一种超高压液压软管及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种超高压液压软管及其制备方法，属于橡胶软管技术领域。


背景技术：

2.液压软管是一种无论是在性能上还是在作用上都优于普通胶管的一种类型，它主要是由内胶层和中胶层以及若干圈钢丝缠绕起来，其中内胶层起的作用是让输送的介质能够承受一定的压力，同时能让钢丝不受侵蚀，而外胶层则是为了能够让钢丝不收到其他类型的损伤，两者巧妙地搭配起来就让里面的钢丝层作为骨架材料起到一定的增强作用。它不仅能利用液压的动力对水、气等介质进行输送，还能对油等高压介质进行传输，在石油、化工、煤炭、采矿业、汽车、工程机械行业得到了广泛应用，由于液压软管应用场合特殊，需要输送带有一定压力的介质且需要防止静电的产生以保证工作人员的安全，液压软管在使用过程中不断接受冲击，胶层容易发生破裂，因此对所需要的软管的抗冲击性、抗静电性都提出了更高的要求。
3.申请号为201921262996.8的专利提出了一种柔性超高压流体连接抗脉冲橡胶软管，提高了橡胶软管内部结构的粘合效果，增加了橡胶软管的柔软性，提高了其脉冲性能和耐热性及耐酸碱防腐蚀效果，但该橡胶软管并没有对抗静电性能进行优化。
4.申请号为201810299922.5的专利提供了一种高强度耐老化抗高脉冲阻燃液压胶管，提高了钢丝缠绕液压胶管的产品质量，增加该产品使用过程的脉冲次数，避免了使用过程产生的针孔、漏液现象，但该方法并没有针对液压胶管出现强冲击力时进行相应的补偿措施。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种超高压液压软管，在软管受到带有一定压力的介质冲击时，软管发生弯曲，缓冲层的波纹间隙增大，磁珠向间隙增大的一侧移动，对弯曲处的内胶层进行强度补偿，提高了软管受到压力介质的冲击后抗冲击能力，同时内胶层加入了导电物质，有效的防止了内胶层电荷聚集，及时进行电荷转移，提高了软管使用的安全性。
6.本发明解决上述问题的技术方案如下：
7.本发明提供一种超高压液压软管，包括由内到外依次设置的内胶层、缓冲层、缠绕层、中胶层和外胶层，所述缓冲层为波纹状且填充有若干磁珠，每相邻缠绕层钢丝的缠绕方向相反；
8.软管弯曲时，与所述内胶层相连的缓冲层发生弯曲，所述缓冲层远离内胶层的一侧波纹间间隙变大，所述磁珠向波纹间隙大的位置聚集，增强抗压性能。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述内胶层由以下原料制备而成：
10.丁苯橡胶50
‑
60份
11.丁腈橡胶55
‑
65份
12.氧化锌4
‑
6份
13.软化增塑剂2
‑
3份
14.粘合剂2
‑
3份
15.防老剂1
‑
2份
16.硫化剂1
‑
2份
17.活性促进剂0.5
‑
1.5份
18.丙烯腈
‑
苯乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物20
‑
25份
19.硬脂酸3
‑
5份
20.无水乙醇2
‑
5份
21.分散剂1
‑
2份
22.石墨烯3
‑
8份。
23.作为本发明的一种优选技术方案，所述缓冲层由以下原料制备而成：
24.天然橡胶70
‑
80份
25.四氧化三铁3
‑
6份
26.氧化锌3
‑
5份
27.硬脂酸3
‑
5份
28.防老剂1
‑
2份
29.硫化剂1
‑
2份
30.活性促进剂0.5
‑
1.5份。
31.作为本发明的一种优选技术方案，所述外胶层由以下原料制备而成：
32.丁腈橡胶45
‑
50份
33.顺丁橡胶45
‑
55份
34.聚氨酯橡胶35
‑
45份
35.聚氯乙烯40
‑
50份
36.粘合剂2
‑
3份
37.防老剂1
‑
2份
38.硫化剂1
‑
2份
39.活性促进剂0.5
‑
1.5份
40.分散剂1
‑
2份
41.炭黑3
‑
10份。
42.作为本发明的一种优选技术方案，应用于一种超高压液压软管，其超高压液压软管的制备方法，包括以下步骤：
43.s1：用混炼机按配方混炼出内层胶、缓冲层和外胶层；
44.s2：在内层胶的外壁包覆缓冲层，所述缓冲层带有磁性，在缓冲层表面吸附若干磁珠；
45.s3：沿缓冲层外壁进行钢丝缠绕，形成缠绕层，所述磁珠位于缓冲层与缠绕层之间；
46.s4：涂胶进行缠绕层的固定，在缠绕层的外侧包覆中胶层，所述缠绕层与中胶层均设有多层，所述缠绕层和中胶层交替设置；
47.s5：在所述缠绕层的外侧包覆外胶层；
48.s6：缠布硫化保护层，在硫化罐中硫化，拆去硫化保护层，脱芯，得到高压液压软管。
49.作为本发明的一种优选技术方案，所述内胶层的制备包括以下步骤：
50.s1：将硬脂酸溶于无水乙醇中，加入石墨烯搅拌均匀，将分散剂加入无水乙醇中配置成混合液，将制备的石墨烯混合液与分散剂混合液混合并搅拌均匀，得到石墨烯复配液；
51.s2：将丁苯橡胶、丁腈橡胶倒入高速混合机中搅拌，搅拌5
‑
8min后加入步骤s1中制备的石墨烯复配液，混炼5min，再加入丙烯腈
‑
苯乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物，混炼5min；
52.s3：依次加入氧化锌、软化增塑剂、粘合剂、防老剂、活性促进剂、硫化剂，搅拌25min，将混合胶料排出；
53.s4：将排出的混合胶料放置在开炼机上，降温，挤出成型。
54.作为本发明的一种优选技术方案，所述缓冲层的制备包括以下步骤：
55.s1：依次将硬脂酸、氧化锌、防老剂、四氧化三铁加入天然橡胶中混炼30min；
56.s2：混炼均匀后在开炼机输泥管加入促进剂和硫化剂，薄通出片；
57.s3：将混炼胶置于充磁仪中，充磁后取出硫化。
58.作为本发明的一种优选技术方案，所述外胶层的制备包括以下步骤：
59.s1：将丁腈橡胶、顺丁橡胶、聚氨酯橡胶于密炼机中炼6min；
60.s2：依次将炭黑、分散剂、粘合剂、防老剂、活性促进剂和硫化剂加入步骤s1得到的胶料中；
61.s3：将混合胶料排出放置在开炼机上，降温，压出。
62.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
63.1.本发明通过设置内层胶、缓冲层、缠绕层、中胶层、外胶层和磁珠，当软管内输送一定压力的介质时，内层胶内壁受到冲击发生弯曲，缓冲层随之发生弯曲，在弯曲处缓冲层的波纹间间隙增大，磁珠在挤压力和吸引力的共同作用下向间隙大的一侧移动，在波纹间隙处聚集形成类似增强块结构，对内层胶受到冲击位置处的受力部位进行强度补偿。
64.2.本发明通过设置带有磁性的缓冲层、磁珠和磁通量检测仪，当内层胶内壁出现裂缝时，磁珠流失，该处磁通量发生变化，工作人员利用磁通量检测仪对软管进行检测，当检测到该位置处的磁通量小于设定的磁通量阈值时，提醒工作人员及时更换，避免危险发生，实现了利用磁通量的变化对软管内的情况进行检测。
附图说明
65.图1为本发明软管剖面结构示意图；
66.图2为本发明图1中a处放大图；
67.图3为本发明缓冲层弯曲时磁珠分布示意图。
68.图中：1、内胶层；2、缓冲层；3、缠绕层；4、中胶层；5、外胶层；6、磁珠。
具体实施方式
69.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
70.如图1
‑
2所示的一种超高压液压软管，包括由内到外依次设置的内胶层1、缓冲层2、缠绕层3、中胶层4和外胶层5，缠绕层3与中胶层4均设置有多层，且缠绕层3和中胶层4交替设置，缓冲层2为波纹状且填充有若干磁珠6，每相邻缠绕层钢丝的缠绕方向相反。
71.其中，该超高压液压软管的制备步骤为：
72.s1：用混炼机按配方混炼出内层胶1、缓冲层2和外胶层5；
73.s2：在内层胶1的外壁包覆缓冲层2，缓冲层2带有磁性，在缓冲层2表面吸附若干磁珠6；
74.s3：沿缓冲层2外壁进行钢丝缠绕，形成缠绕层3，磁珠6位于缓冲层2与缠绕层3之间；
75.s4：涂胶进行缠绕层3的固定，在缠绕层3的外侧包覆中胶层4，缠绕层3与中胶层4均设有多层，缠绕层3和中胶层4交替设置；
76.s5：在缠绕层3的外侧包覆外胶层5；
77.s6：缠布硫化保护层，在硫化罐中硫化，拆去硫化保护层，脱芯，得到高压液压软管。
78.其中，软管弯曲时，与内胶层1相连的缓冲层2发生弯曲，缓冲层2远离内胶层1的一侧波纹间间隙变大，磁珠6向波纹间隙大的位置聚集，增强抗压性能，具体的，软管在受到液体冲击时，内胶层1发生形变，与内胶层1相连的缓冲层2发生弯曲，缓冲层2远离内胶层1的一侧波纹间间隙变大，磁珠6进入波纹间隙。
79.其中，本发明软管的缓冲层2由以下原料制备而成：
80.天然橡胶70
‑
80份
81.四氧化三铁3
‑
6份
82.氧化锌3
‑
5份
83.硬脂酸3
‑
5份
84.防老剂1
‑
2份
85.硫化剂1
‑
2份
86.活性促进剂0.5
‑
1.5份。
87.其中，缓冲层2的制备包括以下步骤：
88.s1：依次将硬脂酸、氧化锌、防老剂、四氧化三铁加入天然橡胶中混炼30min；
89.s2：混炼均匀后在开炼机输泥管加入促进剂和硫化剂，薄通出片；
90.s3：将混炼胶置于充磁仪中，充磁后取出硫化。
91.当软管内输送一定压力的介质时，带有一定压力的介质对软管内壁造成一定的冲击，软管内壁长时间受到冲击将会发生破裂，为了减缓压力介质对软管内壁的冲击，本发明在内胶层1的外壁包覆有缓冲层2，缓冲层2外侧为波纹状，缓冲层2中含有磁性物质四氧化三铁，在制备过程中，混炼均匀后将混有四氧化三铁的混炼胶置于充磁仪中进行充磁，制备得到带有磁性的缓冲层2，缓冲层2表面吸附有若干磁珠6，当软管内壁受到压力介质的冲击时，软管的内层胶1发生形变，与内层胶1紧邻的缓冲层2随之发生形变，如图2所示，缓冲层2上受到冲击的位置，由于冲击力的作用缓冲层2此处发生弯曲，冲击力越大弯曲程度越大，由于缓冲层2外侧为波纹状，缓冲层2弯曲的位置其波纹间距增大，受到的冲击力越大其波
纹间的间距越大，在波纹间距增大的同时，一方面波纹间距内部对磁珠6产生吸引力，促使更多的磁珠6进入间隙，另一方面，缓冲层2发生弯曲，位于其外侧的缠绕层对缓冲层2产生压力，迫使更多的磁珠6进入波纹间隙，另外，缓冲层2一侧发生弯曲，其间隙增大，其相对侧间隙相对减小，其相对侧内的磁珠6一方面在挤压力的作用下往间隙大的方向移动，一方面由于磁珠6之间相互吸引，在吸引力的作用下会带动一部分磁珠6向间隙大的一侧移动，当波纹间隙内填充若干磁珠6后，由于磁珠6硬度较大，在波纹间隙处聚集的磁珠6形成类似增强块结构，对内层胶1受到冲击位置处的受力部位进行强度补偿，缓冲层2此处的强度将增大，使得对应的内胶层1的位置有较大的强度承受压力介质的冲击，避免压力介质冲击力过大，内层胶1弯曲过大形成裂痕，当内层胶1内壁无冲击力存在时，内层胶1恢复形变，与之相连的缓冲层2随之进行复原，缓冲层2之间的间隙恢复，处于弯曲处聚集的磁珠6在挤压力的作用下向两边移动，在缓冲层2进行弯曲恢复时，其发生弯曲的相对侧，即处于挤压状态的波纹间的间隙增大，促使磁珠6向相对侧移动，使其恢复初始状态，由于磁珠6分布于整个软管，所以液体在软管内输送时，不论对软管的哪个部位造成冲击，磁珠6都会根据受到冲击的位置发生适应性变化，使得软管的各个部位都具有对压力介质造成冲击的抵抗力。
92.液压软管在长时间使用后液压内部会产生裂缝，随着高压液体的不断冲击，裂缝将逐渐增大，一旦裂缝延伸到液压软管外胶层5，高压液体将以较大的压力喷出软管，将对工作人员造成伤害，本发明由于在缓冲层2的内部填充有磁珠6，当内胶层1出现裂缝，裂缝处磁珠6流失，磁通量减小，磁通量检测仪检测到的磁通量小于设定的磁通量阈值，若内层胶1和缓冲层2出现裂缝，该位置处的磁珠6将流失，此处磁通量将发生变化，利用磁通量检测仪定期对软管进行检测，若检测到该位置处磁通量小于设定的磁通量阈值，其中磁通量阈值设定为正常状态下磁通量最小值，则说明此处磁珠6发生流失，即证明该处出现裂缝，提醒工作人员及时更换，避免发生危险。
93.本发明利用磁珠6，一方面对软管弯曲处的强度进行了补偿，提高了弯曲处的强度；另一方面实现了当液压软管的缓冲层2出现裂缝导致磁珠6数量减少而产生的磁通量的变化，对软管内是否出现裂缝情况进行检测和预警，保证软管使用期间的安全性。
94.在收卷过程中，在现有技术中，经常性的弯曲将加大软管出现裂缝的概率，这是由于在往复的收卷过程中，橡胶本身将发生较大的弯曲，应力相对集中，在反复的挤压过程中易使橡胶部分断键，韧性下降脆性增强，在本发明中，在软管进行收卷时，由于有磁珠6的存在，一方面当缓冲层2弯曲时，磁珠6进入缓冲层2间隙较大的位置，另一方面，发生弯曲的相对侧波纹间隙将减小，应力相对集中，在磁珠6的存在下，由于磁珠6自身存在一定的弧度且不会随橡胶形变过大发生形变，能够防止橡胶弯曲程度过大，弯曲处应力过于集中，减小挤压程度过大对橡胶造成损害，进一步提高软管的使用寿命。
95.其中，本发明软管的内胶层1由以下原料制备而成：
96.丁苯橡胶50
‑
60份
97.丁腈橡胶55
‑
65份
98.氧化锌4
‑
6份
99.软化增塑剂2
‑
3份
100.粘合剂2
‑
3份
101.防老剂1
‑
2份
102.硫化剂1
‑
2份
103.活性促进剂0.5
‑
1.5份
104.丙烯腈
‑
苯乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物20
‑
25份
105.硬脂酸3
‑
5份
106.无水乙醇2
‑
5份
107.分散剂1
‑
2份
108.石墨烯3
‑
8份。
109.其中，内胶层1的制备包括以下步骤：
110.s1：将硬脂酸溶于无水乙醇中，加入石墨烯搅拌均匀，将偶联剂加入无水乙醇中配置成混合液，将制备的石墨烯混合液与偶联剂混合液混合并搅拌均匀，得到石墨烯复配液；
111.s2：将丁苯橡胶、丁腈橡胶倒入高速混合机中搅拌，搅拌5
‑
8min后加入步骤s1中制备的石墨烯复配液，混炼5min，再加入丙烯腈
‑
苯乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物，混炼5min；
112.s3：依次加入氧化锌、软化增塑剂、粘合剂、防老剂、活性促进剂、硫化剂，搅拌25min，将混合胶料排出；
113.s4：将排出的混合胶料放置在开炼机上，降温，挤出成型。
114.软管的内层胶1直接与带有压力的介质接触，受到的冲击力最大，因此内层胶1应具有良好的耐腐蚀性、抗冲击性，另一方面，在介质流动过程中，由于原子核对最外层电子吸引力不够，介质流动与软管内壁产生摩擦，在摩擦作用下失去部分电子，由于软管内壁绝缘性能较好，电荷无法流失将聚集起来，大量聚集的电荷产生较高的电压，当电位差较大时，就会出现火花放电，造成较大的危险隐患，为了及时导出电荷，本发明中加入丙烯腈
‑
苯乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物，加入的丙烯腈
‑
苯乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物与丁苯橡胶和丁腈橡胶混合胶混合，由于高分子分子链的运动能力较强，质子易于在分子间移动，通过离子导电来传导和释放产生静电荷，另一方面，为了能够进一步确保质子及时传导，本发明将硬脂酸溶于无水乙醇中，加入石墨烯搅拌均匀，制备分散剂混合液与石墨烯混合液混合均匀形成石墨烯复配液，在混合胶中加入石墨烯复配液，分散剂的加入能够改善橡胶和石墨烯的界面性能，降低橡胶熔体的粘度，改善石墨烯的分散度，提高石墨烯的分散性，防止石墨烯的团聚。
115.测试例1
116.对本发明制备的超高压液压软管的内层胶1进行电阻测试。
117.实施例1
118.实验步骤：
119.s1：将3
‑
5份硬脂酸溶于无水乙醇中，加入3份石墨烯搅拌均匀，将1
‑
2份分散剂加入无水乙醇中配置成混合液，将制备的石墨烯混合液与分散剂混合液混合并搅拌均匀，得到石墨烯复配液；
120.s2：将50
‑
60份丁苯橡胶、55
‑
65份丁腈橡胶倒入高速混合机中搅拌，搅拌5
‑
8min后加入步骤s1中制备的石墨烯复配液，混炼5min，再加入20
‑
25份丙烯腈
‑
苯乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物，混炼5min；
121.s3：依次加入4
‑
6份氧化锌、2
‑
3份软化增塑剂、2
‑
3份粘合剂、1
‑
2份防老剂、0.5
‑
1.5份活性促进剂、1
‑
2份硫化剂，搅拌25min，将混合胶料排出；
122.s4：将排出的混合胶料放置在开炼机上，降温，挤出成型。
123.实施例2
124.实验步骤：将实施例1中的实验步骤s1中加入的石墨烯更换为5份，其余步骤与用量与实施例1相同。
125.实施例3
126.实验步骤：将实施例1中的实验步骤s1中加入的石墨烯更换为8份，其余步骤与用量与实施例1相同。
127.对本发明实施例1
‑
3制备的不同石墨烯含量的超高压液压软管采用数字静电计进行电阻测试，结果见表1。
128.表1
129.组别软管电阻(ω)实施例1505实施例2106实施例3223
130.由实验结果可以看出，实施例2制备的软管的电阻阻值最小，说明在实施例2中石墨烯分散较为均匀，形成了导电网络，能够及时的疏导电荷，实施例1中制备的软管的电阻大于实施例2制备的软管的电阻，这时由于实施例1中石墨烯含量较少，进一步说明了石墨烯具有良好的导电性能，但是随着石墨烯含量的增加，软管的阻值反而变大(实施例3)，说明加入过量石墨烯后石墨烯在混合胶内发生了团聚，没有完全分散，大量团聚的石墨烯分散不均并不能有效的降低混合胶的电阻，无法及时转移电荷。
131.其中，本发明软管的外胶层5由以下原料制备而成：
132.丁腈橡胶45
‑
50份
133.顺丁橡胶45
‑
55份
134.聚氨酯橡胶35
‑
45份
135.聚氯乙烯40
‑
50份
136.粘合剂2
‑
3份
137.防老剂1
‑
2份
138.硫化剂1
‑
2份
139.活性促进剂0.5
‑
1.5份
140.分散剂1
‑
2份
141.炭黑3
‑
10份。
142.其中，外胶层5的制备包括以下步骤：
143.s1：将丁腈橡胶、顺丁橡胶、聚氨酯橡胶于密炼机中炼6min；
144.s2：依次将炭黑、分散剂、粘合剂、防老剂、活性促进剂和硫化剂加入步骤s1得到的胶料中；
145.s3：将混合胶料排出放置在开炼机上，降温，压出。
146.测试例2
147.对本发明制备的超高压液压软管的外胶层进行材料性能测试。
148.实施例4
149.实验步骤：
150.s1：将45
‑
50份丁腈橡胶、45
‑
55份顺丁橡胶、35
‑
45份聚氨酯橡胶于密炼机中炼6min；
151.s2：依次将3份炭黑、1
‑
2份分散剂、2
‑
3份粘合剂、1
‑
2份防老剂、0.5
‑
1.5份活性促进剂和1
‑
2份硫化剂加入步骤s1得到的胶料中；
152.s3：将混合胶料排出放置在开炼机上，降温，压出。
153.实施例5
154.实验步骤：将实施例4中的实验步骤s2中加入的炭黑更换为6份，其余步骤与用量与实施例4相同。
155.实施例6
156.实验步骤：将实施例4中的实验步骤s2中加入的炭黑更换为10份，其余步骤与用量与实施例4相同。
157.对比例1
158.实验步骤：
159.s1：将45
‑
50份丁腈橡胶、45
‑
55份顺丁橡胶、35
‑
45份聚氨酯橡胶于密炼机中炼6min；
160.s2：依次2
‑
3份粘合剂、1
‑
2份防老剂、0.5
‑
1.5份活性促进剂和1
‑
2份硫化剂加入步骤s1得到的胶料中；
161.s3：将混合胶料排出放置在开炼机上，降温，压出。
162.对本发明实施例4
‑
6和对比例1制备的不同炭黑含量的超高压液压软管进行材料性能测试，结果见表2。
163.表2
164.组别硬度(hd)撕裂强度(kn
·
m
‑1)实施例477.580实施例58290实施例672.583对比例16565
165.由表2可以看出加入炭黑后，制备的外层胶5的硬度和撕裂强度均有得到了提高，对比发现，实施例5制备的外层胶5的性能最佳，说明炭黑在与丁腈橡胶、顺丁橡胶和聚氨酯橡胶混炼、硫化的过程中，炭黑与橡胶分子二者之间相互结合，增强了橡胶分子之间的结合力，起到了补强的效果；针对撕裂强度，对比发现随着炭黑加入量的增多，其撕裂强度先升高后降低，可能是由于过多的炭黑无法在混合胶中分散均匀，整个团聚体系粒径增大，与橡胶基体的相互作用减弱，当受到拉伸作用时，这些炭黑团聚容易形成应力集中点，引发裂纹的生成，最终导致撕裂强度的下降。
166.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
167.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。