矿用耐磨钢丝缠绕胶管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管及其制备方法。
背景技术
目前，钢丝缠绕胶管由于具有优秀的承压能力，较长的使用寿命，已经被广泛用于矿产开发、工程建设、船舶运输等领域。矿用行业由于其极其特殊和苛刻的使用工况，使用过程通常伴随着高温、高震动、高摩擦。相对较高的环境温度外加臭氧、紫外线等外界因素影响，加速了外层橡胶的热氧老化，缩短了橡胶的使用寿命。高震动、高摩擦使裸露在外部的管体频繁受到冲击和疲劳应力，常常导致外胶层破损，钢丝骨架层直接裸露在工况环境中，受到酸、碱、盐等化学作用，使得钢丝层发生锈蚀，作为承受压力的主体，钢丝骨架层的锈蚀直接导致胶管使用寿命大大缩短，普通的橡胶外胶钢丝缠绕管不能满足矿用应用对于胶管寿命的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管，它具有优异的耐磨性能，优异的耐动态脉冲性能和耐疲劳性能，满足了矿用客户对于胶管耐磨性的要求。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管，它由内到外分别包括内胶层、钢丝增强层、结合胶层和耐磨层；其中，
内胶层的组分及各组分质量份如下：
丁腈橡胶：90-110份；
轻质碳酸钙：40-50份；
炭黑：40-50份；
芳烃油：8-16份；
固马隆：4-5份；
纳米氧化锌：2-3份；
二辛酯：1-2份；
防老剂：1-2份；
硫磺：1-3份；
促进剂：1-2份；
所述结合胶层的组分及各组分质量份如下：
丁腈胶：50-60份；
氯丁胶：40-50份；
炭黑：60-90份；
石蜡油：30-40份；
硅烷偶联剂：3-5份；
氧化锌：3-5份；
硬脂酸：1-2份；
苯酚甲醛树脂：3-4份；
防老剂：3-5份；
防护蜡：3-5份；
增塑剂：5-9份；
硫磺：2-3份；
促进剂：1-2份。
进一步，在内胶层中，丁腈橡胶为丁腈胶2865和丁腈胶7510的混合物；其中，
丁腈橡胶2865的质量份为40～50份；
丁腈橡胶7510的质量份为50～60份。
进一步，在内胶层中，碳黑为N660炭黑和/或防老剂为防老剂RD和/或促进剂为促进剂CBS。
进一步，在结合胶层中，碳黑为N550碳黑和/或防老剂为防老剂4010和防老剂A的混合物和/或促进剂为促进剂M。
进一步，防老剂为防老剂4010和防老剂A的混合物；其中，
防老剂4010的质量份为2～3份；
防老剂A的质量份为1～2份。
进一步，所述耐磨层为PVC塑料膜。
本发明还提供了一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管的制备方法，方法的步骤中含有：
在芯棒表面挤覆内胶层，得内胶芯棒；
按照制造规范的钢丝股数和螺距要求，在内胶芯棒上依次缠绕相应层钢丝形成钢丝增强层，得到缠绕半成品；
在缠绕半成品表面挤覆结合胶层，得到结合胶芯棒半成品；
将PVC耐磨带按照固定螺距缠绕在结合胶芯棒半成品上形成耐磨层，得到半成品；
将保护隔离带包覆在半成品上后进行硫化成型；
解开保护隔离带和脱去芯棒，得到成品。
进一步，在芯棒表面挤覆内胶层的步骤中，挤出机各区域温度设置为机头温度60-75℃，螺杆温度60-80℃，料腔1区温度60-75℃，料腔2区温度60-75℃，料腔3区温度70-80℃；内胶层挤出后对挤出的内胶芯棒进行水冷稳定其最终的内胶挤出外径。
进一步，得到缠绕半成品的过程中，相邻钢丝层的缠绕方向相反；
和/或钢丝层采用的钢丝表面镀有经硫化与橡胶中的化学组分发生反应的黄铜层。
进一步，在缠绕半成品表面挤覆结合胶层的过程中，
挤出机各区域温度设置为机头温度75-90℃，螺杆温度70-90℃，料腔1区温度70-85℃，料腔2区温度70-85℃，料腔3区温度75-85℃，对挤出的结合胶芯棒半成品进行水冷稳定其最终的结合胶挤出外径。
采用了上述技术方案后，通过本发明的内胶层和结合胶层的组分及组分质量份的设计以及挤出工艺的设计，使本发明产品具有优异的耐磨性能，优异的耐动态脉冲性能和耐疲劳性能，满足了矿用客户对于胶管耐磨性的要求。
附图说明
图1为本发明的矿用耐磨钢丝缠绕胶管的横截面图。
具体实施方式
本发明提供了一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
如图1所示，一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管，它由内到外分别包括内胶层1、钢丝增强层2、结合胶层3和耐磨层4；其中，
内胶层1的组分及各组分质量份如下：
丁腈橡胶：90-110份；
轻质碳酸钙：40-50份；
炭黑：40-50份；
芳烃油：8-16份；
固马隆：4-5份；
纳米氧化锌：2-3份；
二辛酯：1-2份；
防老剂：1-2份；
硫磺：1-3份；
促进剂：1-2份；
所述结合胶层3的组分及各组分质量份如下：
丁腈胶：50-60份；
氯丁胶：40-50份；
炭黑：60-90份；
石蜡油：30-40份；
硅烷偶联剂：3-5份；
氧化锌：3-5份；
硬脂酸：1-2份；
苯酚甲醛树脂：3-4份；
防老剂：3-5份；
防护蜡：3-5份；
增塑剂：5-9份；
硫磺：2-3份；
促进剂：1-2份。
苯酚甲醛树脂具体可以为苯酚甲醛树脂202。
进一步，在内胶层1中，丁腈橡胶为丁腈胶2865和丁腈胶7510的混合物；其中，
丁腈橡胶2865的质量份为40～50份；
丁腈橡胶7510的质量份为50～60份。
进一步，在内胶层1中，碳黑为N660炭黑；防老剂为防老剂RD；促进剂为促进剂CBS。
进一步，在结合胶层3中，碳黑为N550碳黑；防老剂为防老剂4010和防老剂A的混合物；促进剂为促进剂M。
进一步，防老剂为防老剂4010和防老剂A的混合物；其中，
防老剂4010的质量份为2～3份；
防老剂A的质量份为1～2份。
进一步，所述耐磨层4为PVC塑料膜。
该矿用耐磨钢丝缠绕胶管的制备方法，方法的步骤中含有：
在芯棒表面挤覆内胶层1，得内胶芯棒；
按照制造规范的钢丝股数和螺距要求，在内胶芯棒上依次缠绕相应层钢丝形成钢丝增强层2，得到缠绕半成品；
在缠绕半成品表面挤覆结合胶层3，得到结合胶芯棒半成品；
将PVC耐磨带按照固定螺距缠绕在结合胶芯棒半成品上形成耐磨层4，得到半成品；
将保护隔离带包覆在半成品上后进行硫化成型；
利用解带机将硫化完胶管上的尼龙带去除，同时电机推动管体将其从芯棒上推出，得到成品；
保压测试：用2倍的静水工作压力测试胶管无泄漏至少2分钟。
保护隔离带可以为尼龙带，尼龙带在硫化过程中起到保护和隔离的作用，并给予胶管布纹的表面质感。
硫化成型的过程中，采用饱和蒸汽一次硫化成型的方式，饱和蒸汽压力3.0-3.1MPa，硫化温度151.7℃，硫化时间为60min。
进一步，在芯棒表面挤覆内胶层1的步骤中，挤出机各区域温度设置为机头温度60-75℃，螺杆温度60-80℃，料腔1区温度60-75℃，料腔2区温度60-75℃，料腔3区温度70-80℃；挤出速度：32mm(-20)通径管20-25ft/min；38mm(-24)通径管15-20ft/min；51mm(-32)通径管10-15ft/min；内胶层1挤出后对挤出的内胶芯棒进行水冷稳定其最终的内胶挤出外径，冷却水温度保持在4℃。
进一步，得到缠绕半成品的过程中，在内胶层1上缠绕4层钢丝层，钢丝增强层2位于内胶层1和结合胶层3之间，采用钢丝缠绕结构，相邻钢丝层之间的缠绕方向相反，以达到受力平衡的目的。钢丝层与钢丝层之间有一层薄橡胶片起到粘结作用。钢丝表面镀有黄铜层经硫化与橡胶中的化学组分发生反应，提供良好的金属与橡胶间的附着力。钢丝缠绕角度搭配均采用平衡角搭配法，使钢丝总体缠绕角度等于54.7°。
进一步，在缠绕半成品表面挤覆结合胶层3的过程中，
挤出机各区域温度设置为机头温度75-90℃，螺杆温度70-90℃，料腔1区温度70-85℃，料腔2区温度70-85℃，料腔3区温度75-85℃，挤出速度：32mm(-20)通径管10-12ft/min；38mm(-24)通径管9-10ft/min；51mm(-32)通径管8-10ft/min；对挤出的结合胶芯棒半成品进行水冷稳定其最终的结合胶挤出外径，冷却水温度保持在4℃。
将PVC耐磨带按照固定螺距缠绕在结合胶芯棒半成品上形成耐磨层4，得到半成品的过程中，将聚氯乙烯(PVC)耐磨带按照1inch(25.4mm)的固定螺距均匀的缠绕在结合胶芯棒半成品上，绑带张力设定在1.5公斤左右，绑带速度：32mm(-20)通径管6.1m/min；38mm(-24)通径管5.9/min；51mm(-32)通径管4.9m/min。
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管，它由内到外分别包括内胶层1、包括四层由镀铜钢丝构成的钢丝层的钢丝增强层2、结合胶层3和耐磨层4；其中，
内胶层1的组分及各组分质量份如下：
丁腈橡胶2865：40份；
丁腈橡胶7510：50份。
轻质碳酸钙：40份；
N660炭黑：40份；
芳烃油：8份；
固马隆：4份；
纳米氧化锌：2份；
二辛酯：1份；
防老剂RD：1份；
硫磺：1份；
促进剂CBS：1份；
所述结合胶层3的组分及各组分质量份如下：
丁腈胶：50份；
氯丁胶：40份；
N550碳黑：60份；
石蜡油：30份；
硅烷偶联剂：3份；
氧化锌：3份；
硬脂酸：1份；
苯酚甲醛树脂：3份；
防老剂4010：2份；
防老剂A：1份。
防护蜡：3份；
增塑剂：5份；
硫磺：2份；
促进剂M：1份。
该矿用耐磨钢丝缠绕胶管的制备方法，方法的步骤中含有：
在芯棒表面挤覆内胶层1，得内胶芯棒；
按照制造规范的钢丝股数和螺距要求，在内胶芯棒上依次缠绕相应层钢丝形成钢丝增强层2，得到缠绕半成品；
在缠绕半成品表面挤覆结合胶层3，得到结合胶芯棒半成品；
将PVC耐磨带按照固定螺距缠绕在结合胶芯棒半成品上形成耐磨层4，得到半成品；
将保护隔离带包覆在半成品上后进行硫化成型；
利用解带机将硫化完胶管上的尼龙带去除，同时电机推动管体将其从芯棒上推出，得到成品；
保压测试：用2倍的静水工作压力测试胶管无泄漏至少2分钟。
保护隔离带可以为尼龙带，尼龙带在硫化过程中起到保护和隔离的作用，并给予胶管布纹的表面质感。
硫化成型的过程中，采用饱和蒸汽一次硫化成型的方式，饱和蒸汽压力3.0-3.1MPa，硫化温度151.7℃，硫化时间为60min。
在芯棒表面挤覆内胶层1的步骤中，挤出机各区域温度设置为机头温度60-75℃，螺杆温度60-80℃，料腔1区温度60-75℃，料腔2区温度60-75℃，料腔3区温度70-80℃；挤出速度：32mm(-20)通径管20-25ft/min；38mm(-24)通径管15-20ft/min；51mm(-32)通径管10-15ft/min；内胶层1挤出后对挤出的内胶芯棒进行水冷稳定其最终的内胶挤出外径，冷却水温度保持在4℃。
得到缠绕半成品的过程中，在内胶层1上缠绕4层钢丝层，钢丝增强层2位于内胶层1和结合胶层3之间，采用钢丝缠绕结构，相邻钢丝层之间的缠绕方向相反，以达到受力平衡的目的。钢丝层与钢丝层之间有一层薄橡胶片起到粘结作用。钢丝表面镀有黄铜层经硫化与橡胶中的化学组分发生反应，提供良好的金属与橡胶间的附着力。钢丝缠绕角度搭配均采用平衡角搭配法，使钢丝总体缠绕角度等于54.7°。
在缠绕半成品表面挤覆结合胶层3的过程中，
挤出机各区域温度设置为机头温度75-90℃，螺杆温度70-90℃，料腔1区温度70-85℃，料腔2区温度70-85℃，料腔3区温度75-85℃，挤出速度：32mm(-20)通径管10-12ft/min；38mm(-24)通径管9-10ft/min；51mm(-32)通径管8-10ft/min；对挤出的结合胶芯棒半成品进行水冷稳定其最终的结合胶挤出外径，冷却水温度保持在4℃。
将PVC耐磨带按照固定螺距缠绕在结合胶芯棒半成品上形成耐磨层4，得到半成品的过程中，将聚氯乙烯(PVC)耐磨带按照1inch(25.4mm)的固定螺距均匀的缠绕在结合胶芯棒半成品上，绑带张力设定在1.5公斤左右，绑带速度：32mm(-20)通径管6.1m/min；38mm(-24)通径管5.9/min；51mm(-32)通径管4.9m/min。
实施例二
一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管，它由内到外分别包括内胶层1、包括四层由镀铜钢丝构成的钢丝层的钢丝增强层2、结合胶层3和耐磨层4；其中，
内胶层1的组分及各组分质量份如下：
丁腈橡胶2865：50份；
丁腈橡胶7510：60份。
轻质碳酸钙：50份；
N660炭黑：50份；
芳烃油：16份；
固马隆：5份；
纳米氧化锌：3份；
二辛酯：2份；
防老剂RD：2份；
硫磺：3份；
促进剂CBS：2份；
所述结合胶层3的组分及各组分质量份如下：
丁腈胶：60份；
氯丁胶：50份；
N550碳黑：90份；
石蜡油：40份；
硅烷偶联剂：5份；
氧化锌：5份；
硬脂酸：2份；
苯酚甲醛树脂：4份；
防老剂4010：3份；
防老剂A：2份。
防护蜡：5份；
增塑剂：9份；
硫磺：3份；
促进剂M：2份。
本实施例的矿用耐磨钢丝缠绕胶管的制备方法与实施例一相同。
实施例三
一种矿用耐磨钢丝缠绕胶管，它由内到外分别包括内胶层1、包括四层由镀铜钢丝构成的钢丝层的钢丝增强层2、结合胶层3和耐磨层4；其中，
内胶层1的组分及各组分质量份如下：
丁腈橡胶2865：45份；
丁腈橡胶7510：55份。
轻质碳酸钙：45份；
N660炭黑：45份；
芳烃油：10份；
固马隆：4份；
纳米氧化锌：2份；
二辛酯：1份；
防老剂RD：1份；
硫磺：2份；
促进剂CBS：2份；
所述结合胶层3的组分及各组分质量份如下：
丁腈胶：55份；
氯丁胶：45份；
N550碳黑：75份；
石蜡油35份；
硅烷偶联剂：4份；
氧化锌：4份；
硬脂酸：2份；
苯酚甲醛树脂：3份；
防老剂4010：2份；
防老剂A：2份。
防护蜡：4份；
增塑剂：7份；
硫磺：2份；
促进剂M：2份。
本实施例的矿用耐磨钢丝缠绕胶管的制备方法与实施例一相同。
以上三个实施例制备得到的矿用耐磨钢丝缠绕胶管的测试数据如下：
以上三个实施例制备得到的矿用耐磨钢丝缠绕胶管的性能数据如下：
从以上两表，可以看出，实施例一至实施例三制备得到的矿用耐磨钢丝缠绕胶管的各项指标数据均符合要求，其耐磨性能、耐动态脉冲性能和耐疲劳性能极佳，符合设计要求。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
