矿用可扁平聚氨酯高压软管性能测试与分析.pdf

山东化工收稿日期２０２０－０４－０５作者简介王巍（１９８６），湖北随州人，硕士，工程师，主要从事矿用非金属制品安全性技术研究。矿用可扁平聚氨酯高压软管性能测试与分析王巍１，２（１．中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆４０００３７；２．国家煤矿防尘通风安全产品质量监督检验中心，重庆４０００３７）摘要对聚氨酯高压软管的阻燃性、抗静电性能、拉伸强度、耐压及爆破压力、耐磨性进行测试与分析，结果表明其具有高扯断强力，高耐磨性，能够满足长距离输送高压水的能力，同时也满足煤矿井下非金属制品阻燃、抗静电性能的需要。关键词聚氨酯高压软管；阻燃性；抗静电性能；拉伸强度；爆破压力；耐磨性中图分类号ＴＱ３２３．８文献标识码Ａ文章编号１００８－０２１Ｘ（２０２０）１１－００９０－０３ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＴｅｓｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｌａｔｔｅｎａｂｌｅＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅＨｉｇｈ－ＰｒｅｓｓｕｒｅＨｏｓｅｉｎＣｏａｌＭｉｎｅＷａｎｇＷｅｉ１，２（１．ＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｈｏｎｇｑｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３７，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｔｉｏｎａｌＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄＴｅｓｔＣｅｎｔｅｒｏｆＣｏａｌＭｉｎｅＤｕｓｔＣｏｎｔｒｏｌ，ＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎａｎｄＳａｆｅｔｙＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３７，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｃｙ，ａｎｔｉｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｂｕｒｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄａｂｒａｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｈｏｓｅｓ，ｔｅｓｔｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｉｔｈａｓｈｉｇｈｂｒｅａｋｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｉｇｈａｂｒａｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｔｅｒｃａｐａｃｉｔｙ，ｂｕｔａｌｓｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｎｏｎ－ｍｅｔａｌｌｉｃｐｒｏｄｕｃｔｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏａｌｍｉｎｅｆｏｒｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔａｎｄａｎｔｉｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｈｏｓｅｓ；ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ；ａｎｔｉｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｂｕｒｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅ；ａｂｒａｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ矿用可扁平聚氨酯高压软管具有单根长度大，体积小，重量轻，柔韧性强，便于卷取和铺设，环境适应性强的特点，被广泛用于海上石油输送、煤矿或非煤矿山应急救援、井下排水、防汛抗旱和页岩气开发等方面［１－２］。软管由内胶层、结构层和外胶层构成，内、外胶层材料选用耐油、耐水、耐老化、具有抗静电阻燃性能的聚氨酯、橡胶等，结构层材料多为高强度涤纶纤维、尼龙纤维并植入导电丝，具有承压保型能力。在软管与软管之间采用快速接头、软管与其它输液设备管路之间连接，形成能够承受一定压力的输液系统，实现快速连接、铺设、排水，为救援抢险带来极大的方便，赢得大量宝贵时间。近年来聚氨酯高压软管逐渐应用于矿山抢险救援中，软管直径通常选用 Φ １５０ｍｍ至 Φ ２５０ｍｍ，额定工作压力２．８ＭＰａ，爆破压力可达８．４ＭＰａ［３］。本文主要对聚氨酯高压软管的阻燃性能、抗静电性能、纵向拉断强力及拉断伸长率、工作压力、最小爆破压力、耐磨性进行实验，研究软管的各项性能指标能否满足煤矿产品安全准入要求。１实验部分１．１实验仪器酒精喷灯燃烧试验装置（自制）、卧式拉力机ＹＮＳ－３０００（长春机械科学研究院有限公司）、万能试验机ＣＭＴ５３０５（美斯特工业系统（中国）有限公司）、高阻计ＺＣ４６Ａ（上海第六电表厂）、静液压试验机ＸＧＪ－１０（承德市金建检测仪器有限公司）、Ｔａｂｅｒ耐磨试验机ＬＧＤ－５６１２Ａ（昆山鹭工精密仪器有限公司）。１．２实验方法实验样品选用直接为 Φ １５０ｍｍ１．２ｍ的聚氨酯高压软管。按照ＭＴ１８１的试验方法，截取６个样品宽度为２５ｍｍ的圆环，点燃喷灯，调整其火焰高度为１５０～１８０ｍｍ，在喷灯喷火口中心５０ｍｍ处的火焰温度应为９６０ ℃ ６０ ℃时，进行酒精喷灯燃烧试验。按照ＭＴ１８１的试验方法，选取３根 Φ １５０ｍｍ１．２ｍ的聚氨酯高压软管，将样品放置在温度为２３ ℃ ２ ℃，相对湿度为６５％ＲＨ５％ＲＨ的环境中至少２ｈ，测量时，将两个电极紧密地附着在试件的外壁表面，并遍及试件外壁一周，两电极间相距１０００ｍｍ，将样品放在绝缘垫块上，再将两个电极分别用引线接入高阻仪，施加试验电压１ｍｉｎ后，测量电阻。按照ＭＴ９１４的试验方法，将样品沿轴向方向裁制３个哑铃状标准试样，将样品放置在温度为２３ ℃ ２ ℃，相对湿度为４５％～７５％ＲＨ的环境中１６ｈ，实验时夹持器以１００ｍｍ／ｍｉｎ的恒速对试样进行连续拉伸，直到试件断裂为止，记录拉力值。按照ＧＢ／Ｔ１５５６０的试验方法，选取１根 Φ １５０ｍｍ１．２ｍ的软管，将软管与接头和静液压试验机连接好，将软管中充满水，预处理１ｈ，然后连续均匀地把试样压力升到正常工作压力的１．５倍（４．２ＭＰａ），保压１ｈ；进行爆破压力试验时，均匀、快速地对试样施加压力，直到试样在６０～７０ｓ内破裂为止，记录试验数据。按照ＧＢ／Ｔ３０３１４的试验方法，从软管上随机截取１个圆形测试样品，每个试样直径为１１４ｍｍ１ｍｍ，中心孔径为６．３５ｍｍ，称量试样的质量，将试样按照在磨耗机的转盘上并压平，砂轮的转速为７５ｒ／ｍｉｎ，在无附加压重作用下，磨轮转数２５００００转，记录质量损失量。２结果与讨论２．１阻燃性能试验由表１可知，软管的酒精喷灯有焰燃烧算术平均值小于３ｓ且单个样品最大燃烧时间不超过１０ｓ，酒精喷灯无焰燃烧算术平均值小于１０ｓ且单个样品最大燃烧时间不超过３０ｓ，满足ＭＴ１８１标准要求。未经阻燃处理的普通聚氨酯软管在空气中是可燃的，酒精喷灯燃烧试验表明样品点燃后出现熔滴现象，直接滴落在燃烧箱中，滴落物离火后立即熄灭，试样增强层出现短暂的无焰燃烧现象。实验结果表明燃烧产生熔滴现象的是内外胶层的聚氨酯材料，离火即熄灭表明材料中添加了阻燃０９ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ２０２０年第４９卷第１１期剂；增强层为高强度纤维，出现短暂的无焰燃烧情况而未出现 “ 灯芯效应” 表明增强层纤维具有一定的自阻燃性。表１聚氨酯高压软管的酒精喷灯燃烧时间数据Ｔａｂｌｅ１Ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｄａｔｅｏｆｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｈｏｓｅｓ样品编号喷灯有焰燃烧时间／ｓ喷灯无焰燃烧时间／ｓ１＃２．５２０．８８２＃２．７５０．６８３＃２．６９１．３１４＃３．６０１．２５５＃２．６５１．４０６＃２．４４０．７３平均值２．８１．０最大值３．６１．４２．２抗静电性能试验非金属制品用于煤矿井下时通常有阻燃抗静电性能要求，抗静电性能一般用表面电阻表示，表面电阻越大，抗静电性能越差。由于软管用于井下排水，按照标准要求只需外壁表面满足抗静电要求即可。由表２可知，聚氨酯高压软管的外壁表面电阻平均值小于１１０９Ω，满足标准ＭＴ１８１的要求。表２聚氨酯高压软管的外壁表面电阻值Ｔａｂｌｅ２Ｓｕｒｆａｃｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｈｏｓｅｓｏｕｔｅｒｗａｌｌ样品编号试验环境温度／ ℃相对湿度／％外壁表面电阻值／ Ω 平均值／ Ω １＃２２６７２．７１０８２＃２２６７４．４１０８３＃２２６７３．１１０８３．４１０８２．３拉伸强度试验软管的拉伸强度主要是由带坯承担，带胚通常是由高强纤维双经双纬编织而成。增强层的拉伸强度和拉断伸长率是影响软管耐压性能的主要因素。通过软管整管拉伸强度与软管轴向取样哑铃状试样拉伸强度对比试验来研究不同的试验方式是否会影响软管的拉伸强度。取 Φ １５０ｍｍ１．２ｍ的聚氨酯高压软管，管壁平均厚度８．５ｍｍ，在卧式拉力机上进行整管拉伸强度试验，试验速度为１００ｍｍ／ｍｉｎ，软管破坏时的最大力为２７１．２ｋＮ， σ＝ＦｍＬ＝Ｆｍ π （Ｄ－２ｈ）），其中 σ为整管拉伸强度，Ｆｍ为最大扯断力，Ｄ为软管公称外径，ｈ为管壁厚度，则整管拉伸强度 σ为６４０ｋＮ／ｍ。由表３可知，哑铃状试样的拉伸试验强度平均值为６３３ｋＮ／ｍ，与整管拉伸强度较吻合。表３哑铃状试样拉伸强度及拉断伸长率Ｔａｂｌｅ３Ｄｕｍｂｂｅｌｌｓａｍｐｌｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｔｂｒｅａｋ样品编号有效宽度／ｍｍ厚度／ｍｍ最大力／Ｎ拉伸强度／（ｋＮ／ｍ）拉断伸长率／％１＃２７．５２８．５０１７５９３６３９．２８３４２＃２７．６０８．４８１６７７７６０７．８６３３３＃２７．５０８．５０１７９５３６５２．８４３６平均值／／／６３３３４２．４耐压及爆破压力试验增强层在软管中起着承压和保形作用，当软管受到的是内压负荷和轴向拉力时，纤维层织物受到经向和纬向张力的作用。当沿织物经、纬两方向的耐压负荷达到极限值时，软管增强层最弱一点的纱线断裂，缺口处出现应力集中，管壁会沿经向或纬向撕裂［４］。软管的设计工作压力为２．８ＭＰａ，按照标准要求，４．２ＭＰａ试验压力下保持１ｈ，软管未渗漏、未破坏。软管的最小爆破压力为８．６ＭＰａ，软管破坏为软管中间部位的经向线断裂，这表明增强层纤维的强度、经纬向的编织方式及内外胶层与增强层的结合方式对软管的爆破压力有影响。软管爆破前后外观图，如图１所示。图１软管爆破前与爆破后的外观图Ｆｉｇ．１Ａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｔｈｅｈｏｓｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｂｕｒｓｔｉｎｇ２．５耐磨性试验磨痕形貌能够直观反映软管的磨损性能。由图２可知，软管的外胶层经过２５００００转的耐磨性试验后，外胶层未破坏，增强层纤维未外漏，磨损表面较为平整，粘着坑和磨屑清晰可见，说明外胶层磨损方式是粘着磨损［５］。磨耗量的大小是衡量耐磨性好坏的重要指标，磨耗量越小，表明耐磨性越好。软管的耐磨性可用磨耗量来表示，利用精度为０．１ｍｇ的电子天平称量试验前后的试样质量，以ｍ前－ｍ后ｍ前１００％来表示试样的磨耗量。试样磨耗前的质量为９０．０８７０ｇ，磨耗后的质量为８７．９４４８ｇ，则磨耗量为２．３８％，表明软管具有较好的耐磨性。１９王巍矿用可扁平聚氨酯高压软管性能测试与分析山东化工图２软管磨耗前与磨耗后的对比图Ｆｉｇ．２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｈｏｓｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒａｂｒａｓｉｏｎ３结论软管具有较好的阻燃性能，试样经酒精喷灯点燃后内、外胶层出现熔滴，滴落物离火熄灭，增强层具有自阻燃性；软管的外壁表面电阻平均值小于１１０９Ω，满足标准ＭＴ１８１的要求。软管具有高扯断强力，其整管拉伸强度为６４０ｋＮ／ｍ，轴向取样哑铃状试样拉伸强度６３３ｋＮ／ｍ，表明试样不同的测试方式不会影响实验的结果。在４．２ＭＰａ试验压力下保持１ｈ，软管未渗漏、未破坏，最小爆破压力达８．６ＭＰａ，能够满足长距离输送高压水的能力；软管增强层纤维的强度、经纬向的编织方式及内外胶层与增强层的结合方式对软管的爆破压力有影响。软管的外胶层经过２５００００转的耐磨性试验后，外胶层未破坏，增强层纤维未外漏，磨耗量为２．３８％，表明软管具高耐磨性能。因此，可扁平聚氨酯高压软管的各项性能指标能够满足煤矿产品安全准入要求。参考文献［１］杨建雄．可扁平聚氨酯软管的应用介绍［Ｊ］．特种橡胶制品，２００３（４）６０－６２．［２］王书栋，王巧娥．大口径可扁平聚氨酯软管的研制［Ｊ］．特种橡胶制品，２０１１，３２（４）４５－４７．［３］刘明明．聚氨酯高压软管在矿山救援中的应用与接头改造［Ｊ］．机械管理开发，２０１５，３０（４）７３－７５．［４］郭奎，周华．耐磨型可扁平聚氨酯软管的研制［Ｊ］．特种橡胶制品，２０１２，３３（５）５３－５６．［５］谭晶．专用高分子密封制品仿真分析及复合软管外层胶料共混改性研究［Ｄ］．北京北京化工大学，２００８．（本文文献格式王巍．矿用可扁平聚氨酯高压软管性能测试与分析［Ｊ］．山东化工，２０２０，４９（１１）９０－９２．檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻）（上接第８９页）［５］ＮｕｎｅｓＬＪＲ，ＭａｔｉａｓＪＣＯ，Ｃａｔａｌ  ｏＪＰＳ．ＢｉｏｍａｓｓｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓＡｒｅｖｉｅｗｏｎｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｓｈｅｓ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓ，２０１６，５３（１５）２３５－２４２．［６］武岳，王永征，栗秀娟，等．生物质混煤燃烧锅炉过热器受热面金属氯腐蚀特性［Ｊ］．动力工程学报，２０１４，３４（９）６９０－６９５．［７］ＭｕｌｌｅｒＭ，ＷｏｌｆＫＪ，ＳｍｅｄａＡ，ｅｔａｌ．ＲｅｌｅａｓｅｏｆＫ，Ｃｌ，ａｎｄＳｓｐｅｃｉｅｓｄｕｒｉｎｇｃｏ－ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｃｏａｌａｎｄｓｔｒａｗ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ，２００６，２０（４）１４４４－１４４９．［８］ＯｌｅｓｃｈｋｏＨ，ＳｃｈｉｍｒｏｓｃｚｙｋＡ，ＬｉｐｐｅｒｔＨ，ｅｔａｌ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｏｆＮａ－，Ｋ－，Ｃｌ－，ａｎｄＳ－ｓｐｅｃｉｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｂｒｏｗｎｃｏａｌ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２００７，８６（１５）２２７５－２２８２．［９］吴鹏，余春江，柏继松，等．生物质热解氯的析出机制研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１３，３３（１１）７５－８１．［１０］谢敏，程健，陈刚，等．橄榄废弃物低温热解过程中氯的析出规律［Ｊ］．化工学报，２０１８，６９（８）４０２－４０９．［１１］郭献军．生物质燃烧氯的析出与控制研究［Ｄ］．武汉华中科技大学，２００９．［１２］宋兴飞，朱少飞，黄兵，等．生物质燃烧过程中氯及钾析出特性研究［Ｊ］．太阳能学报，２０１５，３６（１０）２５４３－２５４７．［１３］蒋旭光，李香排，池涌，等．木屑焚烧过程中氯化氢排放特性研究［Ｊ］．燃料化学学报，２００４，３２（３）３０７－８１１．［１４］赵静，高亚楠，陈刚，等．煤中氯离子含量测定方法比较研究［Ｊ］．煤炭技术，２０１８，３７（６）３００－３０２．［１５］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ１５４５３－２００８工业循环冷却水和锅炉用水中氯离子的测定［Ｓ］．北京中国质检出版社，２００８．［１６］胡永峰．环境水样中氯化物测定方法探讨［Ｊ］．环境科学与管理，２０１０，３５（１１）１２９－１３１．［１７］刘艳梅．硝酸银滴定法与硫氰酸汞分光光度法测定水中氯化物（Ｃｌ－）的方法比对［Ｊ］．环境科学导刊，２００７，２６（增刊）８７－８８．［１８］张彦翠，王同敏，王红燕．含锌浸液中氯离子测定的方法探讨［Ｊ］．化学工程与装备，２０１４（１）１６４－１６６．［１９］李艳红．分析化学［Ｍ］．北京石油工业出版社，２００８．［２０］张玉琴．空气中ＨＣｌ测定的主要影响因素分析［Ｊ］．广东化工，２０１０，３７（５）２２６－２２７．［２１］田秀君，香芹．分光光度法测定水中微量的氯离子［Ｊ］．仪器仪表与分析监测，２００４（２）３２－３３．［２２］国家技术监督局．ＧＢ／Ｔ１１８９６－１９８９水质氯化物的测定硝酸银滴定法［Ｓ］．北京中国标准出版社，１９８９．（本文文献格式孙宇，王永征，岳茂振，等．生物质混煤燃烧中氯析出检测方法的研究［Ｊ］．山东化工，２０２０，４９（１１）８７－８９，９２．）２９ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ２０２０年第４９卷

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