在经典的科学博物馆演示中,一名身穿白大褂、戴着护目镜的技术人员将一个软橡皮球放入装有液氮的容器中,然后将球掷向墙壁。不出所料,让观众高兴的是,现在坚硬如石的球碎成了上千块碎片。
如果在极端寒冷的环境下使用错误的液压软管,同样的结果就不那么有趣了。
这是因为构成橡胶软管外壳和内胎的弹性体,当冷却到足够低的温度时,就不再容易变形。相反,它们变得坚硬、僵硬和脆弱。
材料工程教科书将其与影响分子行为的热变化联系起来。在环境温度下,弹性体的聚合物链有足够的能量让它们旋转和振动,在宏观尺度上给了材料灵活性。然而,当温度下降时,聚合物的运动就会减慢。最终,这导致弹性体变得坚韧而坚韧。
随着进一步冷却,材料达到玻璃化转变温度,即Tg。玻璃化转变是无定形聚合物的一种可逆转变,其物理性质由革质转变为玻璃状。Tg通常是一个狭窄的温度范围,而不是一个尖锐的点,如物质的冰点或沸点。
弹性体在低温下的效用取决于它是否保持在Tg以上。在玻璃化温度或低于玻璃化温度时,应力、应变和冲击载荷将破坏和断裂弹性体。
同样重要的是要注意,弹性体,如液压软管中的弹性体,在热循环下会降解。尽管弹性体可以在规定的最低和最高温度范围内工作,但当弹性体高度塑化或添加具有低温弹性的添加剂时,问题就会出现。在这些情况下,添加剂会在高温下被滤出,从而降低了后续低温作业的性能。
软管制造商依赖冷弹性测试,使用ISO 10619等准则来设计和评估其产品。在测试时,样品的管或盖不应开裂;当加热到环境温度时,试件在耐压下不发生泄漏或开裂。
在非常低的温度下运行,软管的盖表面和内胎会出现细小的径向裂缝。维护人员应定期检查在这种条件下运行的软管,并立即更换明显损坏的软管。
在典型的液压软管中,橡胶混合物的额定温度为-40°F(-40°C)。然而,许多软管制造商提供了广泛的适用于低温环境的产品。以下是一些例子:
北极大陆系列(http://contitech.us)软管的额定温度为-58°F(-50°C)。它们有丁腈内管,氯丁橡胶外壳和两线编织结构,内径尺寸从0.25到1.25英寸。工作压力范围从1820至5800psi,取决于尺寸。
伊顿冰冠军(www.eaton.com/hydraulics)软管的额定温度为-70°F(-57°C),压力为6100psi。四螺旋和六螺旋钢丝加强软管内径尺寸从0.75到2英寸。
盖茨PolarFlex(www.gates.com)软管的额定温度为-70°至212°F(-57°至100°C)。例如,Global G2L版本具有双编织钢丝加固,符合100R2型AT规格。它有一个丁腈管和氯丁橡胶盖。
Hansa-Flex高清(www.hansa-flex.com)高热阻软管适用于在极端温度下运行的中低压力电路,额定温度范围为-67°F至275°F(-55°C至135°C)。100T系列的尺寸范围从0.25到1英寸。内径和工作压力在1,294 ~ 3,307 psi (88 ~ 225 bar)之间,具体取决于尺寸。200T系列软管的内径尺寸从0.25到2英寸。额定压力为1176 ~ 5880psi (80 ~ 400bar)。
派克汉尼汾LT系列(www.parker.com/hpd),工作压力可达6000psi,通径可达1.5英寸。ID,具体取决于版本。它们有一个合成橡胶内胎和PKR或合成橡胶外壳。最低温度等级为-70°F(-57°C)。
《华盛顿邮报》极端寒冷如何影响液压软管?第一次出现在软管组装技巧。
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