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CN109958827A - 螺旋液压软管 - Google Patents

螺旋液压软管 Download PDF

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CN109958827A
CN109958827A CN201711337970.0A CN201711337970A CN109958827A CN 109958827 A CN109958827 A CN 109958827A CN 201711337970 A CN201711337970 A CN 201711337970A CN 109958827 A CN109958827 A CN 109958827A
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China
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reinforcement layer
hose
inner tube
layer
reinforcement
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Application number
CN201711337970.0A
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罗伯特·科扎克
约翰·安东尼·布鲁克斯
程明
戚伟
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Contitake American Co
Original Assignee
Contitake American Co
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Publication date
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Priority to US16/176,132 priority patent/US20190186656A1/en
Priority to DE102018221464.6A priority patent/DE102018221464A1/de
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Abstract

本发明公开了一种软管，该软管包括内管、覆盖物以及施加在内管和覆盖物之间的至少三个加强层，其中，至少三个加强层中的两个直接相邻的加强层沿相同的螺旋方向(+)(+)被施加，并且至少三个加强层中的另一个加强层沿相反的螺旋方向(‑)被施加。内管可以具有在约0.5mm至约1.5mm之间的管壁厚度(t)，软管可以具有壁厚(T)，并且管壁厚度(t)可以小于软管的壁厚的约25％。在该至少三个加强层之间设置有可选的粘结层。内管可以包括与软管的中心纵轴线基本平行取向的棒状颗粒。

Description

螺旋液压软管
技术领域
本发明通常涉及的领域是用于低压、中压或者(特别是)高压的液压应用的柔性橡胶软管。
背景技术
本部分提供背景信息以便于更好地理解本发明的各个方面。应该理解的是，应该从不是对现有技术的承认的角度来阅读本文该部分的陈述。
柔性橡胶软管用于各种液压应用和其它流体输送应用，这些应用用于输送“高”压应用的流体压力(其通常在约4000psi(28MPa)至8000psi(55MPa)的范围或更高的范围内)。在基本结构中，本文典型涉及类型的软管形成为具有被编织或螺旋缠绕的加强材料的一个或多个外层包围的管状内管或芯部，该加强材料可以是金属或金属合金丝或天然纤维或合成纤维。加强层又被围绕的最外面护套或覆盖物保护，该护套或覆盖物可以具有与内管相同或不同的材料。覆盖物还对软管提供了增强的耐磨性。
在“橡胶”的情况下，与热塑性软管结构相反，内管可以被设置为由可硫化天然橡胶或更典型地由诸如丁腈橡胶或氯丁橡胶等合成橡胶材料形成。此类材料或共混物可以以常规方式挤出和冷却或固化以形成内管。在一些情况下，管可以被十字头挤出在支撑用心轴上，或者在使用气压和/或降低的处理温度的后续成形操作中以其它方式支撑管。
自挤出机起，内管可以被递送通过编织机和/或螺旋缠绕机，以用金属丝和/或纤维材料或诸如单丝、纱线、帘线、纱线复合材料或粗纱等共混物的一个或多个围绕层对内管进行加强。此类加强层通常在张紧状态下施加，并且通常可以由尼龙、聚酯、聚亚苯基苯并二唑、聚乙酸乙烯酯或芳香聚酰胺的纱线或高强度钢或其他金属丝的交织编织物或螺旋缠绕物形成。可硫化橡胶的相对较薄的粘合层或其它夹层可被挤出或以其他方式施加在每个加强层之间，以将每一层粘合到下一层。
在加强层和夹层的编织、缠绕或其他应用之后，可选地可以施加外部覆盖物或护套。可以形成为十字头挤出涂层、湿态固化涂层或溶剂型浸渍涂层或螺旋缠绕型包覆物的这种覆盖物通常包括耐磨合成橡胶或诸如聚氨酯等热塑性塑料。在覆盖物的施加之后，所形成的软管结构被加热以硫化橡胶层，从而将该结构整合成一体式软管结构。
在正常使用中，例如在移动或工业液压应用中，本文所涉及类型的软管可能暴露于并不总能被预测的各种环境因素和机械应力下。对于软管的完整性和性能而言，最重要的是在其组成部分之间实现牢固的结合。然而，尽管将这些部件结合在一起是重要的，但还重要的是，软管不能制造得过于僵硬，以便使软管容易发生扭曲而不疲劳或者对于某些应用而言是可用的。
目前的螺旋软管设计使用多层材料。软管通常以橡胶内管为开始，并且一层纺织编织物或纱罗织物覆盖该管，以防止在螺旋缠绕过程中金属丝的末端刺穿管。橡胶粘结胶覆盖纺织编织物或纱罗织物以在管和第一层金属丝之间形成粘合，并且多层金属丝螺旋缠绕在软管上，在每层金属丝之间施加橡胶摩擦层。金属丝层沿交替的螺旋方向施加。换句话说，第一层金属丝加强层沿一个螺旋方向施加，然后下一层沿相反的螺旋方向施加，下一层再次沿与第一层相同的螺旋方向施加，依此类推。这些层被施加为两层成一组，这两层通常被一层橡胶隔开。
最后，软管被耐候和耐磨橡胶的外层覆盖。因此，传统的内管化合物需要纺织编织物或纱罗织物以在金属丝螺旋缠绕过程期间保护柔软的未固化管。纺织编织物或纱罗织物防止在金属丝螺旋缠绕过程期间金属丝的末端刺透生坯管。对于制造此类软管而言，这种保护层增加了昂贵的成本和工艺。
这种设计和制造方法的问题是这种软管刚度大且尺寸大。行业寻求以下液压软管：其更柔性、更紧凑、弯曲半径更小，使软管可以放在更紧凑的环境中，并通过使用更短的长度来降低成本。通过根据本发明的实施例至少部分地满足了这种需求。
发明内容
提供本发明内容是为了介绍将在以下详细描述中进一步描述的概念的选择。本发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在用来限制所要求保护的主题的范围。
在本发明的第一方面中，软管实施例包括内管，内管限定穿过内管的中心纵轴线，并且由硫化橡胶形成，其中，内管具有在约0.5mm至约1.5mm之间的管壁厚度(t)。第一加强层以螺旋角θ沿着螺旋方向(+)与内管相邻地被施加，并且第二加强层以螺旋角θ'沿着相同的螺旋方向(+)被施加。第三加强层与第二加强层相邻地被施加，并且第三加强层以螺旋角-θ沿相反的螺旋方向(-)被施加。覆盖物设置在第三加强层的外部。在一些方面中，软管具有壁厚(T)，并且管壁厚度(t)小于软管的壁厚的约25％。
硫化橡胶可以是丁腈橡胶(NBR)、氢化NBR(HNBR)、交联NBR(XNBR)或它们的共聚物和共混物。内管可以包括与软管的中心纵轴线基本平行取向的多个棒状颗粒，并且多个棒状颗粒的重量可以占内管的总重量的10％以下。在某些情况下，多个棒状颗粒的重量占内管的总重量的1％至7％。
在一些实施例中，粘结层设置在第一加强层和第二加强层之间，和/或设置在第二加强层和第三加强层之间。
在一些实施例中，第四加强层与第三加强层相邻地被施加，并且以螺旋角-θ'沿相反的螺旋方向(-)被施加，或者以螺旋角θ″沿相同的螺旋方向(+)被施加。
在本发明的另一方面中，软管包括内管、覆盖物以及施加在内管和覆盖物之间的至少三个加强层，其中，至少三个加强层中的两个直接相邻的加强层沿相同的螺旋方向(+)(+)被施加，并且至少三个加强层中的另一个加强层沿相反的螺旋方向(-)被施加。内管可以具有在约0.5mm至约1.5mm之间的管壁厚度(t)，软管可以具有壁厚(T)，并且管壁厚度(t)可以小于软管的壁厚的约25％。可以在至少三个加强层之间设置有可选的粘结层。
在某些情况下，内管包括与软管的中心纵轴线基本平行取向的多个棒状颗粒。多个棒状颗粒的重量可以占内管的总重量的10％以下。
在本发明的又一方面中，软管实施例包括内管，内管限定穿过内管的中心纵轴线，并由硫化橡胶形成。第一加强层以螺旋角θ沿着螺旋方向(+)与内管相邻地被施加，第二加强层以螺旋角θ'沿着相同的螺旋方向(+)被施加，并且第三加强层以螺旋角θ″沿着相同的螺旋方向(+)被施加。第四加强层以螺旋角-θ沿着相反的螺旋方向(-)被施加，并且第五加强层以螺旋角-θ'沿着螺旋方向(-)被施加。覆盖物设置在第五加强层的外部。
在一些方面中，在第一加强层和第二加强层之间、第二加强层和第三加强层之间、第三加强层和第四加强层之间、和/或在第四加强层和第五加强层之间设置有可选的粘结层。
在某些情况下，内管具有在约0.5mm至约1.5mm之间的管壁厚度(t)。软管可以具有壁厚(T)，并且管壁厚度(t)小于软管的壁厚的约25％。另外，内管可以包括与的中心纵轴线基本平行取向的多个棒状颗粒，并且多个棒状颗粒的重量可以占内管的总重量的10％以下。
在一些方面中，第四加强层和第五加强层的组合抗拉强度基本等于第一加强层、第二加强层和第三加强层的组合抗拉强度。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的某些实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件。然而，应该理解的是，附图示出了本文描述的各种实施方式，但不意味着限制本文描述的各种技术的范围，并且：
图1以透视图示出了现有技术的软管，图2以横截面图示出了图1中所示的软管；
图3至图10以透视图示出了根据本发明各方面的一些软管实施例。
具体实施方式
以下对变型的描述本质上仅仅是说明性的，决不旨在限制本发明的范围、其应用或用途。这里，描述和实例仅仅出于说明本发明的各种实施例的目的而被呈现，并且不应该被解释为对本发明的范围和适用性的限制。在本发明的发明内容和该详细描述中，每个数值应当暂且理解为被术语“约”修饰(除非已经明确如此修饰)，并且然后再次理解为不如此修饰，除非在上下文中另有指示。另外，在本发明的发明内容和该详细描述中，应当理解的是，被列举或描述为有用的、合适的等的浓度或量或值的范围旨在表示范围(包括端点)内的任何和每个浓度或量或值应被视为已被陈述。例如，“1至10的范围”应被理解为表示沿着介于约1和约10的连续统的每个可能的数字。因此，即使该范围内的具体数据点(或者甚至在该范围内没有数据点)被明确地识别或者仅指少数具体数据点，但是应该理解的是，发明人认识并且理解该范围内的任何和所有数据点将被认为是已经被指定的，并且发明人拥有整个范围和范围内的所有点。
除非明确表示相反，否则“或”指的是包含性的，而不是排他性的。例如，条件A或B满足下列方面之一：A为真(或存在)且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)且B为真(或存在)；以及A和B均为真(或存在)。
另外，使用“一”或“一个”来描述本文实施例的元件和部件。仅仅是为了方便并且给出根据本发明的一般意义上的概念而进行上述使用。除非另有说明，否则该描述应理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数。
这里使用的术语和措辞是为了描述的目的，不应该被解释为限制范围。诸如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”及其变型等语言旨在是宽泛的并且涵盖其后列出的主题、等同内容和未列举的另外主题。
另外，如本文所使用的，对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定是指相同的实施例。
为了说明的目的，结合特别适用于高压(即，在约4000-8000psi(28-55MPa)之间)移动应用或工业液压应用的构造来描述本文涉及的紧凑橡胶软管结构的方案。然而，应该理解的是，本发明的各方面可以在用于各种或一般液压或其他流体输送应用的其他软管结构中使用。因此在这些其他应用中的使用应被认为是明确地在本发明的范围内。
现在参考附图，在附图中相应的附图标记用于在所有视图中表示对应的元件，其中等同元件以基本的或者依次的字母数字标号来表示，代表性的常规现有技术的软管结构在图1的剖视图中以及在图2的径向横截面图中一般用100示出。在基本尺寸中，软管100沿着中心纵轴线102轴向延伸至不确定的长度，并且具有选择的内径和外径，内径和外径在图2的径向横截面图中分别用“Di”和“Do”表示。内径和外径尺寸可以根据所涉及的特定流体输送应用而变化，但是通常对于许多高压液压应用来说，内径Di大约在0.25-2英寸(6-51mm)之间，外径Do大约为0.5-3英寸(13-76mm)，整体壁厚“T”为约0.12-约0.5英寸(3-13mm)。
从图1和图2的不同视图中可以看出，软管100被构造为围绕管状内层(即内管或芯部104)形成，管状内层可以是单层或多层结构，并且通常包括硫化橡胶。在任一结构中，内管104具有圆周外芯管表面106和限定软管100的内径Di的圆周内芯管表面108。壁厚由外芯管表面106和内芯管表面108限定，并且在图2的横截面图中以“t”表示。可以为约0.02-0.05英寸(0.5-1.25mm)的这种厚度t可以是提供期望的压力等级和耐溶剂、耐气体和/或耐液体渗透所需的最小值。如上所述，对于许多尺寸的软管100，软管100的整体壁厚T为约0.12-0.5英寸(3-13mm)，因此管壁厚度t可以小于该厚度T的约25％，其余部分由软管为满足尺寸、期望的压力等级和/或适用的工业标准而所需的加强层、粘合层和任何覆盖层构成。设置在内管104上的是围绕内管104的粘结层110。内管104的组成物中使用的材料即使在管壁规格较薄的情况下也能够抵抗反复的高压脉冲循环，并且可靠地密封配件。此外，在制造中，可能期望使用布置在内管104的外表面106上的纺织编织物或纱罗织物。
在本发明的一个方面中，碳棒状颗粒与内管化合物混合，以有效地提高生坯强度，并且允许金属丝螺旋缠绕处理而不使用纺织编织物或纱罗织物的保护层。当内管化合物被挤压成管的形状时，棒状颗粒至少基本上沿着管的长度(即中心纵轴线)纵向对准。这在沿着中心纵轴线的挤出方向上产生非常高的拉伸模量特性。这些特性减少了高压脉冲循环下的管变形，防止了管中的针孔，延长了软管的寿命。较高的纵向强度还能更好地将配件保持到软管端部上，以延长组件寿命。
再次参考图1和图2，如在不同视图中可以看到的，软管100被构造为围绕管状内层(即内管或芯部104)形成，该管状内层可以是单层或多层结构。在任一结构中，内管104具有圆周外芯管表面106和限定软管100的内径Di的圆周内芯管表面108。壁厚由外芯管表面106和内芯管表面108限定，并且在图2的横截面图中以“t”表示。可以为约0.02-0.05英寸(0.5-1.25mm)的这种厚度t可以是提供期望的压力等级和耐溶剂、耐气体和/或耐液体渗透所需的最小值。如上所述，对于许多尺寸的软管100，软管100的整体壁厚T为约0.12-0.5英寸(3-13mm)，因此管壁厚度t可以小于该厚度T的约25％，其余部分由软管为满足尺寸、期望的压力等级和/或适用的工业标准而所需的加强层、粘合层和任何覆盖层构成。
关于图1和图2所示的螺旋缠绕结构，在内管104上设置至少两个(通常为四个(如图所示)或者多达六个以上)加强层130a-130d。每个加强层130可以常规地形成为是编织的、针织的、包裹型的，或者如图所示螺旋型的，即例如由单丝、连续复丝(纱线、绞合线、帘线、粗纱、线、带或绳股)的1至约180根经纱或纤维材料的短“原材料”股螺旋形地缠绕而成。在层130a-130d中可以相同或不同的纤维材料可以是诸如尼龙、棉、聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚烯烃、聚乙烯醇(PVA)、聚乙酸乙烯酯或聚亚苯基苯并双恶唑(PBO)等天然或合成的聚合材料或共混物、钢(其可以是不锈钢或镀锌钢)、黄铜、锌或电镀锌、或其他金属丝或其共混物。
在图1和图2所示的螺旋缠绕结构(也可以包含附加的挤出层、螺旋层、编织层和/或针织层(未示出))中，加强层130a-130d成对地相对地缠绕，以平衡扭转扭曲效应。对于每个螺旋缠绕层130a-130d，优选地，单丝金属或金属合金丝的1至约180根平行经纱可以在一个方向(即左手方向或右手方向)的张力下螺旋缠绕，紧接着的下一层130沿相反的方向缠绕。内加强层130a可以如图1所示那样直接缠绕在内管104的外表面106上，或者缠绕在中间织物、箔、膜、粘结层或其它层上。
随着在软管100中相继缠绕，层130a-130d均可以具有相对于软管100的纵轴线102测量的预定螺旋角，在图1中，层130a和130c的预定螺旋角以-θ标记，层130b和130d的预定螺旋角以θ标记。对于典型的应用，螺旋角θ将被选择为在约45-65°之间，但尤其是可以根据软管100的强度、伸长率、重量和体积膨胀特性的所需收敛性来选择。通常，高于约54.7°的更高螺旋角表现出软管在压力下的径向膨胀率减小，但轴向伸长率增加。对于高压应用，通常优选约54.7°的“中性”螺旋角，以使伸长率最小化到原始软管长度的约±3％。每个层130可以以相同或不同的绝对螺旋角缠绕，并且已知的是，各个加强层的螺旋角可以变化以影响软管的物理特性。然而，在优选的结构中，加强层130a-130d的螺旋角被设置成大致相同，但是在连续的层中是相反的。
最外加强层130d可以套在一个或多个同轴环绕的保护覆盖物或护套(其以140标记)内，保护覆盖物或护套具有圆周内表面142(其限定了软管外径Do)和相反的圆周外表面144。取决于其构造，覆盖物140可以被喷涂、浸涂、十字头挤出或共挤出或以其他方式常规螺旋地或纵向地挤出(即“包覆”)、包裹或编织在加强层130d上。
软管100内的每个加强层130a-130d可以例如化学地和/或机械地结合到其紧接着的层130，以便更有效地传递所引起的内部或外部应力。这种结合可以通过提供中间粘合剂、树脂或其他夹层150a-150c形式的粘结剂来实现。在说明性实施例中，这种粘结剂可以提供作为可熔融加工材料或可硫化材料形式的粘合剂，该粘合剂在处于熔融、软化、未固化或部分未固化或其它可流动的阶段被挤出或以其它方式施加在每个加强层130a-130d上，以形成各个夹层150a-150c。每个这样的夹层150可以具有介于约1-25密耳(0.025-0.64mm)的厚度。然后相应的加强层130可以在相应的夹层150仍处于其软化阶段的同时缠绕在该相应的夹层150上。作为选择，在热塑性夹层150的情况下，可以在缠绕加强层130之前将该夹层再加热以实现其再软化。
形成夹层150的材料具体地可以选择用于高温或低温性能、挠性或其他方面，以与加强层130和/或内管104和覆盖物140相容。合适的材料包括天然橡胶和合成橡胶以及热塑性(即可熔融加工的)或热固性(即可硫化的)的树脂，该树脂应该理解为还广义地包括可以分类为弹性体或热熔体的材料。此类树脂的代表包括增塑或未增塑的聚酰胺(例如尼龙6、66、11和12)、聚酯、共聚酯、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯三元共聚物、聚丁烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚烯烃、含氟聚合物、热塑性弹性体、工程热塑性硫化橡胶、热塑性热熔体、共聚物橡胶、共混物(例如乙烯或丙烯-EPDM、EPR或NBR)、聚氨酯和硅氧烷。在热塑性树脂的情况下，此类树脂通常将表现出约77-250℃的软化点或熔点(即维卡温度)。对于不具有明确限定的熔融峰的无定形或其它热塑性树脂，术语熔点与玻璃化转变点互换使用。
相应的层104、可选的粘结层110、130a、150a、130b、150b、130c、150c、130d和140以该顺序被挤出、缠绕或以其他方式而形成，在施加覆盖物140之后，软管100可被加热以硫化橡胶层，从而将该结构整合成一体软管结构。
上述用于常规现有技术的液压软管的所有方面、特征、尺寸和材料可以是有用的或者以其他方式应用于根据本发明的创新性软管。然而，与常规现有技术的液压软管相反，根据本发明的液压软管具有沿相同螺旋方向施加的至少两个相邻的加强层和沿相反的螺旋方向施加的至少另一个加强层。因此，在具有三个加强层的软管中，两个相邻的层沿相同的螺旋方向施加，而第三层沿相反的螺旋方向施加。在图3和图4中示出了这个概念。
参考图3，软管300包括可以是单层或多层结构的内管(或芯部)304，并且通常包括硫化橡胶。第一加强层330a以螺旋角θ沿着螺旋方向(+)与内管304相邻地被施加，并且第二加强层330b以螺旋角θ'沿着相同的螺旋方向(+)被施加。为了本发明的目的，彼此紧挨着的加强层(例如第一加强层330a和第二加强层330b)被认为是直接相邻的加强层。螺旋角θ和螺旋角θ'可以是相等的角度，也可以是不相等的角度，这对于软管实施例中使用的任何加强层来说通常是这种情况。可选的粘结层350a可以设置在加强层330a和加强层330b之间。第三加强层330c与第二加强层330b相邻设置，第三加强层330c以螺旋角-θ沿相反的螺旋方向(-)被施加。可选的粘结层350b可以设置在加强层330b和加强层330c之间。软管300还包括作为软管300的最外层的覆盖层340。因此，提供了从最内加强层到最外加强层具有(+)(+)(-)多重加强层螺旋方向构造的软管300。
现在参考图4，软管400包括内管404和第一加强层430a，第一加强层430a以螺旋角θ沿螺旋方向(+)与内管404相邻地被施加。第二加强层430b以螺旋角-θ沿相反的螺旋方向(-)被施加。可选的粘结层450a可以设置在加强层430a和加强层430b之间。第三加强层430c与第二加强层430b相邻设置，并且第三加强层430c以螺旋角-θ'沿相同的螺旋方向(-)被施加。可选的粘结层450b可以设置在加强层430b和加强层430c之间。软管400还包括作为最外层的覆盖层440。如此，提供了具有(+)(-)(-)多重加强层螺旋方向构造的软管400。
参考图5，图5示出了根据本发明的又一个软管实施例。软管500包括内管504和第一加强层530a，第一加强层530a以螺旋角θ沿螺旋方向(+)与内管504相邻地被施加。第二加强层530b以螺旋角θ'沿相同的螺旋方向(+)被施加。可选的粘结层550a可以设置在加强层530a和加强层530b之间。第三加强层530c以螺旋角-θ沿相反的螺旋方向(-)与第二加强层530b相邻地被施加。可选的粘结层550b可以设置在加强层530b和加强层530c之间。第四加强层530d以螺旋角-θ'沿相同的螺旋方向(-)与加强层530c相邻地被施加，并且可选的粘结层550c可以设置在加强层530c和加强层530d之间。覆盖层540是最外层。如此，提供了具有(+)(+)(-)(-)多重加强层螺旋方向构造的软管500。
图6示出了根据本发明的另一软管实施例。软管600包括内管604、以螺旋角θ沿螺旋方向(+)与内管604相邻地被施加的第一加强层630a、以螺旋角θ'沿相同的螺旋方向(+)被施加的第二加强层630b、以螺旋角–θ沿相反的螺旋方向(-)与第二加强层630b相邻地被施加的第三加强层630c、以螺旋角θ″沿相反的螺旋方向(+)与加强层630c相邻地被施加的第四加强层630d。如图所示，可选的粘结层650a、650b和650c可以设置在加强层之间。覆盖层640是最外层。因此，提供了具有(+)(+)(-)(+)多重加强层螺旋方向构造的软管600。
现在参考图7，软管700包括内管704和第一加强层730a，第一加强层730a以螺旋角θ沿螺旋方向(+)与内管704相邻地被施加。第二加强层730b以螺旋角-θ沿相反的螺旋方向(-)被施加。可选的粘结层750a可以设置在加强层730a和加强层730b之间。第三加强层730c与第二加强层730b相邻地被施加，并且第三加强层730c以螺旋角-θ'沿相同的螺旋方向(-)被施加。可选的粘结层750b可以设置在加强层730b和加强层730c之间。软管700还包括作为最外层的覆盖层740。第四加强层730d以螺旋角θ'沿相反的螺旋方向(+)与加强层730c相邻地被施加，并且可选的粘结层750c可以设置在加强层730c和加强层730d之间。如此，提供了具有(+)(-)(-)(+)多重加强层螺旋方向构造的软管700。
图8示出了根据本发明的另一软管实施例。软管800包括内管804、以螺旋角θ沿螺旋方向(+)与内管804相邻地被施加的第一加强层830a、以螺旋角θ'沿相同的螺旋方向(+)被施加的第二加强层830b、以螺旋角θ″沿相同的螺旋方向(+)与第二加强层830b相邻地被施加的第三加强层830c、以螺旋角–θ沿相反的螺旋方向(-)与加强层830c相邻地被施加的第四加强层830d、以螺旋角–θ'沿相同的螺旋方向(-)与加强层830d相邻地被施加的第五加强层830e。如图所示，可选的粘结层850a、850b、850c和850d可以设置在加强层之间。覆盖层840是最外层。因此，提供了具有(+)(+)(+)(-)(-)多重加强层螺旋方向构造的软管800。在这种软管设计中，前三个加强层830a、830b、830c沿相同的方向施加，而两个外加强层830d、830e沿相反的螺旋方向施加。两个外加强层830d、830e可以由更大直径的金属丝/细丝形成，因此提供与前三个加强层830a、830b、830c相同的组合抗拉强度。这种构造可以具有与六个加强层软管相同的性能。
参考图9，图9示出了根据本发明的另一软管实施例。软管900包括内管904和第一加强层930a，第一加强层930a以螺旋角θ沿螺旋方向(+)与内管904相邻地被施加。第二加强层930b以螺旋角θ'沿相同的螺旋方向(+)被施加。可选的粘结层950a可以设置在加强层930a和加强层930b之间。第三加强层930c以螺旋角-θ沿相反的螺旋方向(-)与第二加强层930b相邻地被施加。可选的粘结层950b可以设置在加强层930b和加强层930c之间。第四加强层930d以螺旋角-θ'沿相同的螺旋方向(-)与加强层930c相邻地被施加，并且可选的粘结层950c可以设置在加强层930c和加强层930d之间。第五加强层930e以螺旋角θ″沿相反的螺旋方向(+)与加强层930d相邻地被施加，并且可选的粘结层950d可以设置在加强层930d和加强层930e之间。第六加强层930f以螺旋角-θ″沿相反的螺旋方向(-)与加强层930e相邻地被施加，并且可选的粘结层950e可以设置在加强层930e和加强层930f之间。覆盖层940是最外层。因此，提供了具有(+)(+)(-)(-)(+)(-)多重加强层螺旋方向构造的软管900。
图10示出了根据本发明的又一软管实施例。软管1000包括内管1004、以螺旋角θ沿螺旋方向(+)与内管1004相邻地被施加的第一加强层1030a、以螺旋角θ'沿相同的螺旋方向(+)被施加的第二加强层1030b、以螺旋角θ″沿相同的螺旋方向(+)与第二加强层1030b相邻地被施加的第三加强层1030c、以螺旋角–θ沿相反的螺旋方向(-)与加强层1030c相邻地被施加的第四加强层1030d、以螺旋角–θ'沿相同的螺旋方向(-)与加强层1030d相邻地被施加的第五加强层1030e、以螺旋角–θ″沿相同的螺旋方向(-)与加强层1030e相邻地被施加的第六加强层1030f。如图所示，可选的粘结层1050a、1050b、1050c、1050d和1050e可以设置在加强层之间。覆盖层1040是最外层。因此，提供了具有(+)(+)(+)(-)(-)(-)多重加强层螺旋方向构造的软管1000。
图3至图10中所示的软管实施例不是限制性的，并且对于一些加强层螺旋方向构造的范围而言仅仅是说明性的。根据本发明，只要至少两个相邻的加强层具有相同的螺旋方向构造，就可以使用任何可能的加强层螺旋方向构造，而不管这些加强层的相应螺旋角度如何。
在根据本发明的软管实施例中使用的内管可以被设置为是被挤出的或者是以其他方式由可硫化的、耐化学的、合成的橡胶形成的。如本文所使用的，“耐化学性”应理解为是指抵抗膨胀、开裂、应力断裂、腐蚀或以其他方式抵抗有机溶剂和烃(例如液压流体)侵袭的能力。合适的材料包括丁腈橡胶(NBR)和诸如氢化NBR(HNBR)和交联NBR(XNBR)等改性NBR以及它们的共聚物和共混物。这种共混物可以是例如与氯化聚乙烯(CPE)、聚氯乙烯(PVC)或聚氯丁二烯(CR)中的一种或多种共混的XNBR或HNBR。
在其未加工的(即未混合的)形式中，NBR可以具有介于约19-36％之间的中到高含量的丙烯腈(ACN)和至少约90的门尼粘度((ML 1+4)@212°F.(100℃.))。这种粘度允许橡胶材料被混合成占一种或多种加强填料的化合物的总重量的约15-66％。这些填料中的每一者可独立地以粉末或薄片、纤维或其它颗粒形式提供，或以这些形式的混合物提供。典型的此类加强填料包括炭黑、粘土和纸浆纤维。对于粉末，填料的平均粒径(其可以是微粒的直径、填充直径、网孔、筛目、长度或其他尺寸)可以在约10-500nm的范围内。
附加的填料和添加剂可以包含在橡胶化合物的配方中，这取决于预想的特定应用的要求。可以是功能性或惰性的这些填料和添加剂可以包括固化剂或固化体系、润湿剂或表面活性剂、增塑剂、加工油、颜料、分散剂、染料和其它着色剂、不透明剂、发泡或消泡剂、诸如钛酸酯等偶联剂、增链油、增粘剂、流动改性剂、颜料、润滑剂、硅烷和其它试剂、稳定剂、乳化剂、抗氧化剂、增稠剂和/或阻燃剂。该材料的配方可以在常规的混合装置中混合作为橡胶和填料组分以及任何附加的填料或添加剂的混合物。硫化并填充约15-66％的炭黑填料。
加强层被编织、缠绕或针织的张力和面积覆盖率可以变化以实现期望的挠性，挠性可以通过软管实施例的弯曲半径、挠曲力等来测量。
在可以特别适用于高压液压应用的所示结构中，每个加强层可以由单丝碳或不锈钢丝的一根经纱螺旋缠绕而成，所述单丝碳或不锈钢丝具有直径介于约0.008-0.04英寸(0.2-1mm)的大致圆形横截面。如此形成，每个加强层因此可以具有丝直径的厚度。尽管示出了圆形金属丝，但是作为选择，也可以采用通过使用具有矩形、正方形或其他多边形横截面的金属丝来实现的“扁金属丝”结构。也可以使用低轮廓的卵形或椭圆形金属丝。为了更好地控制软管实施例的伸长率和收缩率以及为了改善冲击疲劳寿命，可以通过熔合(即内管的硫化)、机械结合、化学结合或粘合剂结合、或者它们的组合或其他方式将最内加强层结合到内管的外表面。在一些方面中，这样的结合通过设置在最内加强层和内管的外表面之间的粘结层来实现。
在粘结层设置在最内加强层和内管的外表面之间的那些实施例中，粘结层可以由一种或多种粘合树脂形成，该粘合树脂设置在加强层和外表面之间以影响横跨所有这些层的粘合。此类树脂的代表性实例包括用于过氧化物的固化化合物的1756和用于硫化的固化化合物的1731。
在一些方面，在根据本发明的软管实施例中使用的同轴环绕的保护覆盖物或护套可以是一层较厚的纤维、玻璃、陶瓷或金属填充的或未填充的耐磨损热塑性塑料(即可熔融加工的)或热固性可硫化天然橡胶或合成橡胶(例如含氟聚合物、氯磺酸盐、聚丁二烯、丁基橡胶、氯丁橡胶、腈、聚异戊二烯和丁腈橡胶)、共聚物橡胶(例如乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)和丁苯橡胶(SBR))、或共混物(例如乙烯或丙烯-EPDM、EPR或NBR)以及任何上述物质的共聚物和共混物。术语“合成橡胶”还应理解为包括如下材料：作为选择，该材料可广义地分类为热塑性或热固性弹性体(例如聚氨酯、硅酮、氟硅酮、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS))以及表现出类似橡胶性质的其它聚合物(例如增塑尼龙、聚酯、乙烯乙酸乙烯酯和聚氯乙烯)。如本文所使用的，术语“弹性体”被认为具有表现出类似橡胶性质(顺从性、弹性或压缩变形、低压缩永久变形、挠性和变形后恢复的能力(即应力松弛))的常规含义。所谓“耐磨损”是指用于形成覆盖物的这种材料可以具有介于约60-98肖氏A硬度的硬度。
在根据本发明的软管实施例中形成覆盖层的任何材料可以装载有金属颗粒、炭黑或另一种导电微粒、薄片或纤维填料，以使软管能够导电而用于静电消散或其他应用。也可以在内管和最内加强层之间、各加强层之间或者最外加强层和覆盖物之间的软管结构中包括可以呈螺旋或“包覆缠绕”带形式或以其它方式提供的单独导电纤维层或树脂层(未示出)。
类似于内管与最内加强层或织物的结合或其它层之间的结合，覆盖层的内表面可以结合到最外加强层。这种结合也可以通过熔合、化学方式、机械方式或粘合剂方式或它们的组合或其它方式来实现。
因此，描述了具有紧凑设计并且极具挠性的说明性橡胶软管结构。此类结构可以在例如SAE J517或J1754、ISO 3862或J1745和/或DIN EN 856下进行评价，或以其他方式适用于各种应用(例如指定介于4000-8000psi(28-55MPa)的相对高工作压力的移动或工业液压设备)，或以其他方式适用于各种气动应用、真空应用、车间空气应用、一般工业应用、维护应用和汽车应用(例如用于空气、油、防冻液和燃料)。这些设计也可用于高压石油钻井应用，例如节流压井软管或旋转钻井软管。它们也可用于高压紧凑型编织液压软管。
已经出于说明和描述的目的提供了对实施例的前述描述。提供示例性实施例以使得本发明充分透彻，并将范围传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节(诸如具体部件、装置和方法的实例)，以提供对本发明的实施例的透彻理解，但是并非旨在穷举或限制本发明。应该理解的是，在本发明的范围内，特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下，即使未被具体示出或描述，也可互换并且可以在选定的实施例中使用。同样的情况在很多方面也可能有所不同。这样的变化不被认为是背离本发明，并且所有这样的修改旨在被包括在本发明的范围内。
尽管以上已经详细描述了本发明的一些实施例，但是本领域的普通技术人员将容易地认识到，在不实质脱离本发明的教导的情况下，可以进行许多修改。因此，这样的修改旨在被包括在如权利要求中所限定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种软管，包括：
内管，其限定穿过所述内管的中心纵轴线，并且包括硫化橡胶，其中，所述内管具有在约0.5mm至约1.5mm之间的管壁厚度(t)；
第一加强层和第二加强层，所述第一加强层以螺旋角θ沿着螺旋方向(+)与所述内管相邻地被施加，并且所述第二加强层以螺旋角θ'沿着相同的螺旋方向(+)被施加；
第三加强层，其与所述第二加强层相邻地被施加，并且所述第三加强层以螺旋角-θ沿相反的螺旋方向(-)被施加；以及
覆盖物，其设置在所述第三加强层的外部。
2.根据权利要求1所述的软管，其中，所述软管具有壁厚(T)，并且所述管壁厚度(t)小于所述软管的所述壁厚的约25％。
3.根据权利要求1所述的软管，其中，所述硫化橡胶包括丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、交联丁腈橡胶(XNBR)或它们的共聚物和共混物。
4.根据权利要求1所述的软管，其中，所述内管包括与所述中心纵轴线基本平行取向的多个棒状颗粒，并且所述多个棒状颗粒的重量占所述内管的总重量的10％以下。
5.根据权利要求4所述的软管，其中，所述多个棒状颗粒的重量占所述内管的总重量的1％至7％。
6.根据权利要求1所述的软管，其中，所述橡胶具有约12MPa的模量和至少约18MPa的抗拉强度。
7.根据权利要求1所述的软管，其中，在所述第一加强层和所述第二加强层之间设置有粘结层。
8.根据权利要求1所述的软管，其中，在所述第二加强层和所述第三加强层之间设置有粘结层。
9.根据权利要求1所述的软管，还包括第四加强层，所述第四加强层与所述第三加强层相邻地被施加，并且以螺旋角-θ'沿相反的螺旋方向(-)被施加。
10.根据权利要求1所述的软管，还包括多个加强层。
11.一种软管，所述软管包括内管、覆盖物以及施加在所述内管和所述覆盖物之间的至少三个加强层，其中，所述至少三个加强层中的两个直接相邻的加强层沿相同的螺旋方向(+)(+)被施加，并且所述至少三个加强层中的另一个加强层沿相反的螺旋方向(-)被施加。
12.根据权利要求11所述的软管，其中，所述内管具有在约0.5mm至约1.5mm之间的管壁厚度(t)，所述软管具有壁厚(T)，并且所述管壁厚度(t)小于所述软管的所述壁厚的约25％。
13.根据权利要求11所述的软管，其中，在所述至少三个加强层之间设置有粘结层。
14.根据权利要求11所述的软管，其中，所述内管包括与所述中心纵轴线基本平行取向的多个棒状颗粒，并且所述多个棒状颗粒的重量占所述内管的总重量的10％以下。
15.一种软管，包括：
内管，其限定穿过所述内管的中心纵轴线，并且包括硫化橡胶；
第一加强层、第二加强层和第三加强层，所述第一加强层以螺旋角θ沿着螺旋方向(+)与所述内管相邻地被施加，所述第二加强层以螺旋角θ'沿着相同的螺旋方向(+)被施加，并且所述第三加强层以螺旋角θ″沿着相同的螺旋方向(+)被施加；
第四加强层和第五加强层，所述第四加强层以螺旋角-θ沿着相反的螺旋方向(-)被施加，并且所述第五加强层以螺旋角-θ'沿着螺旋方向(-)被施加；以及
覆盖物，其设置在所述第五加强层的外部。
16.根据权利要求15所述的软管，其中，在所述第一加强层和所述第二加强层之间、所述第二加强层和所述第三加强层之间、所述第三加强层和所述第四加强层之间、和/或在所述第四加强层和所述第五加强层之间设置有粘结层。
17.根据权利要求15所述的软管，其中，所述内管具有在约0.5mm至约1.5mm之间的管壁厚度(t)。
18.根据权利要求17所述的软管，其中，所述软管具有壁厚(T)，并且所述管壁厚度(t)小于所述软管的所述壁厚的约25％。
19.根据权利要求15所述的软管，其中，所述内管包括与所述中心纵轴线基本平行取向的多个棒状颗粒，并且所述多个棒状颗粒的重量占所述内管的总重量的10％以下。
20.根据权利要求15所述的软管，其中，所述第四加强层和所述第五加强层的组合抗拉强度基本等于所述第一加强层、所述第二加强层和所述第三加强层的组合抗拉强度。
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