一种复合结构弹力管及其制备方法

技术领域

本发明涉及胶管技术领域，具体涉及一种复合结构弹力管及其制备方法。

背景技术

现有的弹力管一般为2倍以下低弹力的复合管或3倍以上高弹力纯胶管，此类胶管以其重量轻、便于携带、实用性好等特点，被越来越多的人所青睐。

以弹力管做的伸缩水管需要轴向1-3倍伸长且同步1-3倍径向扩张，用纯胶管制作的伸缩水管往往在水压力的作用下分子延展时因超出分子延展极限或老化极限极易爆管，但如果对弹性管中加入可以控制轴向径向延展极限的复合层，往往受限于材料及制备技术往往伸缩率严重变差

以弹性胶管做为弹力装置的健美健身的拉力器应用中，往往需要对弹性胶管进行反复1-8倍以上的极限拉伸，同样因为在拉力的作用下弹性分子延展时进入分子延展极限或老化极限便会断裂，不但产品使用次数没有保障，往往还会因断裂造成伤人的安全事故。但如果对弹性管中加入可以控制轴向径向延展极限的复合层，往往受限于材料及制备技术往往伸缩率严重变差。

因此现有技术的原弹力管的弊端在于：1。纯胶的因延展不受控抗撕裂都比较差。2。如果加入复合层往往复合层弹性差会容易造成：A.伸缩率小拉不开。B.各复合层弹性系数差别大在反复拉伸后容易因不同步伸缩造成脱层。

基于此生产高弹力的复合管存在技术难点在于：

1.内层弹力管因弹力造成编织层无法均匀套织在管体上造成拉伸时局部无法满足均衡稳定的拉伸率的要求。

2.非纬编方式无法解决编织层双向拉伸的产品要求。

3.如果用编织层套用在内管上无法让编织层与内管紧密贴合。

4.常规纬编或经编编织设备无法解决编织旋转所产生的扭力影响产品表面的平整度，会影响编织层与外层弹性管之间的贴合。

5.构成编织层的弹性不足或不匹配胶管弹性系数会导致整体复合弹力管弹力达不到预期需求。

有鉴于此：本申请提出一种复合结构弹力管及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种复合结构弹力管及其制备方法。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种复合结构弹力管，其特征在于：包括内弹性管、弹性编织层、内外管结合部和外弹性管，所述复合结构弹性管自内侧至外侧依次为内弹性管、弹性编制层、内外管结合部和外弹性管。

进一步，所述内弹性管和所述外弹性管为天然乳胶或热塑性弹性体材质。

进一步，所述弹性编织层由弹性包芯丝构成，所述弹性包芯丝的弹性伸长率为100-600％。

进一步，所述弹性编织层为可实现四面弹的纬编结构。

进一步，所述弹性编织层的弹性包芯丝与内弹性管的轴向螺旋角为α；所述轴向螺旋角α的计算方式如下：

(1)先将不同轴向拉伸下长度下的弹力管下，所述弹性编织层的弹性包芯丝与内弹性管的轴向螺旋角的α角度跟着变化，求得在局部坐标下的应力值，经由转换矩阵转换到主轴坐标；若弹性编织层受到轴向外力时，且弹性包芯丝与内弹性管的轴向螺旋角为α时，在弹力管的主轴坐标方向上的应力应变关系可表示为:

(2)将上述在弹力管的主轴坐标方向上的应力分量经过计算得到：

λ1＝λ

λ2＝λ

μ12＝-λ

(3)根据弹力管的材料性质及其任意轴向上的最大应力极限值如下：

其中K为不同材料的极限应变弹性系数，X为弹性管在轴向方向上的破坏强度，Y为弹性管在径向方向上的破坏强度，S为和弹力管的轴向与径向形成的平面的破坏剪力强度；由此算出合理的弹性包芯丝与内弹性管的轴向螺旋角的α角度。

进一步，所述弹性编织层的弹性包芯丝与内弹性管的径向螺旋角为β；所述径向螺旋角β的计算方式如下：

(1)根据公式

(2)先将弹力管内受到径向外力或者注入不同水压的水流导致水管径向扩张，所述弹性编织层的弹性包芯丝与内弹性管的径向螺旋角β角度跟着变化，若所述径向螺旋角从β

Δτ＝Δ{τ1，τ2}

P为剪力变化柔度矩阵，C

Δγ＝Δ{γ1，γ2}

根据上式得到径向螺旋角β的变化范围。

进一步，根据所述径向螺旋角β的变化范围，求的所述复合结构弹性管的外弹性管的半径与厚度比:R2/(R2-R1)＝30。

进一步，所述内外管结合部填充至所述弹性编织层之间。

一种复合结构弹力管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备混炼胶，天然乳胶浸制或热塑性弹性材料挤出内弹性管，中间放一根无弹性的硅胶定伸芯体，得到定伸的弹性内管；

步骤2：将定伸的弹性内管固定至活动转盘下方的下输送辊组；

步骤3：选用弹性伸长率为100-600％弹性包芯丝作为弹性纺织层材料；

步骤4：定制特定设备进行特定套管纺织，所述内弹性管的半径设为R1，所述外弹性管的半径为R2，使得所述复合结构弹性管的外弹性管的半径与厚度比:R2/(R2-R1)＝30，并实现织物内径与内管外径完全贴合的直接套管编织和无旋转纬编消除扭力的平整编织层。

步骤5：开始进行管状织物的编织，具体编织步骤为：通过调整、调换、变换上下齿轮的方法改变织物的纬纱密度和纬纱宽度，纬纱为单纬的纬纱，纬纱的密度为6-70圈/CM；

步骤6：调整开口、送纬，同时保持内弹性管不随织轴和织机启动而波动；

步骤7：编织完成后，外层用天然乳胶或热塑性弹性体复涂层，然后进行表面外理。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种复合结构弹力管及其制备方法，本发明通过在弹性编制层的弹性包芯丝与内弹性管的径向设置合理的轴向螺旋角α和径向螺旋角β，使弹性包芯丝为层层排列的组合，可保证在原有的基础上，使弹性编制层可伸长7-8的极限值仍然不会形变，管径可扩张1.5倍到3倍，且仍然可与内弹性管和外弹性管保持良好的粘接强度。

附图说明

下面结合附图对本发明作作为对本发明的进一步说明说明：

图1是本发明一种复合结构弹力管的立体结构示意图。

图2是本发明一种复合结构弹力管的内部结构示意图。

图3是本发明图2中A向的剖面结构示意图。

图4是本发明实施例一种复合结构弹力管未拉伸的结构示意图。

图5是本发明实施例一种复合结构弹力管正常拉伸的结构示意图。

图6是本发明实施例一种复合结构弹力管极限拉伸的结构示意图。

图7是本发明实施例一种复合结构弹力管在不同的外弹性管的半径与厚度比控制区度值与所产生皱区所需循环圈数的关系图。

图中：内弹性管1、弹性编织层2、内外管结合部3、外弹性管4

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行作为对本发明的进一步说明详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

参看图1-6,一种复合结构弹力管，包括内弹性管1、弹性编织层2、内外管结合部3和外弹性管4，所述复合结构弹性管自内侧至外侧依次为内弹性管1、弹性编制层、内外管结合部3和外弹性管4。

作为对本发明的进一步说明，所述内弹性管1和所述外弹性管4为天然乳胶或热塑性弹性体材质。

作为对本发明的进一步说明，所述弹性编织层2由弹性包芯丝构成，所述弹性包芯丝的弹性伸长率为10-600％。

作为对本发明的进一步说明，所述弹性编织层2采用可实现四面弹的圆织纬编构成。

作为对本发明的进一步说明，所述弹性编织层2的弹性包芯丝与内弹性管1的轴向螺旋角为α；所述轴向螺旋角α的计算方式如下：

(1)先将不同轴向拉伸下长度下的弹力管下，所述弹性编织层2的弹性包芯丝与内弹性管1的轴向螺旋角的α角度跟着变化，求得在局部坐标下的应力值，经由转换矩阵转换到主轴坐标；若弹性编织层2受到轴向外力时，且弹性包芯丝与内弹性管1的轴向螺旋角为α时，在弹力管的主轴坐标方向上的应力应变关系可表示为:

(2)将上述在弹力管的主轴坐标方向上的应力分量经过计算得到：

λ1＝λ

λ2＝λ

μ12＝-λ

(3)根据弹力管的材料性质及其任意轴向上的最大应力极限值如下：

其中K为不同材料的极限应变弹性系数，X为弹性管在轴向方向上的破坏强度，Y为弹性管在径向方向上的破坏强度，S为和弹力管的轴向与径向形成的平面的破坏剪力强度；由此算出合理的弹性包芯丝与内弹性管1的轴向螺旋角的α角度。

作为对本发明的进一步说明，所述弹性编织层2的弹性包芯丝与内弹性管1的径向螺旋角为β；所述径向螺旋角β的计算方式如下：

(1)根据公式

(2)先将弹力管内受到径向外力或者注入不同水压的水流导致水管径向扩张，所述弹性编织层2的弹性包芯丝与内弹性管1的径向螺旋角β角度跟着变化，若所述径向螺旋角从β

Δτ＝Δ{τ1，τ2}

P为剪力变化柔度矩阵，C

Δγ＝Δ{γ1，γ2}

根据上式得到径向螺旋角β的变化范围。

作为对本发明的进一步说明，根据所述径向螺旋角β的变化范围，求的所述复合结构弹性管的外弹性管4的半径与厚度比:R2/(R2-R1)＝30。

作为对本发明的进一步说明，所述内外管结合部3填充至所述弹性编织层2之间。

作为对本发明的进一步说明，所述内弹性管1的半径设为R1，所述外弹性管4的半径为R2，所述复合结构弹性管的外弹性管4的半径与厚度比:R2/(R2-R1)＝30。请参照图7，图7是本发明实施例一种复合结构弹力管在不同的外弹性管4的半径与厚度比控制区度值与所产生皱区所需循环圈数的关系图。由图7结果可知本发明在所述复合结构弹性管的外弹性管4的半径与厚度比30时，在相同的循环圈数下可以承受较高的区度值。换言之，本发明可以承受的循环圈数较多。

一种复合结构弹力管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备混炼胶，天然乳胶浸制或热塑性弹性材料挤出内弹性管1，中间放一根无弹性的硅胶定伸芯体，得到定伸的弹性内管；

步骤2：将定伸的弹性内管固定至活动转盘下方的下输送辊组；

步骤3：选用弹性伸长率为100-600％弹性包芯丝作为弹性纺织层材料；

步骤4：定制特定设备进行特定套管纺织，所述内弹性管1的半径设为R1，所述外弹性管4的半径为R2，使得所述复合结构弹性管的外弹性管4的半径与厚度比:R2/(R2-R1)＝30，并实现织物内径与内管外径完全贴合的直接套管编织和无旋转纬编消除扭力的平整编织层。

步骤5：开始进行管状织物的编织，具体编织步骤为：通过调整、调换、变换上下齿轮的方法改变织物的纬纱密度和纬纱宽度，纬纱为单纬的纬纱，纬纱的密度为6-70圈/CM；

步骤6：调整开口、送纬，同时保持内弹性管1不随织轴和织机启动而波动；

步骤7：编织完成后，外层用天然乳胶或热塑性弹性体复涂层，然后进行表面外理。

本发明通过在弹性编制层的弹性包芯丝与内弹性管1的径向设置合理的轴向螺旋角α和径向螺旋角β，使弹性包芯丝为层层排列的组合，可保证在原有的基础上，使弹性编制层可伸长7-8的极限值仍然不会形变，管径可扩张1.5倍到3倍，且仍然可与内弹性管1和外弹性管4保持良好的粘接强度。

本发明采用上述技术方案，实际生产试验具有以下有益效果：

1.应用定伸技术差异对比，使用了定伸技术后可以确保所生产的胶管每CM的圈数为误差3％以内，而没有用定伸技术的内弹性管1的误差会达60％，同理拉伸率也会从误差几乎很小到误差60％。

2-加入新复合的弹性编制层抗撕裂值大大提升。例如6*9MM内管抗撕裂值由20BL提升到38BL，特种蹦极专用大号TATO管可达2000BL。

3-无破损断管彻底解决，新复合的弹性编制层结构的断裂值不同，将原来纯胶管无破损情况下因分子偶发性断裂所造成的约2％的安全事故率降低为0。

4-通过纬向排针数及经向密度优化，使织物编织孔在拉伸时达到角度最佳，最大拉伸率由500％提升至800％。

5-破损后耐拉次数提高5倍以上，纯胶管破损后耐拉次数约<120次提升至>600次，同样大量减少了安全事故。

实施例1：

步骤一、制备混炼胶，压出内弹性管1，内弹性管管径为5MM。

步骤二、将内弹性管1固定至述活动转盘下方的下输送辊组。

步骤三、选用弹性包芯丝作为弹性纺织层材料，弹性包芯丝规格为60D。

步骤四、纬纱不加捻，将纬纱卷绕成适合有圆编机梭子尺寸的纡子。

步骤五、开始进行管状织物的编织，具体编织步骤为通过调整、调换、变换上下齿轮的方法改变织物的纬纱密度和纬纱宽度，纬纱为单纬的纬纱，纬纱的密度为密度为6圈/CM。

步骤六、调整开口、送纬、同时通过固定下输送辊组中轴，保持内弹性管1不随织轴和织机启动而波动；

步骤七、编织完成后外层用天然乳胶或热塑性弹性体复涂层构成外弹性管，外弹性管管径为9MM，然后进行表面平整处理。

1.通过伺服马达精准控制上下传送轮同步使套织前后传送芯体速度同步，以确保芯体在经过纬编套织时，套织前后传送芯体上下同步不拉扯，匀速且稳定传送。

2.芯体传送速度与编织层生产平整下行速度通过电脑程序控制，使其实现芯体每传送1CM纺织层生产固定的圈数(纬纱的密度依据产品要求调整为6-70圈/CM)，然后将每圈松紧度调合适且固定，就可以实现内外完全同步不起皱。

本发明的复合结构弹性管与传统纯胶管及传统带编织层复合胶管的在采用相同胶管材质且同一内管管径(6*9MM)的性能对比如表1所示：

表1

对比例1：

步骤一、制备混炼胶，压出内弹性管1，内弹性管管径为5MM，未在内弹性管中间放一根无弹性的硅胶定伸芯体，内弹性管未进行定伸处理。

步骤二、将内弹性管1固定至活动转盘下方的下输送辊组。

步骤三、选用弹性包芯丝作为弹性纺织层材料，弹性包芯丝规格为20D。

步骤四、纬纱不加捻，将纬纱卷绕成适合有圆编机梭子尺寸的纡子。

步骤五、开始进行管状织物的编织，具体编织步骤为通过调整、调换、变换上下齿轮的方法改变织物的纬纱密度和纬纱宽度，纬纱为单纬的纬纱，纬纱的密度为6圈/CM。

步骤六、调整开口、送纬、未固定下输送辊组中轴。

步骤七、编织完成后外层用天然乳胶或热塑性弹性体复涂层构成外弹性管，外弹性管管径为9MM，然后进行表面平整处理。

对比例2：

步骤一、制备混炼胶，压出内弹性管1，内弹性管管径为5MM。

步骤二、选用弹性包芯丝作为弹性纺织层材料，弹性包芯丝规格为60D。

步骤三、纬纱不加捻，将纬纱卷绕成适合有圆编机梭子尺寸的纡子。

步骤四、开始进行管状织物的编织，具体编织步骤为通过调整、调换、变换上下齿轮的方法改变织物的纬纱密度和纬纱宽度，纬纱为单纬的纬纱，纬纱的密度为6圈/CM。

步骤五、将内弹性管1套入已编织的管状织物。

步骤六、编织完成后外层用天然乳胶或热塑性弹性体复涂层构成外弹性管，外弹性管管径为9MM，然后进行表面平整处理。

采用不同的不同编织工艺/步骤下复合结构弹性管的拉伸均一性如表2所示，与实施例1相比，未进行定伸处理且未固定下输送辊组中轴或通过先编织管状织物后套入内弹性管的方式，都会导致编织层的单位长度密度不均一，从而影响整体复合结构弹性管拉伸率均一性。

表2采用不同编织工艺/步骤下复合结构弹性管拉伸率均一性

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。