BOB真人橡胶软管制造工艺综述

　　BOB真人2014年2月世界橡胶工业WorldRubberIndustry胶管用的聚合物材料已从橡胶扩展到了塑料，有相当多一部分软管，尤其是中、低压软管，广泛采用热塑性塑料作为内衬层和外覆层。胶管的增强材料正以维纶、涤纶、锦纶和芳纶等合成纤维取代传统的棉线、棉布，高强度钢丝在液压胶管得到应用，有些特种胶管采用钢丝帘线或钢丝绳，有些甚至采用互锁式缠卷钢片作为增强层……不难看出，在胶管生产和制造方面，新技术、新工艺的推广应用起到了积极的促进作用。按软管制造采用的工艺可以细致划分为4个软管型别：A型：为控制软管内径尺寸采用的硬芯法制造的软管；橡胶软管制造工艺综述（1.平顶山市矿益胶管制品有限公司,河南平顶山467013；2.中橡集团沈阳橡胶研究设计院,辽宁沈阳110021）摘要：胶管的生产、制造，目前虽然还多数沿用传统的生产设备和工艺方法，但近20年来胶管的工艺和装备有了很大的发展和提高，向机械化、连续化生产和自动化方向迈进，高速精密钢丝缠绕机旋转式钢丝/线编织机、包树脂机、尼龙水布带缠解机、自动厚度/直径测量/控制装置、连续硫化装置等相继投入使用，极大地提高了胶管的生产速度、精度和质量，综述了橡胶软管制造工艺方面的技术及进展。关键词：橡胶软管；制造工艺；夹布胶管；钢丝编织胶管；液压胶管中图分类号：TQ336.3文献标识码：B文章编号：1671-8232(2014)02-0034-09B型：为控制内径尺寸而采用的软芯法制造的软管（包括芯型或不用芯型制造的塑料液压软管）；C型：不适用芯型（无芯法）制造的软管；D型：挤出的柔性塑料软管（D型不包括缠绕增强的塑料抽吸和排输软管，这类软管归入C型）。以上4个软管型别按照胶管的制造方法又可以划分为3种基本工艺方法：硬芯法、软芯这种胶管称为A型胶管，如其名称所示，这类胶管是用三辊成型机制作的，辊的中心位于等边三角形的角上，机器的底部则由其中两个辊子构成。这种方法是先压出胶层，冷却后再借助空气吹胀，套在经防粘贴处理的硬芯上。硬芯截面为圆形，其外径为胶管Vol.41No.2：34～42Feb.2014作者简介：梁西正（1963-），男，高级工程师，毕业于武汉工业学院电气自动化专业，长期从事橡胶软管生产和研发工作，曾任全国橡胶委软管分技术委员会专家组成员，已发表论文近20篇。的标称内径。对于较小直径的胶管，硬芯可用钢质材料制作；而对于较大直径的胶管，则用轻质合金材料制作，以利于搬运和移动。硬芯的长度为40m，当然三辊成型机的长度也应与硬芯的长度相等。这样就能使硬芯连同套在上面的内胶层一起，刚好放置在两个底辊之上和中间的位置。织物补强层是以条形纵向引入三辊式成型机的，辊子移动时即将其拉到辊子之间。纺织织物(有时称帆布)预先用压延机擦胶(或用刮胶机涂胶)，再按所需宽度以45角剪裁成条状，并用搭接的方式将所形成的擦胶胶布条连接起来，形成一条比硬芯长度稍长的长胶布条．以此保证胶管的屈挠性。沿胶管的纵向铺放外胶，将外胶置于三辊成型机的适当位置上，并用辊子压实。在外胶置于三辊成型机的适当位置上被辊子均匀压实后，通过成型机的辊子在胶管上缠进行硫化。硫化完毕后，剥下尼龙水包布，以备再硫化时使用，并将胶管从芯子上脱下。机制夹布胶管硬芯法工艺流程图参见图1。硬芯法制造夹布胶管工艺流程图另外还采用一种机制方法，就是用机器将叠的纺织物通常是直裁的，但可以任何所需要的角度进行施工。这样，在角度控制方面就比标准的45斜裁搭接在一起的织物具有更大的灵活性。运用这种装备还可以进行无纬线、帘线施工，如需要的话，可以在同一道生产工序中对胶管进行铠装。在另一台缠解布带机的配合下，胶管铠装-硫化后的胶管外面缠金属螺旋线。再缠上尼龙水包布而完成生产。至此，硬芯法机制夹布胶管生产工序即已完成，以备一起进行硫化。采用上述两种方法制作的夹布胶管可应用于许多场合，其中包括输水、压缩空气、焊接、蒸气、喷砂、啤酒酿造、葡萄酒和食品输送等领域。1.2钢丝编织缠绕增强的液压胶管采用这种方法生产的胶管也可以称为卧式编织（缠绕）增强胶管。由于采用硬芯法，可以精确地控制胶管内径尺寸，可以精确地控制钢丝编织角度，能够在压力下限制胶管的反应量，使高压胶管具有紧密牢固的编织增强层。大体上，供卧式编织（缠绕）增强的胶管内胶可采用充气方式套在硬芯（钢芯）上，内胶层可以采用挤出方式，然后套在硬芯上，或者用挤出机直接在硬芯上挤出内胶层，然后用编织机在内胶层上编织钢丝增强层。卧式编织机可以有20锭、24锭、36锭、48锭和64锭数种。用卧式钢丝编织机（或缠绕机）对内胶层进行钢丝编织（或缠绕）作业。依据工作压力大小，可以进行一层或双层钢丝编织（若是高压液压胶管，最多可以6层钢丝缠典型硬芯法公称内径25mm钢丝缠绕增强的液压胶管施工表使用胶号规格/mm工序规格/mm25mm4S-125mm4S-2套管铁芯外径2525套管后外径29.429.4内棉线第一缠绕层钢丝根数规格114/0.5116/0.5缠绕行程7575缠绕后外径32.532.50.3610.361第二缠绕层钢丝根数规格116/0.5116/0.5缠绕行程7575缠绕后外径33.833.80.3610.361第三缠绕层钢丝根数规格116/0.5116/0.5缠绕行程7575缠绕后外径35.135.10.3610.361第四缠绕层钢丝根数规格118/0.5116/0.5缠绕行程7575缠绕后外径36.436.4包胶后外径39.039.0采用硬芯法制作的胶管主要是一般工业用胶管，特别是中高压液压胶管，也可以有输水胶管和压缩空气胶管。由于是采用硬芯法制作，所以它的内径尺寸控制得很精确。这种软芯法是将模制长胶管的生产方法与卧式（钢丝）编织（缠绕）增强方法结合在一起而发展的方法。国外采用的软芯采用尼龙6、尼龙11，制成实芯尼龙棒，也可以采用EPPM制成橡胶棒，橡胶棒中间加有钢丝绕）。典型的硬芯法钢丝编织（缠绕）增强的液压胶管过程简图参见图2和图3。某一内径尺寸（内径16mm）硬芯法钢丝编织胶管施工表见表1。某一内径尺寸（内径25mm）硬芯法钢丝缠绕增强液压胶管4层钢丝缠绕施工表见表2。典型硬芯法公称内径16mm钢丝编织增强的液压胶管施工表工序规格/mm16mm2W（中性角）16mm2W（角度搭配）套管铁芯外径1616套管后外径2020第一棉线行程50.452(α=5353)编后外径23.323.30.3800.380第二层钢丝249249行程53.752(α=5537)编织外径24.824.8 0.3840.384 第二棉线 27.2 包胶后外径 30 30 软芯法制作胶管的生产方法与硬芯法基本相似，但其生产的胶管长度可以大大长 于硬芯法，不同之处是采用挤出机直接在软 芯上挤出内胶层，再进行编织，最后包外胶 层，然后在整根胶管上包缠好尼龙水包布加 以紧固，再进行硫化。硫化后解下水包布， 脱芯即可。 这类软管包括缠绕增强的塑料抽吸和排输软管。 内胶层的压出长度，依据内径尺寸通常 可在300m以上。压出可用普通设计，冷喂或 者热喂料挤出机，或者两种联用。喂料可采 用条状或者颗粒状胶料。 还有一种方式，即冷胶料是以胶条的形 式从混炼车间供给特殊设计的锥形螺杆压出 机，然后喂入一小型开炼机，并再将这种热 胶料以胶条形式喂入另一台同样的压出机， 以此压出内胶。内胶再冷却并经过一定时间 放置，将织物线编织或缠绕在其外面。然 后将带有增强层的胶管通过直角机头压出机 （聚丙烯）或包缠尼龙水包布硫化。采用无芯法制造的纤维编织（缠绕）胶 管工艺流程参见图5。无芯法制造的钢丝编织 胶管工艺流程图见图6。采用无芯法可以制造 通用胶管，例如空气胶管、输水胶管、园艺 无芯法制造纤维编织（或缠绕）胶管工艺流程图绳，以防止使用过程中被拉变形。采用上述 材料制成软芯可以实现长尺寸胶管精确的内 径控制，因此这种方法在液压胶管，特别是 大长度液压胶管的应用中前景很好。 模制长胶管根据内径尺寸，通常可达 300m以上。可用普通设备压出，冷喂或热 喂，或两者联用。喂料可用条状或颗粒胶 料，最后包树脂进行硫化。 应用于液压系统中的胶管，对于较低 工作压力，基本上用织物材料作胶管的增强 层。如用于较高工作压力的场合，则采用高 强力钢丝，以钢丝编织或钢丝缠绕方式制成 液压胶管。钢丝编织则在采用“五月柱”舞 动原理的钢丝编制机上，钢丝锭子在轨道中同 时以顺时针和逆时针方向彼此交叉方式旋转。 软芯法制造钢丝编织（或缠绕）胶管工 艺流程图参见图4。 软芯法制造钢丝编织（或缠绕）胶管工艺流程图将工艺流程图中的钢丝换成纤维线，就 是软芯法制造纤维编织（或缠绕）胶管了。 在美国采用软芯法生产大长度钢丝编织 液压胶管时是采用立式钢丝编织机，依其尺 寸不同可选用16锭、20锭、24锭、36锭、48 锭或64锭钢丝编织机。采用双盘钢丝编织机 一次就可以进行两层钢丝编织作用（在两层 钢丝编织层之间铺设一层中胶片）。 此工艺中缠绕用纤维线可不经合股；采用裸硫化者，或包（剥）树脂，可采用聚丙 烯，另外也可以采用尼龙水包带。 其他各类胶管及其制作方法4.1 带有织物外套层的胶管 这种带有织物外套层的胶管也可以称之 为帆布胶管，或者叫作水龙带（消防）。 用这种方法制作的胶管管体是由圆织机 制作的长纺织织物，而不是由平板状织机纺 织的夹布管所用的帆布构成。由于织物套的 截面为圆形，经线当然也就经向走向，而纬 线则以圆周方向编织到经线之中，这样就针 织出了无接缝的环形织物。在纬线中加钢丝 螺旋线是可能的，而如果在耐油内胶层外面 纺织出这样一种圆织结构，就可以生产出加 油泵胶管。当然使用这种增强结构最多的就 是消防胶管（水龙带）。 无芯法制造钢丝编织胶管工艺流程图带有织物外套的胶管是在圆织机上以单 独一道工序纺织出织物套(也作外覆层用)的 方法制作的。内胶层通常是压出的或者是用 压延胶片制成，可以采用半硫化。而贴有未 硫化胶料的，也可以将未硫化的内胶层直接 穿入织物套里，然后将制作的胶管在一平坦 表面伸直展开，并将端部夹住，直接通入空 气，这样就可以在硫化过程中将内胶层压起 并挤进织物骨架层中，硫化后，织物和内胶 层形成一整体织物。 另外还有一种四梭圆织机，圆织机上每 一交替圆织的材料可以是不同的。采用此方 法制成的胶管通常是将其内衬层(内胶层)在圆 织过程中同步地被牵引到圆织衬套里，立式 圆织机采用一无支撑内胶，而卧式圆织机将 内胶层套在芯轴上，当它通过时完成整个编 织作业。 依圆织胶管的结构和应用，这种圆织胶 管外表面可以不加外覆层，或者加上外胶层 保护。如果是较小规格的，则这类胶管可用 于吸引作业场合，就是在这类胶管上铺设两 个交替的缠绕钢丝，具有耐压扁的性能。 4.2 手工制作的胶管 这种胶管通常用于建筑、土木工程和 疏浚工程等领域，用来泵水、泥浆、水泥砂 浆，另外还有港湾码头疏浚作业、输油以及 近海输油等。这类手工制作的胶管也并非都 是手工制作，仅是其中部分工序采用手工。 例如疏浚工程用的疏浚胶管，公称规格在100 ~1200mm之间，这种大口径胶管在往芯轴上 铺放内胶层以及铺置帘布增强层时都采用手 工操作。手工制作的胶管使用纺织物和帘线 增强层，在成型设备上每层增强层用手工铺 放并辊压到适当位置后，可根据需要使胶管 旋转，钢丝螺旋线是缠绕上去的，目的是在 抽吸作业时防止出现塌瘪。 另外，近海停泊以及海上输油作业也 都是大口径的胶管。海上输油胶管内径很 大，使用条件非常苛刻，要求有很高的可 靠性，这就要求很好的制造工艺和生产设 备。多年来国外一直采用硬芯法，以半自 动化和自动化加工设备实施内胶铺放、铺 放织物帘线，施加钢丝帘线层、增强层、 缓冲层、浮体层、外胶层，缠尼龙水包 布，实施硫化罐硫化。 中将其建造在胶管管体上成为一体化结构。h、铺放好螺旋钢丝，并以焊接方式将螺 旋钢丝端部焊接到接口位置，使其固定。在 螺旋钢丝端部焊接固定住后，铺放胶层、织 物缓冲层或胶片，然后铺放外胶层以及涂体 层(闭孔泡沫)，典型结构是丁腈橡胶内胶层、 织物缓冲层、4层钢丝绳帘线层钢丝帘线层、织物缓冲层、外胶层。 如果是整体漂涂式输油胶管，则有一层闭孔 橡胶海绵层、织物层。 j、胶管成型后，包缠水包布紧固，推入硫化罐硫化。 k、硫化后解开剥掉水包布，脱掉管芯。 4.3 挤出的柔性塑料软管 （1）园艺软管，更确切地说是一种纯塑 料管，以适当品级的PVC挤出制成，其壁厚 要满足城市自来水管压力冲击。城市总水管 的压力约为610 Pa，即一个良好的PVC园艺软管要以爆破压力与工作压力之比至少3:l的 安全系数进行设计。加工方法是将胶凝的颗 粒PVC或母炼胶喂入冷喂料挤出机，通过适 宜尺寸口型压出，导入水槽，然后缠卷。这 种水管内径通常有12.5mm、16mm、19mm和 25mm4种规格。 （2）（1）中挤出的塑料由于无增强层 而强度不够，则在该管结构中再加入织物补 强层。其生产方法是压出PVC内衬层，再使其 通过编织机或缠绕机，然后用直角机头压出 机包覆PVC外覆层。同样这种软管也多用于低 压输水和空气。 （3）吸引软管。不管是以橡胶为基材制 作的，还是以塑料为基材制作的，在结构上 基本相同，都会有刚性螺旋线，以防止在吸 引作业时塌瘪。螺旋线通常是由预先旋压成 型的钢丝构成。当然在塑料软管中，它通常 是由刚性或半刚性PVC构成。还有一种特殊加 工方式，即这种塑料螺旋线与软PVC管体同时 压出，从而形成一个不分割的整体复合体。 所生产出的这种塑料软管，有很好的耐压和 英国Dunl op公司就是采用硬芯法生产 海上输油胶管的，包覆内胶层、施加织物帘 线层、钢丝帘线骨架层、外胶层和缠解尼龙 水包布都是在同一胶管成型机上完成的。用 机械设备缠绕钢丝绳，缠绕钢丝张力均匀一 致，使胶布中胶层铺放均匀，并与管接头(法 兰盘)至主体胶管一体成型。 另外美国Fergusen Bross公司、Goodall公 司多年前就采用了可以生产大口径胶管的专 业设备——胶管成型机。该机自动化程度较 高，操作者可以在移动操作台上操作整根管 芯，在其长度范围内移动、转动操作，并通 过电子设备控制台调控胶管的包覆、钢丝、 帘布缠绕、拉伸角度和管芯的转速。 Go 公司研制的更为先进的胶管成型机取名Gal axy，可以制造海上输油排 吸油胶管，港湾、河道疏浚工程用的疏浚 胶管以及码头输油胶管等，自动化程度较 高，可以方便地制造出内径范围广、长度 大的大口径胶管，适用于传统的纺织物、 钢丝帘线等材料。 海上输油胶管加工、制造过程主要 如下： a、将所需的织物进行干燥处理和进行 b、将涂胶后涂覆织物按要求进行裁剪拼接，45斜裁。 c、在法兰盘螺纹接口贴附粘着胶片。 d、向管芯上铺放内胶层和涂胶缓冲层， 涂胶织物铺放角度和搭接宽度要精密控制。 e、用胶管成型机（参见Coodall公司的 Galaxy胶管成型机）铺放钢丝绳帘线和织物帘 线骨架层。 f、在铺放好的钢丝绳帘线层端部用钢丝 将帘线层坚固在螺纹接口位置上。 g、铺放各层中胶片（缓冲层）。在缓 冲层后铺放螺旋钢丝，并用焊接法将螺旋钢 丝端部焊接固定在法兰端。海上输油胶管都 是采用金属法兰盘式管接头。现在所用的管 接头有两种：一种是带有螺纹接口的法兰盘 （包括套入或焊颈式），一种是无螺纹接口 的两半式法兰盘，二者都是在胶管制作过程 屈挠性能。（4）适合于某些液压和相似作业的塑料 软管通常是用尼龙或其他相似性能的材料制 作的，同样它们也是由压出的内衬层、缠绕 层或织物编织层及压出的外覆层所构成。整 个管体可以用适宜的胶粘剂牢固粘合，也可 以借助外覆层材料的高收缩率固定为一体。 4.4 汽车胶管 汽车上使用的胶管，例如散热器软管、 制动胶管等，大体可以划分为以下几种。 （1）“拆布”式波纹胶管。这种胶管 通常是两个金属模具之间模压压出的纯胶管 （有带中间补强织物层的，也有不带补强织 物层的）制作的。通常要采取措施，在硫化 期间施加低负压，以协助成型。这种胶管一 般用作两根刚性管体的挠性连接器，例如某 种车辆散热器的连接器。 （2）另一种供汽车用的散热器或冷却剂 胶管，即所称的异型管，依据汽车型号具有 各种形状和弯曲。这种胶管有内胶，内胶要 具有耐热和耐各种冷却剂的性能，补强层通 常是用胶管针织机来完成的，然后再覆以适 宜的橡胶胶料构成外胶层。成型后的胶管可 套在要求形状的模具上，再将定型后的胶管 连同模具放入硫化罐，使定性的胶管硫化， 然后将它从模具上拆卸下来。 ）使用非石油基制动液的道路车辆液压制动系统用制动软管。这种液压制 动软管在车身部件与车轮制动装置之间 形成挠性连接器，可用一定长度的钢芯制 作，也可以用软芯制作。软管应由一弹性 体衬层、埋置或粘合到内衬层上的两层或 多层帘线增强层和外覆层构成。增强层之 间允许有一层缓冲胶片。外覆层应当是能 承受长期天候老化而不龟裂的黑色胶料软 管内衬层，应当可耐GB1 规定的非石油基制动液的胶料。这种制动软管的外 胶层也是用来保护编织的增强层免受机械 损坏和天候、油和腐蚀介质损害的，也是 通过压出而包覆在胶管编织层外面，因此 也是无缝的。外覆层通常由耐天候、耐臭 氧的胶料制作。各编织层用胶液浸渍，以 使每层编织层与其相邻编织层隔离，并将 每一编织层中的纤维粘合在一起，同时确 保编织层牢固粘合到里面的内胶层和外面 的外胶层上。为了使软管各部分紧密结合 在一起，要在外胶层上紧紧缠上尼龙水包 布（或紧紧缠绕一层密集钢丝），然后 硫化。硫化后解下尼龙水包布（或钢丝 由于道路车辆液压制动系统用制动软管的使用性质，消除一切事故危险是特别重要 的。为保证安全，所有的标准和规范都规定 在适合高于最大工作压力的压力下对100%的 胶管组合件进行液压试验。除了这一静液压 试验外，还规定对所生产的每批软管组合件 进行非常全面的试验，这些试验包括缩颈试 验、容积膨胀试验、爆破试验、制动液相容 性试验、屈挠试验、拉伸强度试验、高温脉 冲试验、动态条件下耐臭氧试验、低温弯曲 试验、盐雾试验。在吸水试验后，还要进行 爆破强度、屈挠和拉伸试验，由此保证制动 软管的安全性能。 （4）使用石油基制动液的道路车辆液压 制动系统用制动软管组合件。这种使用石油 基制动液的液压制动软管（组合件）由弹性 体内衬层、埋置或粘合到内衬层上的两层或 多层帘布增强层和外覆层构成。增强层间允 许有一层缓冲胶片。外覆层应当是能承受长 期天候老化而不龟裂的黑色胶料，而内衬层 应当是耐ISO7308规定的石油基制动液的胶 料。工艺过程和试验内容与使用非石油基制 动液的液压制动软管相同。 （5）气压制动软管。这种软管用于包 括气压制动系统中所有含空气驱动力装置的 制动胶管组合件，其结构与前面所述的非石 油基液压制动软管的结构相同，即用钢芯制 作，并用几层股线编织增强层。而对气压制 动胶管，还可以用几层浸有氯丁胶的纺织物 作增强层，这种胶管采用永久性装配的模压 管接头，还可以采用与上述相同的无缝内胶 层、一层高强度钢丝编织层构成的增强层和 压出的氯丁胶外覆层组成。如果需要的话， 也可以在钢丝编织层外面铺放一层纤维编织层，保证外覆层与骨架层之间获得很好的粘 合强度。这种胶管与液压制动胶管一样，采 用钢芯法制作，也使用永久性机压式管接 法。气压制动胶管的试验项目同液压制动软 管，只是外加气压试验。 （6）吸引胶管。前面说明的机制夹布 胶管和铠装胶管都是耐压胶管，在使用过 程中，胶管内介质的压力高于胶管环境的压 力，此时胶管骨架层起到承受介质压力的作 用；而吸引胶管在使用时正相反，胶管内介 质的压力低于胶管环境压力的作用，使胶管 不被环境压力挤扁。根据金属螺旋线在胶管 放置位置不同，吸引胶管可以划分为露线式 吸引胶管和埋线式吸引胶管，通常它们的结 构见图7和图8所示。 内胶布层；3-金属丝螺旋线- 吸引胶管的结构可以根据具体的需要和加工情况进行适当的改变，如有的露线式吸 引胶管还加上外胶布层，埋线式吸引胶管可 以不要内胶布层。 露线式吸引胶管的金属螺旋线是 在胶管里面的，与胶管内输送的介质直接 接触，容易被介质腐蚀。同时，胶管在输 送介质时阻力较大，因此露线式吸引胶管 只能用在介质对金属螺旋线没有腐蚀作用 或腐蚀作用很小，同时在胶管使用过程中 对胶管输送介质产生的阻力要求不太严格 的地方。 用于吸引胶管的金属一般为中碳结构钢 丝，主要有以下规格（单位为mm）：0.40、 0.50、0.70、0.90、1.00、1.50、2.00、2.50、 3.00、4.00、5.00、6.00等。在制造吸引胶管 时，首先要根据吸引胶管使用条件和使用要求 确定是采用露线吸引胶管，还是采用埋线式吸 引胶管。确定了采用什么形式的吸引胶管，就 可以确定施工方案了。例如设计一种内径为 76mm、能够承受l00kg外来负荷，负荷作用宽 125mm、输送介质对钢丝有较强腐蚀作用的吸 引胶管，则首先选择埋线 钢丝作为金属螺旋线帆布作内、外胶布，厚度为0.65mm。