無油潤滑材料在密煉機密封圈上的使用

張津，韓幫闊

(大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧 大連 116039)

無油潤滑材料在密煉機密封圈上的使用

張津，韓幫闊

(大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧 大連 116039)

密煉機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)展都是為了強化混煉過程，提高機臺效能，降低生產(chǎn)成本，減輕體力勞動和改善工作環(huán)境等為最終目的。本文是針對串聯(lián)式密煉機的密封系統(tǒng)中下位密煉機更換頻繁的密封圈進行相應(yīng)專項改良研發(fā)的簡要說明，對目前串聯(lián)式密煉機無油潤滑系統(tǒng)的無油潤滑密封圈進行了實驗描述。

密煉機；密封圈；無油潤滑

1 行業(yè)背景

據(jù)國外資料統(tǒng)計資料顯示，在橡膠工業(yè)中有88%的膠料是由密煉機制造的，塑料、樹脂行業(yè)亦廣泛應(yīng)用密煉機。我國密煉機行業(yè)隨著不斷發(fā)展，整個行業(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)然會帶來許多新問題，因此，對機械研究設(shè)計來說，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)密煉機生產(chǎn)線，當(dāng)時該串聯(lián)密煉機生產(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，大連橡膠塑料機械股份有限公司開發(fā)了國產(chǎn)化的串聯(lián)密煉機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)無油潤滑的動因

在目前國外進口的串聯(lián)式密煉機中，其下位機密封環(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，進行相關(guān)的初步實驗，獲得了比較滿意的結(jié)果。

所謂的無油潤滑，指的是將密煉機密封圈中的定圈合金層采用一種有機復(fù)合材料層進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，同時也將帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。

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（下落式卸料門）動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密煉機密封圈，定圈在鋁青銅中鑲嵌了石墨。但該設(shè)備開機率及連續(xù)運行時間不高，不具備參考價值），加壓式捏煉機使用無油潤滑結(jié)構(gòu)（定圈為酚醛或電木）?？紤]到工況要求，分析認為加壓式的無油潤滑結(jié)構(gòu)和材質(zhì)在串聯(lián)密煉機的下位機上不適用，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)于密煉機無油潤滑方面的技術(shù)，國外對我們是禁止出口的，技術(shù)上是存在著嚴(yán)重的壁壘的，針對于此，我們進行了數(shù)次的海外實地考察，以及在國外高校友人及其圖書館中有針對性的查找后，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)計學(xué)摩擦系數(shù) 0.2；

20℃下的動力學(xué)摩擦系數(shù) 0.16；

100 ℃下的統(tǒng)計學(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；

拉伸下的屈服強度 101 MPa；

拉伸強度極限 101 MPa；

斷裂強度極限 82 MPa；

彈性層膨脹范圍 1.50%；

伸長率 5.50%；

相對極限伸長率 5.50%；

斷裂相對伸長率 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械強度，同時在這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中復(fù)合添加纖維補強材料等改性物質(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、熔點高、耐磨耐腐蝕，同時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)境中進行了正交試驗。

正交試驗選取2個變量因子，按照L4(29)排列進行。在我公司原有的合金密封圈加工的基礎(chǔ)上，進行資源整合，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圈，試加工以及現(xiàn)場模擬實驗逐步展開進行。該無油潤滑密封圈配對方案采用的是動圈為合金堆焊，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，從實驗的結(jié)果中我們選取了實驗效果最好的一組進行了系統(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，我們進行了產(chǎn)品的耐磨耗實驗，如圖1所示。

經(jīng)試驗梳理，形成具體數(shù)據(jù)表如表1～3。

實驗一：

圖1 動圈、定圈實驗照片圖

表1 實驗一數(shù)據(jù)表

表2 實驗二數(shù)據(jù)表

表3 實驗三數(shù)據(jù)表

因?qū)嶒灄l件有限，實驗數(shù)據(jù)參考價值不大，但仍然能夠從上面的三個實驗數(shù)據(jù)中可以看出以下幾個特點：一是，經(jīng)過在同金屬密封環(huán)的摩擦過程中，4個小時后基本上就可以達到熱平衡，基礎(chǔ)面溫度不再升高；二是，密封壓力大小對最終的熱平衡溫度有所影響。因?qū)嶒灜h(huán)境比較理想，磨耗數(shù)據(jù)都非常小，幾乎可以忽略不計。

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個月（目前，傳統(tǒng)有油潤滑的密封圈，合金對銅配對方式使用壽命大概為6個月，合金對合金配對方式使用壽命大概為1年），具有工業(yè)應(yīng)用價值。

5 經(jīng)濟效益

上述品類無油潤滑密封圈能夠帶來的經(jīng)濟效益，首先也是最直接的就是潤滑油方面的費用節(jié)省。按每臺密煉機潤滑油費用60萬元/年計算，同時去除密封圈的成本因素，每臺密煉機節(jié)約的成本費用約為40萬元以上。同時，更關(guān)鍵的是，可以把煉膠過程中因為油的混入所造成的不良影響降到最低，尤其是對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，對整臺密煉機的成本勢必會降低，這都會對未來的整個行業(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保養(yǎng)、環(huán)境保護等方面用也較以往的合金密封圈更加便利，使用成本將進一步降低。

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

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，高級工程師，現(xiàn)主要從事橡膠、塑料機械的項目及技術(shù)管理工作，已發(fā)表論文多篇。

2015-10-29