摘要：本文主要简述了胶管结构设计、胶料配合，以及对钢丝编织胶管常见质量问题进行分析并提出相应措施。
关键词：钢丝编织胶管；结构设计；胶料配合；常见质量问题
钢丝编织胶管作为柔性连接管，主要用于工程机械液压油管、海底天然气、石油、灌溉、钢厂、化工厂等介质的输送。编织管一旦出现质量问题，发生破损、脱落、介质泄漏，将造成严重后果，甚至产生安全问题。因此有必要对编织管作进一步的研究。
一、胶管结构设计
钢丝编织胶管的编织层通常都按平衡角（54°44′）进行编织而成。这种结构的胶管具有承压性能好、弯曲性能好、材料利用率高等优点，但是这种编织结构并不是完美的。54°44′是从单层薄壁容器受力状态分析推导出来的中性角度，但对像高压胶管这种多层增强的厚壁管体，这个角度存在一定的缺陷。比如，按这个角度设计的胶管，一个编织层的爆破压力可达理论值的90 %左右，两个编织层约80%，三个编织层只有75 %左右。各增强层受力不均，内层应力大，外层应力小，且逐层递减。在脉冲试验和实际使用中，胶管内层钢丝常因疲劳而断裂，中层和外层却完好无损，严重影响胶管的内在力学性能。对于多层编织结构的胶管来说，常使内层骨架编织角略小于平衡角，而外层编织角略大于平衡角，即通常被称为“配合角”结构。其特点是能使胶管在承受内压的情况下，更好地发挥各层骨架材料的作用。实践中，用钢丝增强胶管的“最佳角度数列”设计方法，克服了多层增强结构在力学上的不均匀性。这种方法设计的钢丝编织胶管在静压试验时长度变化率低、脉冲试验中摆动振幅小。
二、胶料配合
钢丝编织胶管的破坏主要是爆破或接头处断裂。因此，除了要求胶管的外层胶耐使用环境老化、内层胶耐液压介质外，还应具有较高的定伸应力、动态疲劳性能、撕裂强度和较低的压缩永久变形等。
（一）胶种选择
内层胶视满足输送介质的性质和温度范围而定，除常用的NBR（丁腈橡胶）外，考虑到更低渗透性的要求，已使用IIR（丁基橡胶）、FKM（氟橡胶）、HNBR（氢化丁腈橡胶）、改性尼龙。为降低成本，在内层胶外涂覆一层薄薄的FKM或改性尼龙层。中胶层胶料可选择低丙烯腈含量的丁腈橡胶或氯丁橡胶。通过向胶料中加入SBR或CR，可改善镀铜钢丝与NBR胶料的粘合性能。外胶层以往以CR（氯丁橡胶）为主，目前已广为采用EPDM（三元乙丙橡胶）、IIR（丁基橡胶）、NBR（丁腈橡胶）与CSM（氯磺化聚乙烯）或氯化聚乙烯或ECO（氯醚橡胶）并用，以提高耐天候性、耐臭氧和低温性能。
（二）硫化体系
硫化体系要根据具体胶种而定，若是丁腈橡胶，通常采用硫黄硫化体系。促进剂以噻唑类和次磺酰胺类效果较好。在NBR与CR并用的配方中，若CR配比大于NBR，应按CR的硫化体系配合。如将氧化锌、氧化镁等硫化活性剂并用，不仅可以取得良好的硫化效果，还可以提高胶料的粘合强度。同时，配合适量的氧化镁可获得较好的耐热性能及抗压缩性能。
（三）补强剂及填充剂
通常配用高耐磨炭黑HAF、通用炭黑GPF或两者并用，或与半补强炭黑SRF并用。若并用部分快压出炭黑，则挤出阻力小，管胚表面光亮。若配用大量的喷雾炭黑，可获得更为满意的综合物理机械性能、低温性能和挤出性能，压出的管坯表面光泽性好，可提高胶料的密实性和定型性。中层胶可并用白炭黑，以提高胶料与钢丝的粘合性能。
（四）粘合体系
通常采用间甲白粘合体系来提高NBR胶料与镀铜钢丝编织层的粘合强度。在酚醛树脂（RF树脂）、HMMM与白炭黑并用试验中，白炭黑用量是改善胶料与镀黄铜钢丝粘合性能的主要因素。钴盐可以明显改善镀铜钢丝与橡胶之间的粘合性能，在中胶层采用硼酰化钴与粘合剂AS-88并用，可取得良好的粘接效果。
（五）软化剂
软化剂用量不宜过多，否则会影响胶料粘合性能。在丁腈橡胶和氯丁橡胶的配合中，增塑剂的品种以酯类效果较好，其中脂肪二元酸酯（如己二酸二辛酯等）的增塑效果及低温性能比苯二甲酸酯类（如邻苯二甲酸二丁酯等）更为优异，两者并用效果更好。
（六）防老剂
一般认为，防老剂对粘合性能的直接影响不大。但防老剂BLE对橡胶，特别对丁腈橡胶与镀铜钢丝的粘合有特殊的增粘作用。因此，在中胶层配方中，可采用防老BLE。
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（七）增强材料
有两种化学纤维有望取代钢丝用于编织胶管，使胶管的质量减轻，柔软性好，强度高。一种是芳纶，它既有钢丝的强度，又有纤维的柔性，它相对密度小、模量高、强度大、变形小、耐腐蚀、耐高温且阻燃（550 ℃以上才分解炭化，可长时间在300 ℃的高温下工作），耐疲劳性良好，是一种很有发展前途的骨架材料。至于它与橡胶的粘合问题，通过对芳纶进行等离子处理后有较大改善。
另一种是POK纤维（聚甲酮纤维）（英国SHEII公司产品），这是一种超高强度、超高模量纤维，其强度指数为200（人造丝100、聚酯60、PEN100、芳纶300），模量指数为250（人造丝100、聚酯60、PEN100、芳纶300），而且有极高的耐热性，它收缩率低，无需浸渍处理，与橡胶的结合非常好。
三、常见质量问题
（一）内胶层麻坑
（1）原因分析：①针对无硫胶料，主要是由于密炼时间过长，温度过高，生成炭黑凝胶太多所致；②加硫胶料，主要是胶料在长期温度较高的情况下引起焦烧；③在胶料中混入了已经焦烧的胶料。
（2）解决措施：①严格控制密炼时间和温度；②加硫过程严格控制辊温和加硫方式方法；③热炼、挤出前必须严格检查炼胶机、挤出机是否有残余胶料；④每批次胶料回料必须清楚标识材料名称和时间，并清理干净。
（二）增强层纹路不平整
（1）原因分析：①增强钢丝质量问题：比如粗细不均匀；②钢丝悬垂差没有达到工艺要求，编织过程中出现钢丝移位；③编织机锭子张力没有达到工艺的要求。
（2）解决措施：①加强增强材料供应商的管理和质量要求；②保证合股机线盘座张力符合工艺要求；③编织过程中，严格按照工艺要求对张力器进行调整。
（三）喷霜
（1）原因分析：①配方设计材料选择不合适或配方设计材料用量不合适；②炼胶过程对温度、时间等掌握不当，导致分散性均匀程度等方面出现问题；③成型过程工艺控制方面的问题（挤出速度过快、硫化欠硫或过硫）。
（2）解决措施：①严格控制配方所需材料的品种，规格型号，生产厂家；②严格控制炼胶过程参数，加强热炼过程控制，包括温度、打卷、薄通次数等；③硫化过程必须严格执行工艺规定要求。
（四）钢丝松散
（1）原因分析：①钢丝与胶层粘着性差；②锭子弹簧张力偏小；③钢丝太硬，刚性过大。
（2）采取措施：①改进内、中、外胶胶料配方，提高胶料与钢丝的粘着强度；②适当加大锭子弹簧的张力；③选用刚性适宜的钢丝。
（五）欠硫问题
（1）原因分析：①硫化过程温度低、时间短、速度慢；②硫化罐内冷凝水太多；③胶管堆叠层太多，硫化罐内串热困难。
（2）采取措施：①调整胶料配方或制定合理的硫化工艺；②将蒸汽管道内的冷凝水排除干净后再注汽，硫化过程中也要及时排除冷凝水；③适当减少胶管堆叠层数，保证均匀受热。
（六）硫化起泡脱层和海绵问题
（1）原因分析：①初始硫化时升温时间过长；②原材料和胶料中含水分太多；③溶剂未挥发干净；④半成品表面粘有油污或其他脏物；⑤对胶管外加压力不足；⑥解水包布前冷却不充分。
（2）采取措施：①适当缩短或重新确定合理的升温时间；②加强原材料烘干，生产过程中避免胶料混入水分；③保证胶浆干燥彻底或选用容易挥发的溶剂；④保证生产区域的环境卫生，使管子表面无灰尘、污物，必要时用溶剂擦拭干净；⑤适当增加水布的缠卷力度：⑥必须充分冷却后才能解开水布脱芯，特别是层数多的胶管。
总结
由于胶管使用条件日益苛刻，技术要求不断提高，加之新材料的研究与应用，质量要求也在不断提高，尤其是国防航空航天行业对橡胶软管质量要求更为严格，因此对于提高钢丝编织胶管的质量越显重要。
参考文献：
[1]钢丝编织_缠绕胶管常见质量问题_原因及解决措施_张亮
[2]钢丝编织胶管常见质量问题分析_张虹
[3]国内外钢丝编织胶管的发展概况_彭秋柏
论文作者:何瑞帮
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/25
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