王 巍

(1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.國家煤礦防塵通風(fēng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 400037)

礦用可扁平聚氨酯高壓軟管具有單根長度大，體積小，重量輕，柔韌性強(qiáng)，便于卷取和鋪設(shè)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣泛用于海上石油輸送、煤礦或非煤礦山應(yīng)急救援、井下排水、防汛抗旱和頁巖氣開發(fā)等方面[1-2]。軟管由內(nèi)膠層、結(jié)構(gòu)層和外膠層構(gòu)成，內(nèi)、外膠層材料選用耐油、耐水、耐老化、具有抗靜電阻燃性能的聚氨酯、橡膠等，結(jié)構(gòu)層材料多為高強(qiáng)度滌綸纖維、尼龍纖維并植入導(dǎo)電絲，具有承壓保型能力。在軟管與軟管之間采用快速接頭、軟管與其它輸液設(shè)備管路之間連接，形成能夠承受一定壓力的輸液系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速連接、鋪設(shè)、排水，為救援搶險(xiǎn)帶來極大的方便，贏得大量寶貴時(shí)間。近年來聚氨酯高壓軟管逐漸應(yīng)用于礦山搶險(xiǎn)救援中，軟管直徑通常選用Φ150 mm 至Φ250 mm，額定工作壓力2.8 MPa，爆破壓力可達(dá)8.4 MPa[3]。本文主要對聚氨酯高壓軟管的阻燃性能、抗靜電性能、縱向拉斷強(qiáng)力及拉斷伸長率、工作壓力、最小爆破壓力、耐磨性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究軟管的各項(xiàng)性能指標(biāo)能否滿足煤礦產(chǎn)品安全準(zhǔn)入要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

酒精噴燈燃燒試驗(yàn)裝置(自制)、臥式拉力機(jī)YNS-3000(長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司)、萬能試驗(yàn)機(jī)CMT5305(美斯特工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司)、高阻計(jì)ZC46A(上海第六電表廠)、靜液壓試驗(yàn)機(jī)XGJ-10(承德市金建檢測儀器有限公司)、Taber耐磨試驗(yàn)機(jī)LGD-5612A(昆山鷺工精密儀器有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)樣品選用直接為Φ150 mm×1.2 m的聚氨酯高壓軟管。按照MT181的試驗(yàn)方法，截取6個(gè)樣品寬度為25 mm的圓環(huán)，點(diǎn)燃噴燈，調(diào)整其火焰高度為150～180 mm，在噴燈噴火口中心50 mm處的火焰溫度應(yīng)為960℃±60℃時(shí)，進(jìn)行酒精噴燈燃燒試驗(yàn)。按照MT181的試驗(yàn)方法，選取3根Φ150 mm×1.2 m的聚氨酯高壓軟管，將樣品放置在溫度為23℃±2℃，相對濕度為65%RH±5%RH的環(huán)境中至少2 h，測量時(shí)，將兩個(gè)電極緊密地附著在試件的外壁表面，并遍及試件外壁一周，兩電極間相距1000 mm，將樣品放在絕緣墊塊上，再將兩個(gè)電極分別用引線接入高阻儀，施加試驗(yàn)電壓1 min后，測量電阻。按照MT914的試驗(yàn)方法，將樣品沿軸向方向裁制3個(gè)啞鈴狀標(biāo)準(zhǔn)試樣，將樣品放置在溫度為23℃±2℃，相對濕度為45%～75%RH的環(huán)境中16 h，實(shí)驗(yàn)時(shí)夾持器以100 mm/min的恒速對試樣進(jìn)行連續(xù)拉伸，直到試件斷裂為止，記錄拉力值。按照GB/T15560的試驗(yàn)方法，選取1根Φ150 mm×1.2 m的軟管，將軟管與接頭和靜液壓試驗(yàn)機(jī)連接好，將軟管中充滿水，預(yù)處理1 h，然后連續(xù)均勻地把試樣壓力升到正常工作壓力的1.5倍(4.2 MPa)，保壓1 h；進(jìn)行爆破壓力試驗(yàn)時(shí)，均勻、快速地對試樣施加壓力，直到試樣在60～70 s內(nèi)破裂為止，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。按照GB/T 30314的試驗(yàn)方法，從軟管上隨機(jī)截取1個(gè)圓形測試樣品，每個(gè)試樣直徑為114 mm±1 mm，中心孔徑為6.35 mm，稱量試樣的質(zhì)量，將試樣按照在磨耗機(jī)的轉(zhuǎn)盤上并壓平，砂輪的轉(zhuǎn)速為75 r/min，在無附加壓重作用下，磨輪轉(zhuǎn)數(shù)250000轉(zhuǎn)，記錄質(zhì)量損失量。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃性能試驗(yàn)

由表1可知，軟管的酒精噴燈有焰燃燒算術(shù)平均值小于3 s且單個(gè)樣品最大燃燒時(shí)間不超過10 s，酒精噴燈無焰燃燒算術(shù)平均值小于10 s且單個(gè)樣品最大燃燒時(shí)間不超過30 s，滿足MT181標(biāo)準(zhǔn)要求。未經(jīng)阻燃處理的普通聚氨酯軟管在空氣中是可燃的，酒精噴燈燃燒試驗(yàn)表明樣品點(diǎn)燃后出現(xiàn)熔滴現(xiàn)象，直接滴落在燃燒箱中，滴落物離火后立即熄滅，試樣增強(qiáng)層出現(xiàn)短暫的無焰燃燒現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明燃燒產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象的是內(nèi)外膠層的聚氨酯材料，離火即熄滅表明材料中添加了阻燃劑；增強(qiáng)層為高強(qiáng)度纖維，出現(xiàn)短暫的無焰燃燒情況而未出現(xiàn)“燈芯效應(yīng)”表明增強(qiáng)層纖維具有一定的自阻燃性。

表1 聚氨酯高壓軟管的酒精噴燈燃燒時(shí)間數(shù)據(jù)

2.2 抗靜電性能試驗(yàn)

非金屬制品用于煤礦井下時(shí)通常有阻燃抗靜電性能要求，抗靜電性能一般用表面電阻表示，表面電阻越大，抗靜電性能越差。由于軟管用于井下排水，按照標(biāo)準(zhǔn)要求只需外壁表面滿足抗靜電要求即可。由表2可知，聚氨酯高壓軟管的外壁表面電阻平均值小于1×109Ω，滿足標(biāo)準(zhǔn)MT181的要求。

表2 聚氨酯高壓軟管的外壁表面電阻值

2.3 拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)

表3 啞鈴狀試樣拉伸強(qiáng)度及拉斷伸長率

2.4 耐壓及爆破壓力試驗(yàn)

增強(qiáng)層在軟管中起著承壓和保形作用，當(dāng)軟管受到的是內(nèi)壓負(fù)荷和軸向拉力時(shí)，纖維層織物受到經(jīng)向和緯向張力的作用。當(dāng)沿織物經(jīng)、緯兩方向的耐壓負(fù)荷達(dá)到極限值時(shí)，軟管增強(qiáng)層最弱一點(diǎn)的紗線斷裂，缺口處出現(xiàn)應(yīng)力集中，管壁會沿經(jīng)向或緯向撕裂[4]。軟管的設(shè)計(jì)工作壓力為2.8 MPa，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，4.2 MPa試驗(yàn)壓力下保持1 h，軟管未滲漏、未破壞。軟管的最小爆破壓力為8.6 MPa，軟管破壞為軟管中間部位的經(jīng)向線斷裂，這表明增強(qiáng)層纖維的強(qiáng)度、經(jīng)緯向的編織方式及內(nèi)外膠層與增強(qiáng)層的結(jié)合方式對軟管的爆破壓力有影響。軟管爆破前后外觀圖，如圖1所示。

圖1 軟管爆破前與爆破后的外觀圖

2.5 耐磨性試驗(yàn)

圖2 軟管磨耗前與磨耗后的對比圖

3 結(jié)論

軟管具有較好的阻燃性能，試樣經(jīng)酒精噴燈點(diǎn)燃后內(nèi)、外膠層出現(xiàn)熔滴，滴落物離火熄滅，增強(qiáng)層具有自阻燃性；軟管的外壁表面電阻平均值小于1×109Ω，滿足標(biāo)準(zhǔn)MT181的要求。軟管具有高扯斷強(qiáng)力，其整管拉伸強(qiáng)度為640 kN/m，軸向取樣啞鈴狀試樣拉伸強(qiáng)度633 kN/m，表明試樣不同的測試方式不會影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在4.2 MPa試驗(yàn)壓力下保持1 h，軟管未滲漏、未破壞，最小爆破壓力達(dá)8.6 MPa，能夠滿足長距離輸送高壓水的能力；軟管增強(qiáng)層纖維的強(qiáng)度、經(jīng)緯向的編織方式及內(nèi)外膠層與增強(qiáng)層的結(jié)合方式對軟管的爆破壓力有影響。軟管的外膠層經(jīng)過250000轉(zhuǎn)的耐磨性試驗(yàn)后，外膠層未破壞，增強(qiáng)層纖維未外漏，磨耗量為2.38%，表明軟管具高耐磨性能。因此，可扁平聚氨酯高壓軟管的各項(xiàng)性能指標(biāo)能夠滿足煤礦產(chǎn)品安全準(zhǔn)入要求。