專利名稱：冷凍劑軟管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于制冷系統如機動車、工業和住宅制冷系統中的軟管。該軟管是提供撓曲性的彈性體材料和提供不透性的熱塑性材料的組合。
背景技術：
軟管在車輛空調系統和工業及住宅制冷系統中被用來輸送冷凍劑。軟管通常具有三層層合結構，由最內層、增強層和最外包覆層組成。一般而言，該內層和外層由橡膠構成，包括丁基橡膠(IIR(丁基橡膠)、CIIR(氯化丁基橡膠)、BIIR(溴化丁基橡膠)或BIMS(溴化異丁烯-甲基苯乙烯橡膠))、乙丙三元橡膠(EPDM)、氯丁橡膠(CR)、丁腈橡膠(NBR(丁腈)、HNBR(氫化丁腈))或乙烯-丙烯酸類共聚物橡膠(AEM)。增強纖維層通常由編織的有機紗線如聚酯纖維、人造絲纖維或尼龍纖維之類構成的網眼結構。最外包覆層通常由EPDM、CR、丁基橡膠或AEM構成。在各層之間可采用粘合層。
上面所討論的軟管具有高度撓曲性。正因為如此，橡膠軟管可借助外鞘捆扎成束。然而，橡膠材料通常具有高氣體滲透傾向。曾嘗試改善傳統橡膠軟管防冷凍劑滲透能力，方法是結合進聚酰胺層如尼龍6、尼龍66、改性尼龍6或尼龍6的合金等作為內層。然而，此種聚酰胺層的使用雖然降低了滲透率，但也同時降低了軟管的撓曲性。為在諸要求性能之間達到某種可接受的折中，尼龍內芯層的厚度傳統上至少是0.5mm(0.02英寸)，還可參見US 4,633,912，文中公開一種聚酰胺共混物芯管，表尺厚度介于1.07mm～0.81mm。
軟管被表征為阻隔或鑲面軟管兩種，二者的區別在于形成最內層的材料類型。阻隔軟管的最內層由彈性體材料構成，而包在最內層外面的是阻隔層。在阻隔層作為最內層的軟管中，軟管被稱作鑲面軟管。某些用途可使用二者中任何一種類型，例如燃料軟管，而其他用途可能要求特定內層材料，因而只有一種類型軟管適合。
發明概述本發明涉及一種適合輸送冷凍劑的軟管。該軟管具有強防滲透和高撓曲性。該軟管包含阻隔層、中間彈性體層、增強層和包覆層。為實現高度防滲透以制成幾乎零滲透率軟管，阻隔層由至少兩種樹脂層構成，其中至少一個樹脂層由乙烯基樹脂構成。
在公開的發明的一個方面，該軟管是阻隔軟管。位于多層阻隔層的徑向內側的是彈性體層。彈性體層構成該軟管的最內層并直接接觸任何可能流經軟管的流體或氣體。
在本發明另一個方面，該軟管是鑲面(veneer)軟管。就是說，阻隔層是該軟管的徑向最內層并直接接觸任何可能流經軟管的流體或氣體。
在另一個方面，軟管的阻隔層由三種樹脂層構成。在此種構造中，徑向最外樹脂層重復采用構成最內樹脂層的材料制作。此種構造在制造方面是最方便的；然而，也可由第三樹脂材料構成第三樹脂層。
在本發明一個方面，構成阻隔層之一的乙烯基樹脂選自醋酸乙烯(EVA)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯醇/乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氯乙烯(PVC)、氯乙烯/偏二氯乙烯共聚物和偏二氯乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
在本發明另一個方面，非乙烯基樹脂阻隔層由選自聚烯烴熱塑性樹脂或聚酰胺熱塑性樹脂的材料構成。
在本發明另一個方面，中間橡膠層，以及當軟管構造是阻隔軟管時的最內橡膠層，由選自下列的材料制成氯丁橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、乙丙三元橡膠(EPDM)、丁基橡膠(IIR、CIIR、BIIR)、氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)、乙烯-丙烯酸類共聚物橡膠(AEM)、氯化聚乙烯橡膠(CPE)或者溴化異丁烯對甲基苯乙烯(BIMS)。
在本發明另一個方面，阻隔層中的每一個樹脂層具有0.001～0.005英寸(0.025～0.127mm)徑向厚度。
附圖簡述下面將通過實施例并參照附圖來描述本發明，附圖包括
圖1是部分本發明軟管的斷面視圖；圖2是本發明軟管的另一種實施方案；圖3是本發明軟管的另一種實施方案；圖4是穩態滲透速率之間比較的曲線圖。
發明詳述本發明冷凍劑軟管10示于圖1。軟管10具有，相對于軟管徑向和軟管縱軸而言的芯層12。芯層12由彈性體材料構成。在芯層12的外面是由至少兩個熱塑性層16、18構成的阻隔層14。在阻隔層外面是中間彈性體層20、增強層22和包覆層24。
芯層12由彈性體材料構成。由于該層12與鑲面阻隔層相鄰，因此它必須能粘合在阻隔層14上。此類材料包括但不限于，氯丁橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、乙丙三元橡膠(EPDM)、丁基橡膠(IIR、CIIR、BIIR)、氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)、乙烯-丙烯酸類共聚物橡膠(AEM)、氯化聚乙烯橡膠(CPE)或者溴化異丁烯對甲基苯乙烯(BLMS)。芯層12也可由熱塑性彈性體或熱塑性硫化膠如聚丙烯、聚乙烯或其他聚烯烴與EPDM、IIR、NBR或者丙烯酸類橡膠的共混物構成。
阻隔層14由第一熱塑性層16構成，該材料具有低滲透率。合適的低滲透率材料包括聚烯烴熱塑性樹脂如高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯(PP)和乙丙共聚物熱塑性樹脂；以及聚酰胺熱塑性樹脂如尼龍6(N6)、尼龍66(N66)、尼龍46(N46)、尼龍11(N11)、尼龍12(N12)、尼龍610(N610)、尼龍612(N612)、尼龍6/66共聚物(N6/66)、尼龍6/66/610共聚物(N6/66/610)、尼龍MXD6(MXD6)、尼龍6T、尼龍6/6T共聚物、尼龍66/PP共聚物以及尼龍66/PPS共聚物。為實現成品軟管的低滲透，當采用聚酰胺樹脂，或者聚酰胺樹脂的共混物時，聚酰胺優選是非增塑的。增塑劑在聚酰胺中的加入雖可改善材料的撓曲性；但是它也將降低尼龍的滲透特性。因此，非增塑聚酰胺是優選的。
在阻隔層14中的第二層18是不同于第一熱塑性層16的低滲透材料。優選的材料是乙烯基樹脂如醋酸乙烯(EVA)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯醇/乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氯乙烯(PVC)、氯乙烯/偏二氯乙烯共聚物和偏二氯乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
在構造阻隔層14的過程中，第一層16可以是徑向最內層或者第二層18可以是徑向最內層。為保持所要求的軟管10的撓曲性，每個單獨樹脂層16、18具有0.001～0.005英寸(0.025～0.127mm)的徑向厚度。
中間層20必須能粘合在阻隔層上。該層用與適合最內層12的相同材料構成。
增強層22可通過紗線的編織、螺旋纏繞、針織或螺旋針織來成形。紗線可選自傳統軟管增強用紗線，如玻璃、鋼、棉、聚酯或芳族聚酰胺纖維或者這些纖維的任意共混物的紗線。
包覆層24選自已知的軟管包覆層材料，包括但不限于丁腈橡膠(NBR)、氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)、EPDM、丁基橡膠、氯化丁基橡膠(Cl-IIR)、溴化丁基橡膠(Br-IIR)、表氯醇橡膠、丙烯酸類橡膠(AEM)氯丁二烯橡膠(CR)、BIMS以及諸如此類。類似于芯層12，包覆層也可由熱塑性彈性體或熱塑性硫化膠構成。
軟管10的滲透率不大于0.0003g/cm/d。如此低的滲透率可視為零滲透率。傳統上要獲得如此低的滲透率，須在軟管內采用一個薄金屬層。本發明達到近似于零的非常低的滲透率卻不需要在軟管內使用金屬箔或層。
本發明第二實施方案表示在圖2中。軟管10′具有最內層12、阻隔層14、相鄰彈性體摩擦層20、增強層22和包覆層24。在此種實施方案中，軟管10′的阻隔層14具有三層，16、18、16′。徑向最內層選擇的材料被重復用來作該第三層，以及徑向最外層。優選的是，中間層由滲透率最低的材料構成。
本發明第三種實施方案表示在圖3中。在該實施方案中，軟管10″不具有最內彈性體層12。替代地，阻隔層14構成最內層，而軟管10 ″是一種鑲面軟管。在圖示的實施方案中，阻隔層由兩個阻隔層，16、18組成，其制作材料和方式如上面所討論的。類似于第二種實施方案，鑲面軟管10″也可以具有由三層構成的阻隔層14，其中最內層16重復一次，從而將第二阻隔層18夾在中間。
軟管的預期用途，包括預期流過軟管的流體或氣體，將決定所公開的各種各樣阻隔或鑲面軟管構造當中哪一種適合。
軟管10的構造是按照如下所述實現的。
最內層擠出到撓性或固定的芯軸上。阻隔層通過在該最內層上同時共擠出不同的層而制成。多層擠出模頭被用于該擠出。當阻隔層成形為三層元件時，采用三層的模頭。當阻隔層成形為兩層元件時，可采用雙層模頭或者采用三層擠出模頭但其中一個進料口為空白。不同層之間不施加任何粘合劑，因為層與層之間的粘合是通過熔融粘合完成的。
阻隔層成形以后，施加另一個彈性體層或者直接施加增強層。最后施加包覆層。隨后，成形的軟管全長進行硫化以便使彈性體層硫化。軟管全長可在硫化之前或以后切斷為有限長度。如果軟管全長在硫化之前切斷，則典型情況下一段段長度的軟管將在固定曲線的短長度芯軸上進行硫化，旨在賦予軟管固定和最終的構型。
范例軟管構造一種本發明軟管。最內層由CR構成。阻隔層由三層組成尼龍6與尼龍66的非增塑共聚物、EVOH的中間層以及重復非增塑尼龍6，66共聚物的層。阻隔層中每一層的厚度為約0.002英寸(0.007mm)，總共約0.006英寸(0.024mm)。在阻隔層外面，施加另一個CR層。施加聚酯增強層。由丁基橡膠形成包覆層。
對比例1購入一種市售供應、低滲透率軟管。該軟管具有CR最內層、增塑尼龍6-66共聚物的阻隔層、NBR摩擦層、聚酯增強層和氯化丁基橡膠包覆層。該軟管是固特異輪胎及橡膠公司銷售的Goodyear Galaxy534-860-013軟管。
對比例2購入第二種市售供應、低滲透率軟管。該軟管具有CR最內層、非增塑尼龍6-66共聚物阻隔層、CR摩擦層、聚酯增強層和氯化丁基橡膠包覆層。該軟管是固特異輪胎及橡膠公司銷售的Goodyear Galaxy534-890-013軟管。
三種軟管被切斷成短段并試驗各自的滲透率。滲透試驗程序為封住軟管段的至少一端，將冷凍劑流體引入到軟管中，然后封住敞口端。稱取軟管及其內裝流體的總重量。隨后，軟管段被置于90℃的常壓環境中。每天稱取軟管重量持續兩周，然后每隔一天稱重再持續一周。于是，滲透率根據最后五日(穩態)每段長度每日失重(量)計算出來。
本發明軟管和兩種對比例軟管的滲透率結果示于圖4。對比例軟管1顯示0.0064g/英寸/日(2.52×10-3g/cm/d)的滲透率。對比例2顯示0.0013g/英寸/日(5.12×10-4g/cm/d)的滲透率。本發明軟管顯示0.0001g/英寸/日(3.94×10-5g/cm/d)的滲透率。本發明軟管表現出在低滲透方面與其他軟管相比的顯著改進。
雖然至此該軟管被描述為可用于冷凍劑，包括但不限于R134A，但也可用于其他類型流體或氣體，例如，二氧化碳。
根據本文提供的說明還可在本發明范圍內演繹出各種變換方案。雖然為說明本發明的目的在上面給出某些代表性實施方案和細節，但本領域技術人員清楚，在不偏離本發明范圍的條件下還可制定出各種變化和修改。因此，要知道，在所述特定實施方案中所演繹的改變都將屬于后面所附權利要求規定的本發明涵蓋廣泛的范圍之內。
權利要求
1.一種軟管，包含內阻隔層、徑向外側的中間層、增強層以及包覆層，其中阻隔層由至少兩種樹脂層組成，軟管的特征在于，這兩個樹脂層由兩種不同材料構成并且其中至少一個樹脂層是乙烯基樹脂。
2.權利要求1的軟管，其特征在于，阻隔層的徑向內側是彈性體層。
3.權利要求1的軟管，其特征在于，阻隔層是軟管的徑向最內層。
4.權利要求1的軟管，其特征在于，阻隔層由三個樹脂層組成。
5.權利要求4的軟管，其特征在于，徑向最內樹脂層和徑向最外樹脂層由同一樹脂材料構成。
6.權利要求1的軟管，其特征在于，乙烯基樹脂選自醋酸乙烯(EVA)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯醇/乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氯乙烯(PVC)、氯乙烯/偏二氯乙烯共聚物和偏二氯乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
7.權利要求1的軟管，其特征在于，非乙烯基樹脂阻隔層由選自聚烯烴熱塑性樹脂或聚酰胺熱塑性樹脂的材料構成。
8.權利要求1的軟管，其特征在于，該軟管的滲透率不大于0.0003g/cm/天。
9.權利要求1的軟管，其特征在于，阻隔層中的每個樹脂層具有0.001～0.005英寸(0.025～0.127mm)的徑向厚度。
10.權利要求1的軟管，其特征在于，中間層由選自氯丁橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、乙丙三元橡膠(EPDM)、丁基橡膠(IIR、CIIR、BIIR)、氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)、乙烯-丙烯酸類共聚物橡膠(AEM)、氯化聚乙烯橡膠(CPE)、溴化異丁烯-對甲基苯乙烯(BIMS)、熱塑性彈性體和熱塑性硫化橡膠的材料構成。
全文摘要
一種適合用于制冷系統的軟管。該軟管具有由至少兩個熱塑性樹脂層構成的阻隔層。至少一個層是乙烯基樹脂。選擇能夠使軟管的滲透率實際為零的樹脂。
文檔編號B32B1/08GK1488495SQ031553
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月28日 優先權日2002年8月28日
發明者R·P·威爾遜, B·亨利, R P 威爾遜 申請人:固特異輪胎和橡膠公司