專利名稱：用具對位芳族聚酰胺纖維之復(fù)合繩增強的軟管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用具對位芳族聚酰胺纖維之復(fù)合繩增強的軟管，所述軟管具有高耐爆破壓力和良好的體積膨脹性，適合用作動力轉(zhuǎn)向管。
背景技術(shù)：
近年來，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，軟管被廣泛地應(yīng)用于多種汽車部件以供傳輸帶壓液體或氣體，例如，機動車散熱器和加熱器軟管、空調(diào)軟管、剎車軟管和動力轉(zhuǎn)向管等。 通常這些軟管組件包括一層管芯層、一層或多層的增強層、和在所述增強層上至少一層的外覆層。所述增強層通常采用人造纖維或鋼絲材料的線繩形成，這些線繩以針織、機織、編織或螺旋纏繞在所述管芯層上來增加軟管的耐壓性。所述軟管的管芯層和外覆層通常采用熱塑性樹脂或是由彈性基材形成。對于低壓至中壓軟管，通常采用聚酯、尼龍、人造絲或維尼綸(Vinylon)纖維作為所述的增強層材料。對于高壓或超高壓軟管，則使用具有高強度的纖維，例如，對位芳族聚酰胺和鋼絲等。但是用于動力轉(zhuǎn)向管(一種高壓油管)的增強層材料卻優(yōu)選使用尼龍纖維。因為動力轉(zhuǎn)向管在受壓的初始階段，尼龍纖維所形成的增強層可藉管體的膨脹來緩解瞬間升高的內(nèi)壓。SAE J188規(guī)定，I型的動力轉(zhuǎn)向管需滿足最小3cc/f00t和最大8cc/f00t的體積膨脹要求；II型的動力轉(zhuǎn)向管需滿足最小Scc/foot和最大17cc/f00t的體積膨脹要求。美國專利申請2008/0314470公開一種適用于動力轉(zhuǎn)向的軟管，所述軟管包含管芯層、外覆層、和一層纖維增強層，但不排除多于一層增強層之結(jié)構(gòu)；所述軟管采用耐高溫的熱塑性樹脂作為其管芯層和外覆層的材料，而用于增強層的優(yōu)選纖維則是3600旦的尼龍纖維。但是，由于動力轉(zhuǎn)向管同時需要滿足耐高壓要求，一層尼龍纖維的增強層無法滿足這種耐高壓要求，結(jié)果工業(yè)上的實際應(yīng)用只得使用至少兩層的尼龍纖維層以達(dá)到耐高壓要求。SAE J188標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，動力轉(zhuǎn)向管需要采用兩層纖維編織結(jié)構(gòu)的增強層以滿足41. 4MPa 的耐爆破壓力要求。美國專利US7，614，公開了動力轉(zhuǎn)向管采用了兩層由尼龍或聚酯編織形成的增強層。其他例如美國專利US4，273，160和US6，631，742也公開了類似地使用兩層纖維增強層的動力轉(zhuǎn)向管。從功能的角度來說，兩層纖維增強層常發(fā)生負(fù)荷轉(zhuǎn)移的問題。如果兩層纖維增強層的材料與編織方式完全一樣，內(nèi)層通常比外層承受較多的負(fù)荷，而外層只發(fā)揮了其50% 的功效。為了解決負(fù)荷轉(zhuǎn)移的問題，美國專利US5，660，210公開了使用具有不同性質(zhì)的兩層纖維增強層，其中內(nèi)層比外層更易伸展，由此使得負(fù)荷能夠被轉(zhuǎn)移到外層。美國專利 US4, 273，160公開了類似的技術(shù)方案。但是這些技術(shù)方案會增加材料上的處理和生產(chǎn)難度。 此外，為保證兩層增強層能夠平均分擔(dān)負(fù)荷需要采取非常嚴(yán)苛的工藝參數(shù)。在許多情況下，在兩層纖維增強層之間還需要一層中間橡膠層，使纖維與橡膠之間有較好的粘結(jié)，并減少兩層纖維層之間的相互磨損，由此增加軟管的使用壽命。但是再增加一層橡膠層顯然增加原材料和生產(chǎn)的成本、以及生產(chǎn)工藝的難度，所得到的軟管也變得
更加厚重。軟管例如動力轉(zhuǎn)向管若采用單層纖維增強層比起用雙層纖維增強層的優(yōu)勢在于不涉及負(fù)荷轉(zhuǎn)移的問題、節(jié)省生產(chǎn)成本、和簡化生產(chǎn)工藝。但是，僅使用高強度的纖維，例如對位芳族聚酰胺、或鋼絲等形成軟管的單層纖維增強層，所獲得的軟管雖然滿足耐爆破壓力的要求，然而卻無法滿足體積膨脹性的要求。因此現(xiàn)有技術(shù)至今無法提供僅有單層纖維增強層的軟管作為動力轉(zhuǎn)向管、并同時達(dá)到工業(yè)上對其耐爆破壓力和體積膨脹的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種軟管，其包括至少一層管芯層、至少一層外覆層、和位于管芯層和外覆層之間的單層纖維增強層，所述纖維增強層包含由至少一股對位芳族聚酰胺纖維和至少一股斷裂伸長率大于等于15%的高伸長纖維捻合在一起形成的復(fù)合繩，所述復(fù)合繩的加捻系數(shù)為4. 5-12 ；所述軟管的管芯層和外覆層由彈性基材形成。由于本發(fā)明采用由至少一股對位芳族聚酰胺纖維和至少一股高伸長纖維捻合在一起形成的復(fù)合繩來構(gòu)成所述的纖維增強層，使得所制得的軟管只采用單層纖維增強層就能同時滿足工業(yè)上對動力轉(zhuǎn)向管的耐爆破壓力和體積膨脹的要求。所獲得的軟管的耐爆破壓力范圍為大于等于41. 4MPa,體積膨脹范圍在8. 97MPa的內(nèi)壓下為3-17cc/f00t。本發(fā)明的軟管可以理想地用作動力轉(zhuǎn)向管。


圖1是本發(fā)明的軟管的一個實施方式的立體剖視圖；圖2是本發(fā)明的軟管的一個實施方式的立體剖視圖；圖3-圖5是本發(fā)明的軟管的一個實施方式中纖維增強層的示意圖；圖6-圖8是本發(fā)明的軟管的幾種實施方式中纖維增強層中復(fù)合繩的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式除非另外說明，本發(fā)明提到的所有的出版物、專利申請、專利和其它參考文獻(xiàn)都以引用的方式全文結(jié)合入本文中，相當(dāng)于全文呈現(xiàn)于本文。除非另外定義，本文中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常所理解的同樣含義。在抵觸的情況下，以本說明書包括定義為準(zhǔn)。除非另外說明，所有的百分?jǐn)?shù)、份數(shù)、比例等都以重量計。當(dāng)以范圍、優(yōu)選范圍、或者優(yōu)選的數(shù)值上限以及優(yōu)選的數(shù)值下限的形式表述某個量、濃度或其它值或參數(shù)的時候，應(yīng)當(dāng)理解相當(dāng)于具體揭示了通過將任意一對范圍上限或優(yōu)選數(shù)值與任意范圍下限或優(yōu)選數(shù)值結(jié)合起來的任何范圍，而不考慮該范圍是否具體揭示。除非另外指出，本文所列出的數(shù)值范圍旨在包括范圍的端點，和該范圍之內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。在本文中，術(shù)語“由……形成“或“由……構(gòu)成”等同于“包含/包括”。本文中所用的術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”、“有”“含有”或它們的任意其他變體，是意圖包括非排它性的包含。例如，包含一系列要素的組合物、過程、方法、制件或設(shè)備并不一定只限于那些要素， 而是還可以包括沒有明確列出的或者這些組合物、過程、方法、制件或設(shè)備所固有的其他要素。而且，除非明確表示相反含義，否則，“或”是指包含“或”而非排它性的“或”。例如，以下任何一條件都滿足條件A或B :A為真(或存在)且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)且B為真(或存在)，以及A和B都為真(或存在)。除非有另外的說明，本發(fā)明的材料、方法和實施例僅僅是示例性的，而非限制性的。雖然在本發(fā)明的實施或測試中可以采用類似于或等同于本文所述的那些方法和材料， 但本說明書下文已描述了合適的方法和材料。本發(fā)明的軟管包括至少一層管芯層、單層的纖維增強層、和至少一層外覆層。圖 1-圖2表示了本發(fā)明的一個實施方式中的軟管的立體剖視圖，其中1表示軟管、2表示管芯層、3表示纖維增強層、4表示外覆層、10表示纖維增強層中的復(fù)合繩。本發(fā)明的軟管采用了單層的纖維增強層，所述纖維增強層包含由至少一股對位芳族聚酰胺纖維和至少一股斷裂伸長率大于等于15%的高伸長纖維捻合在一起形成的復(fù)合繩，所述復(fù)合繩的加捻系數(shù)為4. 5-12。在本申請中，術(shù)語“芳族聚酰胺纖維”是指由酰胺鍵或酰亞胺鍵連接芳香族基團所構(gòu)成的線型高分子經(jīng)紡絲制得的纖維，其中至少85%的酰胺鍵或酰亞胺鍵直接與兩個芳環(huán)相連接，且當(dāng)存在酰亞胺鍵時，其數(shù)目不超過酰胺鍵。在本發(fā)明中，對復(fù)合繩中所使用的對位芳族聚酰胺纖維沒有特別的限制。優(yōu)選一股對位芳族聚酰胺纖維的線密度范圍為200-3500旦，更優(yōu)選600-2000旦；斷裂強力范圍為 18-28克力/旦；和/或斷裂伸長率范圍為1. 5-5. 0%。所述復(fù)合繩優(yōu)選含有1-10股、更優(yōu)選1-5股對位芳族聚酰胺纖維。典型的對位芳族聚酰胺纖維例如但不限于由杜邦公司生產(chǎn)的Kevlar 系列纖維。在本發(fā)明中，所述高伸長纖維是指具有大于等于15%的斷裂伸長率，優(yōu)選具有 15-40%的斷裂伸長率的任何合適的纖維。所述的高伸長纖維優(yōu)選是至少一種選自聚酯、尼龍和間位芳族聚酰胺纖維的纖維。優(yōu)選一股高伸長纖維的線密度范圍為200-3500旦，更優(yōu)選500-2000旦；斷裂強力范圍為3-10克力/旦；和/或斷裂伸長率范圍為15-40%，更優(yōu)選18-35%。所述復(fù)合繩優(yōu)選含有1-10股、更優(yōu)選1-5股高伸長纖維。典型的高伸長聚酯纖維例如但不限于由Performance Fibers公司生產(chǎn)的聚酯纖維。典型的高伸長尼龍纖維包括尼龍6與尼龍66纖維，可購自下述制造廠商，例如但不限于神馬公司和Kordsa公司。典型的高伸長間位芳族聚酰胺纖維例如但不限于由杜邦公司生產(chǎn)的Nomex 和由帝人公司生產(chǎn)的Twaron 。在本申請中，術(shù)語“旦”或“旦尼爾”(denier)是指在9000米未加捻的纖維所具有重量的克數(shù)。通常旦數(shù)越大，其纖維越粗。由多股纖維組成的股線，其旦數(shù)是所含多股纖維的總和。例如，一根由3股1500旦的纖維合并在一起之后捻合而得的股線，即算為一根 4500旦的股線。不過，實際上通過加捻，該股線的單位長度內(nèi)的重量會比4500旦略高。術(shù)語“捻合在一起”是指構(gòu)成復(fù)合繩的至少一股經(jīng)初捻的對位芳族聚酰胺纖維和至少一股經(jīng)初捻或未初捻的高伸長纖維復(fù)捻而形成的結(jié)構(gòu)。術(shù)語“初捻”是指構(gòu)成復(fù)合繩的各股纖維各自的加捻過程；術(shù)語“復(fù)捻”是指構(gòu)成復(fù)合繩的所有纖維合并在一起之后形成復(fù)合繩的加捻過程。為避免混爻，當(dāng)構(gòu)成復(fù)合繩的至少一股的高伸長纖維或股線雖未經(jīng)初捻(即無捻)，其與至少一股經(jīng)初捻的對位芳族聚酰胺纖維合并在一起之后，形成復(fù)合繩的加捻過程仍稱為“復(fù)捻”。在初捻階段，當(dāng)使用兩股以上對位芳族聚酰胺纖維時，各股對位芳族聚酰胺纖維可以分別加捻或合并在一起之后加捻；當(dāng)使用兩股以上高伸長纖維時，各股高伸長纖維可以均不加捻、分別加捻或合并在一起之后加捻。所述復(fù)捻的方式包括的一種方式是使構(gòu)成復(fù)合繩的至少一股經(jīng)初捻的對位芳族聚酰胺纖維和至少一股經(jīng)初捻或未初捻的高伸長纖維合并在一起之后捻合，視所述對位芳族聚酰胺纖維與高伸長纖維的線密度、股數(shù)、捻度差，可形成結(jié)構(gòu)例如如圖6-圖8所示的復(fù)合繩。在圖6-圖8中，10表示復(fù)合繩、100表示對位芳族聚酰胺纖維、200表示高伸長纖維。所述復(fù)合繩中對位芳族聚酰胺纖維和高伸長纖維的初捻的捻度可以相同或不同， 初捻的方向可以相同或不同；復(fù)合繩的復(fù)捻的方向通常與對位芳族聚酰胺纖維的初捻方向相反。術(shù)語“捻度”是指纖維或股線在一米長度內(nèi)所具有的捻數(shù)(twist per meter, TPM), 其單位為捻/米。在本發(fā)明所述的復(fù)合繩中，對位芳族聚酰胺纖維的初捻的加捻系數(shù)(twist multiplier, TM)為4. 5_12，優(yōu)選5-8. 5 ；高伸長纖維的初捻的加捻系數(shù)為0_12 ；復(fù)合繩的加捻系數(shù)為4. 5-12，優(yōu)選5-8. 5。對于比重相同的纖維之加捻系數(shù)，例如本發(fā)明的對位芳族聚酰胺纖維或高伸長纖維的初捻而言，其計算方式如下
權(quán)利要求
1.一種軟管，其包括至少一層管芯層、至少一層外覆層、和位于管芯層和外覆層之間的單層纖維增強層，所述纖維增強層包含由至少一股對位芳族聚酰胺纖維和至少一股斷裂伸長率大于等于15%的高伸長纖維捻合在一起形成的復(fù)合繩，所述復(fù)合繩的加捻系數(shù)為 4. 5-12 ；所述軟管的管芯層和外覆層由彈性基材形成。
2.如權(quán)利要求1所述的軟管，其中所述復(fù)合繩中每股所述的對位芳族聚酰胺纖維滿足下述至少一種條件線密度為200-3500旦，斷裂強力為18-28克力/旦，和斷裂伸長率為1.5-5.0%。
3.如權(quán)利要求1所述的軟管，其中所述的復(fù)合繩中每股所述的高伸長纖維滿足下述至少一種條件線密度為200-3500旦，斷裂強力為3-10克力/旦，和斷裂伸長率為15-40%。
4.如權(quán)利要求1或3所述的軟管，其中所述高伸長纖維為一種或多種選自聚酯、尼龍和間位芳族聚酰胺纖維的纖維。
5.如權(quán)利要求1所述的軟管，其中所述復(fù)合繩的加捻系數(shù)為5-8.5。
6.如權(quán)利要求1所述的軟管，其中所述的復(fù)合繩中所述至少一股對位芳族聚酰胺纖維占復(fù)合繩總重量的30-80%，所述至少一股高伸長纖維占復(fù)合繩總重量的20-70%。
7.如權(quán)利要求1或6所述的軟管，其中所述的復(fù)合繩由至少一股對位芳族聚酰胺纖維和至少一股聚酯纖維捻合而成，其中所述至少一股對位芳族聚酰胺纖維占復(fù)合繩總重量的 50-80%,所述至少一股聚酯纖維占復(fù)合繩總重量的20-50%。
8.如權(quán)利要求1或6所述的軟管，其中所述的復(fù)合繩由至少一股對位芳族聚酰胺纖維和至少一股間位芳族聚酰胺纖維捻合而成，其中所述至少一股對位芳族聚酰胺纖維占復(fù)合繩總重量的30-70%，所述至少一股間位芳族聚酰胺纖維占復(fù)合繩總重量的30-70%。
9.如權(quán)利要求1或6所述的軟管，其中所述的復(fù)合繩由至少一股對位芳族聚酰胺纖維和至少一股尼龍纖維捻合而成，其中所述至少一股對位芳族聚酰胺纖維占復(fù)合繩總重量的 35-75 %，所述至少一股尼龍纖維占復(fù)合繩總重量的25-65 %。
10.如權(quán)利要求1所述的軟管，其中所述的復(fù)合繩任選地在其至少部分表面涂覆有粘合劑。
11.如權(quán)利要求1所述的軟管，其中所述的復(fù)合繩任選地在形成所述的纖維增強層之前經(jīng)熱處理，熱處理的溫度為100-250°c，熱處理的時間為1-120分鐘。
12.如權(quán)利要求1所述的軟管，其中所述纖維增強層由所述的復(fù)合繩通過針織、編織、 和/或螺旋纏繞工藝而形成。
13.如權(quán)利要求1所述的軟管，其中用于所述管芯層和外覆層的彈性基材各自獨立地選自天然橡膠、聚氨酯/脲彈性體、氯丁橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、氯化聚乙烯、三元乙丙橡膠、AEM聚合物、氯磺化聚乙烯類聚合物、丙烯酸酯類聚合物、硅橡膠和氟化彈性體， 或上述任何兩種或多種的組合物。
14.如權(quán)利要求1所述的軟管，其耐爆破壓力范圍為大于等于41.4MPa，體積膨脹范圍在 8. 97MPa 的內(nèi)壓下為 3_17cc/foot。
15.如權(quán)利要求1或14所述的軟管，其是動力轉(zhuǎn)向管。
16.一種軟管組件，其包括如權(quán)利要求1或14所述的軟管、套在其兩端的軟管連接器與卡箍。
17.如權(quán)利要求16所述的軟管組件，其是動力轉(zhuǎn)向管組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用具對位芳族聚酰胺纖維之復(fù)合繩增強的軟管，所述軟管包括至少一層管芯層、至少一層外覆層、和位于管芯層和外覆層之間的單層纖維增強層，所述纖維增強層包含由至少一股對位芳族聚酰胺纖維和至少一股高伸長纖維捻合在一起形成的復(fù)合繩。本發(fā)明的軟管具有高耐爆破壓力和良好的體積膨脹性。
文檔編號B32B27/02GK102563236SQ2010106131
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者施駿捷, 黎學(xué)東 申請人:杜邦公司