CN116806192A - 多层橡胶软管 - Google Patents

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Abstract

披露了一种软管，该软管包括内管(102)、从该内管(102)向外设置的加强层(104)、和从该加强层(104)向外设置的覆盖层(106)，其特征在于，该软管满足NSF/ANSI/CAN 61标准的要求，并且在一些方面，至少该内管(102)不含亚硝胺。在一些情况下，该内管(102)包含超高分子量聚乙烯。在一些其他方面，该内管(102)包含其他热塑性材料。在一些情况下，该覆盖层是基于橡胶材料的。此外，该软管可以在内管(102)的内壁内部限定的腔内含有水。

Description

多层橡胶软管
技术领域
本披露的领域总体上涉及软管、并且特别地涉及可用于各种各样应用中的高性能加强软管。更具体地，本发明涉及作为NSF/ANSI/CAN 61认证的多层橡胶软管的加强软管。
背景技术
本部分提供背景信息以便于更好地理解本披露的各个方面。应当理解的是，本文件的此部分中的陈述将从这个角度阅读，并且不作为承认现有技术。
热塑性和橡胶软管用于输送流体(诸如液体和气体)的各种应用。例如，多层热塑性和橡胶软管已长时间在输水道(aqueduct)维修市场中作为输水道管道的临时替代品使用。现在，几乎所有美国的州和加拿大的省和地区都要求此类软管的NSF/ANSI/CAN 61认证。一些经NSF/ANSI/CAN 61认证的软管是例如经挤出的PVC产品，而且通常此类产品并不总是满足应用要求，尤其是在寒冷气候下。现有的PVC软管具有有限的低温能力，并且也是对于这种应用所要求的类型的软管来说使用起来有些硬的材料。此类产品的低温无能和其相对的硬度缩短了此类产品的预期寿命，尤其是在寒冷气候下。最后，用于制造此类软管的挤出工艺限制了可以为该应用生产的软管产品的尺寸和类型。
因此，持续需要满足NSF/ANSI/CAN 61认证同时提供必要的性能特性(特别是在寒冷气候下)的多层热塑性和橡胶软管。这种需求由根据本披露的实施例来(至少部分地)满足。
发明内容
以下对变体的描述本质上仅仅是说明性的，并且决不旨在限制本披露的范围、本披露的应用或用途。本文中呈现描述和实例仅为了阐明本披露的不同实施例的目的，并且不应被解释为对本披露的范围和适用性的限制。在本披露的发明内容和此具体实施方式中，每个数值应该一次被读作由术语“约”修饰的那样(除非已经明确地被如此修饰)，并且然后再次读作如没有被如此修饰的那样，除非在上下文中另外指明。此外，在本披露的发明内容和该具体实施方式中，应当理解，列出或描述为有用的、合适的等的浓度或量或值范围意图是在该范围内的任何和每个浓度或量或值(包括端点)被认为是已经进行了陈述的。例如，“从1至10的范围”将被读为指示沿着在约1与约10之间的连续体的每一个可能的数字。因此，即使在该范围内的特定数据点，或者甚至没有在该范围内的数据点被明确地指明或仅仅是指几个特定点，应当理解，诸位发明人领会且理解，在该范围内的任何和所有数据点被认为是已经被指定的，并且诸位发明人拥有整个范围和在该范围内的所有点。
除非明确相反地说明，否则“或”是指包括性的或并且不是排他性的或。例如，通过以下任意一种情况都可以满足条件A或B：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与B均为真(或存在)。
此外，使用“一个/种(a/an)”用来描述本文中的实施例的元件和部件。这样做仅仅为了方便起见，并且给出根据本披露的概念的一般含义。此说明应被解读为包括一个/种或至少一个/种，并且单数还包括复数，除非另有说明。
本文中使用的术语和词组是为了描述的目的并且不应被解释为在范围上的限制。语言诸如“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”或“涉及(involving)”及其变体旨在是广泛的并且包括其后列出的主题、等效物、和未被列出的附加主题。
此外，如本文中所使用的，对“一个(one)实施例”或“一个(an)实施例”的任何提及意味着在至少一个实施例中包括与该实施例有关所描述的具体元件、特征、结构或特性。在说明书中的不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定是指同一个实施例。
多层热塑性和橡胶软管中使用的橡胶配混物通常含有亚硝胺生成促进剂。当亚硝胺在橡胶固化期间生成时，它们可能随后会经由软管壁的层渗透并渗入饮用水中。因此，对于多层热塑性和橡胶软管主要困难是满足NSF/ANSI/CAN 61标准(通过对其的引用包含在本文中)中建立的非常低的亚硝胺浓度基准。根据本披露的软管是满足NSF/ANSI/CAN 61认证要求的多层热塑性和橡胶软管。
根据本披露的软管实施例是用通常不含亚硝胺和/或在软管制造过程中不形成亚硝胺的材料形成的。换句话说，这些材料基本上既不是亚硝胺的直接来源也不是亚硝胺的前体(即吗啉)。此外，这些软管实施例是多层热塑性和橡胶产品，其更柔韧、可以在较低温度下使用、并可获得较大尺寸和不同类型的软管构造(软壁、线螺旋状物加强的、单丝加强的)，从而允许了更多的通用性。由于所有这些特性以及它们在NSF/ANSI/CAN 61标准实施之前就已经用于这种应用很长的时间的事实，它们也已被证明是更耐久的。
根据本披露的一些软管实施例至少包括覆盖层、内管和设置在覆盖层与内管之间的加强层。通常，内管由热塑性阻隔物(诸如但不限于超高分子量聚乙烯(UHMWPE))形成并且外管和覆盖层或其他任选的层可以由任何合适的可固化的橡胶状配混物(或多种配混物)形成，从而得到充分不含亚硝胺和其他污染物同时满足NSF/ANSI/CAN 61标准的软管。此外，加强层(或多个加强层)可以由任何合适的加强材料形成，从而得到充分不含亚硝胺和其他污染物同时满足NSF/ANSI/CAN 61标准的软管。
根据本披露的一个方面，形成内部管状层的材料是NSF61认证的热塑性UHMWPE配混物，其阻隔许多否则可能会渗透到水中而导致不符合NSF61标准的橡胶化学品。根据一些其他方面，形成内管填料的材料包括天然橡胶和苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的共混物。在一些情况下，这些以按重量计从10％至90％的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶和按重量计10％至90％的天然橡胶的比率共混。这种共混物可以进一步包含以任何合适的量添加的颜料和/或染料(以提供颜色)以及添加剂，诸如填料、加工助剂、抗氧化剂、润滑剂、固化促进剂等。固化包典型地由硫构成，并且不使用秋兰姆类促进剂以避免形成亚硝胺。使用磺酰胺类促进剂。在一些方面，内管由管和管填料形成，并且无论何时使用，这些在本文中都被称为“内管”。
根据本披露的一些方面，用于形成覆盖层的材料包括乙烯丙烯二烯单体橡胶的配混物。该配混物可以进一步包含颜料和/或染料(以提供颜色)以及添加剂，诸如填料、加工助剂、抗氧化剂、润滑剂、固化促进剂等，并且以任何合适的量。在一个方面，固化包由硫和选自通常不含亚硝胺和/或在软管制造过程中不形成亚硝胺的促进剂的组的促进剂类型构成。
可用于根据本披露的软管实施例中的固化促进剂的一些非限制性实例包括但不限于2-巯基苯并噻唑(MBT)、2-2’-二硫代双(苯并噻唑)(MBTS)、二硫化四苄基秋兰姆(TBzTD)、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CBS)、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(TBBS)、N,N’-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(DCBS)、二苯基胍(DPG)、N,N’-二邻甲苯基胍(DOTG)、二苄基二硫代氨基甲酸锌(ZBEC)、N,N-己内酰胺二硫化物(DTDC)、亚乙基硫脲(ETU)、二亚乙基硫脲(DETU)、二苯基硫脲(DPTU)、二正丁基硫脲(DBTU)、-O-,O-二正丁基二硫代磷酸锌(ZBPD)、六亚甲基四胺(HMT)、过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化叔丁基异丙苯(TBCP)、二叔丁基过氧化物(DTBP)、过氧化二苯甲酰(DBP)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)等。在一些实施例中，2-2’-二硫代双(苯并噻唑)、二硫化四苄基秋兰姆、N-环己基-2-苯并噻唑磺酰胺、N,N’-二环己基-2-苯并噻唑磺酰胺、和/或二苄基二硫代氨基甲酸锌是特别有用的。
在本披露的软管实施例中包括的加强层没有特别限制，但与常规软管的加强层一样，可以是一个或多个编织的、卷绕成螺旋状、或卷绕成多个反方向缠绕的螺旋层的纱线、或金属线或金属合金线等的层，该纱线由维纶纤维、人造丝纤维、***纤维、聚酯纤维、聚乙酸乙烯酯纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、天然纤维等生产。在一些其他方面，加强层可以由可持续材料形成。
根据本披露的一些方面，在加强层中使用的加强物具有在其上压延的橡胶，从而得到所谓的压延加强层。虽然可以使用任何合适的橡胶，但在一些情况下，这种橡胶是天然橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶和乙烯丙烯二烯单体橡胶的共混物，其可以以任何合适的比率共混。例如，在一个非限制性实例中，这些以约29％的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶、约24％的天然橡胶和约47％的乙烯丙烯二烯单体橡胶的比率共混。任何合适的压延橡胶混合物可以以任何合适的量进一步包含颜料和/或染料(以提供颜色)以及添加剂，诸如填料、加工助剂、抗氧化剂、润滑剂、固化促进剂等。在一个非限制性实例中，固化包由硫和磺酰胺促进剂构成。
附图说明
以下将参照附图描述本披露的某些实施例，其中相似的附图标记表示相似的元件。然而，应当理解，附图展示了本文描述的各种实施方式并且不意指限制本文描述的各种技术的范围。图1以透视图展示了根据本披露的一些方面的软管，而图2以透视图描绘了根据本披露的一些方面的另一软管。图3以透视图展示了根据本披露的一些方面的又另一软管，并且图4以透视图描绘了根据本披露的一些方面的另一软管。图5以透视图展示了根据本披露的一些方面的又另一软管，而图6以透视图描绘了根据本披露的一些方面的另一软管。
附图标记清单
100 软管
102 内管
104 加强层
106 覆盖层
108 链轮齿隙
200 软管
208 帘布层加强物、结合层、背衬、或阻隔层
300 软管
310 摩擦填充层
312 第二加强层
400 软管
500 软管
502 摩擦层
504 摩擦层
600 软管
具体实施方式
根据本披露的一些软管实施例具有图1中所示的结构。软管100由至少内管102、加强层104和外覆盖层106构成。在一些方面，外覆盖层106和内管102是由以上描述的材料中任一种形成的。可用于形成内管102和/或覆盖层106的材料可以混合有从约50至约700phr的填料，诸如炭黑、碳酸钙、滑石、粘土或水合二氧化硅、或前述的混合物。在不脱离本披露的情况下，可以根据普通橡胶加工实践添加其他任选的常规添加剂、工艺用油和增量油、抗氧化剂、蜡、颜料、增塑剂、软化剂等。例如，在一些非限制性实施例中，橡胶组合物还含有从约0.5至约1.5phr的抗臭氧剂或抗氧化剂以及从约10phr至约200phr的石蜡油和/或环烷油增塑剂/软化剂。此外，在一些实施例中，炭黑的量为从约200phr至约400phr，并且碳酸钙的量为从约150phr至约350phr。
在一个实施例中，软管100包括组合为内管102的管和管填料，并且加强层104由两个单独的压延织物层构造。
此外，在根据本披露的一些软管的生产中，可以通过已知的挤出工艺生产内管102，在其外表面上提供任选的结合层或加强物(如果必要的话)，将加强层104在其上编织/螺旋缠绕，并通过挤出用外覆盖物106将其覆盖，使得该软管的层结合为一体。然后可以使软管固化。
在本披露的另一个方面，一些软管实施例具有图2中所示的结构。软管200类似于以上描述的软管100包括内管102、加强层104、外覆盖物106，并且进一步包括可以是帘布层加强层、或结合层、或背衬层、或阻隔层的层208，并且层208设置在内管102与加强层104之间。当用作帘布层加强层时，其没有特别限制，但可以以帘布层构造由维纶纤维、人造丝纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、来自可持续材料的纤维或芳纶纤维等生产。当用作阻隔层时，其没有特别限制，但可以由聚酰胺、PVDF、THV等生产。
在本披露的又另一个方面，一些软管实施例具有图3中所示的结构。软管300包括内管102、加强层104、摩擦层310、第二加强层312和外覆盖物106。第二加强层312没有特别限制，但可以由以下中的一种或多种生产：编织的、卷绕成螺旋状、或卷绕成多个反方向缠绕的螺旋层的维纶纤维、人造丝纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、芳香族聚酰胺纤维、来自可持续材料的纤维等或硬线钢等。
在一个实施例中，软管300包括组合为内管102的管和管填料、由两个单独的压延织物层构造的加强层104、作为填料层的层310、以及由聚酯单丝螺旋状物和两个单独的压延织物层构造的第二加强层312。在另一个实施例中，软管300包括组合为内管102的管和管填料、由单独的压延织物层和线螺旋状物构造的加强层104、以及作为第二加强层312的另外的单独的压延织物层。
在本披露的一些其他方面，软管实施例具有图4中所示的结构。软管400包括内管102、加强层104、摩擦层310、第二加强层312和外覆盖物106。该软管进一步包括设置在内管102与加强层104之间的任选的层208。
关于以上描述的加强层104、摩擦层310、第二加强层312、外覆盖物106和帘布层加强层，其可以由本领域技术人员已知的任何合适的材料形成。在一些方面，此类层可以由美国专利号6,179,008B1中披露的那些材料形成，该专利通过对其引用并入本文。
现在参见图5，其描绘了根据本披露的一些其他软管实施例。类似于以上描述的软管200，软管500包括内管102、加强层104、外覆盖物106、可以为帘布层加强层、或结合层、或背衬层、或阻隔层的层208。设置在内管102与层208之间的是摩擦层502。此外，设置在层208与加强层104之间的是摩擦层504。参照图6，软管600类似于软管500，并且进一步包括摩擦层310和设置在加强层104与外覆盖物106之间的第二加强层312，如所示出的。
在一些情况下，加强层中的每个可以通过螺旋缠绕纱线或硬线钢的一个或多个层来形成。加强层也可以由编织或针织加强物形成。在一些其中可以使用两个纱线、金属丝或金属合金丝的层的情况下，可以将第一层以第一缠绕方向螺旋缠绕，并且将第二层以与第一缠绕方向相反的第二缠绕方向螺旋缠绕。在一些情况下，第一层以相对于软管的纵向轴线的正角铺设，并且第二层以相对于纵向轴线的负角铺设。层中的一个的角度可以在约45°与65°之间，并且其他层的角度在约-45°与-65°之间。
在根据本披露的实施例中使用的任选的摩擦层典型地是从约0.020英寸(0.5mm)至约0.051英寸(1.3mm)厚的，更典型地是从约0.024英寸(0.6mm)至约0.043英寸(1.1mm)厚的，并且在一些方面厚度将为从约0.028英寸(0.7mm)至约0.035英寸(0.9mm)。摩擦层可以由任何合适的基于可固化的橡胶的组合物形成，该组合物包含这样的橡胶如EPDM/EPR可持续聚合物、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、氢化NBR、羧化NBR、聚氯丁二烯、含氟弹性体、表氯醇、腈、羧化丁腈橡胶、CPE、CSM、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、NBR/PVC共混物、或其任何共混物。
再次参考覆盖层，在根据本披露的一些实施例中，覆盖层具有从约0.039英寸(1mm)至约0.12英寸(3mm)、从约0.059英寸(1.5mm)至约0.098英寸(2.5mm)，并且在一些情况下，约0.067英寸(1.7mm)至约0.075英寸(1.9mm)的厚度。根据本披露的一些实施例中的内管的厚度可以是从约0.031英寸(0.8mm)至约0.157英寸(4mm)，并且在一些情况下，从约0.039英寸(1.0mm)至约0.138英寸(3.5mm)。在一些实施例中，软管外径可以是从约0.5英寸(12mm)至约5英寸(127mm)。
一个实例是为了进一步展示本披露的一些实施例和方面的性质的目的而制备的，并且不意图作为对其范围的限制。在该实例中，软管由以下表中描述的材料制备：
表1
表2
表3
根据NSF/ANSI/CAN 61标准对以上材料的固化样品进行测试。所有测试的材料都满足NSF/ANSI/CAN 61的要求，并且也不含亚硝胺。索引号为J-00370077的测试报告通过对其引用并入本文，并且可获得自www.nsf.org。
根据本披露的一些软管实施例具有如表4中给出的尺寸、性能额定值和重量。表4中的值是示例，但根据本披露的软管不必须限于此。
表4
为了说明和描述的目的，已经提供了对实施例的前述描述。提供示例性实施例，使得本披露将是充分彻底的，并且将范围传达给本领域技术人员。阐述许多具体细节，诸如特定部件、装置和方法的实例，以提供对本披露的实施例的彻底理解，但并不旨在是穷尽的或限制本披露。应当理解，在本披露的范围内的是具体实施例的单独的元件或特征通常不限于该具体实施例，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在所选择的实施例(即使不是明确示出或描述的)中使用。本披露也可以以许多方式变化。此类变化不被视为偏离本披露，并且所有此类修改旨在被包括在本披露的范围内。
虽然上面已经详细描述了本披露的几个实施例，但是本领域普通技术人员将容易地理解，在实质上不脱离本披露的传授内容的情况下，许多修改是可能的。因此，此类修改旨在被包括在如权利要求中限定的本披露的范围内。

Claims (15)

1.一种软管，该软管包括内管(102)、从该内管(102)向外设置的加强层(104)、和从该加强层(104)向外设置的覆盖层(106)，其特征在于，该软管满足NSF/ANSI/CAN 61标准的要求。
2.根据权利要求1所述的软管，其特征在于，至少该内管(102)不含亚硝胺。
3.根据权利要求2所述的软管，其特征在于，至少该内管(102)不含其他污染物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的软管，其特征在于，形成该内管(102)、该加强层(104)和/或该覆盖层(106)中的一个或多个的材料包括一种或多种选自由以下组成的组的促进剂：2-巯基苯并噻唑(MBT)、2-2’-二硫代双(苯并噻唑)(MBTS)、二硫化四苄基秋兰姆(TBzTD)、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CBS)、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(TBBS)、N,N’-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(DCBS)、二苯基胍(DPG)、N,N’-二邻甲苯基胍(DOTG)、二苄基二硫代氨基甲酸锌(ZBEC)、N,N-己内酰胺二硫化物(DTDC)、亚乙基硫脲(ETU)、二亚乙基硫脲(DETU)、二苯基硫脲(DPTU)、二正丁基硫脲(DBTU)、-O-,O-二正丁基二硫代磷酸锌(ZBPD)、六亚甲基四胺(HMT)、过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化叔丁基异丙苯(TBCP)、二叔丁基过氧化物(DTBP)、过氧化二苯甲酰(DBP)、和过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的软管，其特征在于，形成该内管(102)、该加强层(104)和/或该覆盖层(106)中的一个或多个的材料包括一种或多种选自由以下组成的组的促进剂：2-2’-二硫代双(苯并噻唑)、二硫化四苄基秋兰姆、N-环己基-2-苯并噻唑磺酰胺、N,N’-二环己基-2-苯并噻唑磺酰胺、和二苄基二硫代氨基甲酸锌。
6.根据前述权利要求中任一项所述的软管，其特征在于，该内管(102)包括管和管填料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的软管，其特征在于，该加强层(104)包括两个单独的压延织物层。
8.根据前述权利要求中任一项所述的软管，该软管进一步包括：摩擦层(310)和第二加强层(312)，其中该内管(102)包括管和管填料。
9.根据权利要求8所述的软管，其中，该加强层(104)包括两个单独的压延织物层，并且其中该第二加强层(312)包括聚酯单丝螺旋状物和两个单独的压延织物层。
10.根据权利要求8所述的软管，其中，该加强层(104)包括单独的压延织物层和线螺旋状物层，并且其中该第二加强层(312)包括第二单独的压延织物层。
11.根据前述权利要求中任一项所述的软管，其特征在于，该内管(102)包含超高分子量聚乙烯。
12.根据前述权利要求中任一项所述的软管，其特征在于，该内管(102)包含热塑性材料。
13.根据前述权利要求中任一项所述的软管，其特征在于，该覆盖层(106)包含橡胶材料。
14.根据前述权利要求中任一项所述的软管，其特征在于，该内管(102)包含橡胶材料。
15.根据前述权利要求中任一项所述的软管，该软管进一步包括：该内管(102)内部形成的腔中的水。
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