CN1295457C - 加强软管 - Google Patents

Abstract

一种加强软管，包括：内橡胶层；外橡胶层；和至少两层加强层，所述加强层设置在内橡胶层和外橡胶层之间，包括在内橡胶层上形成的下纱线层和在下纱线层外侧形成的上纱线层，其中下纱线层是由加强纱以相对于软管轴向方向的编织角为59±2°编织而成的，所述下纱线层的加强纱由涤纶纱制成，所述涤纶纱具有不低于6.9g每单位分特的拉伸强度，并在每单位分特载荷为2.7g时具有2.6±1.0%的延性；所述上纱线层是用加强纱以相对于软管轴向方向的编织角为59±2°编织而成的，所述上纱线层的加强纱是用拉伸强度不低于6.9g每单位分特、每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±1.0%的涤纶纱制造而成的。

Description

加强软管

本申请以申请号为2003-352509的日本专利申请为基础，该专利申请在这里通过引用被合并。

技术领域

本发明涉及加强软管，该加强软管具有内橡胶层、外橡胶层和至少两层加强层，所述加强层包括上纱线层和下纱线层。

背景技术

这种类型的加强软管中，图7所示的软管迄今为止被已知作为制动软管在车辆上使用。图7是截面图，示出了根据相关技术的制动软管100的重要部分。制动软管100以这样一种方式形成，即用多层橡胶和纤维线层以层压制成，因为制动软管100需要具有对制动油压的高耐压性。也就是说，制动软管100形成为层压制品，它具有：内橡胶层102，以形成制动油流动的流动路径101；下纱线层104；中间橡胶层106；上纱线层108；和外橡胶层110。

在制动软管100里，流体压力连续地由内橡胶层102传递到下纱线层104、中间橡胶层106和上纱线层108，最后传递到外橡胶层110。克服压力流体的压力抑制膨胀的约束力在各个层里产生。在这种情况下，大部分约束力依赖于下纱线层104和上纱线层108，这是因为，各个橡胶层，即内橡胶层102、中间橡胶层106和外橡胶层110是高弹性的，因此只有小部分约束力在各个橡胶层里产生。因此，增加基于由下纱线层104和上纱线层108的膨胀引起的反作用力而产生的约束力，即是增加制动软管100的抗膨胀性能，即减小体积膨胀的量。提高下纱线层104和上纱线层108对重复收缩和膨胀的耐用性，即是提高制动软管100本身的耐用性。然而，具有高延展性的纤维线耐久性能优良，但抗膨胀性能差，而具有低延展性的纤维线抗膨胀性能优良，但耐久性能差。即耐久性和膨胀性能互相矛盾。

在下纱线层104里使用高模量涤纶纱(高模量PET纱线)以保持高耐久性、在上纱线层108中使用无伸缩性的维尼纶纱以减小体积膨胀量的技术是已知的能够成功地将耐久性和抗膨胀性能互相结合的技术(参见日本专利No.2,692,480)。在另外一项技术里，由细的纤维线构成的下层纱线被编织以形成薄且紧密的加强层，因而获得耐久性和抗膨胀性能的改善(参见日本专利No.3,003,769)。

然而，近来，对更高的耐压性能和抗膨胀性能的需要随着车辆的液压设备的压力增加的进展而增加。用上面提到的下纱线层104和上纱线层108中的纱线种类的变化尚未得到满足需要的特性。

发明内容

在这种情况下，本发明的一个目的是提供一种制动软管，在该制动软管里，耐久性和抗膨胀性能(体积膨胀的量)均可以基于对各个加强层中的加强纱的编织角的检查得以提高。

为了解决上述问题，根据本发明的制动软管是一种加强软管，所述加强软管具有：内橡胶层、外橡胶层和至少两层设置在内橡胶层和外橡胶层之间的加强层，所述加强层包括在内橡胶层上形成的下纱线层和在下纱线层外侧形成的上纱线层，其中，下纱线层是由加强纱以相对于软管轴向方向的编织角为59±2°编织而成的，所述加强纱由涤纶纱制成，所述涤纶纱的拉伸强度不低于6.9g每单位分特，并且在每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±1.0％。所述上纱线层是用加强纱以相对于软管轴向方向的编织角为59±2°编织而成的，所述上纱线层的加强纱是用拉伸强度不低于6.9g每单位分特、每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±1.0％的涤纶纱制造而成的。

在根据本发明的加强软管里，流体压力由内橡胶层传递到加强层，进一步传递到外橡胶层。在这种情况下，加强层起作用，从而，当加强纱随着流体压力的变化而被拉伸时所产生的抵抗力抑制了体积膨胀。

拉伸强度不低于6.9g每单位分特、每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±1.0％的涤纶纱可以被用做加强纱。涤纶纱可包括拉伸强度不低于6.9g每单位分特、每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±1.0％的高模量的PET纱线。这样，对抗重复载荷的高耐久性和低的体积膨胀可被成功地互相结合。即，因为高模量的PET纱线的每一预定载荷的膨胀小于拉伸强度不低于6.6g每单位分特、每单位分特载荷为2.7g时延性为4.0±1.0％的普通PET纱线，体积膨胀量能够减小。另外，因为在下纱线层里(或在上纱线层里)用涤纶纱替代了维尼纶纱，加强层的抗疲劳性能也是优良的。在这里使用的术语“单位分特”意思是每10,000m纤维线的重量克数。

如上所述，高模量PET纱线抑制体积膨胀量的功能高于普通的PET纱线。当加强纱的编织角被设置为59±2°时，体积膨胀的数量可以被更大程度地抑制。下面将介绍为什么当编织角被设置为上述范围时体积膨胀数量能够被减小。加强层通过这样一种方式形成，即内橡胶层的外周用两种沿着互相相反的顺时针和逆时针方向旋转的加强纱缠绕。术语“加强纱的编织角”是指相对于软管轴向的倾斜角度。当加强软管里的流体压力增加时，力作用在加强纱上以拉伸加强纱。所述力起作用使软管在径向上膨胀，并在轴向上延伸。设想当编织角等于休止角，即54.44°时，加强管体积膨胀数量被最小化，因为这些部分的力达到平衡状态。因此，在相关技术的加强软管里，纤维被以等于或者接近于上述休止角的角度进行编织。

然而，本发明人发现：当编织角被设置为大于休止角的59±2°时，特别优选编织角为59±1°时，具有由高模量PET纱线制成并嵌在内橡胶层和外橡胶层之间的加强层的加强软管的体积膨胀数量被减小。即用几何学考查时体积膨胀数量能被减到最小的编织角等于休止角(54.44°)，但是当实际应用于加强软管时，编织角等于比休止角大的59±2°。考虑到这一事实，编织角被设置在上述的范围内。

例如，加强层是如下制作的。内橡胶层是由内管压出胶挤压成形的，加强纱的加强层是由编织机在内橡胶层上编织而成的。另外，外橡胶层在加强层上挤压成形。各个加强层的编织角可以在挤压内橡胶层的速度与编织机的旋转速度的比率的基础上设置。

在一个优选的实施例里，内橡胶层的厚度优选被设置为0.6±0.2mm，尤其适宜设置为0.6±0.1mm。当内橡胶层的厚度被设置为较小值时，内橡胶层的外径可以设置为较小值。因此，虽然加强纱的数量少，加强层能够在内橡胶层上紧密地、牢固地编织。结果，加强纱的丝间松弛或间隙能够减小，因此，体积膨胀的数量能够减小。尽管随着内橡胶层的厚度逐渐变小，减小体积膨胀的作用变得更强，但是如果内橡胶层的厚度小于0.4mm，内橡胶层很难被挤压成形或者压力流体会渗透到内橡胶层。因此内橡胶层的厚度优选不小于0.4mm。

在一个优选实施例里，加强纱的尺寸是1,100±100分特。在这种情况下，具有小的外径的每个加强层能够如此紧密地形成，使得体积膨胀的数量能够被减小。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的制动软管的局部被切掉后的透视图；

图2是制动软管的半截面图；

图3是下纱线层的编织角示意图；

图4是软管制造设备的示意图；

图5是制动软管的操作和效果的检查结果的示意图；

图6是说明编织角和体积膨胀数量之间关系的曲线图；

图7是根据相关技术的制动软管的重要部分的截面图。

具体实施方式

以下将说明本发明的优选实施例，以使得本发明的结构和操作更加清楚。

(1)制动软管10的示意性结构

图1是一个实施例的局部被切掉后的透视图，其中，根据本发明的加强软管被应用于制动软管10。图2是制动软管10的半截面图。在图1和图2里，使用制动软管10，因此没有表示出来的、在车辆油压制动里使用的主缸能够通过制动软管10而连接到轮胎侧的液压设备。制动软管10形成包含五层的层压制品，从而制动软管10可承受制动液的压力。即制动软管10具有：包括流动通路11的内橡胶层12；下纱线层14；中间橡胶层16；上纱线层18和外橡胶层20；其中钩口绳部件(mouse piece)22通过压紧固定在制动软管的端部。

(2)制动软管10的层结构

决定各个层的材料、厚度、编织角等，使得制动软管10能够具有耐压性、耐久性和抗膨胀性能等特性以承受50Mpa的最大制动流体压力。

(2)-1内橡胶层12

内橡胶层12主要是由如三元乙丙橡胶(EPDM)、丁基橡胶(IIR)或苯乙烯-丁二烯合成橡胶(SBR)等橡胶挤压成形的，以获得耐油性能。当EPDM或者IIR或者EPDM和IIR的混合物被用于这种情况时，对水份的渗透性在内橡胶层12的固态性能基础上能够被提高。内橡胶层12的内径选择在3.0～3.4mm之间。当内橡胶层较薄时，则它在减小体积膨胀量方面是有效的。然而，如果内橡胶层厚度小于0.4mm时，有这种可能性，即内橡胶层很难被挤压成形或者将被压力流体渗透。因此优选内橡胶层的厚度不小于0.4mm。

(2)-2下纱线层14

下纱线层14是在内橡胶层12上形成，由20或24根下层载体纱线(carriers of lower yarn)15编织而成，每根下层纱线是由2或3股高模量PET纱线制成的。具有拉伸强度不低于6.9g每单位分特，每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±1.0％的涤纶纱被作为高模量的PET纱线使用。更优选的是，具有拉伸强度不低于6.9g每单位分特，每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±0.5％的涤纶纱被作为高模量的PET纱线使用。下层纱线15形成为200～400根长丝纱线的一束。在多根长丝纱线形成束后，在其上涂上底漆层。然后进行RFL过程。以这种方式，形成下纱线层14。这里使用的术语“RFL过程”意思是这样一个过程，在其中用做粘接剂的、包含有间苯二酚-甲醛-乳胶树脂的、以橡胶乳胶为主要组分的粘接薄膜被敷在纱线的表面上。顺便说一句，下纱线层14的厚度选择在0.55mm～0.95mm范围内，更适宜地，在0.65mm～0.85mm范围内。

下纱线层14的编织角被设置为59±2°，优选被设置在59±1°，以减小体积膨胀数量。图3是下纱线层14的编织角示意图。如图3所示，下纱线层14在内橡胶层12上形成，以编织角θ从下层纱线15呈螺旋状编织。这里使用的术语“编织角θ”意思是下层纱线15相对于软管轴向的角度。例如，当下纱线层14由编织机在内橡胶层上编织而内橡胶层被挤压成形时，编织角θ可以在挤压内橡胶层的速度和编织机的旋转速度的比率的基础上被改变。

(2)-3中间橡胶层16

中间橡胶层16用于防止下纱线层14与上纱线层18移置。中间橡胶层16用例如挤压橡胶材料到下纱线层14上、卷绕薄片材料16A到下纱线层14上或者在下纱线层14上涂敷橡胶糊的方法来形成。EPDM、丁基合成橡胶(IIR)或者天然橡胶(NR)可以被用做橡胶材料。当EPDM或者IIR或者EPDM和IIR的混合物被用于这种情况下时，耐热性能和水份渗透性能基于橡胶材料的固态性能可被提高。中间橡胶层16的厚度适宜选择在0.1mm～0.35mm范围内。原因如下：如果中间橡胶层16厚度小于0.1mm，则中间橡胶层16太薄而不能在下纱线层14上形成。相反，如果橡胶层16厚度大于0.35mm，抑制下纱线层14位移的作用减小，这是因为厚的中间橡胶层16用做允许下纱线层14位移的弹性层。

(2)-4上纱线层18

上纱线层18是用与下纱线层15一样的方式形成的。即200～400根长丝纱线被捆成束以形成高模量PET纱线。经过REL过程后，2～3根高模量PET纱线被绞合到上层纱线19里。20或24根上层载体纱线(carriers ofthe upper yarn)19编织在中间橡胶层16上。以这种方式，形成上纱线层18。与下纱线层14的编织角一样，上纱线层18的编织角适宜地设置为大于休止角的59±2°，特别优选为59±1°，以减小体积膨胀的数量。

(2)-5外橡胶层20

外橡胶层20主要由例如EPDM或者EPDM和CR的混合物之类的材料制成以获得抗臭氧性能。外橡胶层20的厚度选择在0.8mm～1.3mm范围内。

(3)制造制动软管10的方法

下面将介绍制造制动软管10的方法。制动软管10能够用公知的方法制造，即经过橡胶挤压步骤、纤维线编织步骤和硫化(vulcanizing)步骤制造。

(3)-1软管制造设备30

图4是软管制造设备30的示意图。在图4里，软管制造设备30具有第一挤压机31、第一编织机32、中间薄片成型机34、第二编织机35和第二挤压机37。第一挤压机31是挤压橡胶材料以形成内橡胶层12的设备。第一编织机32是这样一种设备，它具有安装在鼓32a里的筒管输送装置，并用于在将下层纱线15送出筒管输送装置的同时在内管压出胶12A上编织下层纱线15，以形成下纱线层14。中间薄片成型机34是从滚筒输送薄片材料16A的设备以在第一编织机32编织而成的下纱线层14上形成中间橡胶层16。第二编织机35和第一个编织机32的结构基本相同。即：第二编织机35是这样一种设备，它具有安装在鼓35a里的筒管输送装置，并用于在将上层纱线19输送出筒管输送装置的同时在中间橡胶层16上编织上层纱线19，以形成上纱线层18。第二挤压机37是挤压橡胶材料以形成外橡胶层20的设备。

(3)-2制造制动软管10的步骤

下面将参考图3介绍用软管制造设备30制造制动软管10的一系列过程。首先，橡胶材料被第一挤压机31挤压以形成内橡胶层12。这时，一个心轴(未示出)被插入到内橡胶层12里。然后在第一编织机32的鼓32a旋转的同时，多根来自绕线筒的下层纱线15被供给到挤压出来的内橡胶层12上，从而使得下纱线层14由多根下层纱线15编织到内橡胶层12上。例如，在这种情况下，当下纱线层14需要由20根下层载体纱线15编织时，来自一共在20个位置的20个绕线筒的20根下层载体纱线15被供给，同时20个绕线筒交替地绕相反方向旋转。下纱线层14的编织角θ可基于挤压内橡胶层12的速度和鼓32a的旋转速度之比率而被设置为59±2°。然后，中间薄片成型机34将薄片材料16A提供到下纱线层14上，以形成中间橡胶层16。进一步，当第二编织机35的鼓35a旋转时，多根来自绕线筒的上层纱线19被供给到中间橡胶层16上，从而使得上纱线层18由多根上层纱线19编织到中间橡胶层16上。然后，橡胶材料被第二挤压机37挤压到上纱线层18上，以形成外橡胶层20。

然后，开始硫化步骤。120～170℃的温度和15分钟的时间被设置为硫化步骤的条件。利用硫化步骤中产生的热经历RFL过程后，上纱线层18和下纱线层14粘接到内橡胶层12、中间橡胶层16和外橡胶层20上。以这种方式，制动软管10一体地形成。

(4)制动软管的操作和效果

(4)-1制动软管测试

接着，检查依照上述实施例制造的制动软管的耐久性和抗膨胀性能(体积膨胀的数量)。图5示出了在各个例子1和例子2以及对照例1和2中制造的制动软管样品的结构和性能。各个制动软管样品被制造成内径为3.1mm～3.2mm，外径为10.2mm～10.5mm。

在例1和例2里，下纱线层的编织角θ被设置为59°，同时在上纱线层和下纱线层里使用高模量PET纱线。例1里使用的高模量PET纱线尺寸为1670分特，拉伸强度对于1670分特不低于11.5Kg，并且对于1670分特在载荷为4.5Kg时延性为2.6±1.0％。例2里使用的高模量PET纱线尺寸为1100分特，小于例1中的纤维纱的尺寸，拉伸强度对于尺寸1100分特不低于7.6Kg，并且对于1100分特当载荷为3.0Kg时延性为2.6±1.0％。相反，在各个对照例1和2里，下纱线层的编织角θ不大于56°。在对照例1里，上纱线层和下纱线层里均使用PET纱线。在对照例2里，下纱线层里使用高模量PET纱线，而上纱线层里使用聚乙烯醇(PVA)纱线。即对照例2是日本专利号No.2692480中介绍的实例。

(4)-1-1耐久性测试

耐久性测试是作为重复压力测试而进行的，其中制动压力油被实际地施加到制动软管里。即来自制动液压力的重复施压与冲击和驾驶运动结合，以便在制动软管被设置为与其被实际设置在车辆中的相同过程中的条件下模拟轮胎运动。施加制动液体压力，以便0MPa和9.8MPa的压力以频率0.7Hz交替地重复。冲击运动以频率2.5Hz重复。驾驶运动以频率0.28Hz重复。这种条件下，检查制动软管到达毁坏时的驾驶运动的次数。结果，发现即使在上纱线层和下纱线层都使用高模量PET纱线而编织角设置为大于对照例的例子中，耐久性也没有发生变化。

(4)-1-2体积膨胀测试

体积膨胀测试是以这样一种方式进行的，即根据JIS-2601，在10.3MPa的油压下测量自由长度为305mm(1英尺)的制动软管的内容积的变化量。发现在例1和2的每个例子中的体积膨胀量比在对照例1和2的每个例子中的体积膨胀量减小了。

(4)-2编织角θ和体积膨胀的关系

进一步检查编织角θ和体积膨胀量的关系。图6是说明编织角和体积膨胀数量之间关系的曲线图。制动软管被制造成外径为10.2mm，而上纱线层18的编织角θ为59°。编织角θ进行不同的变化以制备样品S1～S6。测量各个样品的体积膨胀数量。结果发现当编织角θ超过57°时体积膨胀的数量减小，以样品S3～S6为代表。同时还发现当编织角超过61°时体积膨胀的数量增加。

顺便说一句，本发明并不局限于上述的实施例，在不偏离本发明的要旨的情况下可以对这些实施例进行各种各样的变化。例如本发明可以进行如下改进。

尽管实施例已经表明了制动软管以加强软管形成的情况，本发明并不局限于此，而是可以应用于车辆的动力转向胶管或者用于建筑设备的液压管，只要该软管是高压软管即可。

Claims (11)

1.一种加强软管，包括：

内橡胶层；

外橡胶层；和

至少两层加强层，所述加强层设置在内橡胶层和外橡胶层之间，包括在内橡胶层上形成的下纱线层和在下纱线层外侧形成的上纱线层，

其中下纱线层是由加强纱以相对于软管轴向方向的编织角为59±2°编织而成的，所述下纱线层的加强纱由涤纶纱制成，所述涤纶纱具有不低于6.9g每单位分特的拉伸强度，并在每单位分特载荷为2.7g时具有2.6±1.0％的延性；

所述上纱线层是用加强纱以相对于软管轴向方向的编织角为59±2°编织而成的，所述上纱线层的加强纱是用拉伸强度不低于6.9g每单位分特、每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±1.0％的涤纶纱制造而成的。

2.根据权利要求1中所述的加强软管，其特征在于：所述编织角被设置为59±1°。

3.根据权利要求1中所述的加强软管，其特征在于：所述内橡胶层厚度为0.6±0.2mm。

4.根据权利要求1中所述的加强软管，其特征在于：所述加强纱尺寸为1100±100分特。

5.根据权利要求1中所述的加强软管，其特征在于：下纱线层的厚度在0.55mm～0.95mm范围内。

6.根据权利要求1中所述的加强软管，进一步包括在下纱线层上形成的中间橡胶层。

7.根据权利要求6中所述的加强软管，其特征在于：所述中间橡胶层的厚度在0.1mm～0.35mm范围内。

8.根据权利要求1中所述的加强软管，其特征在于：所述外橡胶层由三元乙丙橡胶或者三元乙丙橡胶和氯丁橡胶的混合物制造而成，并具有0.8mm～1.3mm范围内的厚度。

9.根据权利要求1中所述的加强软管，其特征在于：所述内橡胶层由三元乙丙橡胶、丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯合成橡胶或者三元乙丙橡胶和丁基橡胶的混合物制造而成。

10.根据权利要求1中所述的加强软管，其特征在于：所述涤纶纱在每单位分特载荷为2.7g时延性为2.6±0.5％。

11.根据权利要求6中所述的加强软管，其特征在于：所述中间橡胶层由三元乙丙橡胶、丁基合成橡胶或天然橡胶制造而成，并具有0.1mm～0.35mm范围内的厚度。

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