低渗透的泵软管.pdf

本主题发明公开了一种低渗透的泵软管，其特征在于包括：(a)管层，其中所述管层包括第一丁腈橡胶；(b)位于管层上的屏障层，其中所述屏障层包括含氟热塑性聚合物；(c)位于屏障层上的摩擦层，其中所述摩擦层包括第二丁腈橡胶；(d)位于摩擦层上的增强层，其中所述增强层包括编织钢丝，其中所述编织钢丝具有在约30％至约60％范围内的丝包覆率；以及(e)位于增强层上的包封层，其中所述包封层包括聚氯乙烯。

1.  一种泵软管，其特征在于，包括：(a)管层，其中所述管层包括第 一丁腈橡胶，所述第一丁腈橡胶具有在28重量％至50重量％范围内的丙 烯腈含量，并且其中所述管层还包括第三丁腈橡胶，所述第三丁腈橡胶包 括至少一种含氟热塑性粘合促进剂；(b)位于管层上的屏障层，其中所述 屏障层包括含氟热塑性聚合物；(c)位于屏障层上的摩擦层，其中所述摩 擦层包括第二丁腈橡胶，所述第二丁腈橡胶具有在28重量％至50重量％ 范围内的丙烯腈含量，并且其中所述摩擦层还包括第三丁腈橡胶，所述第 三丁腈橡胶包括至少一种含氟热塑性粘合促进剂；(d)位于摩擦层上的增 强层，其中所述增强层包括编织钢丝，其中所述编织钢丝具有在30％至60 ％范围内的丝包覆率；以及(e)位于增强层上的包封层，其中所述包封层 包括聚氯乙烯。

2.  根据权利要求1所述的泵软管，其特征在于，所述编织钢丝是镀有 黄铜的钢丝，其具有在32％至55％范围内的丝包覆率。

3.  根据权利要求1或2所述的泵软管，其特征在于，所述编织钢丝具 有在40％至45％范围内的丝包覆率。

4.  根据前述权利要求任一项所述的泵软管，其特征在于，所述含氟热 塑性聚合物是具有在100℃至275℃范围内的峰值熔融温度的半结晶含氟 聚合物。

5.  根据权利要求4所述的泵软管，其特征在于，所述半结晶含氟聚合 物具有在25,000至1,000,000范围内的数均分子量，其中所述半结晶含氟 聚合物具有小于5重量％的氢含量，并且其中所述半结晶含氟聚合物具有 在65重量％至76重量％范围内的氟含量。

6.  根据权利要求4或5所述的泵软管，其特征在于，所述半结晶含氟 聚合物包括六氟丙烯、偏氟乙烯和四氟乙烯的共聚重复单元，并且其中在 所述半结晶含氟聚合物中所述重复单元以基本随机的顺序分布。

7.  根据权利要求6所述的泵软管，其特征在于，所述六氟丙烯重复单 元以在50重量％至70重量％范围内的水平存在，其中所述偏氟乙烯重复 单元以在10重量％至30重量％范围内的水平存在，并且其中所述四氟乙 烯重复单元以在10重量％至30重量％范围内的水平存在。

8.  根据权利要求4至7任一项所述的泵软管，其特征在于，所述半结 晶含氟聚合物具有在180兆帕至240兆帕范围内的挠曲模量，并且其中所 述半结晶含氟聚合物具有在8到12范围内的熔体流动指数。

9.  根据前述权利要求任一项所述的泵软管，其特征在于，所述第一丁 腈橡胶具有在28重量％至45重量％范围内的丙烯腈含量，并且其中所述 第一丁腈橡胶用过氧化物固化剂进行固化。

10.  根据前述权利要求任一项所述的泵软管，其特征在于，所述第一丁 腈橡胶还包括至少一种包括炭黑的补强填料。

11.  根据权利要求10所述的泵软管，其特征在于，所述补强填料还包 括至少一种矿物填料。

12.  根据权利要求10或11所述的泵软管，其特征在于，所述补强填料 以在50份至150份范围内的水平存在。

13.  根据前述权利要求任一项所述的泵软管，其特征在于，所述第一丁 腈橡胶还包括至少一种含氟热塑性粘合促进剂。

14.  根据权利要求13所述的泵软管，其特征在于，所述含氟热塑性粘 合促进剂包括：(a)至少一种金属氧化物，其选自于由氧化镁、氧化钙、 和水滑石所构成的组；和(b)有机鎓盐或二胺盐；其中所述金属氧化物以 15份至40份范围内的水平存在；其中所述有机鎓盐以3份至8份范围内 的水平存在；并且其中所述二胺盐以1份至4份范围内的水平存在。

15.  一种泵软管，其特征在于包括：(a)管层，其中所述管层包括第一 丁腈橡胶，所述第一丁腈橡胶具有在25重量％至50重量％范围内的丙烯 腈含量；(b)位于管层上的连接层，其中所述连接层包括第三丁腈橡胶， 所述第三丁腈橡胶包括至少一种含氟热塑性粘合促进剂；(c)屏障层，其 位于连接层上，其中所述屏障层包括含氟热塑性聚合物；(d)位于屏障层 上的摩擦层，其中所述摩擦层包括第二丁腈橡胶，所述第二丁腈橡胶具有 在15重量％至50重量％范围内的丙烯腈含量，并且其中所述摩擦层包括 所述第三丁腈橡胶，所述第三丁腈橡胶包括至少一种含氟热塑性粘合促进 剂；(e)位于摩擦层上的增强层，其中所述增强层包括编织钢丝，其中所 述编织钢丝具有在30％至60％范围内的丝包覆率；以及(f)位于增强层 上的包封层，其中所述包封层包括聚氯乙烯。

16.  根据权利要求15所述的泵软管，其特征在于还包括权利要求2至 14任一项所述的特征。

低渗透的泵软管
技术领域
本发明针对适于在燃料(诸如汽油、乙醇汽油、柴油和生物柴油)的输 送中使用的软管。这些软管对于与常规的和蒸汽回收燃料分配泵(诸如用 于给汽车和卡车加油的那些)结合中的使用而言是特别有价值的。
背景技术
对燃料泵所用的软管(诸如在汽油加油站和卡车休息站所使用的那些) 存在广泛的性能需求。例如，这种软管必须结实、耐用、柔性、耐有机溶 剂、耐体积膨胀、提供较长的使用寿命、并且具有对汽油的低渗透性。这 种燃料软管还必须能够以防止燃料逸出的方式结合到配件(fittings)。
目前存在进一步改进这种软管的要求，以使它们对于燃料(诸如汽油、 乙醇汽油(含有大量诸如10％或更多乙醇的汽油)、柴油和生物柴油)甚 至更少的渗透。这是因为移动穿过软管的燃料最终蒸发并逸出到大气内， 这是一个环境问题。因此，这种软管必须遵守由环境保护局、加州空气资 源委员会和许多其它政府机关强制规定的各种标准。然而，改进这种软管 的对燃料特别是乙醇汽油渗透的抗性而不损害软管所需的物理和化学特性 已被证实是一项非常困难的任务。
发明内容
本发明的泵软管(curb pump hose)(燃料软管)提供对汽油和乙醇汽 油相当高水平的抗渗透性(小于10克/平方米/天)。这是在不损害软管的其 它重要特性的情况下实现的，所述特性诸如强度、耐用性、柔性和耐体积 膨胀性。这些软管还提供较长的使用寿命，并且能够以防止燃料逸出的方 式联接到配件。
本主题发明更具体地公开了一种泵软管，其包括：(a)管层，其中所述 管层包括第一丁腈橡胶，所述第一丁腈橡胶具有在约28重量％至约50重 量％范围内的丙烯腈含量，并且其中所述管层包括第三丁腈橡胶，所述第 三丁腈橡胶包括至少一种含氟热塑性聚合物(fluorothermoplastic)粘合促 进剂(adhesion promoting agent)；(b)位于管层上的屏障层(barrier layer)， 其中所述屏障层包括含氟热塑性聚合物；(c)位于屏障层上的摩擦层，其 中所述摩擦层包括第二丁腈橡胶，所述第二丁腈橡胶具有在约28重量％至 约50重量％范围内的丙烯腈含量，并且其中所述摩擦层还包括第三丁腈橡 胶，所述第三丁腈橡胶包括至少一种含氟热塑性粘合促进剂；(d)位于摩 擦层上的增强层(reinforcement layer)，其中所述增强层包括编织钢丝，其 中所述编织钢丝具有在约30％至约60％范围内的丝包覆率；以及(e)位 于增强层上的包封层，其中所述包封层包括聚氯乙烯。
本发明还披露了一种泵软管，其包括：(a)管层，其中所述管层包括第 一丁腈橡胶，所述第一丁腈橡胶具有在约25重量％至约50重量％范围内 的丙烯腈含量；(b)位于管层上的连接层(tie layer)，其中所述连接层包 括第三丁腈橡胶，所述第三丁腈橡胶包括至少一种含氟热塑性粘合促进剂； (c)屏障层，其位于连接层上，其中所述屏障层包括含氟热塑性聚合物； (d)位于屏障层上的摩擦层，其中所述摩擦层包括第二丁腈橡胶，所述第 二丁腈橡胶具有在约15重量％至约50重量％范围内的丙烯腈含量，并且 其中所述摩擦层还包括第三丁腈橡胶，所述第三丁腈橡胶包括至少一种含 氟热塑性粘合促进剂；(e)位于摩擦层上的增强层，其中所述增强层包括 编织钢丝，其中所述编织钢丝具有在约30％至约60％范围内的丝包覆率； 以及(f)位于增强层上的包封层，其中所述包封层包括聚氯乙烯。
附图说明
图1是示出其中各种层的本发明的泵软管的剖视图。
图2是本发明泵的另一替代性实施例的剖视图，其包括位于所述管层和 屏障层之间的连接层。
图3示出具有位于摩擦层上的丝编织图案的增强层(未示出包封层)。
具体实施方式
本发明的泵软管10在图1中示出并且通常具有约0.720英寸到0.780 英寸的内径和约1.115英寸到1.165英寸的外径。软管10具有相对于软管 的径向方向以及纵向的软管轴线的管层(芯层)1。管层1是软管的最内层。 该管状内部芯层限定软管的管腔11并通常为约0.045英寸到0.095英寸厚。 管层更通常为从0.060英寸到0.080英寸厚。管状内部芯层1在本领域内通 常被简称为“管”或简称为“芯”。
管层1包括第一丁腈橡胶，所述第一丁腈橡胶具有在约28重量％到约 50重量％范围内的丙烯腈含量。第一丁腈橡胶通常地具有在约30重量％ 到约45重量％范围内的丙烯腈含量，并将更通常地具有在约35重量％到 约45重量％范围内的丙烯腈含量。在许多情况下，第一丁腈橡胶将具有在 约38重量％到约42重量％范围内的丙烯腈含量。在管层中使用的第一丁 腈橡胶用过氧化物固化剂(peroxide curative)和助剂(coagent)固化(cured)， 所述过氧化物固化剂和助剂在约4至10份(phr：在每100重量份橡胶中 的重量份)的水平。
例如，软管的管层中所采用的丁腈橡胶在固化过程中可使用的过氧化 物诸如过氧化二异丙苯，α-α双(叔丁基过氧化)二异丙苯，过氧化苯甲 酰，2,4-二氯过氧化苯甲酰，1,1-双(叔丁基过氧)3,3,5-三甲基环己烷，2,5- 二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化) 己炔-3，和正丁基4,4-双(叔丁基过氧)戊酸酯(n-butyl 4,4-bis(t-butylperoxy)valerate)。最优选和可商购到的过氧化物固化剂是来自 Arkema公司的40KE和40KE。基于100份的基础聚 合物(base polymer)通常采用从1到约10份的过氧化物。
在本发明的软管管层中使用的丁腈橡胶也可含有对于本领域内的普通 技术人员公知的常规或适当量的各种添加剂。这种添加剂可包括但不限于 用于防止过快固化的阻滞剂、抗氧化剂、加工助剂、补强剂(reinforcing  agents)和填料，所述填料诸如炭黑、白炭黑(silica)、其它矿物填料、木 质素以及类似物。补强填料通常在50份至150份范围内的水平下使用。
在管层中使用的第一丁腈橡胶还包括至少一种含氟热塑性粘合促进剂。 这种粘合促进剂包括：(a)至少一种金属氧化物，其选自于由氧化镁、氧 化钙、和水滑石(hyrdrotalcite)所构成的组；和(b)有机鎓盐或二胺盐。 金属氧化物通常地以15份至40份范围内的水平存在，优选以20份至30 份范围内的水平存在。有机鎓盐通常以约3份至8份范围内的水平存在， 同时二胺盐以1份至4份范围内的水平存在。对于有机鎓盐而言优选以4 份至6份范围内的水平存在，同时二胺盐以2份至3份范围内的水平存在。 可在管层中使用的附加的丁腈橡胶配方在美国专利6,270,901和美国专利 6,482,522中有所描述。美国专利6,270,901和美国专利6,482,522的教导出 于描述可在本发明的软管管层中使用的各种丁腈橡胶配方的目的通过引用 并入本文。
屏障层2位于管层1的外面。屏障层包括含氟热塑性聚合物且通常地为 从0.003英寸至0.017英寸厚。屏障层更通常地为从0.006英寸至0.014英 寸厚。所述含氟热塑性聚合物通常是半结晶含氟聚合物，其具有在100℃ 至275℃范围内并且通常在120℃至250℃范围内的峰值熔融温度，如通过 ASTM D4591所测定的那样。在许多情况下，该半结晶含氟聚合物将具有 在130℃至200℃范围内的峰值熔融温度。对于半结晶含氟聚合物而言具有 在140℃至185℃范围内的峰值熔融温度通常是优选的。对于半结晶含氟聚 合物而言具有在150℃至175℃范围内的峰值熔融温度通常是更优选的。对 于半结晶含氟聚合物而言具有在160℃至170℃范围内的峰值熔融温度通 常是最优选的。
半结晶含氟聚合物将通常具有在25,000至1,000,000范围内的数均分子 量，小于5重量％的氢含量，以及在65重量％至76重量％范围内的氟含 量。半结晶含氟聚合物将通常包括六氟丙烯、偏氟乙烯(vinylidenedifluoride) 和四氟乙烯的共聚重复单元(interpolymerized repeat units)，其中在半结晶 含氟聚合物中的重复单元以基本随机的顺序分布。六氟丙烯重复单元通常 以在50重量％至70重量％范围内的水平存在，其中所述偏氟乙烯重复单 元以在10重量％至30重量％范围内的水平存在，并且其中四氟乙烯重复 单元以在10重量％至30重量％范围内的水平存在。
在半结晶含氟聚合物中六氟丙烯重复单元通常以在55重量％至65重量 ％范围内的水平存在，其中所述偏氟乙烯重复单元以在15重量％至25重 量％范围内的水平存在，并且其中所述四氟乙烯重复单元以在15重量％至 25重量％范围内的水平存在。在许多情况下，在半结晶含氟聚合物中六氟 丙烯重复单元以在57重量％至61重量％范围内的水平存在，其中所述偏 氟乙烯重复单元以在20重量％至24重量％范围内的水平存在，并且其中 所述四氟乙烯重复单元以在17重量％至21重量％范围内的水平存在。
半结晶含氟聚合物将通常具有在180兆帕至240兆帕范围内的挠曲模 量，并且将优选具有在200兆帕至220兆帕范围内的挠曲模量，如通过 ASTM D790所测定的那样。半结晶含氟聚合物还将通常具有在8到12范 围内的熔体流动指数(melt flow index)，如在265℃/5千克下通过ASTM  D1238所测定的那样。美国专利6,489,420描述了可在本发明的软管的屏障 层2中使用的各种半结晶含氟聚合物。美国专利6,489,420的教导出于描述 在合成这种聚合物中可采用的这种含氟热塑性聚合物和技术的目的通过引 用并入本文。
在本发明软管10中摩擦层3位于屏障层2上并位于其外侧。摩擦层通 常为从0.015英寸至0.075英寸厚，优选为从0.030英寸至0.050英寸厚。 摩擦层3通常地与屏障层2直接接触。摩擦层3包括过氧化物固化的丁腈 橡胶，并且可与管层1中使用的配方相同。然而在某些情况下会希望在摩 擦层中使用不同的丁腈橡胶配方。例如在某些情况下会希望使用具有较低 丙烯腈含量水平的丁腈橡胶。
本发明的泵软管具有增强层4，其位于摩擦层3上并位于其外侧。如 图2中所示，增强层4将通常与摩擦层3直接接触。增强层4由编织钢丝 形成，所述编织钢丝通常镀有黄铜。例如，增强层4可利用编织机制造， 所述编织机具有24个载体(丝的筒管)，其配有0.012英寸规格丝的6个 丝头。在任何情况下，对于增强层4中使用的编织钢丝而言具有在约30％ 至约60％范围内的丝包覆率是重要的。换言之，增强层的丝包覆率摩擦层 3表面面积的30％至60％，同时摩擦层3剩余的40％到70％通过编织图 案的窗口暴露。编织钢丝将通常具有在约32％至约55％范围内的丝包覆 率，并将优选具有在约35％至约50％范围内的丝包覆率。编织钢丝将更优 选具有在约40％至约45％范围内的丝包覆率。
包封层5位于所述增强层4的外侧。包封层5通常地从0.050英寸至0.1 英寸厚，优选为0.065英寸至0.085英寸厚。包封层5包括聚氯乙烯，其通 常具有在30％至36％范围内的氯含量。对于聚氯乙烯而言具有在34％至 36％范围的氯含量是优选的。
在如图2中所示的本发明的替代性实施例中，管层1针对耐燃料性和到 粘结层6的粘附进行优化，所述粘结层6从管层1向外定位并从屏障层3 向内定位。在这种替代性的设计中，将粘合促进剂从管层1去除，从而优 化其耐燃料性、体积膨胀率，以及到橡胶粘结层6的粘附。这种设计也可 导致成本降低。
虽然出于示出本发明的目的已经示出某些代表性实施例和细节，但是对 于本领域内的那些技术人员而言在不脱离本发明主题范围的情况下进行各 种变化和修改将会是显而易见的。