張津，韓幫闊

(大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116039)

無(wú)油潤(rùn)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(guò)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(zhuān)項(xiàng)改良研發(fā)的簡(jiǎn)要說(shuō)明，對(duì)目前串聯(lián)式密煉機(jī)無(wú)油潤(rùn)滑系統(tǒng)的無(wú)油潤(rùn)滑密封圈進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)描述。

密煉機(jī)；密封圈；無(wú)油潤(rùn)滑

1 行業(yè)背景

據(jù)國(guó)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(shù)脂行業(yè)亦廣泛應(yīng)用密煉機(jī)。我國(guó)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(guò)程中，當(dāng)然會(huì)帶來(lái)許多新問(wèn)題，因此，對(duì)機(jī)械研究設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guó)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(kāi)發(fā)出來(lái)的，英國(guó)Francis show 公司率先生產(chǎn)出串聯(lián)密煉機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)，當(dāng)時(shí)該串聯(lián)密煉機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)僅應(yīng)于橡膠制品生產(chǎn)。隨著英國(guó)Francis show公司、意大利Pomini公司、美國(guó)Farrel公司這些老牌密煉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)被德國(guó)Harburg—Freudenberger公司并購(gòu)以后，串聯(lián)密煉工藝開(kāi)始被越來(lái)越多的輪胎企業(yè)所接受。近年來(lái)，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(mǎn)足煉膠工藝要求，串聯(lián)密煉機(jī)組今后將在國(guó)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(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)化的串聯(lián)密煉機(jī)組并成功售出了三條生產(chǎn)線(xiàn)，目前正在設(shè)備制作過(guò)程中。

2 研發(fā)無(wú)油潤(rùn)滑的動(dòng)因

在目前國(guó)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(wú)油潤(rùn)滑密封圈，這給了我們很好的提示。我們通過(guò)尋找相關(guān)的無(wú)油潤(rùn)滑材料，進(jìn)行相關(guān)的初步實(shí)驗(yàn)，獲得了比較滿(mǎn)意的結(jié)果。

所謂的無(wú)油潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑油。這樣，無(wú)論是在設(shè)備維修，還是在材料消耗，尤其是煉膠中受門(mén)尼粘度影響較大的配方，無(wú)油潤(rùn)滑的方式有著許多天然優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也將帶來(lái)相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 研發(fā)簡(jiǎn)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(mén)）動(dòng)定圈均為有油潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)（十幾年前，曾特殊為某企業(yè)為制作過(guò)一次無(wú)油潤(rùn)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(kāi)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(wú)油潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)（定圈為酚醛或電木）?？紤]到工況要求，分析認(rèn)為加壓式的無(wú)油潤(rùn)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(wú)油潤(rùn)滑方面的技術(shù)，國(guó)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(guó)外高校友人及其圖書(shū)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(wú)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(zhǎng)率 5.50%；

相對(duì)極限伸長(zhǎng)率 5.50%；

斷裂相對(duì)伸長(zhǎng)率 25%。

在上面數(shù)據(jù)可以看出該類(lèi)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(rùn)滑效果。在固體潤(rùn)滑過(guò)程中，固體潤(rùn)滑材料和周?chē)橘|(zhì)要與摩擦表面發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)生成固體潤(rùn)滑膜，降低磨擦磨損，從而達(dá)到潤(rùn)滑效果。通過(guò)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(lèi)共9種合金材料制作與兩類(lèi)無(wú)油潤(rùn)滑定圈配套的合金動(dòng)圈，試加工以及現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)逐步展開(kāi)進(jìn)行。該無(wú)油潤(rùn)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(wú)油潤(rùn)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(guò)在同金屬密封環(huán)的摩擦過(guò)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(wú)油潤(rùn)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(rùn)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(lèi)無(wú)油潤(rùn)滑密封圈能夠帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，首先也是最直接的就是潤(rùn)滑油方面的費(fèi)用節(jié)省。按每臺(tái)密煉機(jī)潤(rùn)滑油費(fèi)用60萬(wàn)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(wàn)元以上。同時(shí)，更關(guān)鍵的是，可以把煉膠過(guò)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(guò)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(rùn)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(lái)的整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生良好的影響，最后則是該品類(lèi)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(lèi)無(wú)油潤(rùn)滑密封圈已在某用戶(hù)的密煉機(jī)上進(jìn)行工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用。經(jīng)過(guò)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(zhēng)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