胶管成型工艺

胶管成型工艺辛海亮先进制造技术研究中心目录●1、橡胶的基本成型工艺●2、胶管概述●3、缠绕胶管1、橡胶的基本成型工艺生橡胶只是作为橡胶制品的原料，而不能直接应用于制品，这是因为生橡胶没有具备必要的物理-力学性能和化学性能。生橡胶的特点是：强度低、可塑性大、遇到溶剂则溶胀进而溶解；生橡胶所具备的弹性受温度的影响很大，遇冷变硬，遇热变软而且发粘。这是因为生橡胶的分子结构是卷曲的线性结构，这就决定了其具有以上基本性质。为了达到工程应用的性能，应对生橡胶进行一系列的工艺加工。1、橡胶的基本成型工艺●塑炼：生胶塑炼时，置于塑炼机中的生橡胶受到机械剪切力、氧、温度或塑解剂的作用，产生复杂的物理-化学反应，使其大分子链被切断。生胶塑炼是橡胶制品生产过程中的第一道工序，是后续各道工序的基础，其目的是使生橡胶获得适合的可塑性，以便满足其后各个加工工序的工艺要求。●混炼：为了提高制品的物理-力学性能、改善橡胶加工工艺性、节约生橡胶的用量、降低生产成本等，在生橡胶中按照配方的设计要求加入各种配合剂，在炼胶机上将各种配合剂均匀地混入到具有一定塑性的塑炼胶或生橡胶中的工艺过程，称为橡胶的混炼。经混炼加工成的胶料，称为混炼胶。1、橡胶的基本成型工艺●压出：橡胶的压出是指橡胶胶料在压出机螺旋杆旋转推动作用之下进一步混炼并不断压向机头，通过制品所需要的口型进行连续成型的过程，被广泛应用于轮胎面、内胎、胶管、胶带、密封条以及各种各样复杂断面形状或空心制品和半成品的制造。●压延：压延是将混炼胶料通过专用压延设备的若干对相对旋转的辊筒间隙，使其受到挤压、延展而成为一定厚度均匀的或一定形状规格的胶片。1、橡胶的基本成型工艺●硫化：所谓硫化，就是在一定的工艺条件下，将生橡胶转变成弹性橡胶或者硬橡胶的加工过程。硫化还可以解释为：在加热条件下，胶料中的生橡胶与硫化剂发生化学反应，使橡胶由线性结构的大分子交联成立体网状的大分子，从而使橡胶胶料的物理-力学性能和化学性能都发生的明显改变和质的变化，以满足工程应用的工艺过程。●配合剂：硫化剂、硫化活性剂、防焦烧剂、填充剂、增塑剂、防老剂、着色剂、发泡剂、防霉剂、防白蚁剂、增稠剂、增粘剂等。2、胶管概述2.1名称：习惯上胶管按下列方法命名：材料+工艺（结构）+用途+胶管。如棉线编织耐油胶管。但有些专用胶管也可以按产品用途命名，如钻探胶管、蒸汽胶管、潜水胶管等。2.2分类：胶管通常按受压状态、加工方法和骨架层材料、输送介质要求的特性进行分类。按受压状态分类：耐压胶管、吸引胶管、耐压吸引胶管。按加工方法和骨架层材料分类：编织胶管（包括钢丝编织和纤维编织）、缠绕胶管（包括钢丝缠绕、纤维缠绕和帘布缠绕）、夹布胶管、针织胶管和其他胶管。按输送介质要求的特性分类：耐油胶管、耐酸胶管、耐碱胶管、蒸汽胶管、乙炔胶管、输氧胶管等。2、胶管概述2.3胶管的规格表示方法：●内直径：通常以mm或in表示●骨架层的材料、结构和层数：骨架层的材料和结构，通常用英文大写字母表示：P—夹布；B—编织；C/B—棉线编织；W/B—钢丝编织；S—缠绕●长度：以m表示●耐压程度：耐压程度通常以能承受的工作压力MPa表示●规格表示方法举例：如Φ25x3Px20m—0.5。2、胶管概述2.4包覆角：胶管骨架层线材的包覆角是胶管结构设计的一个重要参数，将骨架层线材切线方向与胶管轴线方向的夹角，称为胶管骨架层线材的包覆角，简称包覆角。若胶管在内压作用下，其管体的直径和长度都保持不变，且体积呈最大值，则此时骨架层线材的包覆角称为平衡角。如果骨架层线材的包覆角大于或小于平衡角，在内压作用下，其管体的直径和长度都将发生变化，当骨架层线材的包覆角等于平衡角时，承压效果最好。理论推导可知：胶管的平衡角等于54°44′。2、胶管概述现以编织胶管为例进一步说明平衡角的概念。骨架层编制于管体上，类似于螺纹结构，假设编织胶管的直径为D，编织角（编织线与管体轴线之间的夹角）为α，编织行程（螺距或节距）为T，取编织螺旋线中的一个螺距并将其展开，如图所示。管体在内压的作用下受周向弹力F1和轴向弹力F2，当F1和F2的合力F的作用线与管体轴线之间的夹角等于编制角时，此时的编制角即等于平衡角，其值为：α=arctan(F1/F2)=arctan(D/T)=54°44′。2、胶管概述2、胶管概述●一般情况下，在胶管的结构设计时，应使骨架层线材的包覆角等于平衡角，或者包覆层的综合角等于平衡角。对于多层编制或缠绕结构的胶管，常由于设备工艺等因素或者为了充分发挥各骨架层的综合作用，使内骨架层的包覆角略小于平衡角，外骨架层的包覆角略大于平衡角，即各包覆层的综合角达到平衡角。2、胶管概述2.5成型方法及特点硬芯法：这种方法是采用一根钢制的芯棒进行成型，即将挤出机挤出的内管坯套在芯棒上，或将压延机压延的内胶片贴在芯棒上进行成型。其特点是成型胶管内径尺寸准确、光滑，胶层与胶布层间的密着性好。但所能成型的胶管长度较短（一般在20m以下）、工序繁琐，劳动强度大，水布消耗多，芯棒的存放、搬运占地面积大。所以目前除特殊要求的夹布胶管、吸引胶管，或管径较大的胶管仍采用硬芯法成型外，其他一般被软心法或无芯法代替。2、胶管概述●软芯法：这种方法是用具有耐热、耐蒸汽以及抗拉伸变形等性能较好的高分子材料制成软芯，代替钢制硬芯进行成型。这是常用的一种成型方法，除了具有硬芯法的内径尺寸准确、光滑的优点外，还具有管坯可盘卷、弯曲，操作、搬运方便，便于连续化作业、生产效率高、可生产较长规格的胶管等优点。●无芯法：无芯法有内管坯充气法和内管坯半硫化法，充气法是在挤出机挤出的内管坯中充0.02-0.05MPa的压缩空气，代替芯棒进行成型。2、胶管概述2.6胶管成型前的准备工艺概述胶管成型前的准备工艺主要包括胶料的制备、胶浆制备、胶层的制备、胶布的裁断与拼接、管芯制备、线材合股、钢丝线材的预定型等。其中胶料的制备、胶浆的制备以及胶层制备中的压延、挤出、热炼等工艺是属于通用工艺，与其他橡胶制品生产所用的设备相同，只是由于产品的性能、使用要求、材料配方的不同，其工艺条件有所差异而已。3、缠绕胶管●3.1缠绕胶管的基本结构●缠绕工艺是在编织的基础上发展起来的，与编织工艺相比，具有生产效率高、产品性能好等优点。缠绕胶管的结构根据所用骨架层材料的不同，可分为纤维缠绕胶管、钢丝缠绕胶管和帘布缠绕胶管。●纤维缠绕胶管的基本结构：纤维缠绕胶管的基本结构由内胶层、纤维缠绕层和外胶层组成。各缠绕层之间通常采用胶浆（或胶黏剂）或中胶层（也可两者并用）结合，以提高各层之间的结合强度。3、缠绕胶管●纤维缠绕胶管的结构如下图所示：3、缠绕胶管●钢丝缠绕胶管的基本结构：钢丝缠绕胶管的基本结构由内胶层、钢丝缠绕曾和外胶层组成。各缠绕层之间通常采用中胶层结合，以提高整体结构性能，其缠绕层内、外可用纤维层作保护层。3、缠绕胶管3.2缠绕胶管的结构特点：缠绕胶管的结构特点是缠绕层以单根线层（纤维线、钢丝等）按缠绕角呈螺旋状缠绕在管坯上。相邻两缠绕层的旋向反向，每一单向层只承担一个方向的承载能力，只有两单向层同时存在时，才使胶管具有相应的承压强度，因此缠绕胶管的缠绕层数通常为偶数，一般为二、四、六层，每相邻两个单向层为一个工作层。从产品性能上看，比编织胶管具有一定的优越性，主要体现在以下几个方面。3、缠绕胶管●承压强度高；缠绕胶管的每一单向层的单根螺旋线相互平行，无线材编织交织状态，使用中不会发生因线材编织交织而产生的摩擦损耗，使骨架材料的承载能力得到充分发挥。有些工作压力要求较高的胶管，钢丝编织胶管不能使用，可采用钢丝缠绕胶管。●耐冲击及耐挠曲性能好：由于单一骨架层单根线材的螺旋线相互平行，无交织点，使线材的相对位移比较自由。加之每相邻两单向层上都有中间胶间隔，起到了较好的缓冲作用。因此使胶管具有良好的挠曲性能、抗疲劳能力和抗脉冲能力。3、缠绕胶管●胶管的成型效率高：缠绕胶管成型所用设备为缠绕机，其成型效率一般都比普通编织机高。3、缠绕胶管●3.3缠绕胶管工艺参数●缠绕角度：缠绕角度是指股线的方向与胶管管轴所倾斜的角度。胶管压力下的力学角度的数学计算值为54044ˊ,此角也称为平衡角或中心角。当缠绕角度偏离此角时会发生下列情况：胶管在内压作用下管体几何形状发生如下变化，即小于平衡角时内径增大，长度缩短；大于平衡角时，直径缩小，长度增加。耐压力降低：胶管耐压力与胶管骨架（缠绕）层计算直径平方成反比关系，因此，当缠绕角小于平衡角时，受压情况下，因直径增大，导致耐压力降低。3、缠绕胶管●缠绕行程T：缠绕的角度，在实际生产过程中，是以相应的缠绕行程来体现。所谓缠绕行程是股线的一个整螺旋，按缠绕物单向量得的长度，即某一载线锭子每转一周，其管牵引的距离，通常以mm表示。●缠绕密度：缠绕密度系由被缠绕胶管外表面的比例而定，当比例接近于1时，缠绕将无缝隙，当被遮蔽的面积小于1时，则编织将有平均分布的缝隙。而且，上述比例越小，则缝隙的宽度越大，缠绕密度用﹪表示。一般缠绕密度为70﹪～96﹪。3、缠绕胶管●缠绕的张力：即锭子的出线张力，缠绕的张力必须均匀一致。棉线缠绕张力较小，钢丝缠绕张力较大。●缠绕的排线与口型：缠绕的排线采用分线片，分线片的装配是按缠绕线的根数而定，为使缠绕线均匀分布于管坯上，分线片孔眼应等分均匀，缠绕的口型按缠绕的规格及管径大小来决定，一般口型直径比管坯外径大1～2根线直径。3、缠绕胶管3.4钢丝缠绕胶管成型钢丝缠绕胶管的成型方法有硬芯法和软芯法两种，在实际应用中，目前常采用硬芯法成型，用于制造高压胶管。缠绕胶管的成型工艺流程与编织胶管相比，主要区别是钢丝缠绕胶管的钢丝线材需经预定型处理，其他流程与编织成型的相应工艺相同。操作方法如下：●套芯：首先将合格的内胶层管坯放置于工作台上管芯表面涂上适量的隔离剂，然后内胶层管坯充入适量的空气进行套芯。套芯后，整理、检查、整径并存放好，送下一工序进行缠绕成型。3、缠绕胶管●成型：根据施工的要求，确定缠绕设备的分线片、口型、缠绕行程。缠绕第一根胶管前，将钢丝按出线方向经引线环、张力装置、分线片、整型口型，然后用胶布按缠绕方向紧扎在牵引机的引管上，开动缠绕机，使引管缓慢前进，通过调速器，调整牵引速度，使缠绕行程达到要求。缠绕行程调好后，速度要逐渐递增，到达一定速度后缠绕，缠绕过程中应将中胶片同时平服地引入缠绕层。缠绕时，钢丝张力要均匀，钢丝在管坯上应顺序排列，均匀平整。牵引装置压管要适度，不宜过紧，防止管坯变形。缠绕后，胶管两端钢丝必须修头，剪齐。管坯经涂刷胶浆，待干燥后，才能进行第二次缠绕。胶管最后一次缠绕完毕，缠绕层涂刷胶浆后进行干燥，送下一工序进行包贴外胶层。外胶层包贴操作，可采用挤出或胶片卷贴方法。3、缠绕胶管●缠水布：缠水布是钢丝缠绕胶管成型最后一道工序，缠水布操作是拉力要一致，水布紧而平，如果两人缠水布应从中部分别向两端缠绕，缠水布的质量要做到平伏、均匀、无皱褶、无裂口。谢谢大家！辛海亮先进制造技术研究中心