劉元順

[蒂普拓普（天津）橡膠技術(shù)有限公司，天津 300385]

密煉設(shè)備的發(fā)展

劉元順

[蒂普拓普（天津）橡膠技術(shù)有限公司，天津 300385]

橡膠密煉機會因混煉材料的侵蝕而受到損壞。個中原因是各種混煉材料對密煉室的裝置有化學腐蝕作用。為了延長其使用壽命，可采用文中涉及的新材料和新的涂層。經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn)，這些新材料和新的涂層可提高各裝置的耐磨性和耐腐蝕性，從而達到延長密煉機的使用壽命之目的。

密煉機；材料；鉻鍍

0 前 言

在過去的幾年里，橡膠混煉設(shè)備取得了長足的發(fā)展。這些進步不只是局限于使用更好的材質(zhì)或者增加產(chǎn)能（kg/h），還包括延長密煉機的工作壽命。

高功率密煉機包含了六個主要部件，如料斗，在它上面安置了上頂栓和上頂栓風筒（使用氣壓系統(tǒng)時）或者液壓筒（使用液壓系統(tǒng)時）；又如密煉室，其中安置了轉(zhuǎn)子和卸料門/下頂拴（圖1）。在一個標準的混煉周期內(nèi)，上頂栓升到頂端，卸料門關(guān)閉，材料被加入到密煉室內(nèi)，上頂栓下降，將材料壓入密煉室內(nèi)（保證混煉材料在混煉周期內(nèi)都置于密煉室內(nèi)）。轉(zhuǎn)子按規(guī)定的時間或者規(guī)定的能量塑煉膠料，膠料達到規(guī)定的溫度后，即達到要求值時，卸料門打開，混煉好的膠料被排出密煉室，然后卸料門關(guān)閉，再進入下一混煉周期。

圖1 配置氣動料斗的高功率密煉機

1 密煉室涂蓋層

密煉室（包括卸料門頂部、端板、上頂栓底部）和轉(zhuǎn)子是密煉機的核心部件，其磨損都是由于各種化學材料和有磨蝕作用的材料（比如炭黑、白炭黑等）造成的。隨著輪胎膠料配方中白炭黑用量增加到超過100份輪胎的多項性能得以改善。圖2列示了胎面膠配方中用白炭黑代替炭黑后，輪胎的滾動阻力和濕地抓著性能方面獲得了改善的情況。

圖2 使用白炭黑改善胎面膠的性能

為了消除這些材料的磨蝕性可將涂層點焊到密煉室（也包括密煉室前面的部分）和轉(zhuǎn)子（部分或者全部）的金屬表面上，以延長這些部件的使用壽命。但是，這種涂層也只能減緩而不能避免這些設(shè)備被腐蝕磨損（圖3）。

圖3 嚴重磨損的密煉室側(cè)壁

以前的涂層上普遍都存在著連續(xù)性的裂紋，稱之為細裂，或者在性能方面存在著不足，比如較差的抗腐蝕性能或者鉻粘結(jié)等等。

當膠料中含白炭黑時，這些細裂就成了問題。白炭黑在制造過程中會遺留下酸（硫酸、鹽酸）。這些酸是一柄雙刃劍。它們能夠通過鉻的細裂進入到下面的基體金屬中，使其變軟而引起損壞，或者它們會妨礙膠料中白炭黑的硅烷化反應(yīng)。硅烷化反應(yīng)中也能產(chǎn)生水、乙醇，有時候加入的硫磺也能導(dǎo)致涂層被腐蝕和早期磨損?；鞜挵滋亢跁诮饘俦砻媪粝赂g性物質(zhì)。

因此，需要開發(fā)適合混煉白炭黑和炭黑的新型硬質(zhì)材料，此材料具有良好的抗腐蝕性能和耐磨損性能，在點焊（加工）過程中，不能有細裂（裂紋）存在，使鉻鍍層具有良好的粘接強度（鉻鍍層是抗磨損的好措施，它能延長部件的工作壽命和提供較少使膠料粘著的表面），此材料有適宜的機械性能（吸收震動，阻止任何裂紋的擴展），外觀質(zhì)量完美。

從已開發(fā)的許多涂層配方中選擇一個做對比實驗，以顯示其抗腐蝕和耐磨損性能，以及點焊和加工過程中產(chǎn)生的裂紋與鉻鍍層的粘接強度。在有或無鉻鍍層的情況下，新涂層KA#T1與Lincoln H560（鐵基合金），420不銹鋼，Stellite #1和Stellite #6分別做了對比試驗。兩種Stellite是鈷基合金，只是Stellite #1比Stellite #6稍硬。

腐蝕性試驗包括了將上述涂層材料浸泡在鹽酸或硫酸中分別達24 h和240 h。試驗完成后確認，三種具有相同等級的最好的材料分別是具有鉻鍍層的KA#T1、無鉻鍍層的KA#T1和Stellite #6。Stellite #1、Lincoln H560、不銹鋼420均比其他三種材料具有更高的耐腐蝕性。

具有相同涂層的材料通過干磨橡膠輪磨耗試驗進行了耐磨性試驗。在該試驗中，Lincoln H560、具有鉻鍍層的KA#T1和無鉻鍍層的KA#T1三種材料都顯示最高的耐磨性。Stellite #1、Stellite #6和420不銹鋼的耐磨性明顯低于前三者。

不同涂層與鉻鍍層間的粘接強度也是一項重要的指標。將覆蓋有涂層的KA#T1與兩種不同類型的不銹鋼和Stellite #6做對比試驗。KA#T1的涂層與鉻鍍層之間的粘接強度最高，緊隨其后的是不修鋼420，涂層與另一種不銹鋼和Stellite #6的粘接強度是最低的。

最后，比較了不同涂層在點焊和加工過程有無微細裂紋。不同的評估方式詳見表1。KA#T1具有最好的耐磨性、抗腐蝕性以及與鉻鍍層的粘接強度，在焊接和加工過程都無微細裂紋產(chǎn)生。

下一步評估是現(xiàn)場試驗。將KA#T1、Stellite #6、傳統(tǒng)的耐磨堆焊（420不銹鋼）和鉻鍍層等材料焊接到混煉高含量白炭黑膠料的密煉機下頂栓突棱上（圖4）。下頂栓突棱安裝在密煉機中，在異速密煉機中，持續(xù)混煉白炭黑膠料，試驗八個月后，評估不同的材料。八個月后，將卸料門卸下，檢查磨損狀況。在高速混煉面（圖5）上，即下頂栓突棱傳統(tǒng)的耐磨堆焊區(qū)域顯示有0～0.33 mm磨損，而鉻鍍層和KA#T1卻毫發(fā)無損。在低速混煉面上，Stellite #6和鉻鍍層區(qū)域也未顯示出磨損跡象。

表1 對耐磨堆焊材料的評估

圖4 混煉高含量白炭黑膠料的密煉機下頂栓突棱上的安置情況

圖5 下頂栓突棱的評估結(jié)果

既然具有鉻鍍層KA#T1顯示出最好的試驗結(jié)果，八個月后，下頂栓突棱評估中也沒有發(fā)現(xiàn)被磨損，那么，下一步是將其置于一密煉室內(nèi)進行試驗。將KA#T1點焊到新的BB-270升鉆孔式側(cè)板上，然后鍍鉻，再安裝到密煉機上，用以混煉高白炭黑（圖6）含量的膠料。這個側(cè)板使用了三年半，鉻鍍層才顯示出有一些磨損，KA#T1涂層則完全沒有磨損的現(xiàn)象。一塊使用傳統(tǒng)耐磨堆焊和鉻鍍層的BB-270側(cè)板在相同的混煉環(huán)境中使用了不到兩年就被磨損了。

圖6 焊有KA#T1的無細裂紋BB-270鉆孔式密煉機側(cè)板在混煉高含量白炭黑膠料3年后也沒有出現(xiàn)磨損現(xiàn)象

2 結(jié) 論[1]

白炭黑對別他材料的磨損性，特別是在高用量情況下，會縮短密煉室和轉(zhuǎn)子的使用壽命。然而，通過持續(xù)不斷研制出來的新涂層和材料，能夠阻止其使用壽命的縮短，甚至可能延長其使用壽命。

[1] Richard J J. Advances in Mixing Equipment[J]. Rubber World,2014,250(4):20-22.

[責任編輯：翁小兵]

TQ330.4+3

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2014-10-15