一种长寿命高压堵水橡胶气囊的制作方法

本实用新型涉及一种长寿命高压堵水橡胶气囊，涉及骨架材料是连续的高强度的大型橡胶制品。特别适用于水下高压或城建管道抢修堵水及船舶下水、石油钻机等用。

背景技术：

高强度的橡胶制品多通过纤维骨架材料进行增强。但大型橡胶制品、特别是全封闭状（增强骨架纤维连续）的制品，则很难做到整体成型和整体加压的一次热硫化方式生产。

如：马自坤等人公开了一种“一种用于发动机绝热层制造的硅橡胶气囊成型方法（cn104972575b）”，其技术是“根据气囊的要求准备模具和相应的硅橡胶生片；然后对直筒段材料硫化、粘接及二次硫化，端部材料也进行硫化，再将直筒段粘接成型后，其两端依次与端部粘接，经硫化后得到成型的硅橡胶气囊”。

其生产工艺是分段硫化，产品质量均匀难以保证，且产品没有采用纤维骨架材料增强，相对强度较低。

许家忠等人公开了一种“一种船舶下水纤维增强橡胶气囊及成型工艺（cn105836072a）”，“其特征在于：所述芯模两端囊头采用等应力结构，所述橡胶气囊囊体具有橡胶层、纤维增强层和保护层三层结构。其成型工艺：首先将橡胶带缠绕布满于芯模表面形成橡胶层，其次将干纤维纱以特定的测地线缠绕工艺布满于橡胶层表面形成纤维增强层；然后将橡胶带多层缠绕于纤维增强层表面形成保护层；最后将缠绕后的橡胶气囊进行硫化、脱模”。

其没有解决关键问题，1）芯模材质；2）外型如何固定；3）如何硫化；4）如何脱模。

侯林芳等人公开了一种“石油钻机专用橡胶气囊的加工方法（cn105836072a）”，“其特征在于：通过高压泵供水增加气囊内压，在温度为150℃、压力2.5mpa的条件下硫化50～70分钟；采用硫化机上的橡胶气囊自动化模具”。

其问题是：1）半成品胎预成型工艺没有采用内模，其形状及尺寸难以保证；2）使用了笨重而成本高的气囊自动化模具。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种水下长寿命高压堵水橡胶气囊，涉及骨架材料是连续的高强度的大型橡胶制品。本实用新型产品耐压1.2mpa以上、使用寿命超过50年。特别用于水下高压或城建管道抢修堵水用，或船舶下水、石油钻机等用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种长寿命高压堵水橡胶气囊，所述气囊包括袋体、法兰、吊环和充放气嘴，袋体呈圆筒形，两端为圆弧或平圆且均设有法兰和两个吊环，其中一端还设有充放气嘴；袋体包括含ovp的epdm外胶层、90度角交叉铺设呈46-56度角的帘子线或钢丝骨架层、氯丁胶和天然胶并用的中胶层、马来酸酐悬浮接枝改性的溴化丁基内胶层。

所述的一种长寿命高压堵水橡胶气囊，所述气囊最大尺寸是：直径ф4m×11m长。

所述的一种长寿命高压堵水橡胶气囊，所述帘子线或钢丝骨架层，是46-56度角缠绕挂胶的双数层帘子线或钢丝网，90度角交叉铺设，每层帘子线或钢丝网双面挂中胶。

所述的一种长寿命高压堵水橡胶气囊，所述帘子线为聚酯或尼龙帘子线；所述钢丝层是304不锈钢网层。

本实用新型的优点与效果是：

本实用新型气囊袋体采用内胶层、中胶层、骨架层和外胶层结构，同时增强骨架采用46-56度角缠绕挂胶的帘子线或钢丝网双数层（不低于2层），90度角交叉铺设，使材料及产品受力均匀且柔顺；气囊耐压强度高（使用压力达1.2mpa以上）、海水中使用寿命超过50年、环境卫生指标超国标要求4个数量级。

附图说明

图1为本实用新型气囊袋体的剖视图；

图2为本实用新型气囊产品图；

图3为本实用新型气囊产品端面图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请做详细说明。

图1为本实用新型气囊袋体的剖视图，可说明气囊袋体各结构层的相对方位，图中标记为：1a-外胶层、1b-骨架层、1c-中胶层、1d-内胶层。

图2为本实用新型气囊产品图，图中标记为：1-袋体、2-法兰、3-吊环、4-充放气嘴；

图3为本实用新型气囊产品端面图。

本实用新型气囊包括袋体1、法兰2、吊环3和充放气嘴4；其中，袋体呈圆筒形，两端为圆弧或平圆且均设有法兰2和两个吊环3，其中一端还设有充放气嘴4；袋体包括epdm外胶层1a、帘子线或钢丝骨架层1b、氯丁胶和天然胶并用的中胶层1c、马来酸酐悬浮接枝改性的溴化丁基内胶层1d。

其中，外胶层的质量组成是：epdm、100份，碳黑n220、50份，环烷油、10份，氧化锌5份，sa、1份，ovp、1~10份。

帘子线或钢丝骨架层，采用46-56度角缠绕挂胶的双数层帘子线或钢丝网，90度角交叉铺设，每层帘子线或钢丝网双面挂中胶。帘子线为聚酯或尼龙；钢丝层采用304不锈钢网。

本实用新型气囊最大尺寸是ф4m（直径）×11m（长）。

本实用新型气囊制备过程是：

步骤1：用碎纸机将废纸打碎后，在容器中用水浸泡透后制成膏状纸浆；在圆筒钢芯粘上一层纸，其一端有气嘴孔，预先将法兰的内片加入，膏状纸浆糊在其上；放在室温中自然失水硬化，而成两端有内法兰的圆筒纸模具。

步骤2：生胶塑炼、配合、混炼、下片

（2-1）epdm外胶层：按配方（质量份数），epdm，100份、碳黑n220，50份、环烷油，10份、氧化锌，5份、sa，1份、ovp，1~10份。在开炼机上，按下列工艺过程操作：生胶包辊→氧化锌、炭黑、硬脂酸合油、ovp→促进剂、硫磺→混炼均匀→冷却下片（50-70℃/小于27分钟/辊速比1.05-1.2:1），备用。

其硫化胶的物理机械性能如表1，使用寿命按国际标准iso11346：1997，做70℃、80℃、90℃的热空气加速老化实验，以拉伸性能外推其23℃使用寿命为79.3年（求安全系数为2），食品卫生性能按国家标准gb4806.1-94《食品用橡胶制品卫生标准》检验性能如表2。

（2-2）氯丁胶和天然胶并用的中胶层：按配方（质量份数）通用氯丁橡胶，50份、环氧改性天然橡胶，50份、s，1份、tmtd，1.5份、四脚状氧化锌晶须，7份、bc，40份、sa，3份、环烷油，20份、促tm808，2份、氧化镁，4份、老防4010，1份、防老剂d，1份、叔丁基苯酚甲醛树脂，30份。在开炼机上，按下列工艺过程操作：塑炼→配合→混炼→高温补强→低温交联→下片，备用。

其硫化胶物理机械性能如表3。

（2-3）马来酸酐悬浮接枝改性的溴化丁基橡胶内胶层的生胶塑炼、配合、混炼、下片（备用）。

测试其硫化胶材料性能，见表4。

步骤3：将高强帘子线或钢丝网浸胶后，在四联压延机上双面挂中胶层胶料，成生胶布，备用。

同时测试复合胶搽胶织物物理性能，见表5。

步骤4：在纸模具上铺覆内胶层丁基生胶片后，按46-56度角缠绕挂胶的帘子线或钢丝网双数层（不低于2层），90度角交叉上布，滚筒两端300mm内各留无胶帘子线做预搭接处理（各帘子线层用聚丙烯膜隔开）；整体上中胶胶片，胶片对接处割坡口黏合；整体上外覆盖胶胶片，胶片对接处割坡口黏合；

步骤5：包加压水布，穿上胶布护袋（防水胶布制成），进硫化罐加压0.6mpa/30min；纸浆模具保持内压0.63mpa。

步骤6：150℃×30min硫化完成后，取出，解开水布，即得内含纸浆模具的产品，向其中通热水，将碎纸浆清除。

步骤7：安装端法兰、气嘴及吊环。

即制成本实用新型长寿命高压堵水橡胶气囊。

测试方法：

gb/t2941-2006《橡胶试样环境调节和试验的标准温度、湿度及时间》（eqviso23529：2004）；

gb/t528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》（eqviso37：2005）；

gb/t529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤形、直角形和新月形试样）》（eqviso34：2004）；

gb/t531.2-2009《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》（idtiso7619-2：2004）；

gb/t3512-2001《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》（neqiso188：2011）；

gb/t7759-2015《硫化橡胶、热塑性橡胶常温、高温和低温下压缩永久变形测定》（eqviso815：2008）；

gb/t7762-2014《硫化橡胶耐臭氧老化试验静态拉伸试验法》（neqiso1431/1：2004）；

gb/t9865.1-1996《硫化橡胶或热塑性橡胶样品和试样的制备第一部分：物理试验》（idtiso4461-1：1993）；

gb/t15256-2014《硫化橡胶低温脆性的测定（多试样法）》（eqviso812：2011；

iso11346：2014《rubber,vulcanizedorthermoplastic-estimationoflife-timeandmaximumtemperatureofusefromanarrheniusplot》；

gb4806.11-2016《食品接触用橡胶材料及制品》；

gb/t532-2008《硫化橡胶与织物粘合强度的测定》（neqiso36:2005）；

hg/t2580-2008《橡胶或塑料涂覆织物拉伸强度和扯断伸长率的测定》（eqviso1421:1977）；

astmd3985-05standardtestmethodforoxygengastransmissionratethroughplasticfilmandsheetingusingacoulometricsensor¹。

实施例1

1）一次性纸模具制造：用碎纸机将废纸打碎后，在容器中用水浸泡透后制成膏状纸浆；在事先准备好的ф0.5m×1m圆筒钢芯粘上一层纸，其一端有小气嘴孔，预先将准备好法兰的内片加入，膏状纸浆糊在其上；放在室温中自然失水硬化，而成两端有内法兰的圆筒纸模具。

2）各层混炼胶片制备：

（2-1）epdm外胶层：按配方（质量份数），epdm，100份、碳黑n220，50份、环烷油，10份、氧化锌，5份、sa，1份、ovp，10份。在开炼机上，按下列工艺过程操作：生胶包辊→氧化锌、炭黑、硬脂酸合油、ovp→促进剂、硫磺→混炼均匀→冷却下片（50-70℃/小于27分钟/辊速比1.05-1.2:1）。

150℃×30min硫化后，其物理机械性能如表1，使用寿命按国际标准iso11346：1997，做70℃、80℃、90℃的热空气加速老化实验，以拉伸性能外推其23℃使用寿命为79.3年（求安全系数为2），食品卫生性能按国家标准gb4806.1-94《食品用橡胶制品卫生标准》检验性能如表2。

（2-2）氯丁胶和天然胶并用的中胶层：按配方（质量份数）通用氯丁橡胶，50份、环氧改性天然橡胶，50份、s，1份、tmtd，1.5份、四脚状氧化锌晶须，7份、bc，40份、sa，3份、环烷油，20份、促tm808，2份、氧化镁，4份、老防4010，1份、防老剂d，1份、叔丁基苯酚甲醛树脂，30份。在开炼机上，按下列工艺过程操作：塑炼→配合→混炼→高温补强→低温交联→下片。

150℃×30min硫化后，其物理机械性能如表3。

（2-3）马来酸酐悬浮接枝改性的溴化丁基橡胶内胶层的生胶塑炼、配合、混炼、下片。150℃×30min硫化后，其物理机械性能如表4。

3）骨架纤维层制备：将高强聚酯帘子线浸胶后，在四联压延机上双面挂中胶层胶料，制备生胶布。

4）在纸模具上铺覆内胶层丁基生胶片后，按46-56度角缠绕挂胶的聚酯帘子线两层，90度角交叉上布，滚筒两端300mm内各留无胶帘子线做预搭接处理（各帘子线层用聚丙烯膜隔开）；整体上中胶层胶片，胶片对接处割坡口黏合；整体上外覆盖胶胶片，胶片对接处割坡口黏合；

5）包加压水布，穿上胶布护袋（防水胶布制成），进硫化罐加压0.6mpa/30min；纸浆模具保持内压0.63mpa。

6）150℃×30min硫化完成后，取出，解开水布，即得内含纸浆模具的产品，向其中通热水，将碎纸浆清除。

7）安装准备好端法兰、气嘴及吊环。

即制造了ф0.5m×1m的海水中（水下）长寿命高压堵水橡胶气囊。

比较例1

epdm外胶层中没有ovp及内胶层是没有马来酸酐悬浮接枝改性的溴化丁基橡胶，按实施例1制备外胶和内胶，其硫化胶物理机械性能如表1。可以看出：没有ovp的epdm外胶综合性能差些，特别是耐磨性；用没有马来酸酐悬浮接枝改性的溴化丁基橡胶的气密性显著比改性的溴化丁基橡胶差很多。

比较例2

采用平纹的聚酯帆布代替聚酯帘子线制备骨架纤维层，按实施例1制备骨架纤维层，其硫化胶物理机械性能如表5。可以看出：平纹的聚酯帆布相对致密，骨架纤维两边的橡胶“搭手”相对困难，结果橡胶与织物间粘合强度略低。

实施例2

epdm外胶层中ovp用量为1份及骨架纤维层为镀锌304不锈钢网（孔径0.5-3mm，丝径0.2-3mm），按实施例1制备外胶及骨架纤维层。其外胶及搽胶织物物理性能，见表6及表7。

实施例3

epdm外胶层中ovp用量为5份及采用尼龙帘子线代替聚酯帘子线制备骨架纤维层，按实施例1制备外胶及骨架纤维层。其外胶及搽胶织物物理性能，见表6及表7。可以看出：仍然可以得到好的结果。

实施例4

按实施例1，用2000d90聚酯帘子线制造ф4.0m×10m长寿命水下高压堵水橡胶气囊。用空气压缩机进行耐压检测，1.2mpa×24hs后无压力降。

表1外胶层性能

硫化条件：150℃×30min

表2外胶层食品卫生检验

硫化条件：150℃×30min

表3中胶层性能

硫化条件：150℃×30min

表4内胶层性能

硫化条件：150℃×30min

表5复合胶搽胶织物物理性能

复合胶搽胶织物拉伸强度不低于搽胶织物本身拉伸强度

表6外胶层性能

硫化条件：150℃×30min

表7复合胶搽胶织物物理性能

复合胶搽胶织物拉伸强度不低于搽胶织物本身拉伸强度。

从表和具体实施方式中的结果可看出：

1）含ovp的epdm外胶综合性能优异，尤其是加工性能、材料力学性能及耐磨性能得以提高；

2）马来酸酐悬浮接枝改性的溴化丁基橡胶作为内胶层，使其气密性提高，并使外胶、中胶和内胶实现很好的共硫化；

3）采用一次性纸模具，满足高压、高强的大型无缝橡胶制品的一次成型和硫化，同时无取出内模的复杂工艺过程；

4）袋体采用内胶层、中胶层、骨架层和外胶层结构，同时增强骨架采用46-56度角缠绕挂胶的帘子线或钢丝网双数层，90度角交叉铺设，使材料及产品受力均匀且柔顺，提高了产品的使用压力；

5）采用包水布加压的方式，使硫化工艺更简单，并无需外模具；

6）穿上胶布护袋，可避免产品接触水蒸气，影响产品的质量及生产的稳定性；

7）法兰和吊环方便产品的运输和安装，增强了袋体的受力和使用压力。

本实用新型生产工艺操作简便、可满足高压、高强的大型无缝橡胶制品的一次成型和硫化，生产稳定性好；所生产的大型橡胶气囊耐压强度高（使用压力达1.2mpa以上）、海水中使用寿命超过50年、环境卫生指标超国标要求4个数量级。

同时形成新的经济增长点，对材料及大型橡胶制品的相关理论和材料的应用的发展有借鉴作用，具有重要的社会效益和经济效益。