JP5281158B2 - 流体又はガスを移送するための可撓性ホース - Google Patents

流体又はガスを移送するための可撓性ホース Download PDF

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Description

本発明は、流体又はガスを移送するための改良された可撓性ホースに関する。
英国特許明細書第1394723号は、多層構造を有する改良されたオイル吸引及び排出ホースを開示している。
欧州特許出願公開第0969236A2号明細書は、ある程度の可撓性を有するねじれ耐性(kink resistant)の高圧ホースを開示している。
独国特許出願公開第102004051073A1号明細書は、エラストマー層の間に存在する200〜1400mmの長さを有するフィラメントから製造されたメタ−アラミド糸又は上撚り糸の繊維補強層を含むホースを記載している。
米国特許第7086420号明細書は、ポリフェニレンスルフィド糸から製造された繊維補強層を含むホースを記載している。
米国特許出願公開第2005/0008807A1号明細書は、多層構造を有する空調ホースを開示している。
多層構造を有するホースを形成することは、従来技術で周知であるが、ホース構造のために使用される従来の装置に構成することができる可撓性ホースの改良の必要性が存在する。
本発明は、圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホースであって、前記ホースが中心長手方向軸に沿って軸方向に、かつ半径方向に前記長手方向軸を中心に円周方向に延在し、前記ホースが順番に、円周の内側コアチューブ表面と、対向する円周の外側コアチューブ表面とを有するコアチューブ(2)であって、第1のエラストマー層を含むコアチューブ(2)と、円周の内側コア補強表面と、対向する円周の外側コア補強表面とを有する外側コアチューブを囲む補強層(3)とを含み、前記補強層(3)が、編み、螺旋巻き又は編組の構造であり、前記補強層(3)が少なくとも1つの糸(5)から形成され、前記糸(5)が1000〜4000dtexの直線密度を有し、
前記糸(5)が2〜5の糸ストランド(6)から構成され、前記糸ストランド(6)が1〜5の撚り係数に上撚りされ、前記糸ストランド(6)が1〜5のスパン糸(7)から構成され、前記スパン糸(7)が1〜5の撚り係数に上撚りされ、
前記スパン糸(7)が100dtex〜1000dtexの直線密度を含み、前記スパン糸(7)が、80〜150mmの長さを有するフィラメントを含み、前記スパン糸(7)が1メートル当たり少なくとも200の巻回の撚りを含み、前記スパン糸(7)が、ポリm−フェニレンテレフタルアミド、ポリメチレン−1,3−ベンゾビスオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール又はそれらの混合物からなる群から選択されたフィラメントと、前記円周の外側コア補強表面上の前記補強層(3)を囲む第2のエラストマー層(4)とを含む、可撓性ホースに関する。
多層構造を示した本発明のホースの概略図である。 ホースに使用される糸の断面図である。
補強されたホースに必要な様々な層の説明は、最初は、移送されるべき流体又はガスに最も近い内面からである。残りの層の説明は、内面から延在する順序による。
第1の要件は、従来、流体又はガス及び対向する円周の外側チューブ表面に接触する円周の内面を有するコアチューブ(2)に関する。コアチューブ(2)に適切な材料は、エラストマーであり、当該技術で周知である。適切な例は、水素化ニトリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、メタフェニルシリコーンゴム、天然ゴム、EPDM、CPE及びアクリルゴムを含む。EPDMは、エチレンプロピレンジエンモノマーゴムを意味し、CPEは、塩素化ポリエチレンを意味する。
選択されるエラストマー材料は、ホースの最終用途に左右されることが理解される。例示的に、腐食性物質を、ホースを通して移送すべき場合、エラストマー材料はこのような腐食に耐えるように選択される。
補強層(3)は、外側コアチューブ表面を囲み、および編み、螺旋巻きの又は編組の構造である。この補強層(3)は、1,000〜4,000dtexの範囲の直線密度を有する少なくとも1つの糸(5)から形成される。1つ又は複数の糸(5)は、1〜5の撚り係数に上撚りされる2〜5の糸ストランド(6)から構成される。次に、糸ストランド(6)は、1〜5の撚り係数に上撚りされる1〜5のスパン糸(7)から構成される。
重大性は、本発明ではスパン糸(7)に存在する。スパン糸(7)は、100dtex〜1000dtexの範囲の直線密度を有することが必要である。より好ましい範囲は、200dtex〜600dtexである。さらに、スパン糸(7)は、80〜150mmの範囲に長さを有するフィラメントから形成される。一般に、より好ましい範囲は90〜120mmであろう。スパン糸は、1メートル当たり200超の巻回の撚りを有する。好ましい範囲の例は、1メートル当たり450〜750の巻回である。
重大性のさらなる要件として、スパン糸は、ポリm−フェニレンテレフタルアミド、ポリメチレン−1,3−ベンゾビスオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール又はそれらの混合物から形成される。好ましいのは、ポリm−フェニレンテレフタルアミド又はポリアリーレンスルフィドである。
スパン糸(7)、糸ストランド(6)又は糸(5)の外側コーティングとして、ワックスを含む仕上げ剤が適用されてもよい。適切な例は、ポリエチレンオキサイドベースの仕上げ剤及び炭化水素ベースのワックスを含む。
スパン糸(7)、糸ストランド(6)又は糸(5)の外側コーティングとして、接着剤コーティングが適用されてもよい。適切な例は、補強層(3)、コアチューブ(2)及びエラストマー層(4)の間の接着を改善するための当業者に公知のエポキシ、イソシアネート又はRFLベースのコーティングである。RFLは、レソルシノールホルムアルデヒトラテックスを表す。
エラストマー層(4)は、補強層(3)の外面を囲む。エラストマーの種類は、コア(2)と比較して同一又は異なることができる。
様々な構造を使用してもよいことが理解される。例示的に、3つ以上の補強層(3)を利用することができる。さらに、コアチューブ(2)は、移送されるべき流体又はガスに接触するフルオロカーボンベースの材料(1)でその内面にライニングを施すことができる。このような材料の適切な例は、ポリ(テトラフルオロエチレン)及びパーフルオロアルコキシポリマーを含む。
200℃を超える温度で動作し、体積膨張能力の増大を有することができ、かつ動的荷重用途の下で疲労寿命性能の増大を示す改良された可撓性ホースの必要性がある。補強層の特性(したがって、補強糸の特性)は、これらの3つのホース性能基準に直接的に相関関係する。
ホース補強層内の特定の糸の連続的な使用温度により、温度上昇における補強の有効性が決定される。
補強糸の伸長により、ホースの体積膨張能力が決定される。体積膨張がより大きければ、突然の圧力ピークを吸収する点で、ホースはより有効になる。この結果、ホースがシステムの構成要素であるシステム内で移送される流体又はガスの流れ圧力のピークの減少がもたらされる。
補強糸のモジュラスと、ホースのコアチューブ及びエラストマー層を形成するゴムとの非両立性は、動的荷重用途の下でホース故障を招く。この故障モードは、高モジュラスの補強糸で特に目立つ。
本発明に記載されているような補強糸は、上に言及した3つのホース性能基準をすべて満たす。
表4は、補強ホース製造の当業者に公知の高性能糸の特性を要約している。
以下の実施例では、特に規定しない限りすべての部分及び割合は重量により、及び度は摂氏による。
試験方法
ASTMD885に従って糸の引張特性を決定した。Instron,Norwood,MAから購入したInstron5860Series試験計器で測定を実行した。200デニール〜1600デニール範囲の糸サンプルについて4Cクランプを使用し、一方、1600デニール〜3000デニールの糸サンプルについて4Dクランプを使用した。ゲージ長は10インチ(25.4cm)であり、クロスヘッド速度は、12インチ/分(30.5cm/分)に設定した。連続フィラメントの糸を1.4の撚り係数に撚った。不連続フィラメントを有する糸を受入れたときに試験した。
デニール(d)がASTM D1577に従って測定され、繊維の直線密度は、9000メートルの繊維のグラム重量として表される。デニールは、Textechno of Munich,GermanyのVibroscopeで測定される。デニール×(10/9)は、decitex(dtex)に等しい。
糸番号システム:(1)英式綿番手は、1ポンドのスレッド当たり840ヤードのハンクの数を記載している:Ne=ヤード/(840*ポンド)。英式綿番手は、1グラムのスレッドのメートルの長さを記載しているNe(2)メートル法の糸番号で5315を割ることによってデニールに変換することができる:Nm=(yメートル)/(xグラム)。これを、(xグラム)/(yメートル)*9000を乗算することによって、デニールに変換することができる。
撚り係数(TM)は、糸のdtexの平方根に対する1メートル当たりの巻回(TPM)の比率として記載される。この比率は、次式、TM=(TPM)*(sqrt(dtex))/3000によって計算することができる。
実施例1
次の実施例は、比較例Aに記載されているような20〜60mmのフィラメント長さ範囲及び比較例Bに記載されているような200〜1400mmのフィラメント長さ範囲を有する不連続フィラメントから製造された糸の製造工程に対する本発明に適切な糸の製造の差を示している。
Schlumbergコンバータで、100ktexのNOMEX(登録商標)430m−アラミドトウ、2.0dpfを、100mmの平均フィラメント長さを有する20ktex、2.0dpf NOMEX(登録商標)トップに変換した。次に、トップを、梳毛紡績技術を使用してNm=40/3(675d)のスパン糸に変換した(S方向とZ方向で>500TPM)。代わりに、この糸は、米国特許第2,721,440号明細書に記載された糸と同様の連続工程で製造することができる。この糸の3つの端部を1.7TMに上撚りした。上撚り糸は、1.0重量%(未加工の繊維重量をベースとする)のワックス仕上げ剤でコーティングして、熱固定した。
実施例2
次の実施例は、糸のテナシティに対するフィラメント長さの影響を示している。高いテナシティの糸によって補強されたホースは高い破裂圧力を示すであろう。表1は、比較例Aに記載されているような50mmの均一なフィラメント長さのNOMEX(登録商標)ステープルから製造された糸のテナシティをリストしている。連続マルチフィラメント糸(NOMEX(登録商標)430、1200d、2dpf)に対し、上記糸のテナシティは60%低減される。100mmの平均フィラメント長さを有する不連続フィラメントから製造された実施例1に記載されているような糸は、連続フィラメント糸に対し20%のテナシティの損失を有するに過ぎない。参考として、国際公開第2006/058676号パンフレットは、比較例Bに記載されているように製造された400〜600mmの長さの不連続フィラメントから製造されたTeijinconex(登録商標)KBのm−アラミド糸をリストしている。3478dtexと2270dtexのTeijinconex(登録商標)のKB糸のテナシティが、それぞれ、39cN/tex及び42cN/texとしてリストされている。
Figure 0005281158
表1 − NOMEX(登録商標)m-アラミド糸のテナシティ
実施例3
次の実施例は、糸ループのテナシティに対するフィラメント長さの影響を示している。ループテナシティは、同一の糸の2つのスレッドが交差されており、Instron試験器の各々のクランプが1つのスレッドサンプルの両端を保持していることを除いて、実施例2と同一の手順で測定される。したがって、スレッドサンプルはループを通して互いに接続する。この試験は、編み、ホース補強構造の糸の性能を示している。高いループテナシティの糸の編み、補強層を有するホースは、高い破裂圧力を示すであろう。表2から理解できるように、比較例Aに記載されているような50mmの均一な長さのNOMEX(登録商標)ステープルから製造された糸のループテナシティは低い。100mmの平均長さを有する不連続フィラメントから製造された糸は、50mmのステープルから製造された糸と較べ非常に優れた性能を有する。
Figure 0005281158
表2 − NOMEX(登録商標)m-アラミド糸のループテナシティ
実施例4
実施例4〜6は、比較例Cに記載される商業的に使用される2プライの1200d NOMEX(登録商標)430の連続マルチフィラメント糸の性能に対する、ホース製造及びホース試験の実施例1に記載されているように製造された80〜150mmの不連続フィラメント長さを有する3プライのm−アラミド糸の性能を示している。ホース試験のため、ホースを同一の破裂圧力で比較することが必要である。実施例4は、ホース製造及びホース試験の実施例5と6で使用されたさもなければ同一のホースの補強構造体の導出を示している。平坦なステッチの編地補強を有するホースの理論的な破裂圧力は、次式により計算することができる。
P=2RCsin(θ)F/D
ここで、P=破裂圧力
R=糸破断強さ
C=10mm当たりのステッチ
θ=編み角度
F=効率ファクター
D=プライ直径
実施例1の糸は、比較例Cの連続マルチフィラメント糸よりも低い破断強さを有する。約20barの破裂圧力を有する19mmの内径ホースを獲得するために、実施例1の糸は、10mmのホース長さ当たり4つのステッチで編まれなければならず、一方、比較例Cの糸は、10mmのホース長さ当たり3つのステッチで編まれなければならない。
実施例5
次の実施例は、円形の編み機が装備された商業用のホース製造装置において実施例1に記載されているように製造された糸の優れた加工特性を示している。SAE J20R3で規定された仕様に適合する19mmの内径を有するEPDMベースの自動車のヒータ−ホースを、商業用のホース製造装置で製造した。Harry Lucas編み機(Harry Lucas Textilmaschinen,Neumuenster,Germanyから入手可能)は、実施例1に記載されているような糸の5ポンドの8つの供給糸パッケージを装備していた。ホース供給は、ホースの長手方向軸に沿って10mm当たり4つのステッチを形成するように調整した。平坦なステッチパターンを使用した。試験後に編み機の上には何の堆積も確認されず、ホース補強層は全く凹凸又は欠陥を示さなかった。ホースを真直なマンドレルで硬化して、25cmの長さに切断した。表3は製造されたホースをリストしている。
実施例6
実施例4及び比較例Cに記載されているように製造されたホースに、当業界で共通の圧力・振動・温度(PVT)性能試験を受けさせ、両方の糸の種類で補強されたホースの長期性能を評価した。次に、以下の手順を実施した、すなわち、100%エチレングリコールを、長さ25cmのホースサンプルを通して循環させた。エチレングリコールの循環は、4.0秒間の0.1barのトラフ(trough)、3barへの1.2秒の上昇、4.0秒間の3barのクレスト(crest)及び0.1barのトラフへの1.2秒の低下の台形パターンを有するパルスで行った。ホースを、±10mmの振幅を有する200振動/分で振動させた。周囲温度及び流体温度は135℃であった。ホース故障が生じるまでパルスを継続した。表3は、この結果を要約している。実施例1に記載されているような不連続フィラメントから製造された糸で補強されたホースは、430959を超えるサイクルの後になお完全であった。2プライの1200dの2dpfの連続マルチフィラメント糸で補強されたホースは、332967サイクルの後に駄目になった。これらの試験は、実施例1に記載されたような糸が優れた長期性能を有することを示している。20〜60mmの不連続フィラメントから製造された糸が、編みホース補強に不適切であることが受け入れられた産業知識であるので、比較例Aに記載されたような糸を有するホースの試験及び製造は省略した(独国特許出願公開第102004051073A1号明細書参照)。
実施例7
実施例4及び比較例Cに記載されたようなホースに、第2のPVT試験を受けさせた。次に、以下の手順を実施した、すなわち、100%エチレングリコールを、長さ25cmのホースサンプルを通して循環させた。エチレングリコールの循環は、1.2秒間の0.0barのトラフ、5.2barへの0.3秒の上昇、1.2秒間の5.2barのクレスト及び0.0barのトラフへの0.3秒の低下の台形パターンを有するパルスで行った。ホースを、±10mmの振幅を有する200振動/分で振動させた。周囲温度及び流体温度は130℃であった。試験は、100000サイクルで実行され、極めて厳しい状態下の補強層の性能を示している。ASTM D380による破裂試験を未試験の対照サンプル及びPVT試験後のサンプルで行った。保持した破裂圧力が表3に報告されている。実施例1の糸で補強されたホースは、2プライの1200dの2.0dpfの連続マルチフィラメント糸で補強されたホースの性能に匹敵する優れた性能を示している。
Figure 0005281158
表3 − ホース構造と試験
実施例8
本発明の糸対他の高性能糸の特性比較:
Figure 0005281158
表4 − 糸特性
比較例A
50ktex、2.0dpfのNOMEX(登録商標)430m−アラミドトウを、Lummusカッタで50mm、2.0dpf NOMEX(登録商標)ステープルの均一な長さに切断した。商業用のスパン糸変換設備で、ステープルをNe=14.7/1の開放端スパン糸に変換した。
比較例B
200〜1400mmのフィラメント長さを有する糸は、特開2006161225A号公報に記載されているように製造することができる。33000dtexトウを1100dtexに薄くするために、またトウの連続フィラメントを所望の200〜1400mmのフィラメント長さに破壊するために、伸縮破壊装置が使用される。糸は、空気インターレースジェットによって圧密化される。本発明者らは、実施例4に記載されたような様々な繊維加工装置で糸の種類の主な加工問題が梳毛紡績によって解決されるのと同一のフィラメント圧密化の品質が、空気インターレースによっては達成されないと信じる。
比較例C
1.7TMに撚られた1200dの2.0dpfの連続マルチフィラメント糸の2プライ製品を含む8つの5ポンドのパッケージを使用することを除いて、SAE J20R3で規定された仕様に適合する19mmの内径を有するEPDMベースの自動車のヒータ−ホースは、実施例3に記載されたような商業用のホース製造装置で製造された。ホース供給は、ホースの長手方向軸に沿って10mmのホース当たり3ステッチを製造するように調整した。試験後に編み機の上には何の堆積も確認されず、ホース補強層は全く凹凸又は欠陥を示さなかった。表3は製造されたホースをリストしている。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
1 圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホースであって、前記ホースが中心長手方向軸に沿って軸方向に、かつ半径方向に前記長手方向軸を中心に円周方向に延在し、前記ホースが順番に、
円周の内側コアチューブ表面と、対向する円周の外側コアチューブ表面とを有するコアチューブ(2)であって、第1のエラストマー層を含むコアチューブ(2)と、
円周の内側コア補強表面と、対向する円周の外側コア補強表面とを有する外側コアチューブを囲む補強層(3)と
を含み、
前記補強層(3)が、編み、螺旋巻き又は編組の構造であり、
前記補強層(3)が少なくとも1つの糸(5)から形成され、
前記糸(5)が1000〜4000dtexの直線密度を有し、
前記糸(5)が2〜5の糸ストランド(6)から構成され、
前記糸ストランド(6)が1〜5の撚り係数に上撚りされ、
前記糸ストランド(6)が1〜5のスパン糸(7)から構成され、
前記スパン糸(7)が1〜5の撚り係数に上撚りされ、
前記スパン糸(7)が100dtex〜1000dtexの直線密度を含み、
前記スパン糸(7)が、80〜150mmの長さを有するフィラメントを含み、
前記スパン糸(7)が1メートル当たり少なくとも200の巻回の撚りを含み、
前記スパン糸(7)が、ポリm−フェニレンテレフタルアミド、ポリメチレン−1,3−ベンゾビスオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール又はそれらの混合物からなる群から選択されたフィラメントを含み、
前記円周の外側コア補強表面上の前記補強層(3)を囲む第2のエラストマー層(4)と
を含む、可撓性ホース。
2 前記補強層(3)が、ポリm−フェニレンテレフタルアミド又はポリアリーレンスルフィド又はそれらの混合物を含む、上記1に記載の圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホース。
3 前記糸(5)、糸ストランド(6)又はスパン糸(7)が仕上げ剤でコーティングされる、上記1に記載の圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホース。
4 前記エラストマー材料が、水素化ニトリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、天然ゴム、EPDM、CPE又はアクリルのゴムを含む、上記1に記載の圧力下で流体を移送するように適応された可撓性ホース。
5 2つ以上の前記補強層(3)を含む、上記1に記載の圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホース。
6 前記コアチューブ(2)が、フルオロカーボンベースの材料でライニングを施される、上記1に記載の圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホース。
7 前記補強層(3)が編まれる、上記1に記載の圧力下で流体を移送するように適応された可撓性ホース。
8 前記第1の補強層が1メートル当たり160〜660のループを有する、上記7に記載の圧力下で流体を移送するように適応された可撓性ホース。

Claims (1)

  1. 圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホースであって、前記ホースが中心長手方向軸に沿って軸方向に、かつ半径方向に前記長手方向軸を中心に円周方向に延在し、前記ホースが順番に、
    円周の内側コアチューブ表面と、対向する円周の外側コアチューブ表面とを有するコアチューブ(2)であって、第1のエラストマー層を含むコアチューブ(2)と、
    円周の内側コア補強表面と、対向する円周の外側コア補強表面とを有する外側コアチューブを囲む補強層(3)と
    を含み、
    前記補強層(3)が、編み、螺旋巻き又は編組の構造であり、
    前記補強層(3)が少なくとも1つの糸(5)から形成され、
    前記糸(5)が1000〜4000dtexの直線密度を有し、
    前記糸(5)が2〜5の糸ストランド(6)から構成され、
    前記糸ストランド(6)が1〜5の撚り係数に上撚りされ、
    前記糸ストランド(6)が1〜5のスパン糸(7)から構成され、
    前記スパン糸(7)が1〜5の撚り係数に上撚りされ、
    前記スパン糸(7)が100dtex〜1000dtexの直線密度を含み、
    前記スパン糸(7)が、80〜150mmの長さを有するフィラメントを含み、
    前記スパン糸(7)が1メートル当たり少なくとも200の巻回の撚りを含み、
    前記スパン糸(7)が、ポリm−フェニレンテレフタルアミド、ポリメチレン−1,3−ベンゾビスオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール又はそれらの混合物からなる群から選択されたフィラメントを含み、
    前記円周の外側コア補強表面上の前記補強層(3)を囲む第2のエラストマー層(4)と
    を含む、可撓性ホース。
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