挤压式注浆泵用长寿命软管的研制

张洪生，林凤文，张宏国

（沈阳新飞宇橡胶制品有限公司，辽宁 沈阳 114000）

挤压式注浆泵可用于砂浆输送、喷浆、喷底层灰、喷顶棚、罩面，喷白灰、喷波状面、喷粒状面、喷花点、拉毛等十几种作业，深受建筑行业欢迎。但挤压泵的关键部件——耐挤压胶管工作寿命短，影响了其推广和应用[1]。目前，市场上耐挤压胶管主要产于日本和韩国。本工作对挤压式注浆泵用长寿命软管进行研制。

1 挤压式注浆泵工作原理

挤压式注浆泵工作原理如图1所示。

图1 挤压式注浆泵工作原理示意

挤压式注浆泵工作原理如下：

（1）挤压管呈U形，管下端连接吸浆管，经过压力表总成连接输送管；

（2）当挤压轮架转动时，挤压滚轮沿挤压管作周向转动，并压在挤压管上自动滚动，将砂浆向前推动，沿输送管排出；

（3）当挤压滚轮压过后，挤压管内形成真空，储浆桶内浆料受到负压，经吸浆管被吸入挤压管，如此循环，实现了浆料的吸入与排出；

（4）挤压泵额定排浆压力为0.3～0.8 MPa，垂直输送高度达50 m，由于浆料长时间摩擦，管内温度可达70 ℃。

2 耐挤压胶管性能指标的确定

从挤压式注浆泵工作原理可以看出，耐挤压胶管若想获得较长的使用寿命，不仅需要具有足够的拉伸强度、拉断伸长率和适当的硬度，还应具有一定的耐磨性能、耐压性能、高弹性及良好的柔性和耐屈挠疲劳性能等。经过分析、研究，确定了耐挤压胶管产品性能指标。胶料性能指标：邵尔A型硬度 （65±5）度，拉伸强度 ≥22 MPa，拉断伸长率 ≥500%，拉断永久变形 ≤10%，阿克隆磨耗量 ≤0.8 cm3。成品胶管性能指标：爆破压力 ≥12 MPa，帘线H抽出力 ≥100 N。

3 耐挤压胶管的研制

3.1 胶料配方设计

耐挤压胶管经过长时间工作，挤压后本身逐渐失去回空能力，不能吸入泵送流体物料，同时，两侧可见细微裂纹，内管壁橡胶有磨损现象[2]。

内外层胶料对胶管的性能影响较大，应采用弹性和强度高、变形小、耐屈挠疲劳和耐磨等性能优异的胶料[3]。目前国内耐挤压胶管基本全部采用天然橡胶（NR），这是由于NR成本相对低廉，加工工艺简单，是首选的耐挤压胶管管材。国外也有采用丁腈橡胶、氟橡胶以及公司自主研发的并用胶作为耐挤压胶管管材，其中某些橡胶品种的选用是为了适应不同质流体的输送[2]。

本研究综合考虑各方面因素，确定内外层胶料配方均为：NR（RSS3） 70，顺丁橡胶 30，补强剂 45～50，活性剂 7，防老剂 2～3，硫化剂和促进剂 2～3。含胶率在65%左右。

3.2 胶管结构设计及骨架材料的选择

胶管一般工作几十至上百小时，胶管被压扁的两侧折压处有流体泄漏，泄漏处一般直接靠近挤压即将脱离胶管的那一段，断面可见里外相通的裂缝，此时需停泵清洗并更换胶管[2]。

胶管由内胶层、增强层和外胶层组成。增强层结构设计和材料选择是胶管研制的关键。目前胶管增强层结构主要有夹布结构、编织结构和缠绕结构3种。夹布结构材料强度利用率低，变形大；编织结构在线绳交叉处极易摩擦损坏，故两种结构均不适合用于本研制胶管。缠绕结构能最大程度地利用骨架材料的性能，具有耐压、耐屈挠疲劳、弹性和抗冲击性能好等优点，因此本研制胶管采用缠绕结构增强层。生产时采用帘布缠绕的方法，帘布压延贴胶后裁条、交叉缠绕，既可充分发挥骨架材料的增强作用，又可提高耐屈挠疲劳性能。该方法具有灵活、易操作、占地少、设备维护方便和用工少等特点。

骨架材料的品种也直接影响胶管的性能。天然纤维和人造纤维强度低、弹性和耐屈挠性能差。钢丝帘线虽弹性好、强度高，但耐屈挠疲劳性能和粘合性能差。合成纤维品种较多，性能较全面，但也并非十全十美，例如锦纶帘布虽有其自身的优良特性，但初始模量低、伸长率大，使得胶管使用初期就产生较大的永久变形。本研制选用易得、初始模量高、延伸率小、尺寸稳定性高的聚酯帘布作为增强层，其粘合性能通过浸浆和合理配合帘布胶可满足要求。最后确定本研制胶管的骨架材料为2100dtex/2聚酯浸胶帘布，单根帘线断裂强度超过300 N，密度为88 根·dm-1。

3.3 生产工艺

要延长挤压胶管的寿命，除了科学合理的设计外，生产过程中精心细致的操作也是一个非常重要的方面。

本研制胶管内径38 mm，外径64 mm，采用4层帘布缠绕结构，内胶层厚度7 mm。采用硬芯法进行生产。

3.3.1 增强层

胶管爆破压力按下式计算：

式中PB——胶管的耐压强度，取12 MPa；

KB——帘布断裂强度；

I——缠绕层数，按4层计算；

Dc——计算直径；

C′—— 综合修正因数，取0.75～0.80，本计算取0.75；

C3——取1.08～1.20，本计算取1.13。

将数据带入公式，计算得出KB＞189.4 kN·m-1，即本研究选取2100dtex/2聚酯浸胶帘布，能够满足设计要求。

3.3.2 内层胶

由于杂质会显著影响胶料各项性能，生产中增加一步滤胶工序，以除去炼胶过程中可能混入的杂质以及凝胶粒子。胶料用密炼机制备，滤胶后加硫黄，停放待用。

内胶层采用挤出机挤出，内径误差控制在±0.5 mm，套入管芯后除掉管壁积存的空气。

3.3.3 帘布增强层

将浸胶聚酯帘布通过压延机挂胶（与内层胶配方相同），按照各层计算宽度裁条，手工缠绕在套管上，缠绕角度为平衡角。缠绕时1和3层为左向，2和4层为右向，可压线0～3根，不允许有开档和皱褶，层与层之间必须紧贴。

3.3.4 外层胶

外层胶用压延机出0.5 mm厚、100 mm宽胶片，采用搭接50%的方式缠绕在骨架层外，左右各缠绕1次。

3.3.5 后续工作

成型后，用水布缠绕加压，硫化罐直接蒸汽硫化，硫化条件为150 ℃×（40～60） min。

硫化后先自然冷却定型，再脱水布、管芯，然后切头、检验。

3.4 成品胶管性能

成品胶管胶料性能：邵尔A型硬度 67度，拉伸强度 26.8 MPa，拉断伸长率 562%，拉断永久变形 6%，阿克隆磨耗量 0.26 cm3。

成品胶管性能：爆破压力 19.5 MPa，帘线H抽出力 132 N。

成品胶管性能满足本研制设计技术指标要求。

4 结论

通过实际使用验证，本研制挤压式注浆泵用长寿命耐挤压胶管使用寿命平均达500 h以上，达到设计预期寿命要求。目前产品已大量出口到马来西亚等国，产品质量与日本、韩国等国外同类产品相当。