CN110425348A - 一种耐高温低渗透气液软管、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温低渗透气液软管、其制备方法及应用，所述气液软管包括聚四氟乙烯层、至少一层氟橡胶层、至少一层织物层和/或金属丝层；所述聚四氟乙烯层为软管的最内层，所述聚四氟乙烯层的外围设置氟橡胶层、织物层和/或金属丝层，任意两层氟橡胶层之间设置织物层和/或金属丝层；金属丝层可以为1～5层；任意两层织物层之间设置氟橡胶层；所述织物层和/或金属丝层为软管的最外层。本发明提供的耐高温低渗透气液软管具有很好的柔韧性和耐曲挠性、易弯不易折，具有极好的耐渗透性能和耐压性能，可大量应用于燃料电池（特别是甲醇燃料电池）的气液输送，天然气、石油的输送，以及化工和航空航天中各类特殊介质的输送。

Description

一种耐高温低渗透气液软管、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种软管，具体地说是涉及一种耐高温低渗透气液软管、其制备方法及应用。

背景技术

聚四氟乙烯（PTFE）号称塑料王，其具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一；其耐温性能也非常优异，能在250℃～-180℃的高温下长期工作，也可在-70℃以上低温中长期使用。聚四氟乙烯软管组件作为一种新材料的组合件，国际上从1970年开始逐渐推广发展起来，最初只用作传输气、液介质的连接管路。该软管组件由聚四氟乙烯内管、各种不同结构形式组成的不锈钢丝增强层和两端金属连接件组成。这种聚四氟乙烯软管组件与传统的橡胶软管相比较，具有耐高压、耐老化、耐腐蚀、耐化学药品、使用温度范围广，且在各种温度的使用环境下均能保持超低渗透性。

但是，由于PTFE塑料和一般塑料一样弹性较差，管壁厚度小的时候可以实现较好的弯曲，但是长时间使用后很容易折弯出现破损或者管道被堵死，失去输送功能。

如申请号为200610029706.6的发明申请中公开了一种耐高温高压聚四氟乙烯软管及其制备方法，该软管由内到外依次由聚四氟乙烯内管、缠绕层和编织层组成。该发明中的增强骨架层由缠绕层和编织层组成，采用不锈钢丝缠绕、编织的结构形式来充当既耐高温又耐高压的增强骨架层，通过增强层的作用，合理分配承担软管组件所承受的压力，达到所需的工作压力和使用温度。但是，上述发明所提供的软管仍无法解决PTFE弹性差、使用过程中容易出现弯折破损、管道堵塞等问题。

又如申请号为200720101012.9的实用新型中公开了一种聚四氟乙烯复合软管，其包括具有耐腐蚀性能的聚四氟乙烯内管层，在该内管层的外侧面依次包裹有由尼龙材料构成的抗压层、由玻璃纤维材料构成的隔热层和由不锈钢编织的保护层，其中，内管层与抗压层之间涂有粘合剂。上述复合软管的内层由PTFE制成，使复合软管具有耐腐蚀和抗渗透性能；在内管层外包裹尼龙抗压层，使复合软管具有较高的抗压性能；在尼龙抗压层外包裹隔热层和金属丝编织包裹层，使复合软管的保温性能和机械强度大大提高。上述复合软管有一定的优势，但仍无法解决PTFE弹性差、使用过程中容易出现弯折破损、管道堵塞等问题，同时由于尼龙材料耐温在110℃，所以整个管道存在不能在110℃以上高温下长期使用的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种耐高温低渗透气液软管及其制备方法，该气液软管主要由PTFE层、FKM层、织物层和/或金属丝层构成，具有很好的柔韧性和耐曲挠性、不易弯折，具有极好的耐渗透性能，可大量应用于燃料电池（特别是甲醇燃料电池）的气液输送，天然气、石油的输送，以及化工和航空航天中各类特殊介质的输送。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种耐高温低渗透气液软管，所述气液软管包括聚四氟乙烯层、至少一层氟橡胶层、至少一层织物层和/或金属丝层；所述聚四氟乙烯层为软管的最内层，所述聚四氟乙烯层的外围设置氟橡胶层、织物层和/或金属丝层，任意两层氟橡胶层之间设置织物层和/或金属丝层；所述金属丝层可以为1～5层连续设置；任意两层织物层之间设置氟橡胶层；所述织物层和/或金属丝层为软管的最外层。

进一步地，所述聚四氟乙烯层的厚度为0.05～3mm，优选为0.1～1mm；任意一层所述的氟橡胶层的厚度为0.3～5mm，优选为1～5mm；所述氟橡胶层的数量为1～10层，优选为1～3层。

进一步地，任意一层所述的织物层均由耐高温材料制成，所述耐高温材料包括聚酰亚胺、芳纶、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚芳砜、碳纤维、玻纤中的任意一种或多种组合；任意一层所述的织物层的厚度为0.01～2mm，优选为0.05～0.3mm；任意一层所述的织物层均可通过编织、针织或缠布方式制成；任意一层所述的织物层在包裹之前均可通过对织物线进行表面处理来获得更好的层间粘结力。

进一步地，任意一层所述的金属丝层均由铁丝、钢丝、铜丝中的任意一种或多种通过多锭编织方式制成；任意一层所述的金属丝层在包裹之前均可通过对金属丝进行表面处理来获得更好的层间粘结力；所述金属丝的直径范围为0.05～3mm；所述金属丝的表面可以镀锌或镀铜；所述金属丝层优选为1～3层连续设置。

一种耐高温低渗透气液软管的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤：

1）取具有一定壁厚的聚四氟乙烯管，通过钠萘处理；

2）将钠萘处理后的聚四氟乙烯管穿过氟橡胶挤出机T型机头，根据需要选择一定内径的口模，控制挤出机螺杆、料筒、机头和模具的温度，得到聚四氟乙烯-氟橡胶复合管；

3）在上述聚四氟乙烯-氟橡胶复合管的外围包覆织物层和/或金属丝层，所述织物层包覆采用编织、针织或缠布工艺，所述金属丝层包覆采用多锭编织工艺，包覆后得到聚四氟乙烯-氟橡胶-织物层和/或金属丝层复合管；

4）重复上述步骤2和步骤3的次数为0～10次，得到氟橡胶与织物层和/或金属丝层多层交替包覆的聚四氟乙烯复合管。

进一步地，所述织物层或金属丝层在进行包覆之前，可进行表面处理，所述表面处理主要分两步进行：第一步，将上述织物层或金属丝进行除油脱脂处理，第二步，将上述除油脱脂后的织物层或金属丝浸渍于0.5～1.5%质量浓度的硅烷偶联剂或橡胶粘合剂中进行活化处理，并于120～140℃下，烘干2～10分钟。

进一步地，为了获得更好的层间粘合力，特别是提高织物层和氟橡胶层间的粘合力，也可将上述两步活化处理后的织物层或金属丝用5～15%质量浓度的氟橡胶涂料浸渍并烘干处理，得到表面处理后的织物层或金属丝。

进一步地，上述步骤4中，在最后一次重复步骤2和步骤3时，最后一层氟橡胶包覆完成后要经过硫化处理，所述硫化处理在压力硫化罐内进行；或者最后一层氟橡胶层硫化处理完成后再进行最外层金属丝层包覆。

采用上述制备方法制备的耐高温低渗透气液软管的应用，所述耐高温低渗透气液软管主要可用于燃料电池特别是甲醇燃料电池的气液输送，天然气、石油的输送，以及航空航天中各类特殊介质的输送。

本发明中提供的耐高温低渗透气液软管中，采用聚四氟乙烯（PTFE）作为软管最内层，PTFE号称塑料王，几乎耐所有的化学介质，且耐气候和辐射极佳，可以在250℃以下和-70℃以上长期使用；所以选择PTFE做最内层，其主要贡献是保证软管在各种温度的使用环境下具有超低渗透性。为了避免PTFE弹性差、易折损等缺点，本发明在PTFE的外层包覆同样耐高温极佳的氟橡胶（FKM）材料，FKM具有极佳的耐候性和耐介质性能，耐高温可达到275℃，且FKM极好的弹性保证了软管耐高温性的同时又避免了发生折弯破损而堵死的情况。根据不同的压力等级和使用要求，可以在FKM层和PTFE层、FKM层和FKM层之间增加织物层和/或金属丝层。软管的最外层为金属丝层或织物层，优选为金属丝层，可保护软管的各个内层，提升耐压值。

本发明为了保证各层之间的紧密结合，对PTFE的表面进行了钠萘处理，增加其与外层包覆层之间的结合力；对织物层和金属丝层均先进行表面处理后再进行包覆，增加其与接触层之间的层间粘结力，使软管的爆破强度和使用寿命更长。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的耐高温低渗透气液软管及其制备方法中，气液软管主要由PTFE层、多个FKM层、多个织物层和/或金属丝层交替构成，具有很好的柔韧性和耐曲挠性、不易弯折，具有极好的耐渗透性能和耐压性能，可大量应用于燃料电池（特别是甲醇燃料电池）的气液输送，天然气、石油、航空航天及各类特殊介质的输送。

附图说明

图1为实施例1、2、5中涉及的耐高温低渗透气液软管的剖面结构示意图。

图2为实施例3中涉及的耐高温低渗透气液软管的剖面结构示意图。

图3为实施例4中涉及的耐高温低渗透气液软管的剖面结构示意图。

图4为实施例6中涉及的耐高温低渗透气液软管的剖面结构示意图。

其中，1-PTFE层；2-第一FKM层；3-第一织物层；4-第二FKM层；5-第一金属丝层；6-第三FKM层；7-第二金属丝层；8-第三金属丝层。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种耐高温低渗透气液软管，由内至外依次为PTFE层、第一FKM层、第一织物层、第二FKM层和第一金属丝层。

上述软管的制备方法如下：首先取0.3mm厚度的内径10mm的PTFE管，通过丙酮或酒精清洗外表面除油污，然后将外表面浸入钠萘处理液1-10分钟，分别用常温和90℃清水洗涤除去钠萘残留物并烘干，然后立即穿过氟橡胶挤出机T型机头，控制挤出机螺杆、料筒、机头、模具的温度分别为35℃、40℃、70℃、50℃；得到PTFE-FKM复合管。然后，口模选择内径11.9mm的模具，用同步针织机针织0.2mm厚度，角度在30-45°的芳纶线织物层，得到外径12.6mm的外编芳纶的复合管。然后，将上述复合管通过第二台挤出机，用同样的工艺，选择内径15.0mm的口模，在外层包覆一层厚度大约1.5mm的FKM层，进一步得到15.6mm厚度的复合管，将上述复合管盘卷放入压力硫化罐，在5公斤压力，165℃下硫化120分钟后，冷却盘卷，在钢丝编织机上编织，采用0.3mm不锈钢丝，按每锭6根、36锭编织；得到最终产品。该产品测试爆破压力达到60MPa，弯曲半径达到45mm，曲绕达到十万次以上。

实施例2

同实施例1，其中，芳纶线经过1%浓度的含羟胺基硅烷偶联剂浸渍并在130℃下烘干处理，再用10%浓度的SFAT或 SFBT系列氟橡胶涂料（江苏千富之丰科技有限公司生产）浸渍并烘干处理。得到的产品测试爆破压力达到68MPa，曲绕达到十万次以上。

实施例3

一种耐高温低渗透气液软管，由内至外依次为PTFE层、第一FKM层、第一织物层、第二FKM层、第一金属丝层、第三FKM层和第二金属丝层。

制备方法同实施例2，其中，第一层FKM层的厚度为0.8mm，挤出机口模选择11.3mm，第二FKM层挤出时，挤出机口模选择13.2mm，不进入硫化罐硫化，直接金属丝编织，金属丝采用镀铜钢丝，线径0.3mm，采用每锭5根、24锭编织；第三FKM层挤出时，选择内径17.5mm的口模，挤出包覆后复合管外径达到18.0mm，然后进入压力硫化罐中进行硫化，硫化完成后外层编织0.3mm线径的不锈钢丝，采用每锭8根，36锭编织。该复合管爆破压力达到95MPa，曲绕达到十万次以上。

实施例4

一种耐高温低渗透气液软管，由内至外依次为PTFE层、第一FKM层、第一金属丝层、第二FKM层、第二金属丝层、第三FKM层和第三金属丝层。

同实施例1，其中，将芳纶线换成线径0.3mm的镀铜钢丝，镀铜钢丝通过脱脂和羟胺类硅烷偶联剂进行活化处理，按每锭5根，24锭编织。第二FKM层挤出后，不进行硫化，外层不锈钢丝换成同样规格的镀铜钢丝，镀铜钢丝经过前述同样的活化处理，编织方法工艺不变。第三FKM层挤出后，经过压力硫化，最外层编织线径0.3mm的不锈钢丝，采用每锭8根，36锭编织。该复合管爆破压力达到155MPa，曲绕达到十万次以上。

实施例5

同实施例1，其中，将芳纶线换成碳纤维丝。软管的爆破压力达到56MPa，曲绕达到十万次以上。

实施例6

一种耐高温低渗透气液软管，由内至外依次为PTFE层、第一FKM层、第一金属丝层、第二金属丝层、第二FKM层、第三金属丝层。

同实施例4，第二金属丝层在第一金属丝层上直接按每锭4根36锭编织，然后选择15.6mm口模进行第二FKM层挤出，再进行第三金属丝层编织，采用8根36锭编织。最后进入压力硫化罐加压硫化。软管爆破压力达到148MPa。

对比例

用2mm壁厚的内径10mm的PTFE管道，外编0.3mm线径的钢丝，采用每锭6根，24锭编织。爆破压力45MPa，弯曲半径150mm以下就发生打折，管道被堵死或者通过量减少，折痕处明显受损。

以上实施例1-6中的软管分别进行了甲醇渗透性测试，测试方法如下：

在100℃的甲醇中密封浸泡144小时后，拨开外层后用内层测试体积和重量变化率。均小于0.001%，几乎无变化。耐介质性能实际上我们可以理解为就是PTFE的耐受性指标，由于是介质在管道内部输送，外部橡胶层和纤维及金属材料层均不对内部气液的渗透性产生作用，只是对爆破压力和弯曲半径以及曲挠性产生明显的有益作用。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种耐高温低渗透气液软管，其特征在于：所述气液软管包括聚四氟乙烯层、至少一层氟橡胶层、至少一层织物层和/或金属丝层；所述聚四氟乙烯层为软管的最内层，所述聚四氟乙烯层的外围设置氟橡胶层、织物层和/或金属丝层，任意两层氟橡胶层之间设置织物层和/或金属丝层；所述金属丝层可以为1～5层连续设置；任意两层织物层之间设置氟橡胶层；所述织物层和/或金属丝层为软管的最外层。

2.如权利要求1所述的一种耐高温低渗透气液软管，其特征在于：所述聚四氟乙烯层的厚度为0.05～3mm，优选为0.1～1mm；任意一层所述的氟橡胶层的厚度为0.3～5mm，优选为1～5mm；所述氟橡胶层的数量为1～10层，优选为1～3层。

3.如权利要求1所述的一种耐高温低渗透气液软管，其特征在于：任意一层所述的织物层均由耐高温材料制成，所述耐高温材料包括聚酰亚胺、芳纶、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚芳砜、碳纤维、玻纤中的任意一种或多种组合；任意一层所述的织物层的厚度为0.01～2mm，优选为0.05～0.3mm；任意一层所述的织物层均可通过编织、针织或缠布方式制成；任意一层所述的织物层在包裹之前均可通过对织物线进行表面处理来获得更好的层间粘结力。

4.如权利要求1所述的一种耐高温低渗透气液软管，其特征在于：任意一层所述的金属丝层均由铁丝、钢丝、铜丝中的任意一种或多种通过多锭编织方式制成；任意一层所述的金属丝层在包裹之前均可通过对金属丝进行表面处理来获得更好的层间粘结力；所述金属丝的直径范围为0.05～3mm；所述金属丝的表面可以镀锌或镀铜；所述金属丝层优选为1～3层连续设置。

5.一种如权利要求1所述的耐高温低渗透气液软管的制备方法，其特征在于：所述制备方法主要包括以下步骤：

1）取具有一定壁厚的聚四氟乙烯管，通过钠萘处理；

2）将钠萘处理后的聚四氟乙烯管穿过氟橡胶挤出机T型机头，根据需要选择一定内径的口模，控制挤出机螺杆、料筒、机头和模具的温度，得到聚四氟乙烯-氟橡胶复合管；

3）在上述聚四氟乙烯-氟橡胶复合管的外围包覆织物层和/或金属丝层，所述织物层包覆采用编织、针织或缠布工艺，所述金属丝层包覆采用多锭编织工艺，包覆后得到聚四氟乙烯-氟橡胶-织物层和/或金属丝层复合管；

4）重复上述步骤2和步骤3的次数为0～10次，得到氟橡胶与织物层和/或金属丝层多层交替包覆的聚四氟乙烯复合管。

6.如权利要求5所述的耐高温低渗透气液软管的制备方法，其特征在于：所述织物层或金属丝层在进行包覆之前，可进行表面处理，所述表面处理主要分两步进行：第一步，将上述织物层或金属丝进行除油脱脂处理，第二步，将上述除油脱脂后的织物层或金属丝浸渍于0.5～1.5%质量浓度的硅烷偶联剂或橡胶粘合剂中进行活化处理，并于120～140℃下，烘干2～10分钟。

7.如权利要求6所述的耐高温低渗透气液软管的制备方法，其特征在于：为了获得更好的层间粘合力，特别是提高织物层和氟橡胶层间的粘合力，也可将上述两步活化处理后的织物层或金属丝用5～15%质量浓度的氟橡胶涂料浸渍并烘干处理，得到表面处理后的织物层或金属丝。

8.如权利要求5所述的耐高温低渗透气液软管的制备方法，其特征在于：上述步骤4中，在最后一次重复步骤2和步骤3时，最后一层氟橡胶包覆完成后要经过硫化处理，所述硫化处理在压力硫化罐内进行；或者最后一层氟橡胶层硫化处理完成后再进行最外层金属丝层包覆。

9.如权利要求1所述的制备方法制备的耐高温低渗透气液软管的应用，其特征在于：所述耐高温低渗透气液软管主要可用于燃料电池特别是甲醇燃料电池的气液输送，天然气、石油的输送，以及化工和航空航天中各类特殊介质的输送。