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        無油潤滑材料在密煉機(jī)密封圈上的使用

        2016-11-26 07:53:46張津韓幫闊
        橡塑技術(shù)與裝備 2016年9期
        關(guān)鍵詞:無油密煉機(jī)密封圈

        張津,韓幫闊

        (大連橡膠塑料機(jī)械有限公司,遼寧 大連 116039)

        無油潤滑材料在密煉機(jī)密封圈上的使用

        張津,韓幫闊

        (大連橡膠塑料機(jī)械有限公司,遼寧 大連 116039)

        密煉機(jī)是塑煉和混煉中的典型設(shè)備,處于不斷發(fā)展完善中,種種發(fā)展都是為了強(qiáng)化混煉過程,提高機(jī)臺(tái)效能,降低生產(chǎn)成本,減輕體力勞動(dòng)和改善工作環(huán)境等為最終目的。本文是針對(duì)串聯(lián)式密煉機(jī)的密封系統(tǒng)中下位密煉機(jī)更換頻繁的密封圈進(jìn)行相應(yīng)專項(xiàng)改良研發(fā)的簡要說明,對(duì)目前串聯(lián)式密煉機(jī)無油潤滑系統(tǒng)的無油潤滑密封圈進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)描述。

        密煉機(jī);密封圈;無油潤滑

        1 行業(yè)背景

        據(jù)國外資料統(tǒng)計(jì)資料顯示,在橡膠工業(yè)中有88%的膠料是由密煉機(jī)制造的,塑料、樹脂行業(yè)亦廣泛應(yīng)用密煉機(jī)。我國密煉機(jī)行業(yè)隨著不斷發(fā)展,整個(gè)行業(yè)朝著“二大”、“二高”、“一低”方向發(fā)展,即大規(guī)格(大容量)、大功率、高速、高壓,單位能耗低。在劇烈的混煉過程中,當(dāng)然會(huì)帶來許多新問題,因此,對(duì)機(jī)械研究設(shè)計(jì)來說,從捏煉系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、加料及壓料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、主要零部件、材料到各種參數(shù)的技術(shù)決定以及理論,都需要相應(yīng)的發(fā)展,以使整機(jī)性能優(yōu)良,為生產(chǎn)過程提供可能的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)性。

        串聯(lián)煉膠工藝是德國大陸輪胎公司于20世紀(jì)80年代后期在傳統(tǒng)煉膠工藝基礎(chǔ)上開發(fā)出來的,英國Francis show 公司率先生產(chǎn)出串聯(lián)密煉機(jī)生產(chǎn)線,當(dāng)時(shí)該串聯(lián)密煉機(jī)生產(chǎn)線僅應(yīng)于橡膠制品生產(chǎn)。隨著英國Francis show公司、意大利Pomini公司、美國Farrel公司這些老牌密煉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)被德國Harburg—Freudenberger公司并購以后,串聯(lián)密煉工藝開始被越來越多的輪胎企業(yè)所接受。近年來,隨著以“綠色輪胎”生產(chǎn)技術(shù)為代表的輪胎生產(chǎn)新工藝、新配方的出現(xiàn),為滿足煉膠工藝要求,串聯(lián)密煉機(jī)組今后將在國內(nèi)輪胎企業(yè)推廣使用,主要原因是白炭黑膠料的廣泛應(yīng)用以及對(duì)煉膠效率、節(jié)能減排、混煉膠質(zhì)量要求的不斷提高。

        基于以上,大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司開發(fā)了國產(chǎn)化的串聯(lián)密煉機(jī)組并成功售出了三條生產(chǎn)線,目前正在設(shè)備制作過程中。

        2 研發(fā)無油潤滑的動(dòng)因

        在目前國外進(jìn)口的串聯(lián)式密煉機(jī)中,其下位機(jī)密封環(huán)采用的無油潤滑密封圈,這給了我們很好的提示。我們通過尋找相關(guān)的無油潤滑材料,進(jìn)行相關(guān)的初步實(shí)驗(yàn),獲得了比較滿意的結(jié)果。

        所謂的無油潤滑,指的是將密煉機(jī)密封圈中的定圈合金層采用一種有機(jī)復(fù)合材料層進(jìn)行替代的一種變革方式。這種改變的結(jié)果是,利用具有自潤滑效果的材料,可以不再使用原有密封系統(tǒng)中動(dòng)圈與定圈合金層間的潤滑油。這樣,無論是在設(shè)備維修,還是在材料消耗,尤其是煉膠中受門尼粘度影響較大的配方,無油潤滑的方式有著許多天然優(yōu)勢(shì),同時(shí)也將帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

        3 研發(fā)簡介

        從我司既有的技術(shù)資料看,標(biāo)準(zhǔn)的密煉機(jī)(下落式卸料門)動(dòng)定圈均為有油潤滑結(jié)構(gòu)(十幾年前,曾特殊為某企業(yè)為制作過一次無油潤滑的80 L密煉機(jī)密封圈,定圈在鋁青銅中鑲嵌了石墨。但該設(shè)備開機(jī)率及連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不高,不具備參考價(jià)值),加壓式捏煉機(jī)使用無油潤滑結(jié)構(gòu)(定圈為酚醛或電木)。考慮到工況要求,分析認(rèn)為加壓式的無油潤滑結(jié)構(gòu)和材質(zhì)在串聯(lián)密煉機(jī)的下位機(jī)上不適用,必須考慮其它的技術(shù)方案。

        像所有的高新技術(shù)一樣,目前關(guān)于密煉機(jī)無油潤滑方面的技術(shù),國外對(duì)我們是禁止出口的,技術(shù)上是存在著嚴(yán)重的壁壘的,針對(duì)于此,我們進(jìn)行了數(shù)次的海外實(shí)地考察,以及在國外高校友人及其圖書館中有針對(duì)性的查找后,我們獲得了良好的收獲,PEA-180是一種鏈狀優(yōu)良的雙高復(fù)合材料,其比較有代表性的物性值如下所示:

        PEA-180物性表

        材料最大允許的工作溫度 180℃;

        無效使用溫度 200℃;

        滑動(dòng)軸承套的最大連續(xù)耐溫性 150℃;

        熔融溫度 320℃;

        玻璃化溫度 210℃;

        100 ℃攝氏度內(nèi)的膨脹系數(shù) 4;

        150 ℃攝氏度內(nèi)的膨脹系數(shù) 5.8;

        HDT溫度穩(wěn)定性 195;

        導(dǎo)熱性 0.25;

        比熱容 1.85;

        UL94燃燒特性(3.2 mm) V-0;

        氧指數(shù) 47;

        20℃下的統(tǒng)計(jì)學(xué)摩擦系數(shù) 0.2;

        20℃下的動(dòng)力學(xué)摩擦系數(shù) 0.16;

        100 ℃下的統(tǒng)計(jì)學(xué)摩擦系數(shù) 0.23;

        20℃的磨損系數(shù) 0.23;

        100 ℃的磨損系數(shù) 0.33;

        200 ℃的磨損系數(shù) 0.3;

        240 ℃的磨損系數(shù) 1.49;

        拉伸模量 3 368 MPa;

        彈性范圍 71 MPa;

        拉伸下的屈服強(qiáng)度 101 MPa;

        拉伸強(qiáng)度極限 101 MPa;

        斷裂強(qiáng)度極限 82 MPa;

        彈性層膨脹范圍 1.50%;

        伸長率 5.50%;

        相對(duì)極限伸長率 5.50%;

        斷裂相對(duì)伸長率 25%。

        在上面數(shù)據(jù)可以看出該類材料具有良好的塑性和機(jī)械強(qiáng)度,同時(shí)在這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中復(fù)合添加纖維補(bǔ)強(qiáng)材料等改性物質(zhì)后可以得到性能更加突出的定向選擇性新材料,可以表現(xiàn)出更好的非極性結(jié)晶度、熔點(diǎn)高、耐磨耐腐蝕,同時(shí)可以具有自潤滑效果。在固體潤滑過程中,固體潤滑材料和周圍介質(zhì)要與摩擦表面發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)生成固體潤滑膜,降低磨擦磨損,從而達(dá)到潤滑效果。通過以上的材料找尋,初步確定了兩種改性后的PEA-180材料,我們選用這兩種材料分別在模擬環(huán)境中進(jìn)行了正交試驗(yàn)。

        正交試驗(yàn)選取2個(gè)變量因子,按照L4(29)排列進(jìn)行。在我公司原有的合金密封圈加工的基礎(chǔ)上,進(jìn)行資源整合,選用三大類共9種合金材料制作與兩類無油潤滑定圈配套的合金動(dòng)圈,試加工以及現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)逐步展開進(jìn)行。該無油潤滑密封圈配對(duì)方案采用的是動(dòng)圈為合金堆焊,定圈則是采用兩種以改性PEA-180材料代替原有合金層的做法,從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中我們選取了實(shí)驗(yàn)效果最好的一組進(jìn)行了系統(tǒng)全面的功能完善,形成了全新一代的無油潤滑密封圈產(chǎn)品。

        產(chǎn)品初步定型后,我們進(jìn)行了產(chǎn)品的耐磨耗實(shí)驗(yàn),如圖1所示。

        經(jīng)試驗(yàn)梳理,形成具體數(shù)據(jù)表如表1~3。

        實(shí)驗(yàn)一:

        圖1 動(dòng)圈、定圈實(shí)驗(yàn)照片圖

        表1 實(shí)驗(yàn)一數(shù)據(jù)表

        表2 實(shí)驗(yàn)二數(shù)據(jù)表

        表3 實(shí)驗(yàn)三數(shù)據(jù)表

        因?qū)嶒?yàn)條件有限,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考價(jià)值不大,但仍然能夠從上面的三個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出以下幾個(gè)特點(diǎn):一是,經(jīng)過在同金屬密封環(huán)的摩擦過程中,4個(gè)小時(shí)后基本上就可以達(dá)到熱平衡,基礎(chǔ)面溫度不再升高;二是,密封壓力大小對(duì)最終的熱平衡溫度有所影響。因?qū)嶒?yàn)環(huán)境比較理想,磨耗數(shù)據(jù)都非常小,幾乎可以忽略不計(jì)。

        4 預(yù)期使用壽命

        經(jīng)推算,基于以上技術(shù)研發(fā)的無油潤滑密封圈的預(yù)期使用壽命為9~36個(gè)月(目前,傳統(tǒng)有油潤滑的密封圈,合金對(duì)銅配對(duì)方式使用壽命大概為6個(gè)月,合金對(duì)合金配對(duì)方式使用壽命大概為1年),具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

        5 經(jīng)濟(jì)效益

        上述品類無油潤滑密封圈能夠帶來的經(jīng)濟(jì)效益,首先也是最直接的就是潤滑油方面的費(fèi)用節(jié)省。按每臺(tái)密煉機(jī)潤滑油費(fèi)用60萬元/年計(jì)算,同時(shí)去除密封圈的成本因素,每臺(tái)密煉機(jī)節(jié)約的成本費(fèi)用約為40萬元以上。同時(shí),更關(guān)鍵的是,可以把煉膠過程中因?yàn)橛偷幕烊胨斐傻牟涣加绊懡档阶畹?,尤其是?duì)丁苯橡膠的制作過程中品質(zhì)的提升有明顯作用。其次,可在新型密煉機(jī)結(jié)構(gòu)的改變中獲得的成本降低,原有的潤滑系統(tǒng)中,密封圈的供油系統(tǒng)的減除,對(duì)整臺(tái)密煉機(jī)的成本勢(shì)必會(huì)降低,這都會(huì)對(duì)未來的整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生良好的影響,最后則是該品類密封圈在使用中的維護(hù)保養(yǎng)、環(huán)境保護(hù)等方面用也較以往的合金密封圈更加便利,使用成本將進(jìn)一步降低。

        目前,上述品類無油潤滑密封圈已在某用戶的密煉機(jī)上進(jìn)行工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用。經(jīng)過幾個(gè)月的負(fù)荷使用,效果較理想。我們將進(jìn)行更深入的研究和優(yōu)化,爭取早點(diǎn)講該技術(shù)進(jìn)行行業(yè)推廣應(yīng)用,以期為民族橡膠工業(yè)的升級(jí)和發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

        Usage of oil-free lubrication material inside sealing ring of mixer

        Zhang Jin,Han Bangkuo
        (Dalian Rubber Plastic Machinery Co., Ltd., Dalian 116039, Liaoning,China)

        This paper briefl y described special research and development of sealing ring which replaced frequently of PLC in tandem type mixer sealing system ,and carried the experiment on oil-free sealing ring for tandem type mixer oil-free lubrication system .

        mixer; sealing ring; oil-free lubrication

        TQ330.43

        1009-797X(2016)09-0040-03

        B

        10.13520/j.cnki.rpte.2016.09.008

        張津(1960-),男,高級(jí)工程師,現(xiàn)主要從事橡膠、塑料機(jī)械的項(xiàng)目及技術(shù)管理工作,已發(fā)表論文多篇。

        2015-10-29

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