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密炼机,密封圈,无油润滑

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    摘要:密炼机是塑炼和混炼中的典型设备,处于不断极速pk10完善中,各种极速pk10主要为了强化混炼过程,提高机台效能,降低生产成本,减轻体力劳动和改善工作环境等为最终目的。本文是针对串联式密炼机的密封系统中下位密炼机更换频繁的密封圈进行相应专项改良研发的简要说明,对目前串联式密炼机无油润滑系统的无油润滑密封圈进行了实验描述。
    1 行业背景
    据国外资料显示,在橡胶工业中有88%的胶料是由密炼机制造的,塑料、树脂行业亦广泛应用密炼机。我国密炼机行业随着不断极速pk10,整个行业朝着“二大”、“二高”、“一低”方向极速pk10,即大规格(大容量)、大功率,高速、高压,单位能耗低。在剧烈的混炼过程中,当然会带来许多新问题,因此,对机械研究设计来说,从捏炼系统、冷却系统、密封系统、加料及压料系统、卸料系统、传动系统、控制系统、主要零部件、材料到各种参数的技术决定以及理论,都需要相应的极速pk10,以使整机性能优良,为生产过程提供良好的适应性和调节性。
    串联炼胶工艺是德国大陆轮胎公司于20世纪80年代后期在传统炼胶工艺基础上开发出来的,英国Francis show 公司率先生产出串联密炼机生产线,当时该串联密炼机生产线仅应于橡胶制品生产。随着英国Francis show公司、意大利Pomini公司、美国Farrel公司这些老牌密炼机生产企业被德国Harburg-Freudenberger公司并购以后,串联密炼工艺开始被越来越多的轮胎企业所接受。近年来,随着以“绿色轮胎”生产技术为代表的轮胎生产新工艺、新配方的出现,为满足炼胶工艺要求,串联密炼机组在国内轮胎企业得到了推广使用,主要原因是白炭黑胶料的广泛应用以及对炼胶效率、节能减排、混炼胶质量要求的不断提高。
    基于以上,大连橡胶塑料机械股份有限公司(下称大连橡塑)开发了国产化的串联密炼机组,并成功售出了三条生产线(目前正在设备制作过程中)。
    2 研发无油润滑的动因
    在目前国外进口的串联式密炼机中,其下位机密封环采用的无油润滑密封圈,这给了我们很好的提示。我们通过寻找相关的无油润滑材料,进行相关的初步实验,获得了比较满意的结果。
    所谓的无油润滑,指的是将密炼机密封圈中的定圈合金层采用一种有机复合材料层进行替代的一种变革方式。这种改变的结果是,利用具有自润滑效果的材料,可以不再使用原有密封系统中动圈与定圈合金层间的润滑油。这样,无论是在设备维修,还是在材料消耗,尤其是对炼胶中受门尼粘度影响较大的配方,无油润滑的方式有着许多天然优势,同时也将带来相当可观的经济效益。
    3 研发简介
    从我司既有的技术资料看,标准的密炼机(下落式卸料门)动定圈均为有油润滑结构(十几年前,曾特别为某企业制作过无油润滑的80L密炼机密封圈,定圈在铝青铜中镶嵌了石墨。但该设备开机率及连续运行时间不高,不具备参考价值),加压式捏炼机使用无油润滑结构(定圈为酚醛或电木)。考虑到工况要求,分析认为加压式的无油润滑结构和材质在串联密炼机的下位机上不适用,必须考虑其它的技术方案。
    像所有的高新技术一样,目前关于密炼机无油润滑方面的技术,国外对我们是禁止出口的,技术上是存在着重大壁垒的。针对于此,我们进行了数次的海外实地考察,以及在国外高校友人及其图书馆中有针对性的查找后,我们获得了良好的收获,PEA-180是一种链状优良的双高复合材料,其比较有代表性的物性值如表1所示。

表1  PEA-180物性 

 

物性(一)

材料最大允许的工作温度

180℃

无效使用温度

200℃

滑动轴承套的最大连续耐温性

150℃

熔融温度

320℃

玻璃化温度

210℃

100摄氏度内的膨胀系数

4

150摄氏度内的膨胀系数

5.8

HDT温度稳定性

195

导热性

0.25

比热容

1.85

UL94燃烧特性(3.2mm)              

V-0

氧指数

47

物性(二)

20摄氏度下的统计学摩擦系数

0.2

20摄氏度下的动力学摩擦系数

0.16

100摄氏度下的统计学摩擦系数

0.23

20摄氏度的磨损系数

0.23

100摄氏度的磨损系数

0.33

200摄氏度的磨损系数

0.3

240摄氏度的磨损系数

1.49

物性(三)

拉伸模量

3368MPa

弹性范围

71MPa

拉伸下的屈服强度

101MPa

拉伸强度极限

101MPa

断裂强度极限

82MPa

弹性层膨胀范围

1.50%

伸长率

5.50%

相对极限伸长率

5.50%

断裂相对伸长率

25%

    在上面数据可以看出该类材料具有良好的塑性和机械强度,同时在这种基础结构中复合添加纤维补强材料等改性物质后可以得到性能更加突出的定向选择性新材料,可以表现出更好的非极性结晶度、熔点高、耐磨耐腐蚀,同时可以具有自润滑效果。在固体润滑过程中,固体润滑材料和周围介质要与摩擦表面发生物理、化学反应生成固体润滑膜,降低磨擦磨损,从而达到润滑效果。通过以上的材料找寻,初步确定了两种改性后的PEA-180材料,我们选用这两种材料分别在模拟环境中进行了正交试验。
    正交试验选取2个变量因子,按照L4(29)排列进行。大连橡塑原有的合金密封圈加工的基础上,进行资源整合,选用三大类共9种合金材料制作与两类无油润滑定圈配套的合金动圈,试加工以及现场模拟实验逐步展开进行。该无油润滑密封圈配对方案采用的是动圈为合金堆焊,定圈则是采用两种以改性PEA-180材料代替原有合金层的做法,从实验的结果中我们选取了实验效果最好的一组进行了系统全面的功能完善,形成了全新一代的无油润滑密封圈产品。
    产品初步定型后,我们进行了耐磨耗实验(如图1所示)。经试验梳理,形成一批具体数据(如表2所示)。

表2 实验数据 

时间( h)

温度(℃)

密封面压强(MP)

转速(rpm)

定圈磨耗量(%)

实验(一)

0

9.2

0.027

40

≈0

0.5

12.8

0.027

40

≈0

1

17.1

0.027

40

≈0

3

42.3

0.027

40

≈0

4

40.5

0.027

40

≈0

24

40.8

0.027

40

≈0

实验(二)

0

9.4

0.035

40

≈0

0.5

16.6

0.035

40

≈0

1

24.8

0.035

40

≈0

3

47.3

0.035

40

≈0

4

45.2

0.035

40

≈0

24

45.3

0.035

40

≈0

实验(三)

0

9.4

0.027

40

≈0

0.5

13.5

0.027

40

≈0

1

18.1

0.027

40

≈0

3

44.3

0.027

40

≈0

4

42.9

0.027

40

≈0

24

42.5

0.027

40

≈0

    因实验条件有限,实验数据参考价值不大,但仍然能够从以上实验数据看出以下几个特点:⑴,经过在同金属密封环的摩擦过程中,4个小时候基本上就可以达到热平衡,基础面温度不再升高;⑵密封压力大小对最终的热平衡温度有所影响。因实验环境比较理想,磨耗数据都非常小,几乎可以忽略不计。
    4 预期使用寿命
    经推算,基于以上技术研发的无油润滑密封圈的预期使用寿命为9-36个月(目前,传统有油润滑的密封圈,合金对铜配对方式使用寿命大概为6个月,合金对合金配对方式使用寿命大概为一年),具有工业应用价值。
    5 经济效益
    上述品类无油润滑密封圈能够带来的经济效益,首先也是最直接的就是润滑油方面的费用节省。按每台密炼机润滑油费用60万元/年计算,在剔除密封圈成本后,每台密炼机节约的成本费用约为40万元以上。同时,更关键的是,可以把炼胶过程中因为油的混入所造成的不良影响降到最低,尤其是对丁苯胶料混炼过程中品质的提升有明显作用。其次,可在新型密炼机结构的改变中获得的成本降低,因为原有的润滑系统中,密封圈的供油系统的减除,对整台密炼机的成本势必会降低,这都会对未来的整个行业产生良好的影响。最后则是该品类密封圈在使用中的维护保养、环境保护等方面也较以往的合金密封圈更加便利,使用成本将进一步降低。
    目前,上述品类无油润滑密封圈已在某用户的密炼机上进行工业实践应用。经过几个月的负荷使用,效果较理想。我们将进行更深入的研究和优化,争取早点将该技术在行业内推广应用,以期为民族橡胶工业的升级和极速pk10做出贡献。
    (张津  韩帮阔)
    (大连橡胶塑料机械股份有限公司)

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