CN87103697A - 一种新型的高压软管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软管，它包含一个塑料内管(2)，围绕着内管(2)至少包覆着一层细丝的编织物，细丝排列在螺旋交叉的编织条(5.6)之中。其特征在于细丝(7)是由塑性材料制成的，而且其垂直横截面发生了变形，以使在相同方向延伸的任何两相邻编织条(6a，6b)之间的间隙(8)至少被100％地充满。本发明还涉及生产这种软管的方法。

Description

本发明涉及一种新型的有高动态强度的高压软管，软管的强度由合成纤维细丝增强，它特别适用于运送燃料油、气体和液压流体。

众所周知，高压软管是由一根管子，在它上面覆盖一层由许多细丝编织而成的轴向外圆柱形元件组成的，每组细丝被螺旋形缠绕在管子上。例如、编织所使用的金属丝的直径从0.3到0.6mm，然而，由于金属线呈螺旋形被编织在管子上，当使用在非常高压的情况时，它们受到来回的弯曲，这种来回的弯曲很容易使金属丝折断，同时在编织时也经常弯曲金属线，可以使金属线折断以及内管穿孔。为此，最好将细丝一层压一层地放置。

为了保证使软管以运送高压流体，尽量在制造时使金属丝编织条之间的编织元件间隙减小，同一平面的钢丝组成的编织条不能做到充分地填充，在两个邻近的编织条之间仍然留有孔和间隙，结果使软管的抗压强度变小。现在已对这种同一平面钢丝编织条以及不同平面的编织细丝组形成的传统编织物进行了改进，以便提供良好的填充性（法国专利1522053）。很遗憾;结果使得软管变得很重。因为用几组细丝进行编织比用细丝条进行编织时在内管表面缠绕的材料量要大。

本发明的目的是消除上述所存在的缺点。

本发明的第一个目的，提供一种软管，它由一个中心管及在它上面覆盖编织的合成纤维细丝构成。编织物提供一个无隙覆盖表面和使软管具有非常高的耐压强度。

本发明的第二个目的，提供的软管在机械应力方面有长的工作寿命和对软管的使用材料没有任何限制。

本发明的第三个目的，提供的软管，就同一强度而言比现有的软管要轻，它没有因为来回弯曲而造成疲劳损坏和它可以抵抗腐蚀、磨损、热作用、化学作用和紫外线辐射。

本发明相应涉及到一种软管，它包括由编织的细丝覆盖的内部塑料管，细丝以螺旋交叉的编织条围绕在内管表面，软管是这样制造的，细丝由塑料制造，它们的垂直横截面发生变形，使在相同的方向上伸长的二相邻编织条之间的间隙至少被100%充满。

塑料最好是芳香聚酰胺，例如KEVLAR或TWARON，它们分别是杜邦的Nemours和Enhs公司的商品名称。

本发明还涉及到生产这种软管的方法。

下面结合同时给出的典型非限制性附图叙述本发明是如何实现的。在附图里：

图1所示是根据本发明的一段软管的正视图;

图2是现有技术中软管倾斜截面的局部放大视图;

图3是本发明的第一个实施例的软管沿图1中A-A截面截开的局部放大视图;

图4是本发明软管的第二个实施例，沿图1中A-A截面截开的局部放大视图;

图5是本发明软管在生产过程中的垂直横截面的视图;

图6是根据本发明实际制造软管的工艺所需装置的示意图。

根据本发明的一根软管1由至少一根内部管2和由编织细丝组成的一外部元件3组成的。每个编织物4由螺旋缠绕细丝的编织条5组成，它穿过螺旋状编织条6，编织条5、6与软管1的纵向轴线X-X成相同角度a，称为编织角。如果D表示编织物直径（定义为编织物的平均直径或纤维直径）S表示螺旋线螺距的长度，于是tgα＝ (πD)/(S) 。同样，如果E表示由编织条5或6与另一编织条6或5相交叉的条带间的间隙11的宽度，N表示缠绕管2的编织条5、6的总数，于是得，E＝2πDcosα/N

在已有技术里，使用金属丝（7）（如图2），例如钢丝，即金属线是不可压缩的而且垂直横截面仍然保持圆形。编织条5中的金属丝7在同一层中一根挨一根排列，不能完全填充满由仅向编织的条6所留下的空间E。因此，如果每个条5、6由金属线组成，相互平行放置并相互邻近，这样永远存在一个宽度为X的间隙8，称作为空隙。采用金属丝，这一间隙对于软管的柔性是必要的，这一间隙存在于编织条6a的最后一根金属丝9和邻近编织条6b的第一个（即非常邻近）的金属线10之间，它们在相同方向上延伸。因此内管2的强化程度削弱，在8的附近易脆断。

本发明主要消除细丝的编织条6a、6b之间的间隙8，它们相互邻近并在相同的方向上伸长。但是并不使软管变得刚硬。

根据本发明，一个软管由一个塑料内管2及覆盖在管上面至少一层编织的细丝构成，细丝安置在编织条5、6里，而编织条交叉螺旋缠绕在内管2上，其中，细丝7由塑料制成，它的垂直横截面可以变形，以使在相同方向上延伸的任何二邻近的编织条6a，6b之间的间隙8至少100%被充满。至少100%被填充是指，在编织之前组成编织条的细丝的体积要等于或大于当它们被织在内管上时它们所实际形成的那部分环形空隙的体积，细丝的压缩变形可实现这一点。

如图3所示的第一种实施例中，每个编织条5、6的细丝数n，围绕内管2的条5、6的数量N，细丝的行距t，以及卷绕时它们所受的张力T是如此选定的，即能使几根纤维7组成的编织条5、6所留下的空间11的宽度E比正常情况下它们所需要的空间要小，细丝一根挨着一根相平挤压着，并在内管的切线方向上被压平。

这一点，行距t相当于细丝7的平均直径，如果细丝7是不可变形的，且呈圆形横截面，则X＝E-nd，

本发明的第一个实施例中n、N和t（以及d）这样被选定，使E-nd＜0，因此张力T适用于产生细丝7的变形，如图3所示它们相互邻近排列，从而消除了细丝上下之间的任何空间。

如图4所示，本发明的第二个实施例中，每个编织条5、6中细丝的数量n，围绕内管2的编织条5、6的数量N，细丝的行距t以及卷绕时的张力T是如此选定的，即应使细丝7的编织条5、6的间隙11的宽度E，比它们通常要求的间隙要大，细丝在内管2的径向上被压平，完全填充间隙11和在同一方向上延伸的二相邻编织条6a，6b之间的间隙8。

在本发明的第二个实施例中，E-nd＞0，然而张力T足以使细丝7变形和完全填充间隙11。

就所有的情况下每根细丝7而言，都有一个非圆形的垂直横截面受到挤压后明显地变成椭圆形。

依据本发明的软管1的编织物4，是由一根挨一根地排在编织条中的细丝组成的，细丝横向发生变形，因此，编织条6a中的最后一根细丝9无任何间隙地紧靠着与之邻近的延伸方向相同的编织条6b中第一根细丝10，虽然二个编织条在二个不同的平行平面内延伸，其中一个平面在反向编织条5的上方时，另一面则在编织条5的下方。细丝7可以充分变形，以便使一个编织条中的最后一根细丝9处于另一个编织条中的第一根细丝的上方，从而使二个条带之间的间隙被大于100%地充满。

本发明第一个实施例非常适用于直径D较大的软管，例如大于10mm且每个编织条都有相当数量n的细丝7。例如每个条带都有多于4根的细丝，如果可能可以多达十二根之多。

然而，本发明的第二个实施例非常适用于直径D较小的软管，例如小于10mm以及每个编织条中有较少数量n的细丝7。例如每条最多含有4根。

至少与内管2相接触的内层编织物4的细丝是由合成纤维制成的，细丝经过加捻，从而使纺纱处理后的纤维具有较高的断裂强度。通常直径从0.3～0.6mm的钢丝的最大断裂强度在245～275daN/mm²之间，根据本发明，经加捻的合成纤维细丝，特别是每一米80个捻的80S细丝在相同直径时，其断裂强度为280daN/mm²。

合成纤维最好用芳香聚酰胺纤维，它有高的弹性模量，如REVLAR，这是杜邦Nemours公司的商品名称，或TWARON，这是RnKa公司的商品名称，细丝7使用的是纤维，最好用氟化聚合物浸渍处理过，这种聚合物有利于纤维的化学和机械结合。

依据本发明的软管1可以采用一个聚四氟乙烯制造的空心内管2在其内部可以设置也可以不设置一层碳，使其有导电性或不具有导电性。

最好，依据本发明的软管由至少一个细丝7的编织物4和保护层12组成，它保护编织物4免受外力，包括机械、热、化学、和辐射力的破坏作用。

在第一种可行的方案中，保护装置12由一层塑性复盖层组成，特别是合成氟化高聚合覆盖在这层或每层编织物4上，这种覆盖层是密封的。

在第二种可行的方案中，装置12由一外部保护编织物构成，它围绕在这一层或每一层加固编织层4的外部，外部保护编织物12由高耐磨性塑料制成，这种塑料具有热绝缘性和不受紫外线辐射影响的性能。特别是芳香聚酰胺，如NOMEX，杜邦Nemours公司的商品商标名称，它有深暗或反射的颜色，可以很好地防止紫外线。一种材料例如NOMEX，提供良好的防火性能，并可以经受住200℃的高温。而且它非常轻和易弯曲，最好外部保护编织物12与强化编织物4有相同的特性。即细丝横向变形，以便完全填充在相同方向上延伸的邻近条层之间的间隙。

在第三种可行方案中，软管1仅由一层细丝7的编织物4构成，细丝经由一种物质处理或由这种物覆盖，以便抵抗外力，形成保护层12。

最好细丝的外部编织物4的细丝7或12由不浸润的材料来制做或用之进行覆盖。

如上所述的本发明的实施例中，仅仅有一层加强编织层4，然而许多层相同的编织物4可以相互上下排列，而且每层上面由保护装置12覆盖。例如，两层相同的编织物4可以叠加在一起，它们的编织角非常接近，分别为54°和55°。

本发明也提出生产软管1的方法，软管1由一个内部塑料管和至少一层细丝7的编织物4组成，细丝以编织条5、6的形式螺旋绕在内管2上，其特征在于塑料细丝7的编织条5、6在编织时，细丝7被加以足够张力，以改变其横截面积的形状，使之在同一编织条中一根接一根的排列着，使在同一方向延伸的邻近编织条6a、6b之间不存在切向间隙。

根据本发明的生产方法，细丝组成的条首先缠绕在线轴17上，然后内管2被穿在一个芯子16上，然后细丝7由图6所示的编织装置或绞合装置编织或绞合，绕有条状细丝7的编织线轴17被安置在其中。

根据本发明的生产方法，通过下面步骤实行：

（a）由合成纤维细丝制成的细丝7，首先缠绕在卷轴17上，细丝相互邻近呈条状安排在每个卷轴上;

（b）内部管子穿在园形芯轴上;

（c）细丝7被编织时，调节它们的张力，使它们伸长并在横截面上发生变形;

（d）细丝7被编织时，编织条6a最后一根细丝9紧靠与其相邻近编织条6b的第一根细丝10，6a与6b的延伸方向相同。

图3所示的第一个实施例中的软管1，编织或铰合装置的编织卷轴17的数目N（它对应于围绕在内管周围的编织层中的编织条5、6的数目N），每个编织条5、6中细丝7的数目n，细丝的行距t以及编织时的张力T，如此选择，即可以使编织条之间的间隙宽度E比编织条5，6中的细丝在普通条件下所需要的宽度要小，在编织过程中，n根细丝一根挨一根，被挤压在一起并沿内管2的切线方向被压平。

要制造图1，4所示的第二个实施例中的软管1，编织卷轴的数量N（亦即围绕着内管2所形成的编织层中编织条5，6的数量N），编织条5、6中细丝的数量n，细丝的行距t以及细丝7在编织时所受的张力T应如此选择，应保证编织条的间隙宽度E比编织条5、6中的n根细丝在普通情况下所需要的空间要大，在编织过程中，n股细丝7一般靠一股，并在内管2的径向方向被压平，并能完全填充满n细丝7所保留的间隙11以及在相同的方向延伸的二相邻编织条6a、6b之间的间隙8。

最好先将细丝进行纺纱并加以S型的捻度，特别是每米80个捻，然后再将其卷绕在线轴17上。

在卷绕时，细丝编织条被绕在具有端板18的卷轴17上，以便当细丝在编织中各段所受的张力加大时仍然能保持在线轴上。

在编织中，细丝7所承受的张力T可能在9～14daN，这一张力足以将其紧紧裹住内管2，编织细丝7在内管2的外表面形成一个外壳。内管2的内径最好比芯子16的直径大一些，以便编织时内管2能套入芯子16。由于张力T的增大，当管子承受应力时，包括压力，温度及其弯曲的影响，其长度变化可以变得非常小，对水流的干扰很小，管接头与管子的连接更牢固。

在卷绕之前，在进行加捻处理时，细丝被浸入溶液中用氟化聚合物进行浸渍。

内管2也可以复盖多层编织物4，它们相互叠加在一起，其编织角非常相似并接近理论编织角54°44′，最好是第一层编织物的编织角是54°第二层的编织角为55°。

如果细丝7本身未事先经过保护处理，则在编织步骤之后，在这层或每一层编织物上要涂上一层保护层12，保护层12可以是一个挤压制成的套壳，如合成氟化聚合物材料制成的，也可以用与加强编织物4不同的材料进行进一步的编织。如用带色的NOMEX诺曼克斯制成。

实例1

将3340分特，即平均直径d为0.47mm的细丝编织在一根内管上制成一根软管，首先将细丝卷绕成n＝6根细丝组成的编织条，采用具有N＝36个线轴的编织机进行编织。内管的直径应据此选择，其中心纤维的直径D为19.4mm，其编织角α为54°44′，张力T为14daN。

实例2

将3340分特，即平均直径d为0.47mm的细丝编织在一根内管上，制成一根软管，首先将细丝卷绕成n＝2根细丝组成的编织条，采用具有N＝24个线轴的编织机进行编织，内管的直径应据此选择，其中心纤维的直径D为8.9mm，具编织角α为54°44′，张力T为10daN。

制得的软管在-55℃～180℃的温度范围内是稳定的，在180℃的温度条件下，在油、空气和燃料的环境中放置7天，不发生任何反应。

在280～420巴，即超过50%的压力条件下进行压力试验，其长度变化最大为2%。

Claims (25)

1、一种软管，它包含一个塑料内管，围绕着内管至少包复着一层细丝的编织物，它们以螺旋交叉编织条的形式排布着，其中细丝是由塑性材料组成的，而且在其垂直横断面上发生变形，以使在相同方向延伸的任何二相邻编织条之间的间隙被完全填充满。

2、根据权利要求1所述的软管，其中每一根细丝被挤压成非圆形截面。特别是椭圆形截面。

3、根据权利要求1所述的软管，其中每个编织条中的细丝数量n，包复着内管的编织条的条数N，细丝的行距t以及细丝在编织时所受的张力T是这样选择的，即能使为n根细丝组成的编织条所留的空间E比它们在正常情况下所需要的空间要小，细丝一根挨着一根的排列着，互相挤在一起，在内管的切线方向上被压平。

4、根据权利要求1所述的软管，其中每个编织条中的细丝数量n，包复着内管的编织条的条数N，细丝的行距t以及细丝在编织时所受的张力T是这样选择的，即能使为n根细丝组成的编织条所留的空间E比它们在正常情况下所需要的空间要大，细丝在内管的径向方向上被压平，以至完全充满这一空间，以及完全充满在相同方向上延伸的任何两个邻近层之间的间隙。

5、根据权利要求1所述的软管，其中至少形成与内管相接触的内编织层是由塑料组成的，例如，弹性模数与KEVLAR（商品名）相当的芳香聚酰胺。

6、根据权利要求1所述的软管，其中内管是由聚四氟乙烯组成的。

7、根据权利要求1所述的软管，其中细丝是由加捻合成纤维组成的，特别是80S的加捻丝。

8、根据权利要求1所述的软管，其中细丝的直径为0.3～0.6mm，断裂强度为280daN/mm²。

9、根据权利要求1所述的软管，其中至少含有一层细丝编织层并且具有能够保护编织层不受外部作用力，包括机械作用、热、化学及辐射作用的破坏的保护装置。

10、根据权利要求9所述的软管，其中保护装置包括一个塑料外壳，尤其是合成氟化聚合物，用以包复住这层或每一层编织物。

11、根据权利要求9所述的软管，其中保护装置包括一个围绕在这层或每层增强编织层外的外部保护编织层。

12、根据权利要求11所述的软管，其中外部保护编织层由热绝缘的抗紫外线的耐磨塑料制成，特别是芳香聚酰胺材料，如NOMEX（商品名）。

13、根据权利要求9所述的软管，其中包括仅对一层细丝编织层用一种物质对细丝进行包复和处理使其具有对外力的稳定性，以形成防护装置。

14、根据权利要求1所述的软管，其中外部编织层的细丝是用非浸润的物质包复或处理的。

15、根据权利要求1所述的软管，其中包括二层互相叠加在一起的相同的编织层，其编织角非常接近，分别为54°和55°。

16、根据权利要求1所述的软管，其中构成细丝的纤维是用氟化聚合物浸渍过的这种聚合物可以使纤维具有机械和化学的结合性能。

17、生产一种软管的方法，这种软管包括一个塑料内管和至少一层细丝编织层，细丝以编织条的形式螺旋状地包复在内管的外部，其中，塑料细丝编织条是由细丝编织而成的，这些细丝被加以足够的拉力，以改变其垂直横截面形状，使它们肩并肩地排在同一编织条中，在同一方向延伸的相邻编织条之间不存在切线方向的间隙。

18、根据权利要求17所述的方法，其中要进行下列各步骤：

（a）首先将合成纤维的细丝卷绕在线轴上，在每个线轴上细丝一根挨一根地形成一个编织条，

（b）内管被穿入一个芯子上，

（c）细丝在编织时要调节其张力，以使其受到拉力而改变其断面形状，

（d）细丝在编织时要保证在相同方向上延伸的二个邻近编织条中的最后一根细丝紧挨着另一条中第一根细丝。

19、根据权利要求18所述的方法，其中编织线轴的数量N（亦即形成包复着内管的编织条的数量），每条编织条中细丝的数量n，细丝的行距t以及细丝编织时所承受的张力T是如此选择的，即能使为编织条所留的空间宽度E比这一编织条中n根细丝在正常情况下所需的空间间隙要小，这n根细丝在编织时一根挨着一根挤在一起并在内管的切线方向上受到挤压。

20、根据权利要求18所述的方法，其中编织线轴的数量N（亦即形成包复着内管的编织条的数量），每个编织条中细丝的数量n，细丝的行距t以及细丝编织时所承受的张力T是如此选择的，即能使为编织条所留的空间宽度E比这一编织条中n根细丝在正常情况下所需要的间隙要大，这n根细丝在编织时一根挨着一根挤在一起，并在内管的径向方向上受到挤压，完全充满为这n根细丝所预留的空间以及在相同方向上延伸的互相邻近的二条编织条之间的间隙。

21、根据权利要求18所述的方法，其中细丝条是在纺纱及被加以一定捻度S之后进行卷绕的，其捻度最好是每米80个捻。

22、根据权利要求18所述的方法，其中细丝条被绕在具有端板的线轴上，以便当细丝在编织阶段承受较大的张力时仍然能缠绕在线轴上。

23、根据权利要求18所述的方法，其中细丝在卷绕之前的加捻过程中，被浸入溶液用氟化聚合物浸渍。

24、根据权利要求17所述的方法，其中有若干编织层以非常相似的编织角一层压一层地包复着，特别是第一层的编织角为54°，第二层的编织角为55°。

25、根据权利要求17所述的方法，其特征在于在这一层编织层表面都覆盖一层保护层。

Images