钢丝在橡胶软管中的应用

0. 20
±0. 010
2 150
35
58
3. 0
0. 25
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35
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0. 40
±0. 015
橡胶软管是以橡胶配料为原料制造的软管 ,广 泛应用于工业 、农业 、军工 、医疗和民生 。橡胶软管 有纯胶软管 (非增强软管) 和增强软管之分 。增强橡 胶软管系指在内胶层与外胶层之间或只在内胶层外 面 (无外胶层) 有一层或多层增强材料层的软管 。增 强层结构多种多样 ,而增强材料则基本有两大类 :纤 维和金属 (金属增强材料一般为钢丝) 。
编织结构由正反两个方向走向的两股钢丝以 “两上两下”的形式相互交织而成 ,呈席纹结构 ,如图 1 所示 。根据软管压力要求 ,可为单层或双层 ,钢丝
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金 属 制 品
第 28 卷
规格也有粗细之别 。
图 1 钢丝编织结构示意图
1. 3 钢丝缠绕结构 缠绕结构由两组相邻层钢丝呈反向螺旋缠绕而
钢丝增强材料是橡胶软管 ,尤其是高压软管的 一个重要结构成分 ,在橡胶软管行业中有相当大的 需求量 。据保守估计 ,我国现在钢丝编织橡胶软管 的年产量在 1 000 万标米以上 ,钢丝缠绕橡胶软管约 400 万标米 。钢丝编织橡胶软管以每标米钢丝耗量 0. 8 kg 计 ,钢丝总用量为 8 000 t ;钢丝缠绕橡胶软管 以 2. 2kg 计 ,总耗量为 8 800 t ,两项合计 16 800 t 。石 油钻探橡胶软管等特种大口径软管的钢丝耗量还未 计算在内 。
钢丝与橡胶的粘合对橡胶软管 ,尤其是液压软 管的耐屈挠性能和脉冲性能是很重要的 。橡胶软管 成型硫化之后 ,管体各组份之间粘合良好 ,使管体成
第 3 期
刘玉田 :钢丝在橡胶软管中的应用
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为一不可分割的整体 ,这是软管设计必须考虑的问 面进行处理 。钢丝表面通常要求镀黄铜 ( 铜锌合
题之一 。除了在胶料配合和软管硫化方法等方面采 金) 、镀青铜 (铜锡合金) 和镀锌 ,而以镀黄铜法最为
成 ,钢丝不相互交织 ,如图 2 所示 。钢丝缠绕层为偶 数层 。根据软管压力要求 ,一般有 2 层 、4 层和 6 层 之分 ,钢丝也有粗细之别 。
图 2 钢丝缠绕结构示意图
1. 4 特种大口径橡胶软管 钢丝编织和缠绕橡胶软管 ,内径一般在 51 mm
以下 。内径大于 51 mm 的软管 ,被称为大口径软管 , 如石油钻探橡胶软管 、海上输油橡胶软管 、码头排吸 橡胶软管 、疏浚橡胶软管 、矿砂等固体物料输送橡胶 软管 。农用排灌橡胶软管和其它排吸软管也属大口 径橡胶软管 ,但其增强层主要是浸胶纺织物 (称为夹 布层) ,而以铠装钢丝螺旋线辅之 ,以保持软管的圆 环状和承受正Π负压力 。
股根数的选择由软管内径而定 。
劳性能 。因此 ,通常采用 70 号高碳钢拉拔的高强度
石油钻探橡胶软管一般使用较粗的单根钢丝 , 钢丝 ,其主要化学成分见表 1 ,规格和性能见表 2 。
也有使用合股细钢丝绳的 。
表 1 优质碳素钢丝主要成分的质量分数 %
大口径的海上输油橡胶软管和码头排吸橡胶软
元 素
低压软管用纤维材料增强 ;中压软管可用纤维材 料增强 ,也可用钢丝增强 ;而高压、甚高压和超高压软 管一般均用钢丝增强 ,只有特殊用途的软管采用体积 质量比钢丝小而抗拉强度比钢丝高的芳酰胺纤维材 料增强 。钢丝增强橡胶软管的增强层有编织结构和 缠绕结构 ,有时也采用二者混合结构 。在相同条件 下 ,缠绕结构软管比编织结构软管具有更高的耐脉 冲压力性能 。这是因为缠绕钢丝之间没有如编织结 构那样的交织点 ,钢丝之间不会发生局部磨擦 。 1. 2 钢丝编织结构
石油钻探橡胶软管 ,内径为 64～102 mm ,工作 压力为 27～52 MPa ,是一种大口径超高压橡胶软管 。
这种软管用单根粗钢丝或合股细钢丝绳缠绕增强 , 一般为 4 层 。
码头排吸橡胶软管 ,内径为 102～304 mm ,工作 压力为 1. 55 MPa ,用于码头与油轮之间排吸石油和 石油制品 。它其实是码头与油轮输油管线之间的软 连接 ,以适应油轮在水中的上下和水平浮动 。这种 软管一般用钢丝帘线缠绕增强 ,并辅以粗钢丝螺旋 线 。帘线层一般为 4 层 。这种排吸橡胶软管也可用 于排吸其它化学品 。
关键词 钢丝 橡胶软管 应用
Application of the Steel Wire in Rubber Hose
Liu Yutian ( Shengyang Rubber Research Institute of China Rubber Group 110021)
Abstract To introduce the pressure grade of rubber hose. Steel wires are usually used as reinforcement material in high ,even high and super2high pressure hose. These wires are braided or winded. A hose with a layer of winded wires possesses better anti2pulse pressure property than the braided one. Among the wires in use ,some are individual ,some are stranded ,some are flat. To raise the cohesion between the wire and rubber ,brass ,broze or zinc is coated on the surface of steel wire. The composition ,property and size should satisfy corresponding conditions in concrete uses. Keywords steel wire ; rubber hose ; application
不同用途需要不同的软管结构和规格 ,而不同 与橡胶的粘合性能有较大影响 。黄铜镀层的厚度一
的软管结构和规格则需要使用不同形态的钢丝作为 般为 0. 14～0. 32μm ,铜的质量分数为 (68 ±4) % ;青
增强材料 。编织和缠绕橡胶软管使用单根钢丝 。在 铜的厚度一般为 0. 08～0. 20μm ,铜的质量分数为
S
0. 30
面的外露线 (铠装) 软管所用钢丝一般为圆钢丝 。
P
0. 30
但是 ,某些特殊用途的橡胶软管如海底输油软
Cu
0. 10
管 ,不使用钢丝作为增强层 ,而是使用由条状钢片制
Cr
0. 10
作的螺旋互锁式可屈挠管状物作为增强层 ,其本身
Ni
0. 10
也是内衬层而直接与石油相接触 。
Mo
0. 05
最小值
最大值
管一般使用钢丝帘线 ,也有的海上输油橡胶软管使用
C
0. 60
0. 90
合股细钢丝绳 ,钢丝螺旋线则使用较粗的单根钢丝。
Mn
0. 40
0. 80
有一种粗糙内壁橡胶软管 ,亦称内露线软管 ,其
增强螺旋线裸露在软管内壁上 。这种螺旋线有的是
Si
0. 30
圆钢丝 ,有的是扁钢丝 。增强螺旋线裸露在软管外
在橡胶软管设计中 ,对钢丝的考虑主要是抗拉 强度 、韧性 (屈挠性) 和规格 ,根据软管的压力等级选 择适当的钢丝 。一般说来 ,钢丝的抗拉强度愈低 ,屈 挠性愈好 ,而抗拉强度愈高 ,尤其是在其上限 ,屈挠 性就愈差 ,脆性就愈大 。但是 ,更为重要的是开发强 度高而同时屈挠性也好的钢丝 ,这将对橡胶软管的 使用性能和使用寿命的提高起重要作用 。
在橡胶软管设计中 ,需要对所要求的工作压力 加上一个安全系数 ,即最小爆破压力与最大工作压 力之比 。安全系数从 2 到 5 不等 ,一般为 4 。橡胶软 管 ,尤其是液压软管 ,在工作期间 ,不但要承受因压 力而出现的内径增大 、缩小和长度伸长 、缩短的周期 变化 ,而且还要承受因弯曲变形安装而造成的周期 屈挠变化 。此外 ,还存在着所输送的物料和传递动 力的介质 、气候和环境 、高温和低温等对内胶层和外 胶层的劣化作用 。所有这些因素不但直接影响橡胶 软管的使用性能 ,也影响软管的使用寿命 。
第28卷 第3期 Vol128 No13
金 属 制 品 Steel Wire Products
ห้องสมุดไป่ตู้
2002 年 6 月 J une 2002
钢丝在橡胶软管中的应用
刘玉田
(中橡集团沈阳橡胶研究设计院 110021)
摘 要 介绍橡胶软管的压力等级 ,高压 、甚高压和超高压软管一般均用钢丝作为增强材料 。增强材料的钢 丝层有编织和缠绕两种结构 ,相同条件下缠绕结构比编织结构软管具有更高的耐脉冲压力性能 。作为增强材料的 钢丝有单根的也有合成股绳的 ,也有扁形的 。为提高与橡胶的粘合性能 ,钢丝表面要求镀黄铜 、青铜或锌 。钢丝的 成分 、性能 、规格根据具体用途应满足相应条件 。
3. 2 钢丝的表面镀层
Sn
0. 05
为了提高钢丝与橡胶的粘合性能 ,应对钢丝表
表 2 胶管常用的增强钢丝 (镀黄铜) 规格和主要性能指标
公称直径Π mm
公差Π mm
抗拉强度 ( ≥)Π 扭转 (100 ×d) ( ≥)Π 反复弯曲 ( ≥)Π 打结强度率Π 黄铜镀层质量Π
MPa
次
次
%
(g·kg - 1 )
编织和缠绕之前 ,使用合股机或导线机将钢丝从线 90 %～98 % ;镀锌量一般为 2～3 gΠkg。