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    鋼絲——在橡膠軟管中的應用

    2022-04-28 17:26:29

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    橡膠軟管是由橡膠成分制成的軟管。廣泛應用于工業、農業、軍工、醫療、民生等領域。橡膠軟管可分為純橡膠軟管(非加強型軟管)和加強型軟管。加強膠管是指在內膠層和外膠層之間或僅在內膠層外(無外膠層)有一層或多層加強材料的膠管。加固層結構有很多種,基本上有兩類加固材料:纖維和金屬(金屬加固材料通常是鋼絲)。鋼絲加固是橡膠軟管,尤其是高壓軟管的重要結構部件,在橡膠軟管行業中需求量很大。

    為了更好地了解鋼絲在橡膠軟管中的作用以及橡膠軟管對鋼絲的要求,以下三部分介紹鋼絲在橡膠軟管中的應用。

    1鋼絲增強橡膠軟管

    1.1軟管壓力額定值

    根據SAE J 517標準,增強橡膠軟管的工作壓力大致分為五個等級:低壓、中壓、高壓、超高壓。在同一等級中,壓力取決于軟管的內徑。在相同的結構下,內徑越小,承受的壓力越大;內徑越大,承受的壓力越低。

    低壓軟管采用纖維材料加固;中壓軟管可采用纖維材料或鋼絲加固;高壓、超高壓和超高壓軟管通常用鋼絲加固。只有用于特殊用途的軟管使用芳綸纖維材料加固,其體積質量比鋼絲小,抗拉強度更高。鋼絲增強橡膠軟管的加強層有編織結構和纏繞結構,有時采用兩者的混合結構。在相同條件下,纏繞結構軟管比編織結構軟管具有更高的耐脈沖壓力性能。這是因為繞組鋼絲之間沒有像編織結構那樣的交叉點,鋼絲之間也不會有局部摩擦。

    1.2鋼絲編織結構

    編織結構是由兩股鋼絲以“兩上兩下”的形式在正方向和負方向交織在一起,形成一個網狀結構。根據軟管的壓力要求,可以是單層或雙層,鋼絲和金屬制品的規格厚度也各不相同。

    1.3鋼絲纏繞結構

    纏繞結構由兩組相鄰的鋼絲層反向螺旋纏繞而成,鋼絲之間不相互纏繞。鋼絲纏繞層為偶數層。根據軟管的壓力要求,一般有2層、4層和6層,鋼絲的厚度也不同。

    2鋼絲在橡膠軟管中的作用

    增強橡膠軟管是一種柔性導管,用于輸送液體、氣體、顆?;蚍蹱罟腆w材料,并傳輸液壓∏氣動功率。無論是輸送物料還是輸送動力,軟管都必須承受不同尺寸的內壓或外壓(正壓或負壓)。因此,鋼絲加強層的主要作用是加強橡膠軟管,使其具有正阻力∏負壓能力。在使用橡膠軟管,尤其是液壓軟管時,壓力不是恒定的。它必須承受從0壓力到125%工作壓力的周期性脈沖壓力,有時還要承受更高的瞬時沖擊壓力?,F行國家標準規定鋼絲編織軟管的壓力脈沖壽命為20萬次,鋼絲纏繞軟管的壓力脈沖壽命為30萬次和50萬次。許多橡膠軟管制造商聲稱,他們的鋼絲編織軟管和纏繞軟管的脈沖壽命達到100萬倍。

    在橡膠軟管的設計中,需要在所需的工作壓力上增加一個安全系數,即最小破裂壓力與最大工作壓力之比。安全系數在2到5之間,通常為4。橡膠軟管,尤其是液壓軟管,不僅要承受壓力引起的內徑增減、長度伸長和縮短的周期性變化,還要承受彎曲變形和安裝引起的周期性彎曲變化。此外,還存在運輸材料和電力傳輸介質、氣候和環境、高溫和低溫對內外橡膠層的劣化影響。這些因素不僅直接影響膠管的使用性能,而且影響膠管的使用壽命。

    在橡膠軟管的設計中,鋼絲主要考慮抗拉強度、韌性(柔韌性)和規格,并根據軟管的壓力等級選擇合適的鋼絲。一般來說,鋼絲的抗拉強度越低,柔韌性越好,抗拉強度越高,尤其是在其上限,柔韌性越差,脆性越大。然而,更重要的是開發高強度和良好柔韌性的鋼絲,這將對提高橡膠軟管的使用性能和使用壽命起到重要作用。

    鋼絲與橡膠之間的粘附力對橡膠軟管,尤其是液壓軟管的抗彎性能和脈沖性能非常重要。橡膠軟管成型和硫化后,管體的部件粘合良好,使管體成為一個整體,這是軟管設計中必須考慮的問題之一。除了在橡膠配合和軟管硫化方法方面采取措施外,鋼絲的表面處理以及涂層與橡膠之間的粘合也非常重要。

    3.鋼絲

    3.1鋼絲的形狀

    不同的用途需要不同的軟管結構和規格,而不同的軟管結構和規格需要不同形式的鋼絲作為加強件。應使用單根鋼絲編織和纏繞橡膠軟管。在編織和卷繞之前,使用鋼絞線或鋼絲機將鋼絲從線軸引導至主軸。在針織機的主軸上,一股中有幾根鋼絲,一股中最多有12根。在卷繞機的主軸上,每個主軸有一根鋼絲,3~6個主軸為一組。

    3.2鋼絲表面涂層

    為了提高鋼絲與橡膠之間的附著力,應對鋼絲表面進行處理。鋼絲表面通常需要鍍銅(銅鋅合金)、鍍銅(銅錫合金)和鍍鋅,最常用的是鍍銅方法。鋼絲表面的涂層通常是電鍍的。在橡膠軟管的硫化過程中,橡膠與鋼絲之間的界面會發生交聯反應,生成硫化銅和硫化鋅,使鋼絲與橡膠具有良好的粘接性能,并能結合在一起。

    鋼絲表面涂層中銅的含量和涂層厚度對鋼絲與橡膠的附著力有很大影響。黃銅涂層厚度一般為0.5mm 14~0。32μM,銅的質量分數為(68±4)%;青銅的厚度一般為0.08~0。銅的質量分數為98%~98%m;鍍鋅量一般為2~3g∏kg

    編織和纏繞橡膠軟管用鋼絲的一般性能要求是強度高、韌性好、伸長率小和耐脈沖疲勞性好。

    絞合鋼絲繩由多股鋼絲組成,絞合均勻、不松動、無應力、平直柔軟;表面應清潔,無銹蝕和污染。

    大直徑膠管螺旋線補強用鋼絲為圓形冷拔鋼絲,w(c)為0 35%~0。60%,鋼絲應具有適當的模量、強度和良好的韌性,以避免鋼絲在纏繞過程中發生脆性斷裂。為了防止鋼絲表面生銹,在加工過程中應涂上防銹銅涂層。

    輸油軟管、鉆井軟管和一些大直徑軟管的骨架材料采用扁鋼絲,一般使用量較小。

    鋼絲是增強橡膠軟管的重要組成材料。它在軟管的壓力、脈沖、沖擊和彎曲中起著關鍵作用。應該說,沒有鋼絲,就沒有高壓、超高壓和特殊的大口徑膠管。雖然芳綸纖維具有比鋼絲更高的強度、比鋼絲更小的體積和質量以及耐高溫性,這在某些應用中顯示了其優勢,但鋼絲的加固地位是不可替代的。


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