压力软管的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年11月16日提交的美国专利申请no.16/193,411的优先权，并要求2018年2月19日提交的美国临时专利申请no.62/632,350的优先权，这些专利申请的全部内容通过引用整体合并于本文。

本公开涉及一种改进的压力软管，更具体地，涉及一种具有采用“超装填”构造的增强层的改进的压力软管，所述“超装填”构造为所述增强层提供大于110％的增强体积比(rvr)。改进的压力软管的其他特征包括具有大于126％的rvr的单层增强层和双层增强层，在双层增强层中增强层的两层在操作期间均表现出净长度负变化。

背景技术：

包括编织增强层的压力软管多年来已为人所知。先前已知的增强层的一般构造通常包括将一组单独的股线(也称为线股)捆束成单独的束，然后围绕内管层的圆周编织多个束。可以从例如股线使用的材料、束内股线的数量、股线在束内的布置方式、采用的编织类型等中看到先前已知的编织增强层之间的变化。

尽管在压力软管中使用了各种已知的编织增强层，但是仍期望改进具有编织增强层的压力软管。例如，先前已知的压力软管在其耐压性方面具有限制，并且期望高耐压性。在某些情况下，可以制造更高压力的软管，但是却以牺牲例如压力软管的重量和/或柔性为代价。还期望的是改进的软管效率和弯曲力。

一些现有的压力软管的设计缺陷中的一个具体示例是束不会遵循一致的路径。当束在整个编织物中不遵循一致的路径时，几何形状的变化会产生应力集中和平均编织直径变化。这种几何形状变化导致产品的静液压性能和脉冲性能不一致。这些不一致会导致无法满足性能要求的重大风险。

因此，仍然存在对包括编织的增强层的压力软管的需求，该编织的增强层在上述问题中的一些或全部方面均有所改善。

技术实现要素：

提供发明内容以便以简化形式介绍一系列概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。发明内容和前述的背景技术并非旨在标识所要求保护的主题的关键方面或必要方面。此外，发明内容不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

在一些实施例中，描述了一种压力软管，其中该压力软管包括：限定了压力软管的内部通道的管层；设置在管层上的增强层；和设置在增强层上的覆盖层。增强层由围绕管层编织的多个束组成。每个束可以包括多个股线。增强层具有大于或等于110％的增强体积比(rvr)。

在一些实施例中，描述了一种用于压力软管的增强层，其中该增强层包括编织在一起以形成中空的圆柱形主体的多个束。束中的每个均包括以多层取向布置的多个股线。多层取向可以确保束内的股线将不会全部具有相同的总长度。相同的多层股线取向可以用于编织在一起以形成增强层的所有束中。对所有束使用相同的多层股线取向有助于确保增强层中使用的所有束具有相同的总长度。

在一些实施例中，描述了一种压力软管，其中该压力软管包括：限定了压力软管的内部通道的管层；设置在管层上的增强层；以及设置在增强层上的覆盖层。增强层包括围绕管层编织在一起的多个束，其中每个束包括以多层取向组合在一起的多个股线。多个束中的每个均包括以相同的多层股线取向布置的相同数量的股线。以这种方式形成的增强层具有大于或等于110％的增强体积比。

在一些实施例中，描述了一种压力软管，其中该压力软管包括单层增强层，该单层增强层具有上述的束和股线构造以及大于126％的增强体积比。

在一些实施例中，描述了一种压力软管，其中该压力软管包括双层增强层，每一层均具有上述的束和股线构造。此外，增强层中的每层构造成当压力施加到该压力软管时具有净长度负变化。在一些实施例中，净长度负变化特征是通过在每层中使用小于该压力软管的中性角的编织角来实现的。

在考虑了本文的具体实施方式和附图之后，本文所述的压力软管的这些和其他方面将显而易见。然而，应理解的是，要求保护的主题的范围应由发布的权利要求书来确定，而不是由给定的主题内容是否解决了背景技术中指出的任何或所有问题、或包括发明内容中所述的任何特征或方面来确定。

附图说明

参照以下附图描述了所公开的轴承隔离器的包括优选实施例的非限制性且非穷举性的实施例，其中除非另外指明，否则在全部各个视图中相同的附图标记表示相同的部件。

图1是根据本文所述的各种实施例的压力软管的基本复合结构的横截面视图。

图2是根据本文所述的各种实施例的编织增强层的俯视图。

图3a提供了根据现有技术的股线取向的横截面视图。

图3b-图3e提供了根据本文所述的各种实施例的适于在束内使用的各种股线取向的横截面视图。

图4a提供了编织增强层的简化侧视图和编织增强层的螺旋的股线的简化放大透视图，以用于说明本文所述的编织增强层的尺寸。

图4b提供了编织在管层上的增强层的简化横截面视图，以用于说明本文所述的编织增强层的尺寸。

图5a和图5b示出了根据本文所述的各种实施例的股线和束取向的横截面视图。

图6a，图6b，图7a和图7b示出了根据现有技术的各种股线和束取向的横截面视图。

图8a和图8b示出了根据本文所述的各种实施例的具有变化的股线直径的各种股线取向的横截面视图。

图9a和图9b示出了根据本文所述的各种实施例的具有变化的抗拉强度股线的各种股线取向的横截面视图。

具体实施方式

下面参照附图更充分地描述了实施例，所述附图形成本说明书的一部分并通过图示的方式示出了特定的示例性实施例。充分详细地公开了这些实施例，以使得本领域技术人员能够实施本发明。然而，实施例可以以许多不同的形式来实现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。因此，以下详细描述不应被视为限制性的。

图1提供了根据本文所述的各种实施例的压力软管100的横截面视图。压力软管100的基本结构包括管层110、增强层120和覆盖层130。管层110用作压力软管100的最内层，增强层120用作中间层，并且覆盖层130用作最外层，使得管层110和覆盖层130有效地封装增强层120。如图1所示，管层110、增强层120和覆盖层130彼此同心地对准

管层110具有细长的中空圆柱形状。作为压力软管100的最内层，管层110限定了压力软管100的内部通道，介质可以流过该内部通道。管层110的内径d(即压力软管100的通道直径)、管层110的外径和管层的厚度(即管层的内径d和外径之间的距离)通常不受限制，并且可以基于将使用压力软管的特定应用来选择。在一些实施例中，管层110的内径d可以处于从3mm到127mm的范围内，例如从6mm到51mm。管层110的厚度可以处于从1.25mm至13mm的范围内，例如2mm至5mm。在一些实施例中，管层110的厚度可以小于在压力软管的先前已知的管层中使用的厚度，这是因为不需要依赖本文所述的软管100的管层110用于在一定程度上进行增强，先前已知的压力软管则需要这样的增强。如下面更详细地描述的，管层110可以不需要向软管100提供增强，因为本文所述的增强层120表现出大大改善的增强特性。

管层110的材料通常也不受限制，并且可以是适于压力软管和/或适于处理将通过压力软管100的特定介质的任何材料。适于用作管层的材料的通常等级的材料包括橡胶和塑料。适于使用的橡胶材料的具体示例包括天然橡胶、丁腈橡胶(br)、丁苯橡胶(sbr)、氯丁二烯(cr)、三元乙丙橡胶(epdm)和氯化聚乙烯(cpe)。适于使用的塑料的具体示例包括聚酰胺(pa或尼龙)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚四氟乙烯(ptfe)和uhmwpe(超高分子量聚乙烯)。可以用于管层的其他的通常等级的材料包括薄金属层、柔性金属结构、热塑性硫化橡胶(tpv)和其他弹性体，例如热塑性和热固性聚氨酯，聚脲和聚酰亚胺。

在一些实施例中，管层110是复合材料，例如由不同材料的、同轴对准的多个层制成的管层。这样的复合结构可以包括任何数量的层，并且可以包括任意顺序的、组合的前述任何材料。例如，复合材料可以包括一个或多个塑料材料的层、一个或多个橡胶材料的层以及一个或多个聚合物材料的层。各种层的顺序可以例如是塑料的最内层、橡胶的中间层和聚合物的外层，尽管其他的层顺序也是可能的。

在一些实施例中，管层110的材料由出于各种原因在传统上被认为不适于用作压力软管中的管层的材料所制成。例如，在一些实施例中，管层材料可以是低性能材料，例如通常在低压力软管中使用的管层材料。由于下面将更详细描述的增强层120的性能特征，使用较低性能的管层材料是可能的。换句话说，因为鉴于本文所述的增强层120提供的提高的增强性能而不需要依靠管层来进行增强，性能较低的管层材料可以适于使用在本文所述的软管100中。可以用于本文所述的软管100的管层110、但是以前不认为适于压力软管的示例性低性能材料是粘土材料，例如通常在低压力软管中使用的粘土材料管层。

替代地，管层110的材料可以由优质的高性能管层材料制成。通过将高性能管层材料的特性与本文所述的增强层120的特性相结合，这种优质材料的使用可以扩展压力软管100的性能。这种组合可以提供这样的软管100，所述软管的性能比以前利用高性能管层材料和先前已知的增强层所完成的软管的性能更好。

在一些实施例中，例如当管层110的材料是橡胶时，管层110的材料不含或基本上不含“白色”填料。一般来说，橡胶材料可以填充“黑色”填料和/或“白色”填料。黑色填料是指可以提供结构并增强橡胶的物理性能的填料。示例性的黑色填料是炭黑。白色填料是指用于平衡热固性过程中的化学反应和/或增加体积的填料。示例性的白色填料包括粘土和滑石。用于管层110的材料可以包括任何合适量的黑色填料。然而，在一些实施例中，管层的材料不含白色填料或基本上不含白色填料。如本文所用，相对于白色填料的量，基本上不含是指小于管层重量的5％。

在替代实施例中，与传统上提供于压力软管中使用的管层中的填料相比，管层110可以包括更多量的填料，无论是“黑色”填料、“白色”填料还是两者同时。考虑到下面将更详细描述的改进的增强层120，由于减少了对用于增强的管层的依赖性，可以在管层110中使用更多的填料。使用具有增加的填料含量的管层110的主要优点在于，管层的成本通常将小于较低的填料含量的管层，因此，软管100的总成本得以降低，同时又不会牺牲软管100的性能特征。

可以选择性地处理和/或涂覆管层110的内表面和/或外表面，以赋予所述内表面和/或外表面各种所需的性能。例如，可以对内表面进行处理或涂覆以便赋予管层110化学相容性、化学耐性。可以对外表面进行处理或涂覆，以使管层110更好地适于增强层120的后续施加，例如以便改善管层110和增强层120之间的粘附性。用于内表面和/或外表面的示例性处理可以包括但不限于施加化学底漆、施加不同组成的橡胶层以及施加处理过的织物层。

尽管图1示出了包括单个管层110的压力软管100，但是应当理解，压力软管可以包括一个以上的管层110。换言之，管层110可以是由两个或更多个同心对准的层制成的复合结构。多层管层110的每层可以由相同的材料、相同的基材但具有不同的填料含量、表面处理等制成，或者多层管层110的不同层可以由不同的材料制成，例如通过提供一个或多个塑料基的层和一个或多个橡胶基的层。可以使用多层管层110为管层提供基于压力软管100的特定预期应用而期望的各种特性，例如改善的强度、改善的化学相容性、改善的化学耐性等。

继续参考图1，增强层120施加在管层110上。增强层120可以直接形成在管层110上，即，在管层110与增强层120之间没有任何中间材料(多个中间材料)或中间层(多个中间层)。替代地，可以在管层110与增强层之间设置中间材料(多个中间材料)或中间层(多个中间层)，例如促进增强层120至管层110的粘附性的层或材料。在增强层120和管层110之间没有设置中间层的情况下，增强层120的内径通常将约等于管层110的外径。增强层的厚度通常不受限制，并且，如下面更详细地讨论的，所述厚度将根据增强层的具体构造而变化，例如每束对应的股线数量、束内的股线取向、以及增强层内的层的数量。增强层120通常将与管层110共同延伸，这意味着增强层120的长度通常将大致等于管层110的长度，以使得增强层110沿着管层110的整个长度设置。

参考图2，增强层通常包括一个或多个层，其中每层包括多个股线121，所述多个股线捆束在一起以形成单独的束122，并且多个束122被编织在管层110上以形成增强层120的层。一般而言，偶数个束122用于形成编织的增强层120的层，其中一半的束呈顺时针螺旋，而另一半的束呈逆时针螺旋。逆时针的束和顺时针的束配对以形成偶数个螺旋，其数量等于在增强层120的层中使用的束的总数的一半。

在本领域中也被称为线股的股线121通常为细长的圆柱体的形状，例如呈线材的形式。股线121是连续股线，其在软管110的整个长度上延伸，所述连续股线编织在所述软管上。股线121的直径通常不受限制，并且可以是适于在编织的压力软管中使用的任何直径。在一些实施例中，股线121的直径处于从0.2mm到0.5mm的范围内，例如从0.25mm到0.33mm。如下面更详细地讨论的，在一些实施例中，增强层120的层中的所有股线121都具有相同的直径，而在其他实施例中，在增强层120的层中使用的股线121的直径是不一致的。

股线121的材料通常不受限制，并且可以是适于编织的压力软管中使用的股线的任何材料。适于用作股线121的材料的通常等级的材料包括金属、纺织品和塑料。适于使用的金属材料的具体示例包括黄铜涂覆的钢、镀锌钢和不锈钢。适于使用的纺织材料的具体示例包括人造丝和芳族聚酰胺(对位和间位的芳族聚酰胺)。适于使用的塑料的具体示例包括聚酯和尼龙纱线。可以用于股线121的其他的通常等级的材料包括抗拉纤维和细丝。

可以适于股线121的其他材料包括陶瓷纤维、聚合物纤维、无定形或结晶纤维(例如，玻璃纤维)和碳纤维。在一些实施例中，碳纤维特别可用作股线121的材料。

也可以使用具有复合结构的股线121。用于股线121的具体的复合结构不受限制，并且可以包括例如多层复合结构或基体复合结构。当使用复合结构时，不同的材料可以用作同一股线的一部分，例如在多层复合结构中，其中内芯可以是第一材料，然后是在所述内芯上的一个或多个同轴对准的不同材料的层。以上讨论的任何股线材料都可以以任何组合使用和具有任何合适的复合结构。

在一些实施例中，股线121可以进一步包括涂层或覆层。可以在一些或全部股线121上设置这样的涂层或覆层。可以使用涂层和/或覆层为股线121提供各种不同的特性。例如，可以在股线上设置抗腐蚀或抗应力涂层。在一个示例中，可以在碳纤维股线121上设置抗应力涂层，例如塑料涂层。碳纤维通常在其轴向方向上是坚固的，但是在横向于该纵向轴线的方向上通常较弱，在碳纤维股线上的塑料涂层有助于在其横向方向上增强股线。

在增强层120的层中使用的股线121均具有拉伸强度。在一些实施例中，用于股线121的材料是超高抗拉强度的线材。如本文所用，术语“超高拉伸强度”是指拉伸强度在3050mpa至3350mpa的范围内。还可以使用具有比超高抗拉强度的线材低的抗拉强度的材料，例如具有低至2150mpa的抗拉强度的钢丝，或具有甚至更低的抗拉强度的纺织材料。在一些实施例中，用于增强层120的所有股线121均由具有相同抗拉强度(无论高抗拉强度还是其他)的材料制成。在替代实施例中，并且如下面更详细地讨论的，在增强层120的层中使用的股线121可以具有不同的抗拉强度。

继续参考图2，以束122的形式设置单个股线121的组。每束122对应的股线121的数量通常不受限制。在一些实施例中，每束122对应的股线121的数量处于2个或更多到100000个或更多的范围内。在一些实施例中，每束122对应的股线121的数量处于10至16的范围内。每束122对应的股线121的数量在用于增强层120的每束122内可以变化。如下面更详细地讨论的，每束122对应的股线121的数量在用于增强层120的层中的所有束122上是一致的。

每束122中的股线121可以由相同的材料制成，或者可以在束内设置不同的股线材料。例如，在一些实施例中，束122将包括多个股线121，所述多个股线中的一些由第一材料制成，并且所述多个股线中的一些由不同于第一材料的第二材料制成。可以在束122内使用股线材料的任何组合，这包括两种不同的股线材料、三种不同的股线材料或更多种。在一个非限制性示例中，束122包括由钢丝制成的股线121和由碳纤维制成的股线121。

在束122中被捆束在一起时的股线121被分层和取向的方式通常不受限制。在一些先前已知的股线取向中，例如图3a中所示的股线取向，所有股线121在单个层中并排对准，其潜在地在一个或多个相邻股线121之间具有间隙。在本文所述的增强层120的优选实施例中，股线121在束122中以多层(两层或更多层)取向捆束在一起。图3b-图3e示出了可以用于束122的各种多层取向。例如，在图3b中，束122内的股线121取向包括六个并排的股线121的第一层，在所述第一层的顶部上设置三个并排股线121的第二层，所述第二层通常位于第一层的中央。在图3c中，示出了三层股线取向，其包括六个并排股线121的第一层，在所述第一层的顶部上设置三个并排股线121的第二层，在所述第二层的顶部上设置两个并排股线121的第三层。在图3d中，示出了两层股线取向，其中第二股线层包括该第二层中一个或多个相邻股线121之间的间隙。图3e示出了类似于图3c的股线取向的股线取向，但是在第一层和第三层中具有不同数量的股线121。图3c和图3e中所示的股线取向确认可以在任何数量的层中设置任何数量的股线，以创建任何数量的不同的几何形状。

如图3b-图3e所示，所有的股线121均具有圆形横截面。然而，应当理解，股线可以具有其它的横截面形状。适用于本文所述实施例的其它的股线横截面包括椭圆形、三角形、正方形、长方形、菱形、六边形等。束122内的股线121的横截面形状可以是一致的，或者束122可以包括具有多个不同横截面形状的股线，例如束122具有圆形形状的股线、椭圆形形状的股线，以及菱形形状的股线。可以使用对股线横截面形状的任何组合。

对具有不同大小、形状以及处于不同布置方式的股线进行混合提供了优化“超装填”编织的表面积与体积之比的能力。圆形横截面的典型低能量构造是六边形密堆积布置，所述布置受到将圆形横截面区域堆叠在一起以最小化成分之间的自由空间的能力的限制。通过引入股线直径尺寸、形状和布置的分布，有可能在相同的编织体积内容许更多的增强材料。此外，通过将横截面形状改变为六边形或其他形状，可以在同一体积内放置更多的增强材料。

当以多层取向设置股线121时，例如在图3b-图3e中的每个中所示，这确保了增强层120中的股线121中的一些具有比增强层120中的其它股线121更长的总长度。例如，在束中堆叠的上层中的股线在总距离上将比同一堆叠的下层中的股线的总距离更长，这是因为与沿着较小直径的螺旋路径行进的下层中的股线相比，在上层中的股线围绕管层110缠绕时沿较大直径的螺旋路径行进。

在一些实施例中，束122内的股线121沿着束122的长度相对于沿着束122的长度的其它股线在一直线路径上对准。替代地，束122内的股线121可以设置成处于扭结结构，在所述扭曲结构中束122内的所有股线121沿着束122的长度以顺时针或逆时针方向扭结，使得每个股线沿着束122的长度遵循螺旋路径。该螺旋路径是单独的并且独立于一旦束122围绕管层110编织以作为形成增强层120的一部分而可能行进的螺旋路径。

每个束122内的股线121取向可以在束之间或在束的组之间不同。然而，在一些优选实施例中，并且如在下文中更详细地讨论的那样，在增强层120的层中使用的所有束122中，股线121的取向是相同的。当在增强层120的层中的所有束122上的股线取向是一致时，确保了每个束122在增强层的整个长度上具有相同的长度。

束122通过被编织在管层110上而形成增强层120的层。任何编织样式都可以用于在管层110上形成增强层120的层。在一些实施例中，使用2×2编织，其中每个束122重复这样的样式：在两个横向束下方然后在两个横向束上方进行编织。也可以使用3x3的编织样式。如本领域普通技术人员已知的，编织机可以用于在管层110上进行束122的编织以形成增强层的层。一般而言，针对被包括在增强层120中的每个束122，编织机包括载体。通过这种方式，可以通过公式(1)确定增强层中的螺旋的数量：

nhelix＝ncarriers÷2(1)

在一些实施例中，在本文所述的压力软管100中使用的增强层120具有大于或等于110％的增强体积比(rvr)。如果增强层120具有单层构造，则增强层120的rvr与增强层的单层的rvr相同。如果增强层120包括两个或更多个层，则基于每个单独的层的特定组成和平均螺旋直径来计算增强层120的每个单独层的rvr值。增强体积比(rvr)通过公式(2)计算：

其中nends是螺旋中股线的数量，φ是平均螺旋直径，并且经由公式(3)来计算圆柱段长度(csl)

其中enddiameter是股线的直径，而θ是编织角。

图4a和图4b提供了上述计算中使用的各种尺寸的图示。在图4a中，示出了以螺旋路径围绕管层110编织的束122的简化侧视图。在图4a中示出了中心线纵轴123，并且编织角θ被示出为束122与中心线纵轴123在它们交点处的角度。图4a还提供了以编织角θ取向的束122的股线121的放大透视图。圆柱段长度是当通过以编织角θ编织的股线121截取竖直横截面时形成的椭圆的主轴线的长度，并且如上所述可以通过将股线直径d除以编织角θ的余弦来计算。图4b示出平均螺旋直径，其是在束122的螺旋线处测得的螺旋的直径。

当提供如图5a和图5b所示的“超装填”股线和束取向时，提供的rvr大于或等于110％。这种“超装填”设计特别是通过以下而实现：在每个束内提供分层的股线定向，以使得束中并非所有的股线都具有相同的总长度(即，由于外层股线进行更大的螺旋直径路径，在外层中的股线的总长度大于内层中的股线的总长度)再加上提供这样的增强层，其中所有束在每个束内的股线取向都相同，使得增强层中所有束的总长度相同。图5a和图5b示出了具有这种构造的增强层的简化横截面图，其中每个束122包括分层的股线取向以提供具有变化的总股线长度的股线，并且增强层中的所有束122具有相同的股线取向(在这种情况下，具有一个股线的层和具有两个股线的层)以提供一致的总束长度。

图5a和图5b的“超装填”股线和束取向与如图6a和图6b所示的常规股线和束取向形成对比。在常规设计中，股线121全部平放在每个束122内的单层中，从而提供均具有相同的总股线长度的股线121。此外，所有束122都具有该单层平坦的股线取向，从而提供全部具有相同的总束长度的束122。图6a和图6b所示的常规股线和束取向提供小于或等于99％的rvr。

图5a和图5b的“超装填”股线和束取向也与图7a和图7b所示的“死区”股线和束取向相反。在该“死区”设计中，束122内的股线121平放在单层中或者具有分层的股线取向。这意味着并非所有的股线121都具有相同的总股线长度，因为束122中的至少一些具有分层的股线取向，这导致了不同的总股线长度。此外，由于在束122之间使用不同的股线取向(单层或分层的)，因此束122具有不同的总束长。图7a和图7b中所示的“死区”股线和束取向提供了大于99％但小于110％的rvr。

如上所述，本文所述的压力软管100的增强层120的rvr大于或等于110％，并且该rvr值是通过使用在图5a和5b中所示的“超装填”股线和束取向获得的。尽管优选的“超装填”设计要求使用相同的束，但只要使用分层的股线取向，通常就不限制每个束内使用的具体的股线取向。图3b-图3e提供了可以在“超装填”设计中使用的分层的股线取向的示例。

除了层的数量和每层的股线的数量以外，束内股线取向的其他可以变化的特征包括束内股线的直径和束内股线的抗拉强度。参考图8a和图8b，适于在“超装填”设计中使用的多层的股线取向示出了股线121的直径如何在束122内变化。具体地，图8a示出了在束122的两侧处的股线121a的直径小于在束122的中部处的股线121b的直径，而图8b示出股线121a、121b和121c，从束122的侧面向束的中间它们的直径逐渐变大。尽管未示出，但是也可以使用束内股线直径的其他变化，例如，较大直径的股线在束的侧面，较小直径的股线在束的中间处、较小直径的股线在下层中而较大直径的股线在上层中、较大直径的股线在下层中而较小直径的股线在上层中、以及在整个束的股线取向上随机选择大直径和小直径的股线。

参考图9a和图9b，适于在“超装填”设计中使用的多层的股线取向示出了股线121的抗拉强度如何在束122内变化。具体地，图9a示出了在束122的两侧处的股线121a的抗拉强度低于在束122的中间部分处的股线121b的抗拉强度，而图9b示出了股线121a、121b和121c，从束122的侧面向束122的中间它们的抗拉强度逐渐增大。尽管未示出，但是也可以使用束内的股线抗拉强度的其他变化，例如，较高抗拉强度的股线在束的侧面处而较低抗拉强度的股线在束的中间处、较低抗拉强度的股线在下层中而较高抗拉强度的股线在上层处、较高抗拉强度的股线在下层中而较低抗拉强度的股线在上层处、以及在整个束的股线取向上随机选择变化的抗拉强度的股线。

也可以使用上述的变化直径股线与变化抗拉强度股线的任意组合。例如，股线取向可以具有在束的侧面处的较小直径其具有较低抗拉强度的股线，以及在束的中间处的较大直径且具有较高抗拉强度的股线。

再次参考图1，压力软管100被示出为具有单层增强层120。但是，应当注意，压力软管100可以包括由多层构成的增强层120。在一些实施例中，两层或三层组成增强层120，一层在另一层的顶部，但是多于三层的增强层也是可能的。当多个层用于增强层120时，各个层被设计成具有特定的机械顺应性，以便以优化负载的方式相互作用。结果，在双轴应力强烈影响拉伸强度的情况下(例如，钢丝)，摩擦对于材料是正常的。

当设置多层增强层时，可以设置聚合物摩擦层作为增强层的相邻层之间的中间层，尽管不需要这种聚合物摩擦层。聚合物摩擦层(如果使用的话)的材料可以与本文所述的用于管层110或覆盖层130的材料相似或相同，并且聚合物摩擦层的厚度可以处于0.1mm至2.5mm的范围内

在一些实施例中，压力软管的多层增强层120的每个层使用“超装填”设计以确保每个单独层的rvr大于110％。可以使用与前述相同的方法为每个层计算rvr值，并且包括多个层的增强层的rvr可以是组成所述增强层的每个层的rvr值的平均值。当平均rvr值用于多层增强层时，单层的rvr值可能小于110％，同时仍提供rvr大于110％的多层增强层(并且因此符合“超装填设计”)。

在本文公开的压力软管的特定实施例中，软管100的增强层120具有单层增强层120的特定特征，其中增强层120的rvr大于126％。通过例如在相似的体积内提供更多的编织材料，这种特定的设计提供的性能特征达到或超过先前已知压力软管的性能特征。

如上所述，增强层120由围绕管层110以顺时针和逆时针螺旋线编织的单层的束制成。单层结构可以简化制造并减小压力软管的整体尺寸，以及降低材料成本并消除可能由于增强层的多层之间的相互作用而引起的复杂性。但是，由于单层增强层的rvr值大于126％，因此尽管其设计简化，软管的性能也不会削减。

上面讨论的特定实施例中，单层增强层120的rvr大于126％，更优选地大于133％。单层增强层的rvr上限通常不受限制，但是在一些实施例中，可以处于约160％的范围内。

在一些实施例中，通常可以通过在与先前已知的软管相似的体积中提供更多的编织材料来实现大于126％的rvr范围。尽管可以调节变量的数量以创建具有大于126％的rvr的单层增强层，但是在一些实施例中，构成增强层的束中的股线数量的增加和/或股线的直径的增加是增加rvr值的主要原因。如先前提供的公式2和3中所见，股线的数量和股线的直径都是出现在公式的分子中的值，因此示出了这些值中的一个或两个的增加如何增加rvr值。在一些实施例中，股线的数量大于12，并且更优选地大于或等于14。在一些实施例中，股线的直径处于0.25mm至0.33mm的范围内。

在本文公开的压力软管的另一特定实施例中，软管100的增强层120具有两层增强层120的特定特征，其中两层均具有净长度负变化。净长度负变化是指当软管在压力作用下时层的长度变小的方式，因此，在该特定实施例中，增强层的两层都构造为使得当软管在压力作用下时，层的整体长度减小。

增强层120的层在压力作用下经历净长度负变化还是净长度正变化取决于该层中使用的束的编织角θ，具体地，取决于编织角θ是否大于或小于软管的中性角(neutralangle)。对于本文所述的压力软管，中性角为54°44'，并且编织角θ小于54°44'导致在压力作用下层的长度减小(层的直径对应地增加)，而编织角θ大于54°44'将导致在压力作用下层的长度增加(层的直径对应地减小)。因此，对于本文所述的特定实施例，增强层120的两层都具有小于54°44'的编织角θ，以便确保两层在压力作用下的净长度负变化。

虽然增强层的两层的编织角θ都小于54°44'，但是内层的编织角θ小于外层的编织角θ。在一些实施例中，内层的编织角θ与外层的编织角θ之间的关系使得内层的编织角θ是外层的编织角θ的约94％。在一些实施例中，内层的编织角θ处于约49°至约53°的范围内，而外层的编织角θ处于约52°至约54°44'。在一个示例性而非限制性示例中，内层的编织角θ为约50°，而外层的编织角θ为约54°。

再次参考图1，压力软管100包括施加在增强层120上的覆盖层130。覆盖层130可以直接形成在增强层120上，即在增强层120和覆盖层130之间没有任何中间材料(多个中间材料)或中间层(多个中间层)。替代地，可以在增强层120和覆盖层130之间设置(多个中间材料)或中间层(多个中间层)。

覆盖层130的内径、覆盖层130的外径和覆盖层130的厚度(即覆盖层的内径与外径之间的距离)通常不受限制，并且可以根据将使用压力软管的特定应用来选择。在增强层120和覆盖层130之间没有设置中间层的情况下，覆盖层130的内径通常将等于增强层120的外径。在一些实施例中，覆盖层130的内径可以处于从6mm至153mm的范围内，例如13mm至25mm。覆盖层130的厚度可以处于从0.125mm到6mm的范围内，例如从0.75mm到2mm。

覆盖层130的材料通常也不受限制，并且可以是适于压力软管的外部覆盖层的任何材料。适于用作覆盖层材料的一般等级的材料包括橡胶、尼龙和塑料。适于使用的橡胶材料的具体示例包括天然橡胶、丁腈橡胶(nbr)、丁苯橡胶(sbr)、丁腈橡胶混合物(例如nbr/pvc)、氯化聚乙烯(cpe)和氯磺化聚乙烯(csm)。适于使用的塑料的具体示例包括聚氨酯(pu)、聚酰胺(pa)、聚氯乙烯(pvc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和聚丙烯(pp)。可以用于覆盖层130的其它的一般等级的材料包括诸如tpv的弹性体、薄金属片、柔性金属结构以及编织纤维(例如，玻璃、聚合物或金属)的附加层。

在一些实施例中，例如当覆盖层130的材料是橡胶时，覆盖层130的材料不含或基本上不含“白色”填料。一般来说，橡胶材料可以填充“黑色”填料和/或“白色”填料。黑色填料是指提供结构并且对橡胶的物理性能提供改进的填料。示例性的黑色填料是炭黑。白色填料是指用于平衡热固性过程中的化学反应和/或增加体积的填料。示例性的白色填料包括粘土和滑石。用于覆盖层130的材料可以包括任何合适量的黑色填料。然而，在一些实施例中，覆盖层130的材料不含白色填料或基本上不含白色填料。如本文所用，相对于白色填料的量，基本不含是指小于覆盖层的重量的5％。

覆盖层130的内表面和/或外表面可选择地被处理和/或涂覆，以便赋予内表面和/或外表面各种期望的特性。例如，可以对内表面进行处理或涂覆，使得覆盖层130更好地粘附至增强层120。可以对外表面进行处理或涂覆，以使得覆盖层130对其所处的环境更具抵抗性和/或抗渗透性。在一些实施例中，覆盖层130的外表面设置有橡胶或塑料薄板(例如，uhmwpe的薄板)。在一些实施例中，将诸如螺旋压痕的机械处理施加到外表面以帮助弯曲。

尽管图1示出了包括单个覆盖层130的压力软管100，但是应当理解，压力软管100可以包括一个以上的覆盖层130。换句话说，覆盖层130可以是由两个或更多个同心对准的层组成的复合结构。多层覆盖层130的每个层可以由相同的材料、相同的基材但是具有不同的填料含量、表面处理等制成，或者多层覆盖层130的不同层可以由不同的材料制成，例如通过提供一个或多个塑料基的层和一个或多个橡胶基的层。多层覆盖层130可以用于向覆盖层提供基于压力软管100的特定预期应用而可能期望的各种特性，例如改善的强度、对软管待使用处的外部环境的改善的耐腐蚀性。

本文所述的“超装填”编织构造的使用允许在产品的股线接头中实现改善。在进入客户应用之前，产品的股线通常需要施加联接组件以提供对环境的密封，以便将加压介质保持在所容纳的压力软管内。联接组件还提供了用于安装到客户系统中的机构。联接组件可以经由组件的压缩而施加到具有编织增强件的软管产品上，所述编织增强件提供对压缩的标准化响应。利用本文所述的“超装填”结构，可以优化联接组件的压缩条件，以改善压力密封的功能，从而消除例如介质从围绕联接装置的管中泄漏等故障。“超装填”编织物的更大的体积密度通过创建用于使任何被排放的介质行进抵达周围环境中的更曲折的路径，从而提供对抵抗压力驱动的从管到增强层和覆盖层中的泄漏的进一步改善。

本文描述的软管的制造方式(包括增强层的制造方式)通常不受限制。在一些实施例中，压力软管的制造从内管开始，该内管可以通过挤压而在没有芯轴的情况下形成，或者利用挤压、层压或缠绕而形成在柔性或刚性的芯轴上。由于增强层所提供的支撑，较薄的管层是可能的。这进而意味着可以通过挤压、液体涂覆或不太典型的方法(例如喷涂粉末涂覆)而将替代的管材料涂覆在芯轴上或直接涂覆在已经形成的增强层的内部。

可以购买在具有适当数量的股线的预绕线轴中的用于增强层的束，或者可以使用绕线机以使用多个供料卷轴来创建用于设计的合适股线构造的线轴而创建用于增强层的束。增强层的编织层通常是通过常见的编织工艺生产的，例如呈2x2和3x3构造的旋转和五月柱(maypole)，其中将线轴放置到每个机器支架上。编织机可以布置或竖向或水平构造。超装填设计的性质允许在具有不同构造的多种类型的编织机上生产本文所述的增强层。超装填编织物还可以与层压的或缠绕的织物、聚合物片、金属片或螺旋形纺织品或线结合使用。

可以经由十字头(crosshead)挤压、层压或缠绕来施加覆盖层(和可选的摩擦层)。也可以使用多种其它方法，例如液体涂覆、喷涂或粉末涂覆。

当在制造过程中使用热固性或可固化材料时，可以将软管在未覆盖(可选地用润滑剂)或者用塑料或织物覆盖的情况下进行处理。固化通常通过施加加压的蒸汽来完成。但是，也可以使用其它的加热方式，例如热空气对流、盐或其它介质的流化床、红外暴露、微波等。根据需要，通过加压流体抽出芯轴，将其拉过模具，或采用其它方法及其组合。

本文所述的压力软管可以提供产品优势，例如通过减少重量(最大40％)、减小最小弯曲半径(最大70％)和/或增加柔性(通过减小弯曲力)至30％)。这些改进中的任一个或全部都可以用于改进所有材料的功能。低成本、更通用的材料可用于覆盖更广泛的应用范围，而高性能的材料可用于将编织产品的应用范围扩展到以前无法使用的新领域。这些优点中的一些或全部可以在使用现有产品的减少数量的编织增强层的同时实现。与先前已知的产品不同，本文所述的压力软管表现出的静液压和脉冲压力能力的提高是通过在最低要求之上的一致的产品性能实现的。

软管压力性能的改善可以通过本文所述的超装填的几何形状同时结合超装填的机械性能以及超装填密度来实现，所述超装填几何形状提供更高的表面积与体积之比以用于经由机械缠结改善粘附性，所述超装填的机械性能减少加工缺陷，所述超装填密度降低例如管材的爆裂失败和联接装置泄漏的应用失效模式。由于超装填的几何形状具有更高的线密度，因此可以实现软管-联接装置交界面的改善的功能，这在热循环期间提供增强的防漏性和改善的耐火性。此外，本文中描述的技术可以经由实施所描述的管和覆盖结构的变体方案来支持用于灵活流体输送的几乎所有的应用范畴。

示例

利用本文所述的超装填技术制造的压力软管允许软管满足性能标准，同时提供额外的施加益处。例如，saej517100r2标准(2009年及之后)指定产品使用2股钢丝编织物以获得表1所列的压力。使用本文所述的超装填技术，可以利用1股钢丝编织物来满足saej517100r2标准。这些压力要求是其它全球工业标准(例如en8572sc和iso11237)所共有的。在下面的表1中，样本1代表利用本文所述的超装填增强层构造的压力软管，而样本2、样本3和样本4表示不包含超装填增强层的先前已知的压力软管。

表1

除了相对于先前已知的压力软管的上述改进的性能优点之外，根据本文所述实施例制造的样品1软管还提供如表2中所示的更轻的重量和更低的弯曲力的额外益处。表2具体提供了将根据本文所述的实施例制造的样品1软管与不采用超装填设计的先前已知的软管样品5和样品6的对比。

表2

本文所述的结合了超装填增强层的压力软管可以表现出非常高的压力性能，这以前是通过其他增强技术(例如螺旋线材)来主要满足的。然而，与先前已知的编织产品相比，这些应用范畴中的超装填产品可以提供例如较小的最小弯曲半径、更多的重量节省和灵活性改善的应用益处。

根据前述内容，将理解的是，出于说明的目的已经在本文中描述了本发明的特定实施例，但是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种修改。因此，本发明不受除所附权利要求书以外的限制。

尽管已经以特定于某些结构和材料的语句描述了该技术，但是应该理解，所附权利要求书中限定的本发明不必限于所描述的特定结构和材料。相反，特定方面被描述作为实施所要求保护的发明的形式。因为可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实践本发明的许多实施例，所以本发明存在于下文所附的权利要求中。

除非另有说明，否则在说明书(除了权利要求书)中使用的所有数字或表达(例如那些表达尺寸、物理特性等)在任何情况下均应理解为由术语“约”修饰。至少且不试图将等同原则应用于权利要求书，说明书或权利要求书中所记载的每个由“约”修饰的数字参数至少应根据所记载的有效位数的数字并通过应用四舍五入来理解。此外，本文公开的所有范围将理解为涵盖记载了任何和所有子范围或其中包含任何和所有单个值的权利要求并且为所述权利要求提供支持。例如，规定的1到10的范围应被认为对记载了任何和所有子范围或最小值1与最大值10之间的单个值和/或包括最小值1与最大值10的权利要求提供支持；即，以最小值1或更大的值开始并且以最大值10或更小的值(例如5.5到10、2.34到3.56等)或从1到10的任何值(例如，3、5.8、9.9994等)的所有子范围。