擠壓式注漿泵用長壽命軟管的研制

張洪生，林鳳文，張宏國

（沈陽新飛宇橡膠制品有限公司，遼寧 沈陽 114000）

擠壓式注漿泵可用于砂漿輸送、噴漿、噴底層灰、噴頂棚、罩面，噴白灰、噴波狀面、噴粒狀面、噴花點、拉毛等十幾種作業(yè)，深受建筑行業(yè)歡迎。但擠壓泵的關(guān)鍵部件——耐擠壓膠管工作壽命短，影響了其推廣和應(yīng)用[1]。目前，市場上耐擠壓膠管主要產(chǎn)于日本和韓國。本工作對擠壓式注漿泵用長壽命軟管進(jìn)行研制。

1 擠壓式注漿泵工作原理

擠壓式注漿泵工作原理如圖1所示。

圖1 擠壓式注漿泵工作原理示意

擠壓式注漿泵工作原理如下：

（1）擠壓管呈U形，管下端連接吸漿管，經(jīng)過壓力表總成連接輸送管；

（2）當(dāng)擠壓輪架轉(zhuǎn)動時，擠壓滾輪沿擠壓管作周向轉(zhuǎn)動，并壓在擠壓管上自動滾動，將砂漿向前推動，沿輸送管排出；

（3）當(dāng)擠壓滾輪壓過后，擠壓管內(nèi)形成真空，儲漿桶內(nèi)漿料受到負(fù)壓，經(jīng)吸漿管被吸入擠壓管，如此循環(huán)，實現(xiàn)了漿料的吸入與排出；

（4）擠壓泵額定排漿壓力為0.3～0.8 MPa，垂直輸送高度達(dá)50 m，由于漿料長時間摩擦，管內(nèi)溫度可達(dá)70 ℃。

2 耐擠壓膠管性能指標(biāo)的確定

從擠壓式注漿泵工作原理可以看出，耐擠壓膠管若想獲得較長的使用壽命，不僅需要具有足夠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率和適當(dāng)?shù)挠捕?，還應(yīng)具有一定的耐磨性能、耐壓性能、高彈性及良好的柔性和耐屈撓疲勞性能等。經(jīng)過分析、研究，確定了耐擠壓膠管產(chǎn)品性能指標(biāo)。膠料性能指標(biāo)：邵爾A型硬度 （65±5）度，拉伸強(qiáng)度 ≥22 MPa，拉斷伸長率 ≥500%，拉斷永久變形 ≤10%，阿克隆磨耗量 ≤0.8 cm3。成品膠管性能指標(biāo)：爆破壓力 ≥12 MPa，簾線H抽出力 ≥100 N。

3 耐擠壓膠管的研制

3.1 膠料配方設(shè)計

耐擠壓膠管經(jīng)過長時間工作，擠壓后本身逐漸失去回空能力，不能吸入泵送流體物料，同時，兩側(cè)可見細(xì)微裂紋，內(nèi)管壁橡膠有磨損現(xiàn)象[2]。

內(nèi)外層膠料對膠管的性能影響較大，應(yīng)采用彈性和強(qiáng)度高、變形小、耐屈撓疲勞和耐磨等性能優(yōu)異的膠料[3]。目前國內(nèi)耐擠壓膠管基本全部采用天然橡膠（NR），這是由于NR成本相對低廉，加工工藝簡單，是首選的耐擠壓膠管管材。國外也有采用丁腈橡膠、氟橡膠以及公司自主研發(fā)的并用膠作為耐擠壓膠管管材，其中某些橡膠品種的選用是為了適應(yīng)不同質(zhì)流體的輸送[2]。

本研究綜合考慮各方面因素，確定內(nèi)外層膠料配方均為：NR（RSS3） 70，順丁橡膠 30，補強(qiáng)劑 45～50，活性劑 7，防老劑 2～3，硫化劑和促進(jìn)劑 2～3。含膠率在65%左右。

3.2 膠管結(jié)構(gòu)設(shè)計及骨架材料的選擇

膠管一般工作幾十至上百小時，膠管被壓扁的兩側(cè)折壓處有流體泄漏，泄漏處一般直接靠近擠壓即將脫離膠管的那一段，斷面可見里外相通的裂縫，此時需停泵清洗并更換膠管[2]。

膠管由內(nèi)膠層、增強(qiáng)層和外膠層組成。增強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇是膠管研制的關(guān)鍵。目前膠管增強(qiáng)層結(jié)構(gòu)主要有夾布結(jié)構(gòu)、編織結(jié)構(gòu)和纏繞結(jié)構(gòu)3種。夾布結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度利用率低，變形大；編織結(jié)構(gòu)在線繩交叉處極易摩擦損壞，故兩種結(jié)構(gòu)均不適合用于本研制膠管。纏繞結(jié)構(gòu)能最大程度地利用骨架材料的性能，具有耐壓、耐屈撓疲勞、彈性和抗沖擊性能好等優(yōu)點，因此本研制膠管采用纏繞結(jié)構(gòu)增強(qiáng)層。生產(chǎn)時采用簾布纏繞的方法，簾布壓延貼膠后裁條、交叉纏繞，既可充分發(fā)揮骨架材料的增強(qiáng)作用，又可提高耐屈撓疲勞性能。該方法具有靈活、易操作、占地少、設(shè)備維護(hù)方便和用工少等特點。

骨架材料的品種也直接影響膠管的性能。天然纖維和人造纖維強(qiáng)度低、彈性和耐屈撓性能差。鋼絲簾線雖彈性好、強(qiáng)度高，但耐屈撓疲勞性能和粘合性能差。合成纖維品種較多，性能較全面，但也并非十全十美，例如錦綸簾布雖有其自身的優(yōu)良特性，但初始模量低、伸長率大，使得膠管使用初期就產(chǎn)生較大的永久變形。本研制選用易得、初始模量高、延伸率小、尺寸穩(wěn)定性高的聚酯簾布作為增強(qiáng)層，其粘合性能通過浸漿和合理配合簾布膠可滿足要求。最后確定本研制膠管的骨架材料為2100dtex/2聚酯浸膠簾布，單根簾線斷裂強(qiáng)度超過300 N，密度為88 根·dm-1。

3.3 生產(chǎn)工藝

要延長擠壓膠管的壽命，除了科學(xué)合理的設(shè)計外，生產(chǎn)過程中精心細(xì)致的操作也是一個非常重要的方面。

本研制膠管內(nèi)徑38 mm，外徑64 mm，采用4層簾布纏繞結(jié)構(gòu)，內(nèi)膠層厚度7 mm。采用硬芯法進(jìn)行生產(chǎn)。

3.3.1 增強(qiáng)層

膠管爆破壓力按下式計算：

式中PB——膠管的耐壓強(qiáng)度，取12 MPa；

KB——簾布斷裂強(qiáng)度；

I——纏繞層數(shù)，按4層計算；

Dc——計算直徑；

C′—— 綜合修正因數(shù)，取0.75～0.80，本計算取0.75；

C3——取1.08～1.20，本計算取1.13。

將數(shù)據(jù)帶入公式，計算得出KB＞189.4 kN·m-1，即本研究選取2100dtex/2聚酯浸膠簾布，能夠滿足設(shè)計要求。

3.3.2 內(nèi)層膠

由于雜質(zhì)會顯著影響膠料各項性能，生產(chǎn)中增加一步濾膠工序，以除去煉膠過程中可能混入的雜質(zhì)以及凝膠粒子。膠料用密煉機(jī)制備，濾膠后加硫黃，停放待用。

內(nèi)膠層采用擠出機(jī)擠出，內(nèi)徑誤差控制在±0.5 mm，套入管芯后除掉管壁積存的空氣。

3.3.3 簾布增強(qiáng)層

將浸膠聚酯簾布通過壓延機(jī)掛膠（與內(nèi)層膠配方相同），按照各層計算寬度裁條，手工纏繞在套管上，纏繞角度為平衡角。纏繞時1和3層為左向，2和4層為右向，可壓線0～3根，不允許有開檔和皺褶，層與層之間必須緊貼。

3.3.4 外層膠

外層膠用壓延機(jī)出0.5 mm厚、100 mm寬膠片，采用搭接50%的方式纏繞在骨架層外，左右各纏繞1次。

3.3.5 后續(xù)工作

成型后，用水布纏繞加壓，硫化罐直接蒸汽硫化，硫化條件為150 ℃×（40～60） min。

硫化后先自然冷卻定型，再脫水布、管芯，然后切頭、檢驗。

3.4 成品膠管性能

成品膠管膠料性能：邵爾A型硬度 67度，拉伸強(qiáng)度 26.8 MPa，拉斷伸長率 562%，拉斷永久變形 6%，阿克隆磨耗量 0.26 cm3。

成品膠管性能：爆破壓力 19.5 MPa，簾線H抽出力 132 N。

成品膠管性能滿足本研制設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

通過實際使用驗證，本研制擠壓式注漿泵用長壽命耐擠壓膠管使用壽命平均達(dá)500 h以上，達(dá)到設(shè)計預(yù)期壽命要求。目前產(chǎn)品已大量出口到馬來西亞等國，產(chǎn)品質(zhì)量與日本、韓國等國外同類產(chǎn)品相當(dāng)。