表面被成形为包括一个或多个凹槽，使得当插口301轴向地插入孔106中时(并且径向外部套环302在软管100上径向向内压接)，内管101被变形并且特别是被压紧，使得管101的区域被迫进入环形插口凹槽315中。在一些实施方式中，插口凹槽可以形成为螺旋凹槽，以使端部配合插头301能够拧入与内管101的内孔106配合接触。端部配件300还包括从插头301径向延伸并从主环形肩部309轴向分开的次环形肩部303。环形凹槽314轴向限定在主肩部309和次肩部303之间。
端部配件30包括模块化的两件式结构，具有通常由附图标记302表示的环形外部套环。根据具体实施方式，外部套环302包括环形肋304，其尺寸设计成使得在径向压紧之后，其径向地和轴向地定位以坐落在环形凹槽314内，所述环形凹槽314限定在插口301的主肩部309和次肩部303之间。
根据具体实施方式，在软管100的轴向端部区域处的外部覆盖层109和绝缘层104和105被径向分离和移除，以便沿着轴向长度部分暴露加强层103，该轴向长度部分大约对应于端部配件套环302的轴向长度和插入孔106内的衬管01的部分。因此，套环302插入到由于覆盖层109和外绝缘层104和105的移除而产生的区域311中。这样，套环302定位在加强层103上和周围，并且特别是直接抵靠加强层103的径向向外表面307。套环302由未硫化的橡胶套管308径向封装，所述未硫化的橡胶套管308定位在端部配件300和连接到端部配件300的软管100的端部上。橡胶套管308优选地包括与外部橡胶覆盖层109相同的材料。然而，覆盖层109被硫化作为软管组件结构的一部分。
橡胶套管308包括轴向长度，该轴向长度构造成重叠在外部覆盖层109和连接体300的一部分上。特别地，橡胶套管308包括径向向内面对表面306，该径向向内面对表面306定位成与套环302的径向外表面305直接接触并抵靠。套管308包括第一轴向端312和第二轴向端313，第一轴向端312定位成轴向重叠在软管覆盖层109的外表面310上，第二轴向端313定位成轴向重叠在端部配件肩部309上。因此，软管100的端部和端部配件300之间的轴向和径向连接被橡胶套管308完全封装和密封。
套环302能够通过传统的压接过程径向地压紧到软管100上，以便将软管组件100锁定到端部配件300上。因此，当套环302径向地压紧在软管层103上时，衬管101径向地压紧到端部插口301上，以便将端部配件300密封并固定在软管100的端部处。为了进一步将套环302固定在软管100处，通过径向向内突出的肋304的径向插入(在压接期间)进入在端部配件(连接体)300的径向向外突出的肩部309和303之间限定的凹槽314中提供轴向机械锁定。因此，本发明的软管组件还通过在肋304和肩部309和303之间的机械锁定构造，以承受否则可能使端部配件300与软管100轴向分离的升高的内部压力(在孔106内)。在套环302被压接就位以将多层101，102和103径向压接靠着插口301的情况下，橡胶套管308被定位并封装在布、带或模具内，并且被加热以硫化橡胶并使其粘合到橡胶盖109上。
覆盖层109使内层101至105热绝缘，以减少来自外部火焰的热量的渗透。第一热绝缘层102用于抑制从加强层103到内部衬管101的热传递。类似地，第二热绝缘层104和第三热绝缘层105用于抑制从软管的外部区域到加强层103的热传递，并且对于来自在大约1100℃的温度处的对外部火焰特别有效。因此，本发明的软管组件100能够承受这种极端高温环境至少15分钟而没有由于来自内部孔106内的流体(液体或气体)的泄漏所限定的故障。本发明的软管结构特别包括具有卷积(带罗纹和带凹槽)的向外表面208的内部衬管101，其一方面，适于增加软管100沿其主要长度的柔性，并且另一方面，适于在暴露于极端高温外部环境时，提供阻止软管100和端部配件300之间的轴向分离的阻力。特别地，衬管101的带槽向外表面208在许多方面和不同阶段(时间段)是有利的，在该时间段软管100被吞没在火焰中，从火的最初开始到其中软管100被降解到可察觉的几乎失效的程度(由于在沿其长度的区域处内部衬管101的破裂和/或衬管101与端部配件插口301轴向分离)的时间点处。在第一方面，衬管101的腹板部分205(代表管101的相应的径向较薄区域)优选地通过穿过软管孔的冷流体冷却。此外，外部罗纹状衬管101(由平滑的内部和外部面对的PTFE管通过挤压和热成型抵靠模具形成)包括固有的“塑性记忆”或滞变，使得当加热时，其经历形态变化，其中罗纹207至少部分地熔化或流入由凹槽204限定的间隙区域。因此，当加热到高温(1100℃)时，衬管101的径向壁厚减小。这有利于防止衬管101在套环302下径向膨胀，该膨胀否则将迫使软管100与端部配件300轴向分离。另外，罗纹207流入凹槽204的能力防止衬管101被迫径向向外地(通过热膨胀)抵靠第一绝缘层102和径向外部加强层103。可以理解的是，如果发生这种情况，衬管101会破裂，导致由于内孔106内的流体流失的软管失效。此外，由凹槽204限定的空气占据的间隙区域提供了气相热屏障层，该气相热屏障层在暴露于外部火焰的初始阶段期间和在如上所述的衬管101的形态变化之前有效地延迟衬管101的主体的加热。
因此，本发明软管组件100提供轻质柔性软管，通过坚固、可靠和时间有效的机构可连接到端部配件，该机构被配置成满足航空航天标准SAE AS1055；SAE AS2078A；SAEAS1946；SAE AS640和SAE AS1339，测试、特别是通过引用并入的测试描述。

Claims (25)

1.一种柔性软管组件，包括：
含氟聚合物内部衬管，具有径向向内表面和径向向外表面；
至少一个凹槽，在所述径向向外表面处凹入衬管中，所述至少一个凹槽沿着衬管的长度延伸，所述径向向内表面相对于所述径向向外表面基本上是光滑的；
至少一个编织或纺织的第一热绝缘层，与衬管接触并设置在衬管上；
至少一个编织或纺织的加强层，与第一热绝缘层接触并设置在第一热绝缘层上，所述加强层包括钢丝编织物；
至少一个编织或纺织的第二热绝缘层，与加强层接触并设置在加强层上；和
至少一个橡胶覆盖层，与第二热绝缘层接触并设置在第二热绝缘层上。
2.根据权利要求1所述的柔性软管组件，包括第一径向内部橡胶覆盖层和第二径向外部橡胶覆盖层，所述第二径向外部覆盖层设置成与所述第一径向内部覆盖层接触并围绕所述第一径向内部覆盖层。
3.根据权利要求1所述的柔性软管组件，其中，所述第一热绝缘层和/或第二热绝缘层各自包括织物结构，所述织物结构形成为单丝或纤维的编织物或编造物。
4.根据权利要求1或3所述的柔性软管组件，其中，所述第一热绝缘层和/或第二热绝缘层包括以下组中的任何一个或组合：
·耐热塑料；
·玻璃纤维材料；
·陶瓷纤维材料；或
·矿物质。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性软管组件，其中，第一热绝缘层包括单层或至少两层。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性软管组件，其中，第二热绝缘层包括单层或至少两层。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性软管组件，其中，所述加强层包括不锈钢丝编织物。
8.根据权利要求1-3任一项所述的柔性软管组件，包括：
单个第一热绝缘层，与所述衬管接触并设置在所述衬管上；
单个加强层，与第一热绝缘层接触并设置在第一热绝缘层上；
两个第二热绝缘层，设置成与加强层接触并在加强层上；
其中橡胶覆盖层设置成与径向外部的第二热绝缘层中的一个第二热绝缘层接触并设置在径向外部的第二热绝缘层中的所述一个第二热绝缘层上。
9.根据权利要求8所述的柔性软管组件，其中，第一热绝缘层和第二热绝缘层包括玄武岩纤维。
10.根据权利要求8所述的柔性软管组件，其中，加强层包括不锈钢丝。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性软管组件，其中，凹槽形成为沿衬管的长度延伸的螺旋凹槽。
12.根据权利要求11所述的柔性软管组件，其中，螺旋凹槽沿衬管的整个长度在第一端和第二端之间延伸。
13.根据权利要求11或12所述的柔性软管组件，其中，所述凹槽通过热成型工艺形成在所述衬管中，使得所述衬管包括一定程度的滞变，并且被配置为当在大于或等于250℃的温度处加热时恢复到无凹槽轮廓。
14.根据权利要求1-3任一项所述的柔性软管组件，其中，所述衬管包括以下任何一种：
·全氟烷氧基烷烃(PFA)；
·聚四氟乙烯(PTFE)；
·氟化乙烯丙烯(FEP)。
15.根据权利要求1-3任一项所述的柔性软管组件，其中，橡胶覆盖层设置成与第二热绝缘层直接接触而在其间不存在中间层或中间结构。
16.根据权利要求1-3任一项所述的柔性软管组件，其中，橡胶覆盖层的径向壁厚大于衬管和加强层中每一个的径向壁厚。
17.一种柔性软管，包括：
如前述权利要求任一项所述的软管组件；
连接体，具有在衬管内轴向延伸的至少一部分；和
套环，具有在加强层上延伸的部分；
所述套环能够径向压紧，以使所述套环能够压接到所述软管组件的至少一部分上并且径向压紧所述衬管并将所述连接体固定在所述衬管内。
18.根据权利要求17所述的柔性软管，其中，在软管一端处的一定长度的橡胶覆盖层和第二热绝缘层被移除以暴露加强层，以允许套环定位在加强层的径向向外表面上并与加强层的径向向外表面直接接触。
19.根据权利要求18所述的柔性软管，其中，被移除的覆盖层和第二热绝缘层的轴向长度大致对应于连接体在衬管内轴向延伸的轴向长度。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的柔性软管，其中，所述衬管、所述第一热绝缘层和所述加强层径向地定位在所述连接体和所述套环之间。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的柔性软管，还包括橡胶套管，所述橡胶套管具有轴向地重叠在所述软管组件的所述橡胶覆盖层上的第一端和轴向地重叠在所述连接体的至少一个区域上的第二端，使得套管在软管组件和连接体之间轴向地延伸，以径向地围绕软管组件的至少轴向端部套环并且围绕连接体的至少轴向区域。
22.根据权利要求4所述的柔性软管组件，其中，所述耐热塑料包括聚芳酰胺材料。
23.根据权利要求4所述的柔性软管组件，其中，所述矿物质包括熔岩基材料和玄武岩纤维材料。
24.一种如权利要求1所述的软管组件的制造方法，包括：
提供含氟聚合物内部衬管，该衬管具有至少一个凹槽，所述至少一个凹槽在向外表面处在衬管中凹入，所述至少一个凹槽沿所述衬管的长度轴向地延伸；
用至少一个第一热绝缘层覆盖内部衬管；
用至少一个编织或纺织的加强层覆盖第一热绝缘层，所述加强层包括钢丝编织物；
用至少一个第二热绝缘层覆盖加强层；和
用至少一个橡胶覆盖层覆盖第二热绝缘层。
25.根据权利要求24所述的方法，其中覆盖第二热绝缘层的步骤包括用第一橡胶覆盖层覆盖第二热绝缘层并用第二橡胶覆盖层覆盖第一橡胶覆盖层。
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