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CN106193072B - 止水胶囊及其制造方法 - Google Patents

止水胶囊及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种止水胶囊及其制造方法。该止水胶囊为环状结构，设有充气咀，止水胶囊包括内胶层、增强层和外胶层，增强层设于内胶层与外胶层之间。止水胶囊的制造方法包括（1）囊胚预成型；（2）硫化成型。本发明的止水胶囊承受气压和极限气压大、漏气风险低，制造方法工艺简单、可整体一次成型止水胶囊、有效提高了止水胶囊的承压性能。

Description

止水胶囊及其制造方法
技术领域
本发明涉及水下止水装置及其制造方法，具体涉及一种止水胶囊及其制造方法。
背景技术
目前很多水上工程需要通过预制墩台的方式进行作业，其中水下承台与钢管桩间止水是预制墩台安装的关键工序，止水方式可分为刚性止水和柔性止水。常用的刚性止水材料包括水泥砂浆、环氧树脂及其他复合材料，刚性止水工艺较为成熟，但是存在承台与桩间相对运动易引起砂浆与钢管壁、砂浆与承台壁咬合面开裂，且水下砂浆质量不易控制。柔性止水则多用橡胶等大变形材料，目前国内成功案例不多，但是其优点是对沉桩精度要求低，可适应承台与桩间出现极限偏差的情况，可利用胶囊弹性变形适应承台与桩间相对运动。
止水胶囊是为跨海/江大桥水下施工提供柔性止水而设计的一种新型制品，是一种封闭式充气使用的橡胶制品，是桥梁墩台等安装柔性止水系统的关键构件，其止水原理为通过胶囊充气前后体积的膨胀来完成间隙止水，利用材料弹性变形来适应桩与承台间的相对运动，以达到为水下墩台安装提供干燥作业环境的目的。现有止水胶囊产品成型多采用多次分部位成型后进行热硫化接头或者胶水冷粘实现封闭式胶囊结构，但是此类成型工序复杂繁琐，且产品存在性能薄弱区域，所能承受气压一般不超过0.1MPa。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种产品承受气压和极限气压大、漏气风险低的止水胶囊，还提供一种工艺简单、可整体一次成型产品、有效提高产品承压性能的止水胶囊的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种止水胶囊，所述止水胶囊为环状结构，所述止水胶囊上设有充气咀，所述止水胶囊包括内胶层、增强层和外胶层，所述增强层设于所述内胶层与外胶层之间。
上述的止水胶囊中，优选的，所述增强层设有多层，相邻增强层之间设有内胶层。
上述的止水胶囊中，优选的，所述增强层由增强材料构成，所述增强材料是增强纤维经纺织而成的帘布或帆布，所述增强纤维包括尼龙纤维、芳纶纤维和聚酯纤维中的一种或多种。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种止水胶囊的制造方法，包括以下步骤：
（1）囊胚预成型
（1.1）胶料出片：将胶料出片，制得外层胶片和内层胶片；
（1.2）制备预成型囊胚半成品：采用滚轮缠绕方法或平铺贴合方法依次将外层胶片、增强材料和内层胶片进行贴合，得到外层胶片/增强材料/内层胶片复合层，经翻包搭接，得到预成型囊胚半成品；
（1.3）安装气门咀：在所述预成型囊胚半成品的外周搭接处预埋气门咀，得到预成型囊胚；
（2）硫化成型
（2.1）将所述预成型囊胚置于模具中，然后锁模加压，压力保持在3MPa～30MPa，向预成型囊胚的内部充入气体，将预成型囊胚的内压控制在0.1MPa～3MPa；
（2.2）对步骤（2.1）充气后的预成型囊胚进行升温硫化成型，得到止水胶囊。
上述的止水胶囊的制造方法中，优选的，所述步骤（1.1）中，所述胶料采用开炼机或压延机出片，所述外层胶片的厚度为0.5mm～15mm，所述内层胶片的厚度为0.5mm～15mm；
和/或，所述步骤（1.2）中，所述增强材料是增强纤维经纺织而成的帘布或帆布，所述增强纤维包括尼龙纤维、芳纶纤维和聚酯纤维中的一种或多种；
和/或，所述步骤（2.1）中，所述模具上下分别设有第一热板和第二热板，所述模具通过气管与压缩气罐连通，所述气管上设有用于监控所述预成型囊胚内压的气压表；
和/或，所述步骤（2.2）中，所述硫化成型的温度为100℃～180℃，所述硫化成型的时间为10min～600min。
上述的止水胶囊的制造方法中，优选的，所述步骤（1.2）中，所述滚轮缠绕方法包括以下步骤：
（1.2.1）缠绕外层胶片：将所述外层胶片在一预成型滚轮工装上进行缠绕并搭接成环，得到外胶层；
（1.2.2）缠绕增强层：将增强材料在所述外胶层上进行缠绕贴合并搭接成环，形成增强层；
（1.2.3）缠绕内层胶片：将所述内层胶片在所述增强层上进行缠绕贴合并搭接成环，形成内胶层，即得到外层胶片/增强材料/内层胶片复合层；
（1.2.4）翻包搭接：在所述内胶层上涂刷隔离剂，然后进行翻包搭接，得到预成型囊胚半成品。
上述的止水胶囊的制造方法中，优选的，所述滚轮缠绕方法的步骤（1.2.1）中，所述预成型滚轮工装包括滚轮和支撑架，所述滚轮安装于所述支撑架上，所述滚轮上设有档板；
和/或，所述步骤（1.2.1）中，所述搭接的长度为3mm～500mm；所述步骤（1.2.2）中，所述搭接的长度为3mm～500mm；所述步骤（1.2.3）中，所述搭接的长度为3mm～500mm；所述步骤（1.2.4）中，所述搭接的长度为3mm～300mm；
和/或，所述步骤（1.2.4）中，所述隔离剂包括滑石粉、白炭墨和金属皂中的一种。
上述的止水胶囊的制造方法中，优选的，所述滚轮缠绕方法还包括以下步骤：在进行步骤（1.2.4）之前，重复步骤（1.2.2）～步骤（1.2.3），制备多个增强层和内胶层。
上述的止水胶囊的制造方法中，优选的，所述步骤（1.2）中，所述平铺贴合方法包括以下步骤：
（1.2.1）平铺贴合：由下至上依次将外层胶片、增强材料和内层胶片平铺贴合，得到外层胶片/增强材料/内层胶片复合层；
（1.2.2）搭接：将外层胶片/增强材料/内层胶片复合层按所需尺寸进行搭接，搭接的长度为3mm～500mm，搭接后进行环形接头，接头长度为3mm～500mm，得到预成型囊胚半成品。
上述的止水胶囊的制造方法中，优选的，所述平铺贴合方法的步骤（1.2.1）中，所述增强材料和内层胶片设有多层，所述增强材料和内层胶片在所述外层胶片上交替平铺贴合。
本发明制造方法的步骤（2.1）中，锁模加压是指外压，外压是机台施加到模具上的力，内压是胶囊内部成型需要的压力，外压一般大于内压；采用的模具上下设有第一热板和第二热板，可控制硫化成型温度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的止水胶囊为封闭式橡胶/增强层复合结构，产品外观类似于轮胎内胎，为全封闭充气使用产品，可用于水下施工。本发明的止水胶囊是采用整体一次成型工艺制造得到，产品承受气压可达到0.6MPa以上，极限气压达到0.8MPa左右，远高出现有类似产品的承受气压（一般不超过0.1MPa）。
2、本发明的止水胶囊采用一次成型制造方法，其中重点研究了止水胶囊硫化过程中囊胚预成型、整体一次模压硫化成型的工艺，避免了类似的充气使用橡胶制品多次成型生产、多次硫化、二次粘结等繁琐工艺，极大地简化了现有类似产品的生产工艺流程，避免了产品存在热硫化接头或冷粘结接头、二次粘结处容易漏气等缺点，提高了产品承压（外压、内压）能力，大大降低了漏气风险，提高了产品性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的止水胶囊的截面示意图。
图2为本发明实施例1的止水胶囊的外观示意图。
图3为本发明实施例1的制造方法中采用的预成型滚轮工装的结构示意图。
图4为本发明实施例1的制造方法中硫化成型工艺示意图（亦即工艺系统图）。
图例说明：
1、滚轮；2、轴承；3、支撑架；4、挡板；5、模具；6、第一热板；7、第二热板；8、压缩气罐；9、气管；10、气压表；11、内胶层；12、增强层；13、外胶层；14、充气咀。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的止水胶囊，如图1和图2所示，该止水胶囊为环状结构（环状中空），止水胶囊上设有充气咀14，止水胶囊包括内胶层11、增强层12和外胶层13，增强层12设于内胶层11与外胶层13之间。
本实施例中，增强层由增强材料构成，增强材料是由增强纤维PA66经纺织而成的帘布（帆布也可以）。
本实施例的止水胶囊产品外观类似于轮胎内胎，为全封闭结构，使用时内部充气，但是轮胎内胎为纯胶类制品，止水胶囊为橡胶/增强层/橡胶复合产品，外胶层13与内胶层11均为硫化橡胶，内部是增强层12，橡胶厚度及增强层数可根据产品强度要求进行调整，气门咀14作为充气和出气口。
一种上述本实施例的止水胶囊的制造方法，包括以下步骤：
（1）囊胚预成型
（1.1）胶料出片，将混炼胶（可为天然橡胶，但不限于此）置于开炼机或压延机中出片，制备得到厚度为5mm的外层胶片和厚度为5mm的内层胶片。
（1.2）制备预成型囊胚半成品：
（1.2.1）缠绕外层胶片：将外层胶片缠绕在预成型滚轮工装（也可称为滚轮式缠绕预成型工装）上，并进行接头搭接，使外层胶片形成环状，搭接处应贴合密实，搭接长度为3mm（3～500mm均可，视实际情况而定，下同），得到外胶层13。
本实施例中，采用的预成型滚轮工装如图3所示，该预成型滚轮工装包括滚轮1和支撑架3，滚轮1通过轴承2安装于支撑架3上，滚轮1上设有档板4，档板4为可移动档板，并设置有标尺，以适应不同宽度胶片的缠绕要求。
（1.2.2）缠绕增强层：将增强材料在已缠绕好的外胶层13上进行紧密缠绕贴合并搭接成环，搭接处应贴合密实，搭接长度为3mm，得到增强层12，增强层12与外胶层13构成外层胶片/增强材料复合层。
（1.2.3）缠绕内层胶片：将内层胶片在增强层12上（也是在已缠绕好的外层胶片/增强材料复合层上）进行紧密缠绕贴合并搭接成环，搭接处应贴合密实，搭接长度为3mm，得到内胶层11，内胶层11、增强层12和外胶层13形成了外层胶片/增强材料/内层胶片复合层。
（1.2.4）翻包搭接：在内胶层11上涂刷隔离剂滑石粉，然后进行翻包搭接，搭接处应贴合密实，搭接长度3mm，得到预成型囊胚半成品。
（1.3）安装气门咀14：在预成型囊胚半成品的外周搭接处预埋气门咀14，得到预成型囊胚。
（2）硫化成型
（2.1）图4为止水胶囊硫化成型的工艺示意图，如图4所示，将预成型囊胚置于模具5中，然后锁模加压，压力保持在20MPa，在保证外压的同时，向预成型囊胚内部充入压缩空气，将预成型囊胚的内压控制在3MPa；
本实施例中，模具5的上下分别设有硫化机（如平板硫化机）的第一热板6和第二热板7，第一热板6和第二热板7主要用于提供硫化温度和锁模压力，模具5通过气管9与压缩气罐8连通，向预成型囊胚内充入压缩空气（氮气等其它气体也可以），使预成型囊胚的内压达到设定要求，气管9上设有气压表10，预成型囊胚的内压通过气压表10进行监控。
本实施例中，还可以在模具5上通过安装千斤顶等加压、加热方式，利用外加施加锁模力，从而实现产品加压硫化成型。
（2.2）对充气后的预成型囊胚进行升温硫化成型，硫化温度为150℃，硫化时间为80min。硫化完成后，将得到的止水胶囊产品从模具5中取出。
经检测，本实施例制造的止水胶囊承受气压为0.6MPa，极限气压为0.8MPa，远高于现有类似产品的承受气压（一般不超过0.1MPa）。本发明采用的止水胶囊制造方法可一次整体成型，极大地简化了生产工艺流程，避免了多次成型二次粘合所造成的产品薄弱部位，提高了产品强度性能和产品承压能力，同时降低了产品漏气风险。
本发明在制备止水胶囊的预成型囊胚半成品时，还可以采用平铺贴合方法进行制造，包括以下步骤：
（1.2.1）平铺贴合：由下至上依次将外层胶片、增强材料和内层胶片平铺贴合，得到外层胶片/增强材料/内层胶片复合层；
（1.2.2）搭接：将外层胶片/增强材料/内层胶片复合层按所需尺寸进行搭接，搭接的长度为3mm～500mm，搭接后进行环形接头，接头长度为3mm～500mm，得到预成型囊胚半成品。
本发明的止水胶囊还可以设置多层增强层12和内胶层11，增强层12和内胶层11交替设置于外胶层13上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种止水胶囊的制造方法，包括以下步骤：
（1）囊胚预成型
（1.1）胶料出片：将胶料出片，制得外层胶片和内层胶片；
（1.2）制备预成型囊胚半成品：采用滚轮缠绕方法或平铺贴合方法依次将外层胶片、增强材料和内层胶片进行贴合，得到外层胶片/增强材料/内层胶片复合层，经翻包搭接，得到预成型囊胚半成品；
（1.3）安装气门咀（14）：在所述预成型囊胚半成品的外周搭接处预埋气门咀（14），得到预成型囊胚；
（2）硫化成型
（2.1）将所述预成型囊胚置于模具（5）中，然后锁模加压，压力保持在3MPa～30MPa，向预成型囊胚的内部充入气体，将预成型囊胚的内压控制在0.1MPa～3MPa；
（2.2）对步骤（2.1）充气后的预成型囊胚进行升温硫化成型，得到止水胶囊。
2.根据权利要求1所述的止水胶囊的制造方法，其特征在于，所述步骤（1.1）中，所述胶料采用开炼机或压延机出片，所述外层胶片的厚度为0.5mm～15mm，所述内层胶片的厚度为0.5mm～15mm；
和/或，所述步骤（1.2）中，所述增强材料是增强纤维经纺织而成的帘布或帆布，所述增强纤维包括尼龙纤维、芳纶纤维和聚酯纤维中的一种或多种；
和/或，所述步骤（2.1）中，所述模具（5）上下分别设有第一热板（6）和第二热板（7），所述模具（5）通过气管（9）与压缩气罐（8）连通，所述气管（9）上设有用于监控所述预成型囊胚内压的气压表（10）；
和/或，所述步骤（2.2）中，所述硫化成型的温度为100℃～180℃，所述硫化成型的时间为10min～600min。
3.根据权利要求1或2所述的止水胶囊的制造方法，其特征在于，所述步骤（1.2）中，所述滚轮缠绕方法包括以下步骤：
（1.2.1）缠绕外层胶片：将所述外层胶片在一预成型滚轮工装上进行缠绕并搭接成环，得到外胶层（13）；
（1.2.2）缠绕增强层：将增强材料在所述外胶层（13）上进行缠绕贴合并搭接成环，形成增强层（12）；
（1.2.3）缠绕内层胶片：将所述内层胶片在所述增强层（12）上进行缠绕贴合并搭接成环，形成内胶层（11），即得到外层胶片/增强材料/内层胶片复合层；
（1.2.4）翻包搭接：在所述内胶层（11）上涂刷隔离剂，然后进行翻包搭接，得到预成型囊胚半成品。
4.根据权利要求3所述的止水胶囊的制造方法，其特征在于，所述滚轮缠绕方法的步骤（1.2.1）中，所述预成型滚轮工装包括滚轮（1）和支撑架（3），所述滚轮（1）安装于所述支撑架（3）上，所述滚轮（1）上设有档板（4）；
和/或，所述步骤（1.2.1）中，所述搭接的长度为3mm～500mm；所述步骤（1.2.2）中，所述搭接的长度为3mm～500mm；所述步骤（1.2.3）中，所述搭接的长度为3mm～500mm；所述步骤（1.2.4）中，所述搭接的长度为3mm～300mm；
和/或，所述步骤（1.2.4）中，所述隔离剂包括滑石粉、白炭墨和金属皂中的一种。
5.根据权利要求4所述的止水胶囊的制造方法，其特征在于，所述滚轮缠绕方法还包括以下步骤：在进行步骤（1.2.4）之前，重复步骤（1.2.2）～步骤（1.2.3），制备多个增强层（12）和内胶层（11）。
6.根据权利要求1或2所述的止水胶囊的制造方法，其特征在于，所述步骤（1.2）中，所述平铺贴合方法包括以下步骤：
（1.2.1）平铺贴合：由下至上依次将外层胶片、增强材料和内层胶片平铺贴合，得到外层胶片/增强材料/内层胶片复合层；
（1.2.2）搭接：将外层胶片/增强材料/内层胶片复合层按所需尺寸进行搭接，搭接的长度为3mm～500mm，搭接后进行环形接头，接头长度为3mm～500mm，得到预成型囊胚半成品。
7.根据权利要求6所述的止水胶囊的制造方法，其特征在于，所述平铺贴合方法的步骤（1.2.1）中，所述增强材料和内层胶片设有多层，所述增强材料和内层胶片在所述外层胶片上交替平铺贴合。
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