• 2 3 •

技术交流

（c）赫格利斯编织结构

图 2 3 种编织结构示意

制动胶管制造企业在实际生产中更关注编

织骨架层的编织工艺参数和纤维材料参数。编

织工艺参数主要包括编织角、导程（pitch）、合

股数和锭数。以轴向偏移至编织方向形成的角

度为编织角，按照编织方向不同，编织角可以

为 -αH 和＋αH ，如图 3（a）所示。管状编织

层的编织角一般为 15 °～ 75 °[6] ，如图 3（b）

所示，图中螺旋线起始点（即 m 和 n 两点）的

垂直距离为编织层的导程，将一个导程的编织

结构展开，导程与编织角存在式（1）的关系。

tanαH= E / （D×π） （1）

式中，D 为编织层直径，mm ；E 为导程，mm。

胶管编织层的经纬线由多股纤维束合股形

成，如图 3（c）所示。以图 3（b）中的 m 为起始点，

沿着螺旋线轨迹至 n 点，此轨迹上的合股数称

为编织层的锭数，如图 4 所示。

（a）编织角

（b）导程

（c）合股

图 3 编织层的编织角、导程和合股示意

图 4 编织层的锭数

纤维材料参数包括纤维细度、纤维弹性模

量和纤维密度。纤维细度用于衡量纤维粗细的

程度，通常以 10000 m 长纤维质量（dtex）作为

纤维细度衡量指标；纤维弹性模量也称为初始

模量，是指纤维拉伸曲线上开始一段直线部分

的应力与应变比值。在实际计算中，一般取拉

伸曲线上伸长率为 1% 时的斜率来求得纤维弹性

模量 [ 7 ] 。

αH αH

αH

α

D

m

n

A

π

• 2 4 •

技术交流

胶管编织层编织工艺参数、几何参数和纤

维材料参数之间的数学关系如式（2）和（3）[ 8 ] 。

（2）

（3）

式中，a 和 b 分别为纤维束的椭圆形横截面

长短轴半径，mm；Cr

为编织层锭数；Nc

为经纬

线包含的纤维合股数；d 为纤维细度，dtex；ρ

为纤维单丝密度，g·cm -3 。

胶管由编织层和橡胶层构成，可将其视为

管状编织复合材料制品。编织层的存在使得胶

管复合材料的力学响应呈各向异性，利用传统

的研究方法不仅无法有效研究其应力分布情况，

而且研究过程成本高、周期长、效率低。而用

有限元方法能有效研究胶管复合材料的应力分

布情况，研究过程成本低、周期短、耗材耗资少、

效率高、结果可靠性强。精准的几何模型构建

是进行有限元分析的基础，但由于编织层的复

杂性使得模型构建难度增大，为了缩短建模周

期和降低建模成本，在利用有限元方法研究胶

管时将编织层简化成各向同性材料 [ 9-11 ] ，此种

处理方法值得质疑，无法保证最终结果的准确

性。

针对建模问题本工作提出一种快速、便捷

的三维编织层模型构建方法，且已实现参数化

建模。该方法具有以下优点：（1）基于 Abaqus

软件平台开发，不存在因软件兼容性问题而导

致模型细节丢失的问题；（2）实现图形用户界

面（GUI）操作，提高建模效率和便捷性；（3）

以编织工艺参数和纤维材料参数作为 GUI 输入

参数，与企业实际生产工艺相贴合，可快速掌握；

（4）可实现对编织层模型进行多参数调整；（5）

不仅可解决编织层网格划分的问题，而且能实

现网格密度的控制。

下面以规则编织层为例，详细介绍制动胶

管管状编织层建模方法。

1 建模思路

编织层的实际形状如图 3（c）所示，为确

保胶管力学分析结果的准确性，有限元分析模

型应以该形状为建模依据。虽然一个导程是整

根胶管的一个重复单元且包含整根胶管的信息，

但该单元尺寸过大，不适用于有限元分析，编

织层是由经纬线周期性交织排列形成的结构，

因此一个导程内存在一个最佳尺寸的重复单元。

结合这两点以及考虑边界条件的施加难易程度，

最终编织层的三维模型如图 5（a）所示。编织

层中纤维可分为经线和纬线两大类，通过分析

可知经纬线中的纤维实体可归类为图 5（d）和

（e）两种纤维实体，即 1 系列和 2 系列起伏状

纤维实体。编织层模型的构建可以简化成这两

种纤维实体的构建及其空间位置的确定。编织

层建模流程如图 6 所示。

（1）扫掠生成柱状纤维实体，1 系列和 2 系

列纤维实体长度（L）组成如图 7 所示，按照式

（4）-（6）计算得到。

（4）

（5）

（6）

式中， L single 为单根经线或纬线的相邻间隙

部位之间的距离，mm； a real 为真实纤维束的截

面（即裁切前）长轴半径，mm； L gap 为经纬线间距，

mm； L cut 为纤维裁切端面长度，mm； i 为起伏

状纤维实体中经纬线交织区域个数。

（2）分别以纤维头尾端面为基准顺时针旋

转 2αH - 90 °，以此角度裁切柱体两端形成纤

维实体新端面，这是使编织层具有不同编织角

度的关键步骤。

（3）利用 Abaqus 软件 3 点构造参考面的工

具，做与纤维实体新端面相平行的参考面（图 8

和 9 中点划线代表参考面），计算构建参考面 3

个点的坐标。

① 1 系列纤维实体参考面的 3 个坐标。

第 i 个参考面的 3 个点坐标如下。

• 2 5 •

技术交流

a b c

d

图 6 编织层建模流程

图 5 编织层模型的组成

图 7 纤维实体 L 组成示意

1

2

3

4

6

8 9 10

7

5

Lgap Lsingle Lcut

2αH αreal

L

• 2 6 •

技术交流

（7）

第 i ′个参考面的 3 个点坐标：

（8）

式中， i 和 i ′ 分别表示图 8 中的 1-5 和

1′-5′。

② 2 系列纤维实体参考面的 3 个坐标。

第 j 个参考面的 3 个点坐标：

第 j′个参考面的 3 个点坐标：

式中，j 和 j′分别表示图 8 中的 1-4 和

1′-4′。

图 8 1 系列纤维实体参考面分布示意

图 9 2 系列纤维实体参考面分布示意

point 5 _1

point

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5

point 5 _1

point 5 _1

point 5 _3 point 5 _3

point 5 _2 point 5 _2

point 4 _1

point 4 _1

point 4 _3 point 4 _3

point 4 _2 point 4 _2

point 3 _1

point 3 _1

point 3 _3 point 3 _3

point 3 _2 point 3 _2

point 2 _1

point 2 _1

point 2 _3 point 2 _3

point 2 _2 point 2 _2

point 1 _1

point 1 _1

point 1 _3 point 1 _3

point 1 _2 point 1 _2

1 1 2 2 3 3 4 4

point 1 _1

point 1 _1

point 1 _3

point 1 _2

point 1 _2

point 2 _1

point 2 _1

point 2 _3 point 2 _3

point 2 _2

point 2 _2

point 3 _1

point 3 _1

point 3 _3 point 3 _3

point 3 _2

point 3 _2

point 4 _1

point 4 _1

point 4 _3

point 4 _2

point 4 _2

point 1 _3 point 4 _3

• 2 7 •

技术交流

v=e v=e

v= e v= e

（a）平移前起伏状纤维实体 （b）平移后起伏状纤维实体

（4）以（3）中的参考面为剪切平面切出交

织区域和间隙区域；为了便于计算的收敛性以

形成起伏状纤维实体，间隙区域和交织区域分

别赋予橡胶高弹本构方程和金属本构方程。

（5）以（4）中柱体进行装配，装配时实体

数目与经纬线内纤维合股数一致，如图 10 所示。

（6）在交织区域间隔地施加交替的上下位

移边界（ν），位移大小为 e，形成起伏状纤维

实体，如图 11 所示。

（7）提交任务得到数据库文件（ODB），提

取 ODB 的最后一帧结构，即为起伏状纤维实体，

如图 12 所示。

（8）新建一个模型并导入（7）的 ODB 作

为部件，将这些部件导入装配模块进行装配时，

1 和 2 系列纤维实体相互重叠，如图 13（a）所示，

通过式（11）的向量将纤维实体平移至合适位置，

如图 13（b）所示，式中 i 取 1-4。

式中，B 为 sin（180°-2αH）。

（9）如前所述，编织层是由经纬线构成，

需要先旋转 2 αH - 180 ° ，再旋转 180 ° ，使

其 中 一 组 纤 维 实 体 成 为 经（纬）线，如 图 14

（a）所示，之后按照式（12）的向量平移经（纬）线，

使得经纬线装配成编织层，如图 14（b）所示。

图 10 纤维实体装配示意

图 11 交替边界施加

图 13 平移前后起伏状纤维实体

图 12 由 ODB 最后一帧结构得到起伏状纤维实体

• 2 8 •

技术交流

式 中， A 为 tan（180 ° - 2 αH）， C 为 cos

（180 °- 2 αH）。

（10）最终编织层形成过程如图 15 所示。

由图 15（c）可知，胶管编织层轴向与胶管轴向

同向，且沿着纵向，因此需要将（9）的编织层

旋转 αH - 180 ° ，得到最终编织层，如图 15

（b）所示。

（a）经（纬）线形成 （b）经纬线装配成编织层

α

（a） （b） （c）

图 15 最终编织层形成过程

图 14 编织层装配过程

2 程序介绍

2. 1 编织层参数化建模的 GUI

胶管编织层参数化建模程序是利用 Python

语言 [ 12-13 ] 编写，实现如下功能：几何建模、材

料赋予、部件装配、网格划分、接触创建、边

界施加和作业提交。程序从模型构建到最后计

算出编织层的 9 个力学参数，总运行时间不超

过半小时，极大地提高了计算效率。

图 16 所示为编织层参数化建模的 GUI。

GUI 共有 4 个输入框和 1 个提示框。输入框 1 为

编织层建模参数，主要包括编织工艺参数、纤

维材料参数以及经纬线间隙参数；输入框 2 为

经纬线间接触属性参数，用于设置经纬线间库

伦摩擦系数；输入框 3 为网格划分参数，其中

NOG 用 于 控 制 经 纬 线 间 隙 区 域 的 网 格 密 度，

NOI_L 用于控制经纬线交织区域的网格密度，

NOB 用于控制纤维截面区域的网格密度；输入

框 4 为计算机并行参数。输入上述参数后，提

示框会显示构建的编织层中纤维截面几何参数，

确认无误后程序会自动构建编织层，同时自动

设置编织层中经纬线间的相互作用并赋予边界

条件，提交分析，计算出编织层的弹性模量、

泊松比和剪切模量。

图 17 所示为程序构建的不同类型编织层。

• 2 9 •

技术交流

1 2 3 4

0.5 mm 0.1 mm 0.05 mm 0.01 mm

45° 50° 60° 70°

图 17 程序构建的不同类型编织层

图 16 编织层参数化建模的 GUI

• 3 0 •

技术交流

2. 2 纤维相互作用

纤维间接触：假定在边界条件作用下纤维

编织层在整个变形过程中每股纤维是相互绑定

的，不产生相对位移，因此可建立 Tie 约束以作

为纤维之间相互作用 [ 14 ] 。

经纬线间接触：实际中经纬线之间存在摩

擦力，因此设定经纬线之间为有摩擦接触，摩

擦系数可以通过输入框 2 进行设定。

2. 3 边界条件施加

本工作施加的边界条件主要分为拉伸边界

条件和剪切边界条件 [ 14 ] ，其中拉伸边界条件的

施加主要基于叠加原理 [ 15 ] ，而剪切边界条件则

是采用材料力学中的简单剪切边界。由于采用

的编织层三维模型是一个导程内编织层的一部

分，其与周围其他纤维实体相连，因此编织层

在变形过程中需要满足变形协同性；其次由于

利用叠加原理求解编织层的弹性模量和泊松比

时需要通过编织层的反作用力，出于便于提取

反作用力考虑，编织层的边界需要施加在参考

点上。

编织层变形协同性需要满足以下 3 个条件：

（1）各边相邻两点保持相对位置不变（如图 18

所示）；（2）各边椭圆截面始终保持在同一平面

上（如图 18 所示）；（3）整个变形过程中网格

不发生畸变。通过建立如式（13）的约束方程，

可以同时实现反作用力的提取。

（13）

式 中，Reference 为 施 加 边 界 的 参 考 点，

NodeSet 为与参考点耦合的点或点集，Dof 代表

二者约束的自由度。

图 18 编织层各边椭圆截面和相邻两点示意

2. 4 网格划分

在 Abaqus 软件中导入 ODB 作为部件，该

Part 即为孤立网格。起伏状纤维实体由柱状纤维

的 ODB 最后一帧结构形成，因此由这些部件装

配得到的编织层也就是孤立网格，这同时解决

了编织层网格难以划分的问题。通过输入框 3

设置纤维网格密度，即可间接地控制编织层网

格密度。

3 结语

以规则编织层为例，介绍制动胶管编织层

三维模型构建方法，并应用 Abaqus 软件强大的

二次开发技术，采用 Python 脚本语言分别进行

内核代码和 GUI 代码编写，实现胶管中复杂编

织层三维模型参数化建模的目标。本模型构建

思路能够拓展到其他编织模式编织层的三维模

型构建中。 □

参考文献

[ 1 ] Kawahara H，Yoshimura S，Noda N.

FEM Analysis for Sealing Performance of Hydraulic

Pressure Brake Hose Caulking Portion [ J ] . Key

Engineering Materials，2008，385-387：169-172.

[ 2 ] Kwak S B，Choi N S. Micro-damage

Formation of a Rubber Hose Assembly for

Automotive Hydraulic Brakes under a Durability Test

[ J ] . Engineering Failure Analysis，2009，16（4）：

1262-1269.

[3] 谢忠麟 . 汽车用胶管的技术进展 [J]. 橡胶

工业，2007，54（6）：644-648.

[ 4 ] Melenka G W，Carey J P. Braid CAM：

Braided Composite Analytical Model [ J ] .

Softwarex，2018，7：23-27.

[ 5 ] Ayranci C，Carey J. 2D Braided

Composites：A Review for Stiffness Critical

Applications [ J ] . Composite Structures，2008，85

（1）：43-58.

[6] Xu L，Kim S J，Ong C H，et （下转第 35 页）

（上接第 30 页）al. Prediction of Material Properties

of Biaxial and Triaxial Braided Textile Composites [

J ] . Journal of Composite Materials，2012，46（18）：

2255-2270.

[ 7 ] 杨东洁 . 纤维纺丝工艺与质量控制（上

册） [ M ] . 北京：中国纺织出版社，2008.

[ 8 ] Cho J R，Jee Y B，Kim W J，et al.

Homogenization of Braided Fabric Composite for

Reliable Large Deformation Analysis of Reinforced

Rubber Hose [ J ] . Composites Part B Engineering，

2013，53（7）：112-120.

[ 9 ] 任九生，周琎闻，袁学刚 . 钢丝编织高

压胶管的力学性能及破坏强度 [J]. 上海大学学报

（自然科学版），2009，15（6）：644-648.

[ 10 ] 周琎闻 . 高压胶管的力学响应和破坏

分析 [ D ] . 上海：上海大学，2010.

[ 11 ] Lee G C，Kim H E，Park J W，et al. An

Experimental Study and Finite Element Analysis for

Finding Leakage Path in High Pressure Hose

Assembly[J]. International Journal of Precision

Engineering & Manufacturing，2011，12（3）：

537-542.

[ 12 ] 苏景鹤，江丙云 . ABAQUS Python 二

次 开 发 攻 略 [ M ] . 北 京：人 民 邮 电 出 版 社，

2016.

[13] Sherburn M. Geometric and Mechanical

Modelling of Textiles[D].UK：University of

Nottingham，2007.

[14] 刘枫，李锦伟，岳小雪，等 . 制动胶管

纤维编织层的三维模型构建及其等效力学性能

研 究 [ J ] . 特 种 橡 胶 制 品，2018，39（4）：

50-57.

[ 15 ] Whitcomb J D. Three-dimensional Stress

Analysis of Plain Weave Composites [ A ] .

Composite Materials：Fatigue & Fracture （Third

Volume）[C]. West Conshohocken，PA：ASTM

International，1991：417-438.

• 3 1 •

技术交流

摘要：本研究采用性价比较高的 BPC 炭黑替代部分传统炭黑，分析对包布 V 带底胶性能的影响。

结果表示，BPC 炭黑替代传统炭黑，在 10 份以内时效果最佳，静态性能变化不大，动态性能提高，

带来了一定的经济效益。

关键词：包布 V 带；BPC 炭黑；底胶

BPC炭黑在包布V带底胶中的应用

包布 V 带由于性价比高，目前占据了传动

带的主要市场，其结构主要由底胶、顶胶、抗

拉体、缓冲胶和胶帆布组成，见图 1。其带体材

料被帆布覆盖，在使用初期具有稳定的摩擦因

数。包布 V 带底胶又名压缩胶，是 V 带中体积

占比最大的结构，在传动过程中起支撑作用，

其性能直接影响 V 带的疲劳寿命。底胶设计应

保证一定的拉伸强度和拉断伸长率，且刚性和

耐屈挠龟裂性能要好。

BPC 炭黑主要以硅粉为原料，经筛选、粉碎、

焙烧加工而成，是一种以硅、铝、炭等元素为

主要成分的橡胶补强填充材料，与传统的补强

填充材料相比，其工艺性能好且价格便宜。本

文主要讨论了 BPC 炭黑在包布 V 带底胶中替代

传统炭黑的应用。

一、实验

1. 原材料

BPC 炭黑，徐州市贾汪区富益填料加工厂；

其他原材料均为市售产品。

2.BPC 炭黑的主要技术指标

BPC 炭黑的主要技术指标见表 1。

3. 实验仪器

3 升密炼机，东莞市昶丰机械科技有限公司；

6 寸开炼机 XK-160，无锡明达橡塑机械有限公

司；XLB50 平板硫化机，湖州双力自动化科技

装备有限公司；WSK-49B 橡胶可塑度试验机，

江苏明珠实验机械有限公司；MZ-4103 双头切

片机，江苏明珠实验机械有限公司；TH200 邵

氏硬度计，上海伦捷机电仪表公司；M2000-AN

新型无转子硫化仪，高铁检测仪器（东莞）有

限公司；GT-7080-S2 黏性测试仪，高铁检测仪

器（东莞）有限公司；AI-7000LA10 伺服控制

电脑拉力试验机，高铁检测仪器（东莞）有限

公司；屈挠龟裂试验机，青岛中橡化科技有限

公司。

4. 性能测试

硫化性能按 GB/T 9869-2014 测试，硫化温

度 150℃；拉伸性能采用电子拉力试验机按照

GB/T 528-2009 进 行 测 试，拉 伸 速 度 为

500mm/min；邵尔 A 型硬度按 GB/T 531.1-2008

测定；屈挠龟裂性能按 GB/T 13934-2006 测试。

5. 试样制备

金久龙实业有限公司 张 杨

2. 2 纤维相互作用

纤维间接触：假定在边界条件作用下纤维

编织层在整个变形过程中每股纤维是相互绑定

的，不产生相对位移，因此可建立 Tie 约束以作

为纤维之间相互作用 [ 14 ] 。

经纬线间接触：实际中经纬线之间存在摩

擦力，因此设定经纬线之间为有摩擦接触，摩

擦系数可以通过输入框 2 进行设定。

2. 3 边界条件施加

本工作施加的边界条件主要分为拉伸边界

条件和剪切边界条件 [ 14 ] ，其中拉伸边界条件的

施加主要基于叠加原理 [ 15 ] ，而剪切边界条件则

是采用材料力学中的简单剪切边界。由于采用

的编织层三维模型是一个导程内编织层的一部

分，其与周围其他纤维实体相连，因此编织层

在变形过程中需要满足变形协同性；其次由于

利用叠加原理求解编织层的弹性模量和泊松比

时需要通过编织层的反作用力，出于便于提取

反作用力考虑，编织层的边界需要施加在参考

点上。

编织层变形协同性需要满足以下 3 个条件：

（1）各边相邻两点保持相对位置不变（如图 18

所示）；（2）各边椭圆截面始终保持在同一平面

上（如图 18 所示）；（3）整个变形过程中网格

不发生畸变。通过建立如式（13）的约束方程，

可以同时实现反作用力的提取。

（13）

式 中，Reference 为 施 加 边 界 的 参 考 点，

NodeSet 为与参考点耦合的点或点集，Dof 代表

二者约束的自由度。

图 18 编织层各边椭圆截面和相邻两点示意

2. 4 网格划分

在 Abaqus 软件中导入 ODB 作为部件，该

Part 即为孤立网格。起伏状纤维实体由柱状纤维

的 ODB 最后一帧结构形成，因此由这些部件装

配得到的编织层也就是孤立网格，这同时解决

了编织层网格难以划分的问题。通过输入框 3

设置纤维网格密度，即可间接地控制编织层网

格密度。

3 结语

以规则编织层为例，介绍制动胶管编织层

三维模型构建方法，并应用 Abaqus 软件强大的

二次开发技术，采用 Python 脚本语言分别进行

内核代码和 GUI 代码编写，实现胶管中复杂编

织层三维模型参数化建模的目标。本模型构建

思路能够拓展到其他编织模式编织层的三维模

型构建中。 □

参考文献

[ 1 ] Kawahara H，Yoshimura S，Noda N.

FEM Analysis for Sealing Performance of Hydraulic

Pressure Brake Hose Caulking Portion [ J ] . Key

Engineering Materials，2008，385-387：169-172.

[ 2 ] Kwak S B，Choi N S. Micro-damage

Formation of a Rubber Hose Assembly for

Automotive Hydraulic Brakes under a Durability Test

[ J ] . Engineering Failure Analysis，2009，16（4）：

1262-1269.

[3] 谢忠麟 . 汽车用胶管的技术进展 [J]. 橡胶

工业，2007，54（6）：644-648.

[ 4 ] Melenka G W，Carey J P. Braid CAM：

Braided Composite Analytical Model [ J ] .

Softwarex，2018，7：23-27.

[ 5 ] Ayranci C，Carey J. 2D Braided

Composites：A Review for Stiffness Critical

Applications [ J ] . Composite Structures，2008，85

（1）：43-58.

[6] Xu L，Kim S J，Ong C H，et （下转第 35 页）

（上接第 30 页）al. Prediction of Material Properties

of Biaxial and Triaxial Braided Textile Composites [

J ] . Journal of Composite Materials，2012，46（18）：

2255-2270.

[ 7 ] 杨东洁 . 纤维纺丝工艺与质量控制（上

册） [ M ] . 北京：中国纺织出版社，2008.

[ 8 ] Cho J R，Jee Y B，Kim W J，et al.

Homogenization of Braided Fabric Composite for

Reliable Large Deformation Analysis of Reinforced

Rubber Hose [ J ] . Composites Part B Engineering，

2013，53（7）：112-120.

[ 9 ] 任九生，周琎闻，袁学刚 . 钢丝编织高

压胶管的力学性能及破坏强度 [J]. 上海大学学报

（自然科学版），2009，15（6）：644-648.

[ 10 ] 周琎闻 . 高压胶管的力学响应和破坏

分析 [ D ] . 上海：上海大学，2010.

[ 11 ] Lee G C，Kim H E，Park J W，et al. An

Experimental Study and Finite Element Analysis for

Finding Leakage Path in High Pressure Hose

Assembly[J]. International Journal of Precision

Engineering & Manufacturing，2011，12（3）：

537-542.

[ 12 ] 苏景鹤，江丙云 . ABAQUS Python 二

次 开 发 攻 略 [ M ] . 北 京：人 民 邮 电 出 版 社，

2016.

[13] Sherburn M. Geometric and Mechanical

Modelling of Textiles[D].UK：University of

Nottingham，2007.

[14] 刘枫，李锦伟，岳小雪，等 . 制动胶管

纤维编织层的三维模型构建及其等效力学性能

研 究 [ J ] . 特 种 橡 胶 制 品，2018，39（4）：

50-57.

[ 15 ] Whitcomb J D. Three-dimensional Stress

Analysis of Plain Weave Composites [ A ] .

Composite Materials：Fatigue & Fracture （Third

Volume）[C]. West Conshohocken，PA：ASTM

International，1991：417-438.

• 3 2 •

技术交流

2. 2 纤维相互作用

纤维间接触：假定在边界条件作用下纤维

编织层在整个变形过程中每股纤维是相互绑定

的，不产生相对位移，因此可建立 Tie 约束以作

为纤维之间相互作用 [ 14 ] 。

经纬线间接触：实际中经纬线之间存在摩

擦力，因此设定经纬线之间为有摩擦接触，摩

擦系数可以通过输入框 2 进行设定。

2. 3 边界条件施加

本工作施加的边界条件主要分为拉伸边界

条件和剪切边界条件 [ 14 ] ，其中拉伸边界条件的

施加主要基于叠加原理 [ 15 ] ，而剪切边界条件则

是采用材料力学中的简单剪切边界。由于采用

的编织层三维模型是一个导程内编织层的一部

分，其与周围其他纤维实体相连，因此编织层

在变形过程中需要满足变形协同性；其次由于

利用叠加原理求解编织层的弹性模量和泊松比

时需要通过编织层的反作用力，出于便于提取

反作用力考虑，编织层的边界需要施加在参考

点上。

编织层变形协同性需要满足以下 3 个条件：

（1）各边相邻两点保持相对位置不变（如图 18

所示）；（2）各边椭圆截面始终保持在同一平面

上（如图 18 所示）；（3）整个变形过程中网格

不发生畸变。通过建立如式（13）的约束方程，

可以同时实现反作用力的提取。

（13）

式 中，Reference 为 施 加 边 界 的 参 考 点，

NodeSet 为与参考点耦合的点或点集，Dof 代表

二者约束的自由度。

图 18 编织层各边椭圆截面和相邻两点示意

2. 4 网格划分

在 Abaqus 软件中导入 ODB 作为部件，该

Part 即为孤立网格。起伏状纤维实体由柱状纤维

的 ODB 最后一帧结构形成，因此由这些部件装

配得到的编织层也就是孤立网格，这同时解决

了编织层网格难以划分的问题。通过输入框 3

设置纤维网格密度，即可间接地控制编织层网

格密度。

3 结语

以规则编织层为例，介绍制动胶管编织层

三维模型构建方法，并应用 Abaqus 软件强大的

二次开发技术，采用 Python 脚本语言分别进行

内核代码和 GUI 代码编写，实现胶管中复杂编

织层三维模型参数化建模的目标。本模型构建

思路能够拓展到其他编织模式编织层的三维模

型构建中。 □

参考文献

[ 1 ] Kawahara H，Yoshimura S，Noda N.

FEM Analysis for Sealing Performance of Hydraulic

Pressure Brake Hose Caulking Portion [ J ] . Key

Engineering Materials，2008，385-387：169-172.

[ 2 ] Kwak S B，Choi N S. Micro-damage

Formation of a Rubber Hose Assembly for

Automotive Hydraulic Brakes under a Durability Test

[ J ] . Engineering Failure Analysis，2009，16（4）：

1262-1269.

[3] 谢忠麟 . 汽车用胶管的技术进展 [J]. 橡胶

工业，2007，54（6）：644-648.

[ 4 ] Melenka G W，Carey J P. Braid CAM：

Braided Composite Analytical Model [ J ] .

Softwarex，2018，7：23-27.

[ 5 ] Ayranci C，Carey J. 2D Braided

Composites：A Review for Stiffness Critical

Applications [ J ] . Composite Structures，2008，85

（1）：43-58.

[6] Xu L，Kim S J，Ong C H，et （下转第 35 页）

（上接第 30 页）al. Prediction of Material Properties

of Biaxial and Triaxial Braided Textile Composites [

J ] . Journal of Composite Materials，2012，46（18）：

2255-2270.

[ 7 ] 杨东洁 . 纤维纺丝工艺与质量控制（上

册） [ M ] . 北京：中国纺织出版社，2008.

[ 8 ] Cho J R，Jee Y B，Kim W J，et al.

Homogenization of Braided Fabric Composite for

Reliable Large Deformation Analysis of Reinforced

Rubber Hose [ J ] . Composites Part B Engineering，

2013，53（7）：112-120.

[ 9 ] 任九生，周琎闻，袁学刚 . 钢丝编织高

压胶管的力学性能及破坏强度 [J]. 上海大学学报

（自然科学版），2009，15（6）：644-648.

[ 10 ] 周琎闻 . 高压胶管的力学响应和破坏

分析 [ D ] . 上海：上海大学，2010.

[ 11 ] Lee G C，Kim H E，Park J W，et al. An

Experimental Study and Finite Element Analysis for

Finding Leakage Path in High Pressure Hose

Assembly[J]. International Journal of Precision

Engineering & Manufacturing，2011，12（3）：

537-542.

[ 12 ] 苏景鹤，江丙云 . ABAQUS Python 二

次 开 发 攻 略 [ M ] . 北 京：人 民 邮 电 出 版 社，

2016.

[13] Sherburn M. Geometric and Mechanical

Modelling of Textiles[D].UK：University of

Nottingham，2007.

[14] 刘枫，李锦伟，岳小雪，等 . 制动胶管

纤维编织层的三维模型构建及其等效力学性能

研 究 [ J ] . 特 种 橡 胶 制 品，2018，39（4）：

50-57.

[ 15 ] Whitcomb J D. Three-dimensional Stress

Analysis of Plain Weave Composites [ A ] .

Composite Materials：Fatigue & Fracture （Third

Volume）[C]. West Conshohocken，PA：ASTM

International，1991：417-438.

胶帆布

顶胶

抗拉体

缓冲胶

底胶

表1 BPC炭黑的主要技术指标

（1）试验配方

橡胶 100，N330 和填料 50，氧化锌和促进

剂 8，硬 脂 酸 2，硫 黄 2.5，防 老 剂 3，其 他 4。

BPC、N660 为变量，见表 2。

（2）混炼

将生胶投入密炼机，混炼 1min 后，加入除

硫化剂外小料，继续混炼 1min，加入炭黑、填

料和其他大料混炼，温度至 130℃排胶。

调整开炼机辊距，加入混炼胶至胶料包辊

并产生适量堆积胶，再加入硫化剂，左右各割

刀 1 次，打 6 个三角包，调整辊距出片，停放

不少于 16h。

实验编号 1# 2# 3# 4# 5#

BPC 0 10 20 30 40

N660 40 30 20 10 0

序号 项目 企业指标 实测

1 吸碘值/g·kg-1 ≥15 17

2 DBP吸收值/10-5m3

·kg-1 25～45 42

3 pH值 7～10 8

4 加热减量/% ≤2.0 1.15

5 200um筛余物/% ≤0.02 无

图1 包布V带结构

表2 配方变量（phr）

• 3 3 •

技术交流

2. 2 纤维相互作用

纤维间接触：假定在边界条件作用下纤维

编织层在整个变形过程中每股纤维是相互绑定

的，不产生相对位移，因此可建立 Tie 约束以作

为纤维之间相互作用 [ 14 ] 。

经纬线间接触：实际中经纬线之间存在摩

擦力，因此设定经纬线之间为有摩擦接触，摩

擦系数可以通过输入框 2 进行设定。

2. 3 边界条件施加

本工作施加的边界条件主要分为拉伸边界

条件和剪切边界条件 [ 14 ] ，其中拉伸边界条件的

施加主要基于叠加原理 [ 15 ] ，而剪切边界条件则

是采用材料力学中的简单剪切边界。由于采用

的编织层三维模型是一个导程内编织层的一部

分，其与周围其他纤维实体相连，因此编织层

在变形过程中需要满足变形协同性；其次由于

利用叠加原理求解编织层的弹性模量和泊松比

时需要通过编织层的反作用力，出于便于提取

反作用力考虑，编织层的边界需要施加在参考

点上。

编织层变形协同性需要满足以下 3 个条件：

（1）各边相邻两点保持相对位置不变（如图 18

所示）；（2）各边椭圆截面始终保持在同一平面

上（如图 18 所示）；（3）整个变形过程中网格

不发生畸变。通过建立如式（13）的约束方程，

可以同时实现反作用力的提取。

（13）

式 中，Reference 为 施 加 边 界 的 参 考 点，

NodeSet 为与参考点耦合的点或点集，Dof 代表

二者约束的自由度。

图 18 编织层各边椭圆截面和相邻两点示意

2. 4 网格划分

在 Abaqus 软件中导入 ODB 作为部件，该

Part 即为孤立网格。起伏状纤维实体由柱状纤维

的 ODB 最后一帧结构形成，因此由这些部件装

配得到的编织层也就是孤立网格，这同时解决

了编织层网格难以划分的问题。通过输入框 3

设置纤维网格密度，即可间接地控制编织层网

格密度。

3 结语

以规则编织层为例，介绍制动胶管编织层

三维模型构建方法，并应用 Abaqus 软件强大的

二次开发技术，采用 Python 脚本语言分别进行

内核代码和 GUI 代码编写，实现胶管中复杂编

织层三维模型参数化建模的目标。本模型构建

思路能够拓展到其他编织模式编织层的三维模

型构建中。 □

参考文献

[ 1 ] Kawahara H，Yoshimura S，Noda N.

FEM Analysis for Sealing Performance of Hydraulic

Pressure Brake Hose Caulking Portion [ J ] . Key

Engineering Materials，2008，385-387：169-172.

[ 2 ] Kwak S B，Choi N S. Micro-damage

Formation of a Rubber Hose Assembly for

Automotive Hydraulic Brakes under a Durability Test

[ J ] . Engineering Failure Analysis，2009，16（4）：

1262-1269.

[3] 谢忠麟 . 汽车用胶管的技术进展 [J]. 橡胶

工业，2007，54（6）：644-648.

[ 4 ] Melenka G W，Carey J P. Braid CAM：

Braided Composite Analytical Model [ J ] .

Softwarex，2018，7：23-27.

[ 5 ] Ayranci C，Carey J. 2D Braided

Composites：A Review for Stiffness Critical

Applications [ J ] . Composite Structures，2008，85

（1）：43-58.

[6] Xu L，Kim S J，Ong C H，et （下转第 35 页）

（上接第 30 页）al. Prediction of Material Properties

of Biaxial and Triaxial Braided Textile Composites [

J ] . Journal of Composite Materials，2012，46（18）：

2255-2270.

[ 7 ] 杨东洁 . 纤维纺丝工艺与质量控制（上

册） [ M ] . 北京：中国纺织出版社，2008.

[ 8 ] Cho J R，Jee Y B，Kim W J，et al.

Homogenization of Braided Fabric Composite for

Reliable Large Deformation Analysis of Reinforced

Rubber Hose [ J ] . Composites Part B Engineering，

2013，53（7）：112-120.

[ 9 ] 任九生，周琎闻，袁学刚 . 钢丝编织高

压胶管的力学性能及破坏强度 [J]. 上海大学学报

（自然科学版），2009，15（6）：644-648.

[ 10 ] 周琎闻 . 高压胶管的力学响应和破坏

分析 [ D ] . 上海：上海大学，2010.

[ 11 ] Lee G C，Kim H E，Park J W，et al. An

Experimental Study and Finite Element Analysis for

Finding Leakage Path in High Pressure Hose

Assembly[J]. International Journal of Precision

Engineering & Manufacturing，2011，12（3）：

537-542.

[ 12 ] 苏景鹤，江丙云 . ABAQUS Python 二

次 开 发 攻 略 [ M ] . 北 京：人 民 邮 电 出 版 社，

2016.

[13] Sherburn M. Geometric and Mechanical

Modelling of Textiles[D].UK：University of

Nottingham，2007.

[14] 刘枫，李锦伟，岳小雪，等 . 制动胶管

纤维编织层的三维模型构建及其等效力学性能

研 究 [ J ] . 特 种 橡 胶 制 品，2018，39（4）：

50-57.

[ 15 ] Whitcomb J D. Three-dimensional Stress

Analysis of Plain Weave Composites [ A ] .

Composite Materials：Fatigue & Fracture （Third

Volume）[C]. West Conshohocken，PA：ASTM

International，1991：417-438.

（3）硫化

平板硫化机硫化条件为 150℃×15min，硫

化压力不低于 10MPa，预热模具后放入胶料。

二、结果及分析

1. 硫化性能结果及分析

硫化性能与混炼胶成型加工、硫化密切相

关，BPC 炭黑替代 N660 后胶料硫化数据见表 3，

硫化仪条件为 150℃×30min。

BPC 替 代 N660 后 对 胶 料 t10、t90、MH、ML

的影响分别见图 2、图 3、图 4、图 5。通过 1#

～ 5# 试验胶硫化仪检测数据可知，随着 BPC 炭

黑替代 N660 份数的增多，混炼胶 t10变长，t90变短，

胶料抗焦烧性能改善；MH-ML 降低，MH-ML 降低，

尤其当替代量超过 20 份时更加明显。

项目 1# 2# 3# 4# 5#

t

10/min 2:04 2:19 2:28 2:31 2:54

t

90/min 9:37 9:41 9:31 9:17 9:04

MH/dN·m 2.42 2.26 2.01 1.85 1.64

ML

/dN·m 0.33 0.31 0.31 0.27 0.25

MH -ML

/dN ·m 2.09 1.95 1.70 1.58 1.39

表3 胶料硫化性能

• 3 4 •

技术交流

2. 2 纤维相互作用

纤维间接触：假定在边界条件作用下纤维

编织层在整个变形过程中每股纤维是相互绑定

的，不产生相对位移，因此可建立 Tie 约束以作

为纤维之间相互作用 [ 14 ] 。

经纬线间接触：实际中经纬线之间存在摩

擦力，因此设定经纬线之间为有摩擦接触，摩

擦系数可以通过输入框 2 进行设定。

2. 3 边界条件施加

本工作施加的边界条件主要分为拉伸边界

条件和剪切边界条件 [ 14 ] ，其中拉伸边界条件的

施加主要基于叠加原理 [ 15 ] ，而剪切边界条件则

是采用材料力学中的简单剪切边界。由于采用

的编织层三维模型是一个导程内编织层的一部

分，其与周围其他纤维实体相连，因此编织层

在变形过程中需要满足变形协同性；其次由于

利用叠加原理求解编织层的弹性模量和泊松比

时需要通过编织层的反作用力，出于便于提取

反作用力考虑，编织层的边界需要施加在参考

点上。

编织层变形协同性需要满足以下 3 个条件：

（1）各边相邻两点保持相对位置不变（如图 18

所示）；（2）各边椭圆截面始终保持在同一平面

上（如图 18 所示）；（3）整个变形过程中网格

不发生畸变。通过建立如式（13）的约束方程，

可以同时实现反作用力的提取。

（13）

式 中，Reference 为 施 加 边 界 的 参 考 点，

NodeSet 为与参考点耦合的点或点集，Dof 代表

二者约束的自由度。

图 18 编织层各边椭圆截面和相邻两点示意

2. 4 网格划分

在 Abaqus 软件中导入 ODB 作为部件，该

Part 即为孤立网格。起伏状纤维实体由柱状纤维

的 ODB 最后一帧结构形成，因此由这些部件装

配得到的编织层也就是孤立网格，这同时解决

了编织层网格难以划分的问题。通过输入框 3

设置纤维网格密度，即可间接地控制编织层网

格密度。

3 结语

以规则编织层为例，介绍制动胶管编织层

三维模型构建方法，并应用 Abaqus 软件强大的

二次开发技术，采用 Python 脚本语言分别进行

内核代码和 GUI 代码编写，实现胶管中复杂编

织层三维模型参数化建模的目标。本模型构建

思路能够拓展到其他编织模式编织层的三维模

型构建中。 □

参考文献

[ 1 ] Kawahara H，Yoshimura S，Noda N.

FEM Analysis for Sealing Performance of Hydraulic

Pressure Brake Hose Caulking Portion [ J ] . Key

Engineering Materials，2008，385-387：169-172.

[ 2 ] Kwak S B，Choi N S. Micro-damage

Formation of a Rubber Hose Assembly for

Automotive Hydraulic Brakes under a Durability Test

[ J ] . Engineering Failure Analysis，2009，16（4）：

1262-1269.

[3] 谢忠麟 . 汽车用胶管的技术进展 [J]. 橡胶

工业，2007，54（6）：644-648.

[ 4 ] Melenka G W，Carey J P. Braid CAM：

Braided Composite Analytical Model [ J ] .

Softwarex，2018，7：23-27.

[ 5 ] Ayranci C，Carey J. 2D Braided

Composites：A Review for Stiffness Critical

Applications [ J ] . Composite Structures，2008，85

（1）：43-58.

[6] Xu L，Kim S J，Ong C H，et （下转第 35 页）

（上接第 30 页）al. Prediction of Material Properties

of Biaxial and Triaxial Braided Textile Composites [

J ] . Journal of Composite Materials，2012，46（18）：

2255-2270.

[ 7 ] 杨东洁 . 纤维纺丝工艺与质量控制（上

册） [ M ] . 北京：中国纺织出版社，2008.

[ 8 ] Cho J R，Jee Y B，Kim W J，et al.

Homogenization of Braided Fabric Composite for

Reliable Large Deformation Analysis of Reinforced

Rubber Hose [ J ] . Composites Part B Engineering，

2013，53（7）：112-120.

[ 9 ] 任九生，周琎闻，袁学刚 . 钢丝编织高

压胶管的力学性能及破坏强度 [J]. 上海大学学报

（自然科学版），2009，15（6）：644-648.

[ 10 ] 周琎闻 . 高压胶管的力学响应和破坏

分析 [ D ] . 上海：上海大学，2010.

[ 11 ] Lee G C，Kim H E，Park J W，et al. An

Experimental Study and Finite Element Analysis for

Finding Leakage Path in High Pressure Hose

Assembly[J]. International Journal of Precision

Engineering & Manufacturing，2011，12（3）：

537-542.

[ 12 ] 苏景鹤，江丙云 . ABAQUS Python 二

次 开 发 攻 略 [ M ] . 北 京：人 民 邮 电 出 版 社，

2016.

[13] Sherburn M. Geometric and Mechanical

Modelling of Textiles[D].UK：University of

Nottingham，2007.

[14] 刘枫，李锦伟，岳小雪，等 . 制动胶管

纤维编织层的三维模型构建及其等效力学性能

研 究 [ J ] . 特 种 橡 胶 制 品，2018，39（4）：

50-57.

[ 15 ] Whitcomb J D. Three-dimensional Stress

Analysis of Plain Weave Composites [ A ] .

Composite Materials：Fatigue & Fracture （Third

Volume）[C]. West Conshohocken，PA：ASTM

International，1991：417-438.

项目 1# 2# 3# 4# 5#

密度/g·cm-3 1.242 1.254 1.269 1.278 1.290

邵尔A型硬度/度 81 79 76 73 70

拉伸强度/MPA 18.6 17.9 17.1 15.9 15.3

拉断伸长率/% 276 296 327 374 422

2. 物理性能结果及分析

胶料物理性能见表 4。邵尔 A 型硬度、拉伸

强度、拉断伸长率是包布 V 带底胶重要的物理

性能指标。硬度太低，底胶压缩变形大，容易

造成传动过程中变形翻带；拉伸强度和拉断伸

长率太低，底胶抗冲击性能差。BPC 替代 N660

对胶料密度、邵尔 A 型硬度、拉伸强度、拉断

伸长率的影响分别见图 6、图 7、图 8、图 9。

随着 BPC 炭黑替代份数的增加，胶料密度

增加，邵尔 A 型硬度下降，拉伸强度下降，拉

断伸长率增加，说明 BPC 炭黑的补强性能不如

N660，这一特性在替代量超过 10 份时更为明显。

3. 屈挠龟裂性能结果及分析

包布 V 带传动过程中底胶会受到反复屈挠，

屈挠过程中底胶温度升高出现老化龟裂，而包布

寿命终止基本都是由底胶龟裂失效引起的。胶料

屈挠性能见表 5，在 BPC 炭黑替代份数不超过

30 份时，随着替代量的增加，胶料屈挠性能改善。

表4 物理性能

• 3 5 •

技术交流

2. 2 纤维相互作用

纤维间接触：假定在边界条件作用下纤维

编织层在整个变形过程中每股纤维是相互绑定

的，不产生相对位移，因此可建立 Tie 约束以作

为纤维之间相互作用 [ 14 ] 。

经纬线间接触：实际中经纬线之间存在摩

擦力，因此设定经纬线之间为有摩擦接触，摩

擦系数可以通过输入框 2 进行设定。

2. 3 边界条件施加

本工作施加的边界条件主要分为拉伸边界

条件和剪切边界条件 [ 14 ] ，其中拉伸边界条件的

施加主要基于叠加原理 [ 15 ] ，而剪切边界条件则

是采用材料力学中的简单剪切边界。由于采用

的编织层三维模型是一个导程内编织层的一部

分，其与周围其他纤维实体相连，因此编织层

在变形过程中需要满足变形协同性；其次由于

利用叠加原理求解编织层的弹性模量和泊松比

时需要通过编织层的反作用力，出于便于提取

反作用力考虑，编织层的边界需要施加在参考

点上。

编织层变形协同性需要满足以下 3 个条件：

（1）各边相邻两点保持相对位置不变（如图 18

所示）；（2）各边椭圆截面始终保持在同一平面

上（如图 18 所示）；（3）整个变形过程中网格

不发生畸变。通过建立如式（13）的约束方程，

可以同时实现反作用力的提取。

（13）

式 中，Reference 为 施 加 边 界 的 参 考 点，

NodeSet 为与参考点耦合的点或点集，Dof 代表

二者约束的自由度。

图 18 编织层各边椭圆截面和相邻两点示意

2. 4 网格划分

在 Abaqus 软件中导入 ODB 作为部件，该

Part 即为孤立网格。起伏状纤维实体由柱状纤维

的 ODB 最后一帧结构形成，因此由这些部件装

配得到的编织层也就是孤立网格，这同时解决

了编织层网格难以划分的问题。通过输入框 3

设置纤维网格密度，即可间接地控制编织层网

格密度。

3 结语

以规则编织层为例，介绍制动胶管编织层

三维模型构建方法，并应用 Abaqus 软件强大的

二次开发技术，采用 Python 脚本语言分别进行

内核代码和 GUI 代码编写，实现胶管中复杂编

织层三维模型参数化建模的目标。本模型构建

思路能够拓展到其他编织模式编织层的三维模

型构建中。 □

参考文献

[ 1 ] Kawahara H，Yoshimura S，Noda N.

FEM Analysis for Sealing Performance of Hydraulic

Pressure Brake Hose Caulking Portion [ J ] . Key

Engineering Materials，2008，385-387：169-172.

[ 2 ] Kwak S B，Choi N S. Micro-damage

Formation of a Rubber Hose Assembly for

Automotive Hydraulic Brakes under a Durability Test

[ J ] . Engineering Failure Analysis，2009，16（4）：

1262-1269.

[3] 谢忠麟 . 汽车用胶管的技术进展 [J]. 橡胶

工业，2007，54（6）：644-648.

[ 4 ] Melenka G W，Carey J P. Braid CAM：

Braided Composite Analytical Model [ J ] .

Softwarex，2018，7：23-27.

[ 5 ] Ayranci C，Carey J. 2D Braided

Composites：A Review for Stiffness Critical

Applications [ J ] . Composite Structures，2008，85

（1）：43-58.

[6] Xu L，Kim S J，Ong C H，et （下转第 35 页）

（上接第 30 页）al. Prediction of Material Properties

of Biaxial and Triaxial Braided Textile Composites [

J ] . Journal of Composite Materials，2012，46（18）：

2255-2270.

[ 7 ] 杨东洁 . 纤维纺丝工艺与质量控制（上

册） [ M ] . 北京：中国纺织出版社，2008.

[ 8 ] Cho J R，Jee Y B，Kim W J，et al.

Homogenization of Braided Fabric Composite for

Reliable Large Deformation Analysis of Reinforced

Rubber Hose [ J ] . Composites Part B Engineering，

2013，53（7）：112-120.

[ 9 ] 任九生，周琎闻，袁学刚 . 钢丝编织高

压胶管的力学性能及破坏强度 [J]. 上海大学学报

（自然科学版），2009，15（6）：644-648.

[ 10 ] 周琎闻 . 高压胶管的力学响应和破坏

分析 [ D ] . 上海：上海大学，2010.

[ 11 ] Lee G C，Kim H E，Park J W，et al. An

Experimental Study and Finite Element Analysis for

Finding Leakage Path in High Pressure Hose

Assembly[J]. International Journal of Precision

Engineering & Manufacturing，2011，12（3）：

537-542.

[ 12 ] 苏景鹤，江丙云 . ABAQUS Python 二

次 开 发 攻 略 [ M ] . 北 京：人 民 邮 电 出 版 社，

2016.

[13] Sherburn M. Geometric and Mechanical

Modelling of Textiles[D].UK：University of

Nottingham，2007.

[14] 刘枫，李锦伟，岳小雪，等 . 制动胶管

纤维编织层的三维模型构建及其等效力学性能

研 究 [ J ] . 特 种 橡 胶 制 品，2018，39（4）：

50-57.

[ 15 ] Whitcomb J D. Three-dimensional Stress

Analysis of Plain Weave Composites [ A ] .

Composite Materials：Fatigue & Fracture （Third

Volume）[C]. West Conshohocken，PA：ASTM

International，1991：417-438.

三、结论

随着 BPC 炭黑对 N660 替代份数的增加，试

验胶 t10 变长，t90 变短，混炼胶抗焦烧性能改善；

MH、ML 降低，MH-ML 降低，尤其在替代份数超

过 20 份时更为明显。

随着 BPC 炭黑对 N660 替代份数的增加，试

验胶密度增加，硬度下降，拉伸强度下降，拉

断 伸 长 率 增 加，说 明 BPC 炭 黑 补 强 性 能 不 如

N660，尤其在替代份数超过 10 份时更为明显。

在 BPC 炭黑替代份数不超过 30 份时，随着

替代量的增加，硫化胶屈挠性能变好。

综上，BPC 炭黑替代 N660 炭黑的量以 10

份内效果最佳，不仅邵尔 A 型硬度、拉伸强度

变化不大，而且屈挠性能、拉断伸长率提高。

由于 BPC 炭黑价格相比 N660 低许多，替代

N660 炭黑可带来一定的经济效益。 □

项目 1# 2# 3# 4# 5#

屈挠次数/次 6500 8500 10000 10000 10000

龟裂等级 1级 1级 1级 未达1级 1级

表5 胶料屈挠性能

• 3 6 •

技术标准

国际标准 ISO 7233:2006（E）

橡胶和塑料管以及胶管组合件

——耐真空性能测定

引言

真空测试被应用到胶管当中，来决定胶管

是否能够经受住由于使用过程中胶管中压力减

少而遇到的不同的压力。

1 范围

本标准指定了三种方法测定塑料和橡胶胶

管及胶管组合件的耐真空性。适用于每种测试

方法的胶管尺寸如下：

方法 A——胶管孔公称内径小于等于 80 毫

米；

方法 B——胶管孔公称内径大于 80 毫米；

方法 C——任何公称内径的胶管。

方法 A 和方法 B 也可以用来检查粘附到硬

壁胶管或者胶管组合件里衬中的脱层的长度。

2 规范性引用文件

以下提及的文件在适用本文件时是不可缺

少的。凡是注明日期的引用，其最新版本适用

于本文件。凡是未注明日期的引用，其最后出

版的版本（包括任何修改）适用于本文件。

ISO 4671:1999 橡胶以及塑料胶管和胶管组

合件——测量方法

ISO 23529 橡胶——制备和调节试件的物理

试验方法的一般步骤

3 原则

橡胶胶管以及橡胶胶管组合件的耐真空测

试方法包括，通过一个真空泵和仪表，减少一

定长度的胶管的内部压力，而检测胶管或里衬

有关形变、脱层的标志。

4 设备

4.1 真空泵，和一个仪表一并提供，并且能

够在 60 秒钟之内减少胶管的内部压力，使测试

中的胶管的内部压力达到产品标准规定的压力，

并保持至少 10 分钟。

4.2 光滑的实心球（用于方法 A），直径等于

测试中胶管孔的 0.9 倍，下调至最接近整数（毫

米）。

4.3 两个透明的密封板（用于方法 B），用来

密封胶管的两端。其中一个透明密封板需保证

胶管的真空泵的附件，而保证在试验中胶管的

内部视觉检查。

5 试件

如果完整的胶管或者胶管组合件的长度长

于 1 米，每一个试件应该包含一个由最短长度

的胶管，配件末端明确 1 米长。如果完整的胶

管或者胶管组合件的长度不足 1 米长，这个完

整的长度应当被使用。

6 试件的调理

产品在生产出的 24 个小时内不得用于测试。

根据 ISO 23429，试件应该在调试之前至少 3 个

小时达到的适宜的温度下被调试。

注：上述“3 个小时”可能成为生产和测试

之间的 24 个小时的一部分。

• 3 7 •

技术标准

7 测试压力

测试中持续期间胶管所受到的内部压力应

该在产品的技术规程中声明为胶管在测试中的

最小背部压力，这是胶管被要求承受的。

8 规程（方法 A）

将胶管尽可能直地放置在平面上，将一端

塞住，形成一个密封。再向胶管中放入一个光

滑的实心球（4.2），然后将胶管的开口连接到真

空泵和仪表上。在 60 秒钟之内将胶管的内压力

降低至规定的试验压力，并将此压力保持至要

求的时间，保持时间不应少于 10 分钟。

在保持测试压力的同时，检查胶管外部是

否有塌瘪或者凹陷的迹象，然后将胶管倾斜，

使实心球通过整根胶管，以检查是否因形变、

脱层而引起的梗阻。

9 规程（方法 B）

将胶管置于平面尽量拉直并将胶管两端配

置透明的密封板（4.3），其中一端连接到真空泵

和仪表上。在 60 秒钟之内将胶管内压降低至规

定的试验压力，并将此压力保持至要求的时间，

保持时间不应少于 10 分钟。

在保持测试压力的同时，用通过提供的光

照，通过其中一个密封板来检查胶管的内部，

从另一端密封板检查胶管内部是否有脱层或起

泡迹象。也要检查胶管外部有无塌瘪或者凹陷

的迹象。

10 规程（方法 C）

将胶管置于平面尽量拉直并关闭一端来形

成一个密封，并将另外一端连接真空泵和仪表。

在减少胶管内部压力之前，标注两条线（线

A 和线 B），从中心向外等距离并相距 500 毫米，

绕着胶管（见图 1）。然后在线 A 和线 B 中间再

标注第三条线（线 C）。依据 ISO 4671:1999，4.2

明确的方法环绕线 C 测量胶管外部的平均直径。

500

A C B

尺寸：毫米

将胶管内部的压力降低至测试压力并保持

这种压力至要求的时间段内，即至少应该 10 分

钟。10 分钟之后，或者要求的测试时间段后（取

较好的），并且在释放压力之前，像之前一样，

测量线 A 和线 B 之间的距离以及通过线 C 测量

外部的平均直径。

释放压力，并且 10 分钟之后，第三次测量

测量线 A 和线 B 之间的距离以及通过线 C 测量

外部的平均直径。

胶管长度变化的百分比，ΔL，释放压力前

后可以表示为方程：

ΔLt

=（L2

-L1

）/L1

×100

图1 在试件上标注尺寸线

注：标注在试件上的线A和线B用于测量胶管长度的变化。

标注在试件上的线C用于测量胶管外部直径的变化。

• 3 8 •

消息传递

三维股份公布股票激励计划

近日，三维控股集团股份有限公司披露了

2022 年限制性股票激励计划（草案）。以 9 月 19

日作为首次授予日，向激励对象授予限制性股票，

授予价格为 11.37 元 / 股。

据了解，授予的激励对象总人数为 168 人，

包括在该公司（含子公司）董事、中高层管理人员、

核心骨干员工，以及对该公司经营发展有直接影

响的其他员工等。授予的限制性股票数量为

1621.89 万股，约占该公司股本总额的 2.09%。

三维股份半年报显示，该公司上半年实现销

售收入 18.97 亿元，同比增长 29.45%；实现归

股净利润 9494.81 万元，同比增长 3.54%。 □

徐艺铭

ΔLP

=（L3

-L1

）/L1

×100

注：ΔLt 是临时的长度变化（降低压力之

前） ；

ΔLP 是永久的长度变化（降低压力之后）；

ΔL1 是线 A 和线 B 在降低压力之前的距离，

以米为单位；

ΔL2 是线 A 和线 B 在释放压力之前的距离，

以米为单位；

ΔL3 是线 A 和线 B 在降释放力之后的距离，

以米为单位。

胶管外部直径的变化，ΔD，释放降低前后

的方程式为：

ΔDt

=（D2

-D1

）/D1

×100

ΔDP

=（D3

-D1

）/D1

×100

注：ΔLt 是临时的外部直径（降低压力之前）；

ΔLp 是永久的外部直径（降低压力之后）；

ΔL1 是降低压力之前胶管的外部平均直径，

以米为单位；

ΔL2 是释放压力之前胶管的外部平均直径，

以米为单位；

ΔL3 是释放压力之后胶管的外部平均直径，

以米为单位。

11 测试报告

测试报告应该包括以下内容：

a）本 标 准 的 出 版 序 号 以 及 年 份（i.e.ISO

7233:2006）；

b）一份关于胶管测试的详细描述；

c）测试所用的方法；

d）提供的内部测试压力，表示在低于大气

压的压力杆；

注：1bar=0.1MPa

e）提供测试压力的时间；

f）在测试中观察胶管的变化，包括任何外

部关于萎缩或者断裂的标志，并且，如果采用

的是方法 A，观察实心球是否通过了试件内部的

长度；如果采用的是方法 B，是否被观察到里衬

由脱层或者起泡；

g）如果采用的是方法 C，当压力降低时和

压力释放后，胶管长度（临时和永久）变化的

百分比；

h）如果采用的是方法 C，当压力降低时和

压力释放后，胶管外部平均直径（临时和永久）

变化的百分比；

i）试验日期。 □

• 3 9 •

消息传递

双江恒泰年产300万层平米输送带项目公示

10 月 12 日，云南省双江恒泰橡胶工业有限

公司“年产 300 万层平米工业用橡胶输送带生产

线改扩建技改项目”由昆明市生态环境局进行了

公示。

据了解，该项目位于昆明市晋宁工业园区，总

投资 700 万元，在原项目占地面积上新建一个混

炼车间，内置密炼区、开炼区、晾片区、原料区，后

续硫化、成型等工序依托原项目进行。

这次改扩建项目增加 1 条工业用橡胶输送带

生产线，可新增工业用特种耐酸碱橡胶输送带 6

万层平方米、工业用特种耐热橡胶输送带 12 万层

平方米、工业用特种耐油橡胶输送带 2 万层平方

米的生产能力。项目建成后，其工业用橡胶输送带

年产能可达 300 万层平方米。 □

陈志炳

双箭股份与青岛科技大学达成战略合作

9 月 27 日，浙江双箭橡胶股份有限公司举

办了“青岛科技大学 - 双箭股份战略合作签约

暨绿色低碳聚合物新材料创新中心揭牌仪式”。

青岛科技大学高性能聚合物及成型技术教育部

工程研究中心主任刘光烨代表青岛科技大学与

浙江双箭橡胶股份有限公司进行了战略及产学

研合作签约。中国工程院院士郑裕国，中国橡

胶工业协会高级顾问范仁德，中国橡胶工业协

会副秘书长、胶管胶带分会秘书长李鸿，桐乡

市副市长徐刚等嘉宾共同见证了此次签约仪式。

双箭股份董事长沈耿亮向与会嘉宾介绍了

该公司的发展情况及下一步战略规划。他表示，

加强校企合作运行机制有利于优势互补，加快

企业的技术进步和产品研发升级。

据了解，双方将在基础研究、技术开发及

产业化与信息共享等方面深入协作。未来双方

将充分发挥各自在高性能输送带、高端新材料

领域上下游产业链中的生产、技术、研发和人

才资源优势。通过围绕高端输送带新材料应用

实施联合技术攻关，形成产学研一体化优势。

双箭股份表示，今后公司将与青岛科技大

学强强联合，发挥各自优势，深化交流，围绕

产学研融合、技术研发、人才培养和技术交流

等各个方面，开展全方位、宽领域、深层次的

战略合作，探索前沿创新技术，提升创新能力，

实现战略发展新跨越。□ 李信

• 4 0 •

消息传递

河北九洲：出口波兰高性能输送带产品交付始发

10 月 17 日，河北九洲橡胶科技股份有限公

司输送带出口波兰项目首批交付产品生产完毕，

满载输送带的集装箱车辆整装出发。

据了解，近年来河北九洲公司积极响应国家

“一带一路”倡议，在国际市场上持续发力，不

断增强国际市场竞争力，其公司 TBM 输送带产

品曾配套国产盾构机助力莫斯科地铁隧道挖掘项

目。河北九洲公司表示，该出口波兰项目的成功

落地，表明公司在国际市场上又迈出了坚毅且自

信的一步，对公司今后拓展海外市场具有重大而

深远的意义。 □

河北九洲橡胶科技股份有限公司

无张力站单根钢丝绳恒张力独立控制

平板硫化机生产线顺利投产

日前由青岛北海橡机装备有限公司自主研

发、设计、制造的无张力站钢丝绳单根独立控制的

钢丝绳芯输送带平板硫化机生产线成功投产。此

设备在节能环保及结构性能、制品硫化品质、精度

等方面均有较好表现。

据了解，此台输送带硫化主机采用多缸式上

压结构，成型车采用地面行走结构，钢丝绳恒张力

采用伺服单根独立控制结构。自钢丝绳芯输送带

生产线成功投产以来，始终保持良好运行状态。

该生产线取消了传统的张力站，由锭子架直

接通过伺服系统对单根钢丝绳进行独立的控制，

可获得完全相同的张力，也可设定不同的张力，张

力精度大幅提升一个量级。不仅流程长度节约 8

米以上，降低大量土建费用，产品品质也得到极大

的提高。

此台平板硫化机主机采用的多缸式上压结

构，生产出的制品横向断面厚度精度大幅提升，生

产制品实测误差 0.05mm 以内，这是传统设备无

法达到的精度。

伴随着该条高精度数字化、智能化钢丝绳输

送带硫化生产线的投产成功，标志着该输送带生

产厂家的平板硫化机装备水平上了一个台阶，反

映出此地区企业冲击高品质输送带市场的信心与

决心。 □ 飞鹏

• 4 1 •

管理课堂

创新是长青之路

施文——没落的自行车霸主 事

典

由于过去几十年在自行车界的领先地位，施

文公司对自己的产品太过自信，而在多年持续盈

利之时，不知道应该改变自己，去适应旧有市场

上的新动向，也不知道调转方向开发适合自己的

新市场，缺乏进步的结果就是，把市场让给了快

速进步的竞争对手。

在汽车还没有成为普遍的交通工具的年代，

自行车曾是代表着最先进的冶金工艺和机制技

术的前沿产品，是富裕阶层所拥有的，也是时髦

的青年人梦寐以求的。美国知名的自行车制造商

施文（Schwinn）就是随着自行车技术的发展而发

展的老字号公司，可以不夸张地说，施文的发展

史也就相当于美国自行车的发展史，直至上个世

纪 90 年代。

这家公司成立于 1895 年，到第二年就发展

出了上百家制造厂，此后数十年里，施文都是美

国、乃至全球自行车技术的领先者。上个世纪五

六十年代是施文公司发展的巅峰，那时全美的 4

辆自行车中就有一辆是施文公司出产的。

施文公司的危机出现于上世纪 80 年代，当

时市面上开始出现了山地自行车，而当时施文公

司出产的马力加强型十速跑车还在自行车市场

上独领风骚，因此，施文公司的决策层认为，所谓

的山地车不过是人们一时尝鲜的产物，这种粗笨

当一种经营模式不能再带来好处，就应当

予以废止，改弦更张。这是商业界的铁律。只

不过，模式的衰落并非全都是突然之间明确显

现，能在短时间里就令人迅速警醒。许多时候，

问题是在不知不觉中发生的。特别是如果这种

模式曾经相当灿烂的存在过，它所留下的余韵

还能供人赞赏，创造这一模式的人、或者是模

式的继承人，很难轻易去否决它。

于是，就产生了所谓的“温水煮青蛙”式

的效果：当一只青蛙被扔进滚烫的开水中，它

会条件反射地立即跳出来，但若是把青蛙放在

冷水里，然后慢慢加热，青蛙会在冷水变温的

过程中感到非常舒服，直到被慢慢煮熟。

人们在较为舒适的环境中，也常常会像那

被煮熟的青蛙一样，当事者对环境的变化视而

不见，认为仍可按以前的方式继续生存下去。

的车型不可能取代样式独特的施文跑车。

而事实证明这一次施文公司犯下一个大错

误，市场对山地车的接受度迅速提高，这种车型

坚实耐用，具备十速跑车的优点，但避免了十速

车的缺点：坐垫高而翘，令骑车感到不舒服；车

轮太细，把手长而弯曲，虽然样式新潮，但有不安

全因素。毕竟，十速跑车原本是参照竞技车型设

计的，而对普通消费者要求的舒适、耐用等问题

比较忽略。

在施文公司却仍致力于推销以前给他们带

来巨额利润的老车型时，山地车迅速普及，尽管

有的消费者从未骑着山地车走过山路，但也不妨

碍这种车型成为自行车市场上最流行的产品。

其实直到这时，施文公司也不是完全没有机

会扭转乾坤，例如可以借用自己多年打造的品牌

力，将重点放在高端产品的开发上，或是通过外

包零部件的生产降低成本。

可惜的是，施文在这些方面都没有能全力去

做。他们也曾试图将一些配件外包给亚洲的工厂

生产，但因为这样的生产方式会抢夺美国本土的

工厂工人的工作，导致本厂工人的反对，所以外

包的行动很快作罢。而这样做结果是，曾经承担

过分包工作的亚洲工厂因此学到了制造技术，并

摸到了国际市场的经营渠道，在得不到分包业务

之后，便利用现有设备，加上自己人工、材料成本

都偏低的优势，大量生产中低档自行车，分走了

美国车在国际上的市场。

至于高端产品的开发的经营也是渐尝辄止，

不像许多山地车制造商那样，使用了不少新颖的

手段推广新产品。尤其当时亚洲市场对高端自行

车的需求正在上升，而施文对此却完全没有在

意，仍将目光放在如果夺回本土市场上，以至于

失去了一个良好的翻身机会。

于是，在亚洲新兴的中低端竞争对手和本土

新车型开发者的双重夹攻之下，施文公司的经营

陷入困境，终于在 1992 年宣告破产，其品牌

Schwinn 则被一家加拿大公司接管。

• 4 2 •

管理课堂

由于过去几十年在自行车界的领先地位，施

文公司对自己的产品太过自信，而在多年持续盈

利之时，不知道应该改变自己，去适应旧有市场

上的新动向，也不知道调转方向开发适合自己的

新市场，缺乏进步的结果就是，把市场让给了快

速进步的竞争对手。

在汽车还没有成为普遍的交通工具的年代，

自行车曾是代表着最先进的冶金工艺和机制技

术的前沿产品，是富裕阶层所拥有的，也是时髦

的青年人梦寐以求的。美国知名的自行车制造商

施文（Schwinn）就是随着自行车技术的发展而发

展的老字号公司，可以不夸张地说，施文的发展

史也就相当于美国自行车的发展史，直至上个世

纪 90 年代。

这家公司成立于 1895 年，到第二年就发展

出了上百家制造厂，此后数十年里，施文都是美

国、乃至全球自行车技术的领先者。上个世纪五

六十年代是施文公司发展的巅峰，那时全美的 4

辆自行车中就有一辆是施文公司出产的。

施文公司的危机出现于上世纪 80 年代，当

时市面上开始出现了山地自行车，而当时施文公

司出产的马力加强型十速跑车还在自行车市场

上独领风骚，因此，施文公司的决策层认为，所谓

的山地车不过是人们一时尝鲜的产物，这种粗笨

的车型不可能取代样式独特的施文跑车。

而事实证明这一次施文公司犯下一个大错

误，市场对山地车的接受度迅速提高，这种车型

坚实耐用，具备十速跑车的优点，但避免了十速

车的缺点：坐垫高而翘，令骑车感到不舒服；车

轮太细，把手长而弯曲，虽然样式新潮，但有不安

全因素。毕竟，十速跑车原本是参照竞技车型设

计的，而对普通消费者要求的舒适、耐用等问题

比较忽略。

在施文公司却仍致力于推销以前给他们带

来巨额利润的老车型时，山地车迅速普及，尽管

有的消费者从未骑着山地车走过山路，但也不妨

碍这种车型成为自行车市场上最流行的产品。

其实直到这时，施文公司也不是完全没有机

会扭转乾坤，例如可以借用自己多年打造的品牌

力，将重点放在高端产品的开发上，或是通过外

包零部件的生产降低成本。

可惜的是，施文在这些方面都没有能全力去

做。他们也曾试图将一些配件外包给亚洲的工厂

生产，但因为这样的生产方式会抢夺美国本土的

工厂工人的工作，导致本厂工人的反对，所以外

包的行动很快作罢。而这样做结果是，曾经承担

过分包工作的亚洲工厂因此学到了制造技术，并

摸到了国际市场的经营渠道，在得不到分包业务

之后，便利用现有设备，加上自己人工、材料成本

都偏低的优势，大量生产中低档自行车，分走了

美国车在国际上的市场。

至于高端产品的开发的经营也是渐尝辄止，

不像许多山地车制造商那样，使用了不少新颖的

手段推广新产品。尤其当时亚洲市场对高端自行

车的需求正在上升，而施文对此却完全没有在

意，仍将目光放在如果夺回本土市场上，以至于

失去了一个良好的翻身机会。

于是，在亚洲新兴的中低端竞争对手和本土

新车型开发者的双重夹攻之下，施文公司的经营

陷入困境，终于在 1992 年宣告破产，其品牌

Schwinn 则被一家加拿大公司接管。

不创新等于慢性自杀，像施文这样的大企

业会如此，一些远不及施文的小公司也同样会

如此。

某些老板靠着某项业务白手起家，之后就

沿着这条道“一直走到天黑”，在这块市场已经

日薄西山的时候，仍不知转头开发新的事业。

这样的案例之所以屡见不鲜，除了与老板

的思维惯性有关，也与企业的经营困惑有关。

通常来说，要更改已经熟悉的业务，总是会面

临许多困难，像施文这样的大公司，尚且会因

为本土工人的反对而放弃对企业有利的外包生

产，一般小企业要面对的问题会更多，如经营

转向需要的资金，开发新业务需要的市场推广，

生产新产品所需要的技术更新等等，有没有能

力解决、能在什么时候解决，实在是需要认真

考量的事。无论如何，进入一个陌生的领域，

当然远比在现有领域中摸索的难度要大得多。

所以，有时候对环境变化的视而不见是一

种选择，有时候则是一种无奈。

但是，不论出于何种原因，不思进取就必

定被市场抛弃。无数的事实告诉我们，唯有创

新变革才是企业长青之道，越守旧，就越容易

陷入经营的困境。因为世界始终是不断变化着

的，对企业来说，永远都有新生的市场，永远

都有产生了新的需求的消费人群，以不变应万

变的做法，在现代商业社会中是完全行不通的。

无疑，任何变革都会面对一些不确定性，

而不肯变化，即使有千种理由万种借口，说到底，

这无非是源于人的畏难情绪。而企业的经营者

需要记住的是，只要踏入了企业经营这个领域，

在创新和死亡之间，只能做一种选择。 □