CN111365117A - 一种中冷器进气软管及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中冷器进气软管及其加工方法，属于软管技术领域。该中冷器进气软管由内至外依次包括内层、中层、增强层以及外层。内层的原料包括含氟橡胶，中层的原料包括含硅橡胶，增强层的原料包括聚酰亚胺纤维，外层的原料包括含硅橡胶。该中冷器进气软管具有优异的耐油气、耐高温、耐疲劳性能，能够延长中冷器进气软管的使用寿命，降低成本。其加工方法简单，易操作，有利于加工得到性能良好的中冷器进气软管。
Description
技术领域
本发明涉及软管技术领域，具体而言，涉及一种中冷器进气软管及其加工方法。
背景技术
涡轮增压发动机具有燃油燃烧充分、功率输出大和排放低等特点，顺应节能减排、安全环保的汽车发展趋势，因而得到越来越广泛的应用。涡轮增压发动机无论采用机械增压系统、废气涡轮增压系统还是复合增压系统，被压缩的气体离开压缩室后温度和压力都会升高，尤其是中冷器进气端管路承受的压力比较高。因此涡轮增压胶管都采用增强胶管，增强层为主要承压部分。
目前涡轮增压系统中冷器进气软管大多以乙烯丙烯酸酯(AEM)/芳纶线1414/乙烯丙烯酸酯(AEM)和丙烯酸酯橡胶(ACM)/芳纶线1414/丙烯酸酯橡胶(ACM)结构，挤出针织工艺为主，适用于190℃以下的工作温度。随着汽车向高速化、高功能化方向发展，以及曲轴箱强制通风装置(PCV)和废气再循环系统(EGR)将油和酸性分解产物引入涡轮增压系统，给涡轮增压管路提出了更苛刻的性能要求。
对于使用温度达到200℃以上中冷器进气软管要选择耐温等级更高的氟橡胶(FKM)、硅橡胶(VMQ)、氟硅橡胶(FVMQ)材料以及芳纶1313增强层材料，由于硅胶和芳纶线1313的强度低，挤出针织工艺生产的产品爆破压力和脉冲性能差，通常采用夹布的手工缠绕工艺生产，需要消耗大量人工成本，生产效率低，产品一致性差。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本申请的第一目的包括提供一种中冷器进气软管，该中冷器进气软管具有优异的耐油气、耐高温、耐疲劳性能，能够延长中冷器进气软管的使用寿命，降低成本。
本申请的第二目的包括提供一种上述中冷器进气软管的加工方法，该方法简单，易操作，有利于加工得到性能良好的中冷器进气软管。
本申请解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本申请提出一种中冷器进气软管，由内至外依次包括内层、中层、增强层以及外层。
内层的原料包括含氟橡胶，中层的原料包括含硅橡胶，增强层的原料包括聚酰亚胺纤维，外层的原料包括含硅橡胶。
在一些可选地实施方式中，中层与外层的原料相同。
在一些可选地实施方式中，增强层的原料包括聚酰亚胺纤维长丝。
在一些可选地实施方式中，聚酰亚胺纤维长丝包覆于中层的表面。
在一些可选地实施方式中，包覆方式为针织结构。
在一些可选地实施方式中，针织形式为平针织或锁针织。
在一些可选地实施方式中，增强层的线密度为1000-3000dtex。
在一些可选地实施方式中，增强层的捻度为40-100捻/m。
在一些可选地实施方式中，内层的厚度为0.5-1mm。
在一些可选地实施方式中，中层的厚度为2-3mm。
在一些可选地实施方式中，外层的厚度为2-3mm。
在一些可选地实施方式中，中冷器进气软管的内直径为35-70mm。
本申请还提出一种上述中冷器进气软管的加工方法，包括以下步骤：于内层的表面由内至外依次设置中层、增强层以及外层，得到管胚。
在一些可选地实施方式中，管胚的制备包括：将增强层包覆于中层的表面。
在一些可选地实施方式中，以针织结构进行包覆，针织机针数为18-28针。
在一些可选地实施方式中，针织网花的网目尺寸为2.5-3.5mm/个。
在一些可选地实施方式中，将内层原料通过挤出成型方式制备内层。
在一些可选地实施方式中，将中层原料通过挤出成型方式制备中层。
在一些可选地实施方式中，将内层原料和中层原料以复合挤出方式挤出。
在一些可选地实施方式中，从机头至螺杆，内层原料的挤出温度依次为80℃-60℃、90℃-70℃、80℃-60℃、60℃-40℃、60℃-40℃及50℃-30℃。
在一些可选地实施方式中，从机头至螺杆，中层原料的挤出温度始终为40-20℃。
在一些可选地实施方式中，将外层原料通过挤出成型方式制备外层。
在一些可选地实施方式中，从机头至螺杆，外层原料的挤出温度始终为40-20℃。
在一些可选地实施方式中，还包括将管胚硫化成型。
在一些可选地实施方式中，采用两段硫化方式，其中，一段硫化的参数包括：硫化温度为150-180℃，硫化时间为30-60min；二段硫化的参数包括：硫化温度为170-200℃，硫化时间为1-4h。
本申请提供的中冷器进气软管及其加工方法的有益效果包括：
本申请提供的中冷器进气软管于内层和外层之间设有中层和增强层。增强层的原料包括含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物聚酰亚胺纤维(PI)。聚酰亚胺纤维的聚合分子链中具有大量含氮五元杂环和芳环，保证了分子链的刚性，强大的分子间作用力为中冷器进气软管提供了良好的力学性能；芳杂环的共轭效应形成稳定结构，保证了中冷器进气软管具有高耐热性和优异的热稳定性。并且，聚酰亚胺纤维的长期使用温度达300℃，拉伸强度和钩接强度较芳纶1313长丝高出30％-40％。此外，聚酰亚胺纤维的成本仅为芳纶线1313的1/3。用聚酰亚胺纤维作为骨架层制备的冷器进气软管具有优异的耐高温、耐疲劳性能，能够延长中冷器进气软管的使用寿命，降低成本。
于增强层和内层之间设置与外层均含有含硅橡胶的中层，有利于避免由于增强层的设置降低了外层的附着力，导致内层与外层之间的粘合度降低。
本申请提供的上述中冷器进气软管的加工方法简单，易操作，有利于加工得到性能良好的中冷器进气软管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例提供的中冷器进气软管及其加工方法进行具体说明。
本申请提出一种中冷器进气软管，由内至外依次包括内层、中层、增强层以及外层。
内层的原料包括含氟橡胶，中层的原料包括含硅橡胶，增强层的原料包括聚酰亚胺纤维，外层的原料包括含硅橡胶。
其中，内层在使用过程中与高温油气介质直接接触，内层采用含氟橡胶作为原料，使其具有较好的耐油性，避免油气渗透至中层。作为可选地，内层的原料可直接为氟橡胶，此外，也可以为氟硅橡胶。
本申请于增强层和内层之间设置了中层，该设置是鉴于若直接仅含内层、增强层以及外层，会造成内层与外层之间的粘合度降低的问题，通过设置与外层原料均包括含硅橡胶的中层，使中层与外层之间具有良好的粘合度，并且，中层与内层之间也具有较佳的附着力，从而使各层之间稳定结合，提高了中冷器进气软管的力学性能。并且，通过设置上述中层，四层结构利于提高中冷器进气软管的耐压性能。
作为可选地，中层的原料可直接为硅橡胶。
本申请中，增强层的原料包括聚酰亚胺纤维，聚酰亚胺纤维为含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物。其聚合分子链中具有大量含氮五元杂环和芳环，保证了分子链的刚性，强大的分子间作用力为中冷器进气软管提供了良好的力学性能。芳杂环的共轭效应形成稳定结构，保证了中冷器进气软管具有高耐热性和优异的热稳定性。并且，聚酰亚胺纤维的长期使用温度达300℃，拉伸强度和钩接强度较芳纶1313长丝高出30％-40％。此外，聚酰亚胺纤维的成本仅为芳纶线1313的1/3。用聚酰亚胺纤维作为骨架层制备的冷器进气软管具有优异的耐高温、耐疲劳性能，能够延长中冷器进气软管的使用寿命，降低成本。
作为可选地，可以采用聚酰亚胺纤维长丝(在本领域中通常以纤维线的形式使用)，也可采用聚酰亚胺短纤(在本领域通常以纺织布的形式使用)。
当原料采用聚酰亚胺纤维长丝时，在一些可选地实施方式中，聚酰亚胺纤维长丝包覆于中层的表面。包覆方式为针织结构。针织形式例如可采用平针织或锁针织。本申请中，增强层主要通过针织结构配合挤出工艺得到，此设置不仅大大节省了人工成本，提高了生产效率，而且还能使产品性能基本一致。
可参考地，增强层的线密度可以为1000-3000dtex，如1670dtex、2000dtex、2500dtex或3000dtex等，此外，还可以为1000-3000dtex范围内的其它任一线密度。值得说明的是，当线密度过密会导致中层和外层的接触面积小，不利于中层和外层的粘结；当线密度过大又会降低中冷器进气软管的强度和爆破压力。
在一些可选地实施方式中，增强层的捻度可以为40-100捻/m，如40捻/m、100捻/m、150捻/m或200捻/m等，此外，还可以为40-200捻/m范围内的其它任一捻度值。值得说明的是，适宜的加捻确保了单纤维彼此正确的合作，但太大的捻度会由于长丝不再沿纤维轴向加载的缘故降低纱线强度。
当原料采用聚酰亚胺短纤时，增强层则通过手工缠绕的方式制备。
本申请中，外层主要用于保护内层、中层和增强层。值得说明的是，本申请中外层和中层的原料均为含硅橡胶，一方面成本较其它原料更低，另一方面，其它材料不能在200℃的条件下长期使用。
在一些优选地实施方式中，中层与外层的原料相同，从而能够使中层和外层具有良好的粘合度，进而使夹在二者之间的增强层同时与中层和外层均具有良好的附着效果。
可参考地，本申请提供的中冷器进气软管的内直径可以为35-70mm，如35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm或70mm等，也可以为35-70mm范围内的其它任一直径值。
内层的厚度可以为0.5-1mm，如0.5mm、0.8mm或1mm，也可以为0.5-1mm范围内的其它任一厚度值。
中层的厚度可以为2-3mm，如2mm、2.5mm或3mm，也可以为2-3mm范围内的其它任一厚度值。
外层的厚度可以为2-3mm，如2mm、2.5mm或3mm，也可以为2-3mm范围内的其它任一厚度值。
本申请提供的中冷器进气软管具有较小的外径变化率、优异的耐疲劳压力脉冲性能、较高的爆破压力及粘合强度等优点。
此外，本申请还提出一种上述中冷器进气软管的加工方法，例如可包括以下步骤：于内层的表面由内至外依次设置中层、增强层以及外层，得到管胚。
可参照地，可将增强层包覆于中层的表面。
在一些可选地实施方式中，以针织结构进行包覆，针织机针数可以设置为18-28针，如18针、20针、22针、24针或28针等。值得说明的是，针数过低(小于18针)会导致半成品膨胀性能小，硫化时穿模困难；针数过高(高于28针)，在使用压力下，会导致管路外径变化率大。
在一些可选地实施方式中，针织网花的网目尺寸可以设置为2.5-3.5mm/个，如2.5mm/个、3mm/个或3.5mm/个等，也可以为2.5-3.5mm/个范围内的任一网目尺寸。值得说明的是，当网目尺寸较小时，会形成较密的纤维，当纤维过密时会导致中层和外层的接触面积小，不利于中层和外层的粘结；当网目尺寸较大时，又会造成纤维稀疏，降低中冷器进气软管的强度和爆破压力。
在一些优选地实施方式中，针对内径为50mm管路，针织机针数为20针，针织网花的网目尺寸可以设置为3mm/个。
可参考地，管胚的制备还包括：将内层原料通过挤出成型方式制备内层。将中层原料通过挤出成型方式制备中层。
在一些优选地实施方式中，可以将内层原料和中层原料以复合挤出方式挤出。其中，从机头至螺杆，内层原料的挤出温度可依次设置为80℃-60℃、90℃-70℃、80℃-60℃、60℃-40℃、60℃-40℃及50℃-30℃。从机头至螺杆，中层原料的挤出温度始终为40-20℃。
可参考地，将外层原料通过挤出成型方式制备外层。
在一些可选地实施方式中，外层可由外层原料通过挤出成型方式得到。挤出过程中，从机头至螺杆，外层原料的挤出温度始终为40-20℃。
进一步地，中冷器进气软管的加工方法中还包括将管胚硫化成型。可参考地，可以采用两段硫化方式，其中一段硫化的温度可以设置为150-180℃(如150℃、160℃、170℃或180℃等)，一段硫化时间可以设置为30-60min(如30min、40min、50min或60min等)；二段硫化的温度可以设置为170-200℃(如170℃、180℃、190℃或200℃等)，二段硫化时间可以设置为1-4h(如1h、2h、3h等)。
本申请中之所以采用二段硫化，其原因包括：硅橡胶采用过氧化物硫化时，其分解产物大部分不结合到硅橡胶分子链上而残留在胶料中，这部分低分子化合物的存在会影响橡胶的机械性能。为此，经二段硫化除去上述物质，可保证产品质量；并且，硅橡胶经二段硫化后，随交联程度加深，强度、伸长率等性能趋于稳定，压缩永久变形、耐化学药品性和耐热性都均能得到较为明显的改善。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
制备内直径为50mm的中冷器进气软管的管胚：
采用挤出方式制备内层与中层：在双复合挤出机上同时挤出内胶氟胶和中胶硅胶，其中内胶机针尺寸为47mm，口型尺寸为48mm，中胶口型尺寸为55mm。设定氟胶挤出温度为70℃、80℃、70℃、50℃、50℃、40℃(从机头至螺杆)，设定硅胶各阶段挤出温度为30℃(从机头至螺杆)。制备得到厚度为0.8mm的均匀内层以及厚度为2.7mm的均匀中层；
采用针织方式制备增强层：选择线密度为3000dtex、捻度为40±10捻/m的聚酰亚胺纤维长丝(S10-T)，采用20针针织机在中层表面进行平针针织，网花的网目尺寸为3mm/个，以使增强层包覆于中层的表面；
采用挤出方式制备外层：在增强层表面包覆硅胶外层，其中机针尺寸为55mm，口型尺寸为57mm，设定硅胶各阶段挤出温度为30℃(从机头至螺杆)，制备得到厚度为2.2mm的均匀外层。
将上述管胚套在相应规格的芯棒上，在170℃的蒸汽硫化罐中进行一段硫化，时间为40分钟，将硫化好的胶管从芯棒上脱下来，清洗，在180℃的热空气老化箱中进行二段硫化，时间为2h，冷却停放后切除料头，既得成品。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：增强层制备过程中采用22针针织机在中层表面进行平针针织。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：增强层制备过程中网花的网目尺寸为3.5mm/个。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：内胶层采用氟硅橡胶。
对比例1
本实施例与实施例1的区别在于：增强层制备过程中原料选择线密度为1320dtex*2的杜邦Nomex芳纶线。
对比例2
本实施例与实施例1的区别在于：增强层制备过程中原料选择线密度为2500dtex的杜邦Kevlar芳纶线。
对比例3
本实施例与实施例1的区别在于：软管仅含内层氟胶、增强层聚酰亚胺纤维和外层硅胶(不含中层)。
对比例4
本实施例与实施例1的区别在于：软管仅采用一段硫化，不进行二段硫化。
对实施例1-5以及对比例1-4加工得到的中冷器进气软管进行性能测试，试验方法：
附着力：依据《GB/T14905～2009》中1型环型试样进行内层与中间层、外层与织物纤维层间的测试；
外径变化：依据《GB/T5563～2006》静液压试验方法测试；
爆破压力：依据《GB/T5563～2006》静液压试验方法测试；
压力脉冲实验条件：
a.试验介质：压缩空气；
b.介质温度：210℃、环境温度：180℃；
c.脉冲压力：0.1-2.3bar、脉冲频率：0.5Hz；
d.波形：正弦波；
其结果如表1所示。
表1测试结果
由上表可知，实施例1的产品具有较小的外径变化率和优异的耐疲劳压力脉冲性能。与实施例1相比，实施例4具有较好的附着力；与实施例1相比，对比例1爆破压力低，外径变化率大；与实施例1相比，对比例2爆破压力高，外径变化率小，但由于P芳纶在210℃下力学性能衰减较快，因此脉冲性能不好；与实施例1相比，对比例3附着力低，综合性能差；与实施例1相比，对比例4附着力和爆破压力较低；与实施例1-4相比，对比例1-4的脉冲疲劳性能较差。
综上所述，本申请提供的中冷器进气软管具有优异的耐高温、耐疲劳性能，能够延长中冷器进气软管的使用寿命，降低成本。其加工方法简单，易操作，有利于加工得到性能良好的中冷器进气软管。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种中冷器进气软管，其特征在于，由内至外依次包括内层、中层、增强层以及外层；
所述内层的原料包括含氟橡胶，所述中层的原料包括含硅橡胶，所述增强层的原料包括聚酰亚胺纤维，所述外层的原料包括含硅橡胶；
优选地，所述中层与所述外层的原料相同。
2.根据权利要求1所述的中冷器进气软管，其特征在于，所述聚酰亚胺纤维为聚酰亚胺纤维长丝；
所述聚酰亚胺纤维长丝包覆于所述中层的表面；
优选地，包覆方式为针织结构；
优选地，针织形式为平针织或锁针织。
3.根据权利要求2所述的中冷器进气软管，其特征在于，所述增强层的线密度为1000-3000dtex；
优选地，所述增强层的捻度为40-100捻/m。
4.根据权利要求1-3任一项所述的中冷器进气软管，其特征在于，所述内层的厚度为0.5-1mm；
优选地，所述中层的厚度为2-3mm；
优选地，所述外层的厚度为2-3mm；
优选地，所述中冷器进气软管的内直径为35-70mm。
5.如权利要求1-4任一项所述的中冷器进气软管的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：于所述内层的表面由内至外依次设置所述中层、所述增强层以及所述外层，得到管胚。
6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，将所述增强层包覆于所述中层的表面；
优选地，以针织结构进行包覆，针织机针数为18-28针；
优选地，针织网花的网目尺寸为2.5-3.5mm/个。
7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，将内层原料通过挤出成型方式制备所述内层；
优选地，将中层原料通过挤出成型方式制备所述中层；
优选地，将所述内层原料和所述中层原料以复合挤出方式挤出；
优选地，从机头至螺杆，所述内层原料的挤出温度依次为80℃-60℃、90℃-70℃、80℃-60℃、60℃-40℃、60℃-40℃及50℃-30℃；
优选地，从机头至螺杆，所述中层原料的挤出温度始终为40-20℃。
8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，将外层原料通过挤出成型方式制备所述外层；
优选地，从机头至螺杆，所述外层原料的挤出温度始终为40-20℃。
9.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，还包括将所述管胚硫化成型。
10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，硫化采用两段硫化方式；其中，一段硫化的参数包括：硫化温度为150-180℃，硫化时间为30-60min；二段硫化的参数包括：硫化温度为170-200℃，硫化时间为1-4h。
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