胶管工业的技术进步（上）

胶管的生产使用已有140多年的历史。早在1763年，法国麦奎尔即用橡胶制出胶管并以其作为医疗上的导尿之用。1768年哥罗赛特将橡胶溶解涂在布上， 首先造出类似现代结构的胶管， 开橡胶复合制品的先河。1828~1930年，欧洲英德等国先后开始设立橡胶厂正式生产胶管。而后， 在技术上不断改进完善， 产品品种不断扩大增多， 生产机械化自动化水平不断提高，终于发展形成现代的胶管工业。现在所称的胶管， 已分成橡胶管和树脂管两大类别， 并在橡塑厂或分别由橡胶厂、塑料厂加工生产， 已呈现橡塑结合、以塑代橡、相互渗透、难以割舍的形势。目前， 全球胶管年耗用的橡胶塑料材料估计大约在8 0 万t 以上。其中， 树脂已超过橡胶达到了65%以上，橡胶退居第二约占30%， 热塑性弹性体上升至5%。2 0 0 7 年， 美国市场上各类聚合物制的软管需求量已达3 6 . 5 万t ， 其中橡胶管1 2 . 7 万t ，占34.8%； 热塑性树脂管20.7万t ， 占56.7%；TPE管3.1万t，占8.5%。详见表1。

表1 美国市场各种胶管需求量 万t

       聚合物种类      2007年      2008年      年增长率/%

热塑性树脂管     20.7         31.3        1.7

橡胶管           12.7         13.5        1.3

热塑性弹性体管   3.1          3.4         2.0

合计             36.5         38.2        1.8

日本2006年橡胶管的生产为4 . 4 万t （ 橡胶耗量计），同比增长2.1%，销售额1 474亿日元（合13亿美元）；树脂管为4.2万t，增长1.1%，销售额289亿日元（ 合2 . 5 亿美元） 。显示， 橡胶管的生产量已低于树脂管，但产品附加值远高于树脂管，约为其5倍，增幅也比树脂管要大。2008年日本橡胶管的耗胶量为4.35万t。产量已达41 830万延长米，销售额达到14.5亿美元。其中， 高压胶管耗胶约11%， 汽车胶管耗胶占67%， 其他胶管耗胶占22%。产量上， 汽车胶管占80%， 高压和其他管各占10%， 而销售额汽车胶管占73%， 高压和其他管各占13%。详见表2。

表2 日本橡胶管分类耗胶、产量及销售额

胶管分类       耗胶量                     生产量                     销售额

数量/万t     所占份额/%     数量/万m    所占份额/%    数量/亿美元   所占份额/%

高压胶管  0.50       11.4          4 470       10.7          2.0        13.8

汽车胶管  2.90       66.8          33. 300      79.6          10.6       73.3

其他      0.95       21.8          4 060        9.7          1.9         12.9

合计      4.35       100.0         41 830      100.0         14.5        100.0

胶管作为流体的输送器材以及压力传导器件， 现已广泛用于各行各业， 遍布千家万户。迄今为止， 胶管以其可自由弯曲性、多次屈挠性和柔软变形性， 在各类金属和非金属管材中独树一帜， 无可取代。正因如此， 胶管以其不同性能和用途， 种类已逾千种以上， 规格达到万种之多。通常， 按输送介质、工作性能、使用压力以及产品结构和加工特点而命名。近年以使用用途和工作部位命名的现象更为增多。目前， 国际上对胶管尚无统一的分类原则和方法， 各国表示不一。现行通用的分类， 可概括为一般用胶管、高压胶管、汽车胶管、石油胶管和特殊用胶管五大类型， 在工业生产上已进人到以高压和汽车管为中心的时代。一般用胶管在上世纪60年代初期， 以工业和日用为主曾占到胶管总量的近一半， 再加上农业等方面用的已达到70%~80%。而今由于各种新型胶管的出现和发展， 其比例已下降到20%以下。特别是在材质和结构上， 一般用胶管已绝大部分树脂化， 为树脂管取代。传统的橡胶管现已在其中降至不足5%~10%。2 0 世纪6 0 年代崛起的高压胶管（ 压力在7.0 MPa以上） ， 随着液压技术的进步和液压机械使用范围的急剧扩充， 以橡胶钢编管为代表获得了迅猛发展。近些年来， 还出现了压力可达30.0 MPa以上，一直到100.0 MPa的超高压胶管。它们主要使用橡塑复合材料、缠绕编织混合结构组成一体， 生产比例在不断扩大。目前， 各种高压胶管所占的比例已超过15%以上，成为胶管工业生产技术水平的代表。从1970年开始， 汽车胶管随着汽车技术的发展， 种类日益增多， 数量不断增大， 已从原来的散热、刹车用扩大到液压、燃料、空调等各种系统， 单车用量由5 m增至20 m以上。现在一辆豪华型汽车要装用80根的胶管组合体，尤其是燃料管、空调管规格精、质量严、换代速度不断加快， 已成为胶管中的精细产品。目前， 汽车管的生产量已占到胶管量一多半， 以橡胶消牦量计达到2 / 3 ， 销售额占据3 / 4 左右的高位， 名副其实地成为左右胶管工业发展的重要产品。石油胶管作为大型产品及其特殊的加工技术方法， 已在农用水利排灌胶管基础上形成又一类产品。这类胶管的内径， 已从一般水利胶管的50~200 mm发展到300~500 mm，巨型管甚至达到1 000 mm，压力从常用的1~2 MPa到15~25 MPa，不仅耐油，有的还耐热，其使用量和应用范围均在不断扩大。现在从陆上、海洋石油开发、运输和储存都已无法离开， 成为石油工业的重要器材。它以钻探管、输油管为代表， 继农田水利管之后也是胶管大型化的方向。现今胶管的成型制造已发展到从织物卷成， 纤维和钢丝编织、缠绕到纱线筒织、针织以及短纤维、树脂补强层挤出套贴等一系列生产方式。目前， 织物卷成的夹布胶管主要用于大型的输水、输油以及输送物料的排吸管， 以金属芯棒成型为主， 长度仅限于10~20 m， 在中小型管方面已处于淘汰状态。针织胶管多为无芯法，不限长度，仅限于煤气、天然气、LP气等气体传送的导管。筒织胶管主要用于消防水龙带管、农艺灌溉胶管。编织和缠绕胶管现已发展为当今主流的胶管生产加工方式， 成型芯棒也从硬芯的金属棒过渡到软芯的树脂绳， 甚至为无芯的充气、冷冻定型等方法。长度可从硬芯的6 ~ 1 0 m 一直到无芯的50~100 m， 乃至无限长。内径6 ~20 mm的为编织，30~50 mm为编织、缠绕或两者的混合，50 mm以上的几乎全部为缠绕。然而200 mm以上时由于设备的限制，除了高压管之外， 仍然以织物和金属线卷成凯装的方式为主。总的来说， 由于缠绕法的材料消耗低、生产速度快、承受压力高， 已成为胶管发展的总趋势。橡胶和骨架材料的选用， 对于胶管性能起着决定性的作用。一般对性能没有特别要求的普通低档胶管（ 如水管、风管等） 可以不用橡胶以再生胶代用， 中档的气水管（ 如输水管、导气管、刹车管、喷液管、喷砂管、酸碱管等） 多用NR、SBR、BR， 特殊的使用CR、IIR、EPDM、CSM。同时，PVC为其主要取代材料，PE、PP的用量比例也在增加。对于高档的耐油胶管， 早已进入复合材料的时代，通常内层胶为NBR，外层胶为CR。聚氨酯（PU）、尼龙树脂（PA）为其重要改性材料， 可用于内外层。耐热耐油胶管现已发展为150 ℃用ACM、200 ℃用ECO、250 ℃以上用FKM，而四氟乙烯（TF）为最佳改性材料。橡胶与树脂的使用， 在中低压耐油管方面多为共混或者取代，在高压耐油管中则多为复合。至于骨架补强材料， 视压力大小可从维纶、尼龙、聚酯、芳纶、钢丝等方面选取， 个别情况也有混用的。目前中小型管多以纱线、线材形式使用， 大型和巨型管则加工成帘线、线绳状态再用，单股的粗度为0.3~0.5 mm，合线成为0 . 6 ~ 1 . 2 m m ， 大型和巨型用的可达2~3 mm。强力尤其是定伸和结扣强力，疲劳特别是往复弯曲和左右扭转次数最为关键。随着气动和液压机械的技术进步， 对胶管的性能质量和使用安全要求日趋严格。在压力下，如何保证性能、避免泄漏， 如何保障安全、防止爆破， 已是胶管多年来一直为之追求的最大课题。未来胶管将以高压管和汽车管为中心， 逐步走向精品化、组合化。当今， 扩大发展带有扣压金属接头、硫化组装金属接头、机械紧固金属接头的胶管组合件产品已成主流， 附加值也随之进一步提高。胶管厂与接头件厂的结合统一现象日渐增多， 形成了专业化胶管组合件工厂。

1 各种胶管的技术进步

1.1 高压胶管

高压胶管通常系指能承受7 . 0 M P a 以上工作压力， 并在可移动状态下使用的， 由橡胶类高聚物与有机纤维或钢丝复合组成的压力配管。要求安全倍数为2 . 5 ~ 4 . 0 ， 主要对象为气动， 液压系统的机械， 耐各种液压油、水和空气等，脉冲次数在40万~100万次以上，工作环境-60~300 ℃。具体在生产上分为橡胶管和树脂管两大类型，其使用比例大约为5∶1。

1.1.1 高压橡胶管

目前， 高压橡胶管约有一半左右用在各种工程机械方面， 以挖掘机为代表成为最大用户。另外， 产业车辆包括汽车特装车类占10%， 液压机床占10%， 金属第一次和第二次加工， 船舶、农机、煤矿支架以及塑料加工机械等用分别占到3%~5%左右，其他还有少量用在燃料、润滑和水压等系统上。现在， 高压橡胶管的生产使用实际上已形成液压和工程机械为主的局面。现代的高压橡胶管均由内胶层、补强层和外胶层组成。补强层主要为有机纤维（ 压力10.0 MPa以下） 和金属钢丝（ 压力10.0 MPa以上） 。常用纤维有聚酯、人丝、高档产品用芳纶。钢丝通常为标准强力的NT级（0.3 mm×200 N）。更高压力的采用高强力的HT、超高强力的S T 以及超超高强力的S S T 级钢丝， 以其制造的胶管压力可达1 0 0 M P a ， 最高达到200 MPa。高压橡胶管的内胶层普遍使用NBR。近些年来， 出于对环保的要求， 液压已开始大量改为可生物降解的流体， 因此， 对NBR的耐腐蚀性提出了更高要求， 除使用耐腐蚀的NBR和重新调整配方之外， 已在换代为其他抗腐蚀性的橡胶， 如FKM、FKM／ECO、FKM／CSM等。外胶层为适应耐候、耐磨、耐油、耐弯曲的要求， 几乎已全部采用CR、NBR／PVC、PU、CSM、FKM等。高压橡胶管内径不大， 一般多在6~31 mm范围之内。为满足配管机构部位紧凑化， 轻巧化的需要， 这类软管的直径日趋小型化， 以之达到弯曲半径的减缩化。为此， 补强层的编织层数也由传统的2 ~ 3 层向1 层靠近， 编织密度由稀松走向紧密饱满， 实现整个编织结构紧凑化， 同时， 内外胶层厚度也在减薄， 达到薄层化，由过去的2.0~3.0 mm减至1.0~2.0 mm。因而， 对这类新型胶管的加工精度提出了更为严格的要求， 以现今致密型的液压胶管为例， 内径10 mm和工作压力21 MPa的钢编管，补强层钢丝只有1~2层，径外粗度不能超过15 mm，胶管外径不得大于17 mm，弯曲半径要小于 65mm， 即达到胶管外径的4 倍以下。而同样内径的常规钢编管， 编织层为1 ~ 3 层， 胶管外径为18~20 mm，最小弯曲半径为130~180 mm，D/d值在7~9。对于多层补强结构的胶管， 现在大多已由编织改为缠绕的方式， 它不仅可以有效地利用钢丝强力， 并且还能使生产效率成倍到几倍提高。因而缠绕成型已成为高压管走向超高压的重点发展方向。目前， 对内径25 mm以上管已有部分实现缠绕化， 而尤其对受编织设备限制的5 1 m m 以上的大型管更显示出较大的优越性，其缠绕层数可达4~6层以上。缠绕成型的最大缺点是， 受缠绕方向的影响， 只能是双向双层的偶数， 因而压力的有效利用性受到限制，胶管端头切断面钢丝层松散机率增大， 有时造成金属接头扣压难度加大， 甚至在使用之时容易拔脱。因而， 目前更多的为缠／ 编结合的方式， 以最小变形角度（54°44´） 为中心设计成内胀外缩结构，即胶管在2~3层缠绕之外，再加1 层编织层， 一般工作压力可达50 MPa， 金属接头与胶管的拔脱力达到1 000 kg/根。高压橡胶管的长度现已由原来的6 m 普遍达到100 m以上。传统的金属芯棒的硬芯法，由于长度受限只能达到6~10 m，且工作劳动强度大、效率低、材料损耗多， 目前除内径要求特别精度的产品之外， 已基本遭到陶汰。无芯的内管冷冻或半硫化法， 长度不受任何限制，且可连续化生产作业， 但由于内径公差控制困难， 一般难以满足精品的严格要求， 现已成为非主流路线。现在， 高压橡胶管的生产主要为软芯法，长度可达50~100 m。软芯棒采用能耐热老化的聚合物，如IIR、EPDM类橡胶和PVC、PP类树脂等， 现今已普遍改用尼龙类树脂。软芯法生产不仅可以保持尺寸精度，实现连续编织/缠绕生产， 而且已从硫化罐的硬芯排列硫化、无芯缠卷硫化走上加压LCM方式连续硫化。胶管硫化外包加层物也已从水布、包铅转向树脂模型法， 使用材料有PP、聚甲基戊烯树脂等。这种连续成型和硫化已导致胶管生产可在一条流水线上， 连续完成切管， 磨头到接头扣压等后工序，实现从胶管到胶管组合件的一贯性作业。

1.1.2 高压树脂管

高压树脂管始于1970年代， 开始时用于代替液压的橡胶管， 而后“ 脱液压” 形成自己独立的体系， 确立了市场地位。目前， 在高压胶管市场上， 高压树脂管大约占据15%~20%的份额， 主要用在气动和纯水系统方面的连接管，现已进入超高压管的行列并向高附加值的方向发展。年来， 高压树脂管的生产主要沿用橡胶管的标准， 近年已建立起自己的标准体系：内径为3~25 mm，工作压力为10~20 MPa，最高达到100 MPa以上。高压树脂管的主要特点可以归纳为： ① 一般以有机化纤为补强材料， 不使用金属钢丝，因而在胶管弯曲和承受流体冲击时， 不易产生疲劳裂化； ② 加压时， 胶管的体积变化小； ③重量轻， 一般仅为橡胶钢编管的1 / 3 ； ④ 耐油性、耐化学药品性非常好， 不受不燃性作动油的侵蚀；⑤富有柔软性，且极为耐磨。由于具有上述一系列优点， 高压树脂管现已广泛用于工程机械等各种液压及气动系统领域， 以及耐氟里昂气、溶剂和油漆喷涂等用途上。尤其是作为计算机用的纯水管， 更显示出极大的优越性。高压树脂管主要以编织方法制成， 中间层为聚酯、尼龙纤维， 内层采用尼龙- 11 、1 2 、6 和66作内管， 外层多以PU被覆。近年， 由于热塑性弹性体TPE的快速发展，使用TPEE（聚酯类TPE） 作内管和TPU为外管的现象不断增多。它同树脂一样， 较之橡胶省去硫化工艺，既节能又环保，并且大幅提高了生产效率。另外， 近些年来， 以镀铜钢丝、不锈钢丝为补强层的新的高压树脂管， 也开始参与高压橡胶管的竞争行列， 其势甚猛。特别是以四氟乙烯（PTFE） 树脂为内管和聚氨酯橡胶（PUR） 作外层的高压橡塑管， 其耐热油温度、工作压力和使用寿命均大大超过单一的树脂管和橡胶管， 业已成为高压胶管中又一精品，使用数量不断扩大，前景广阔。

Technological progress of hose industry (I)

Yu Qingxi

(The former rubber bureau under the ministry of Chemical Industry, Beijing 1000013, China)

Abstract: This paper elaborates on the development status and technical progress of high-pressure

hose (including high-pressure rubber hose, high-pressure resin tube), automotive hose (including brake

hose, radiating hose, cooling hose, fuel hose, booster hose, operating system hose , air-conditioning hose),

resource development hoses (including oil hose, construction hose, irrigation hose), and other hoses

(including daily industrial hose, agriculture, horticulture hose, acid and alkali solution delivery hose, fuel oil

delivery hose, powder and particulate matter transport hose, fire hose, food transfer hose).

Key words: high-pressure hose; automotive hose; resource development hose; technology

“山东省研究生联合培养基地”在青岛高校软控股份有限公司挂牌

近日， 山东省政府学术委员会、山东省教育厅授予的“ 山东省研究生联合培养基地” 揭牌仪式在软控研发中心大楼举行。此次授牌的研究生联合培养基地是由青岛科技大学和软控联合承建， 依托于青岛科技大学优良的师资教育资源以及软控雄厚的经济技术实力， 实现了校企双赢。研究生联合培养基地的建立能够提高研究生的实践能力和创新能力， 同时也能满足企业对科研人员的需求， 这

种开放的研究生培养新模式， 能够促进校企合作， 充分发挥双方优势， 促进研究生的综合能力培养。软控与青岛科技大学的产学研合作模式是国内成功的典范之一， 此次研究生联合培养基地的成立又是对这一模式的发展和巩固， 对双方的发展都具有重要推动作用。青岛软控供稿米其林宣布在中国沈阳建立轮胎厂在近日巴黎年会上， 米其林宣布在中国沈阳投资10亿美元建立乘用及载重轮胎厂， 计划2 0 1 2 年投产， 届时其在中国轮胎生产能力翻番。米其林介绍说， 这一投资计划是米其林在新型国家市场加速投资战略的一部份。2009年10月米其林宣布在印度泰米尔纳德邦建立载重及工程胎厂。同时米其林正投资1 . 7 2 亿美元在巴西伊塔蒂亚亚建设乘用胎厂， 计划2011年中投产。