聚氨酯軟管抗劃傷性能檢測方法的設計與探討

郭　奎

（92117部隊，北京 100072）

聚氨酯軟管抗劃傷性能檢測方法的設計與探討

郭奎

（92117部隊，北京 100072）

基于聚氨酯軟管的使用環境，模擬地面尖銳物體對聚氨酯軟管的劃傷，研究軟管的抗劃傷性能，可為新材料的研究開發提供可靠的試驗數據和研究方向，從而改進聚氨酯軟管內外膠層的生產工藝，提高聚氨酯軟管的抗劃傷性能。

聚氨酯；軟管；抗劃傷

聚氨酯軟管由于其具有單根長度大、盤卷方便,且體積小、重量輕、鋪設方便、機動靈活性強等特點，目前廣泛應用在石油產品、化學液體、水等正壓輸送，可用于近海石油及泥漿等輸送、農田灌溉、城市消防等。隨著其應用范圍的進一步擴大，聚氨酯軟管的使用環境也越來越苛刻，布設充滿液體的聚氨酯軟管使用時易受到砂石地、海灘等地的尖銳物體的摩擦，外表面受到的劃傷較為嚴重，尤其是在無碼頭的海灘使用時，由岸到海或由海到岸鋪設聚氨酯軟管進行油或水的正壓輸送，亦受海浪潮汐等影響，與岸海交界處砂石進行不斷的劃蹭，易造成軟管的損壞。

目前國內外有些關于劃傷的標準或試驗在涂料領域應用較為廣泛，如：GB/T 9279（參考ISO 158：1922制定）是測定漆膜抗劃透性能的實驗方法；在ISO標準和ASTM標準中耐劃傷性測試方法有：ISO 12137—1：1997《色漆和清漆—耐劃傷性的測定—第1部分：用弧形劃針的方法》、ISO 12137—2：1997《色漆和清漆—耐劃傷性的測定—第2部分：用尖頂劃針的方法》、ASTM D 5178—98《有機涂層抗劃傷性》。GB/T12721是對橡膠軟管外膠層耐磨耗性能的測定。

1　試驗裝置和試驗方法的研究

抗劃傷試驗是根據砂石地或無碼頭海灘的實際損傷情況模擬設計的，能夠客觀真實地再現使用過程中的劃傷痕跡及軟管表層的機械損傷。

1.1試驗裝置的基本要求

為了使試驗室的測試能夠充分模擬現場的實際情況，并能對軟管外膠層的抗劃傷性能有一個評價，該設備應用杠桿原理對刀頭進行配重模擬現場劃傷力，運用偏心輪拉動載荷裝置模擬現場劃傷過程，使用刀頭模擬海邊或船上的海礫子、砂石、尖銳棱角等堅韌的劃傷物體。

根據模擬情況，研究制作了抗劃傷性能檢測裝置（如圖1所示），該裝置主要有充壓裝置、加載裝置、刀具、運動機構、計數器、控制系統和支架等組成。加載裝置給刀具一個正重量壓力，該力直接作用在正下方的測試樣品上。刀具在一定重量壓力下和樣品做相對運動，對樣品表面產生劃傷試驗。試驗裝置可以對不同尺寸的軟管進行測試，也可多次測量，通過控制系統記錄軟管劃破后刀具的往復劃動次數，依此表征軟管的抗劃傷性能。

圖1　軟管抗劃傷性能檢測裝置示意圖

在刀具的實驗中，設計了在圓柱面上加工制造菱形尖銳突起，并使之成序列排列的一種特殊刀具（結構如圖2）。這樣做既可以解決單純突起的尖狀形式強度不夠的問題，也以弧面的相對運動減緩了平面的相對運動，可解決運動后期亦可繼續進行劃傷實驗的問題。而且刀具底面與軟管頂面成兩弧型垂直相切運動，隨著實驗的進行，突起物沿弧型方向逐漸以不同角度接觸軟管，更接近在海上釋放軟管時，因海況不同而受力方向不同的情況。

圖2　刀具設計圖

在設計刀具時，結合實際工況條件，對刀具、局部壓強、劃軌速度以及刀具齒形的角度、深度、間距進行了各種不同的計算和實驗。使其可在最大程度上模擬聚氨酯軟管在使用過程中被各種尖銳物、砂石等粗糙物體劃傷的情況。由于本裝置采用往復式運動，考慮到兩個方向均需運動以及刀具齒形的強度問題，采用了90°的菱形尖銳突起物。深度從0.1~2.0 mm均進行了實驗。實驗中發現，采用深度過小刀具實驗時，外膠層劃破后的粉末以及纖維層劃破后的碎片雖有大部分隨刀具的移動掉落在下托盤中，但仍有一部分黏附在刀具上，且用普通吸塵設備無法清理干凈。而深度過大的刀具，在加工中無法在菱形突起上倒出圓角，致使刀具損壞過快，無法在今后的實際實驗中形成標準加工方式，不具備可操作性。因此，在多次計算和實驗對比后，最終確定了約0.7 mm深度的刀具，以此模擬砂石地或海灘上的尖銳物體。

1.2檢測方法的基本要求

抗劃傷性能檢測方法是將軟管樣品與刀具做相對運動，將試樣內壓、載荷重量、行程和相對運動速度以及環境條件加以限制。對軟管試樣沖液壓，使其達到一定壓力，并檢查軟管是否有遺漏現象，用一定重量的載荷施加在刀具上，使刀具接觸軟管樣品表面，開啟控制系統拖動運動機構使刀具和軟管試樣做相對運動。觀察試樣的劃傷情況，通過劃傷次數的比較來說明軟管的抗劃傷性能。

在試驗過程中，參照了HS2001型抗劃傷測試儀的研究過程中的實驗數據，確定影響劃傷效果的元素從大到小的排列順序為：劃傷物的尖銳程度、劃傷力、環境溫度、劃傷的速度。其中劃傷速度的差值小于因環境和重量引起的誤差，因此可以忽略不記。

在試驗過程中，模擬了軟管在岸灘使用過程中軟管絞車的最大展開速度，因此規定了刀具與試樣間在有效行程內的相對運動速度為400±10 mm/s。在試驗室中軟管樣品的長度為400 mm，運動機構的最大行程為不小于160 mm，有效行程為120±5 mm，檢測在室內進行，其環境溫度應為23±2 ℃，相對濕度應不大于98%（在23 ℃時）。

1.3檢驗計算

為了更好地模擬新型軟管的工作環境，使管內液壓達到一定的壓力，在實驗過程中采用水泵向軟管內充水使其膨脹。

由壓強公式P=F/S

其中：

F——壓力，N；

S——接觸面積，cm2；

P——壓強，N/cm2。

其中本實驗中壓力由載荷配重施加為：

式中：

m——載荷重量，kg；

g——重力加速度，N/kg；

S——接觸面積，當刀具完全接觸軟管時為刀具的面積。

式中：

L——刀具長，cm；

W——刀具總寬，cm；

當刀具剛接觸時只有刀具齒形和軟管接觸，S2為刀具齒形的面積：

式中：

L——刀具齒形長，cm；

W——刀具齒形寬，cm；

n——刀具齒形個數。

所以由載荷施加給軟管的壓強分別為：

P1=F/S1=98 N/9 cm2=10.9 N/cm2；

P2=F/S2=98 N/0.05 cm2=1 960 N/cm2。

因此當刀具與軟管完全接觸時管內水壓P>110.9 N/cm2（0.11 MPa），不會導致軟管塌陷。而且即使當載荷施加給軟管的壓強大于管內水壓時，由于管內水是不可壓縮體，管內壓強各處相等，軟管會由圓形變為橢圓形。本實驗過程中刀具齒形與軟管的接觸面積很小，軟管變形很小。因此，此處軟管變形可以忽略不計，仍認為為圓形。也就是說管內液體壓力只要保證將軟管充圓即可，管內壓力大小對本實驗結果并沒有過多影響。由于聚氨酯軟管的額定工作壓力為0.6 MPa和1.0 MPa。在實驗過程對軟管內充0.6 MPa、1.0 MPa均做了實驗，由前面論述和實驗結果表明兩者差別不大，因此本方法最終選擇水壓為0.6±0.05 MPa，也可使實驗數據更接近實際使用情況。

根據上述計算結果，當刀具與軟管剛接觸時產生的壓強P2為1 960 N/cm2，也更能證明了刀具對軟管起到了一定的劃傷效果。

2　結果與討論

試驗樣品選用幾種不同的聚氨酯軟管進行模擬試驗，包括新型聚氨酯軟管，加強型聚氨酯軟管和通用型聚氨酯軟管三種。

聚氨酯軟管的抗劃傷性能測試反映了現場實際應用情況，能夠更好的模擬沙質地貌對軟管的劃傷和磨損情況，進而用試驗室測試數據反映不同性能的軟管之間的區別，最大程度上模擬使用過程中各種尖銳物、砂石等粗糙物體對軟管的劃傷。

表1　抗劃傷試驗測試數據表

通過研究軟管的抗劃傷性能，可為新材料的研究開發提供可靠的試驗數據和研究方向，以進一步改進聚氨酯軟管內外膠層的生產工藝，選擇合適的聚氨酯為內膠層膠料，增強纖維層的強度。聚氨酯軟管在使用過程中一旦被劃破需用快速接頭連接作應急使用，從而對盤卷的空間和軟管盤卷整齊性有較大影響，嚴重時甚至整根報廢。選擇合適的生產工藝和提高原材料的抗劃傷性能避免聚氨酯軟管在使用過程中的浪費和不必要的損失。

(XS-04)

安徽省化工研究院開發出一步法生產氯化聚乙烯新方法

安徽省化工研究院開發出一步法生產氯化聚乙烯新方法。將10~20質量份數的高密度聚乙烯加入到80~90質量份數的水中，在乳化劑、分散劑、引發劑以及氯氣的存在下發生氯化反應，在反應過程中分批加入5~7質量份數的氧化鈣，氧化鈣的加入速度以使反應體系的pH值控制在7.0~8.5為準，生成氯化聚乙烯樹脂與氯化鈣水溶液；將所得氯化聚乙烯樹脂離心、干燥后即得產品氯化聚乙烯；氯化鈣水溶液經濃縮干燥制得副產物氯化鈣。該方法減化了工藝流程，減少了裝置占地面積與設備投資，制備過程中廢酸水可以被充分利用，降低了生產成本。

燕豐供稿

安徽省化工研究院開發出溶解性能良好的高氯化聚乙烯樹脂制備新方法

安徽省化工研究院開發出一種溶解性能良好的高氯化聚乙烯樹脂制備新方法。將高密度低分子量聚乙烯加入含有水、乳化劑、分散劑以及引發劑的反應釜中，向反應釜中通入氯氣，攪拌條件下于60~130 ℃分段聚合5~8 h；反應結束后停止通入氯氣并降溫，反應液過濾除去酸性水溶液，隨后加入氫氧化鈉溶液中和物料中殘留酸，控制pH值為8，依次經水洗、離心和干燥，制得溶解性能良好的高氯化聚乙烯樹脂。該方法反應時間容易控制，操作簡單，氯化接枝改性樹脂具樹脂在涂料中應用中具有優良溶解性、透明度高，無明顯不溶顆粒，成膜性和耐腐蝕性與金屬基材有良好的黏接性。

燕豐供稿

Design and discussion of polyurethane hose scratch resistance detection methods

Design and discussion of polyurethane hose scratch resistance detection methods

Guo Kui
(Unit 92117, Beijing 100072, China)

Based on the use environment to simulate a sharp object to scratch the surface of polyurethane hose, the paper studies the scratch resistance properties the hose. Such studies can provide reliable experimental data and research directions for research and development of new materials, thus improving manufacturing processes of internal and external layer of polyurethane hose, improveing the scratch resistance properties of polyurethane hose.

polyurethane; hose; scratch resistance

TQ320.77

1009-797X(2015)10-0031-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.10.005

郭奎（1980-），男，工學碩士，主要從事海上補給工作。

2015-02-14