密炼设备的发展

2015-12-22刘元顺

世界橡胶工业 2015年4期

关键词：密炼机白炭黑胶料

刘元顺

[蒂普拓普（天津）橡胶技术有限公司，天津 300385]

密炼设备的发展

刘元顺

[蒂普拓普（天津）橡胶技术有限公司，天津 300385]

橡胶密炼机会因混炼材料的侵蚀而受到损坏。个中原因是各种混炼材料对密炼室的装置有化学腐蚀作用。为了延长其使用寿命，可采用文中涉及的新材料和新的涂层。经多次试验发现，这些新材料和新的涂层可提高各装置的耐磨性和耐腐蚀性，从而达到延长密炼机的使用寿命之目的。

密炼机；材料；铬镀

0 前言

在过去的几年里，橡胶混炼设备取得了长足的发展。这些进步不只是局限于使用更好的材质或者增加产能（kg/h），还包括延长密炼机的工作寿命。

高功率密炼机包含了六个主要部件，如料斗，在它上面安置了上顶栓和上顶栓风筒（使用气压系统时）或者液压筒（使用液压系统时）；又如密炼室，其中安置了转子和卸料门/下顶拴（图1）。在一个标准的混炼周期内，上顶栓升到顶端，卸料门关闭，材料被加入到密炼室内，上顶栓下降，将材料压入密炼室内（保证混炼材料在混炼周期内都置于密炼室内）。转子按规定的时间或者规定的能量塑炼胶料，胶料达到规定的温度后，即达到要求值时，卸料门打开，混炼好的胶料被排出密炼室，然后卸料门关闭，再进入下一混炼周期。

图1 配置气动料斗的高功率密炼机

1 密炼室涂盖层

密炼室（包括卸料门顶部、端板、上顶栓底部）和转子是密炼机的核心部件，其磨损都是由于各种化学材料和有磨蚀作用的材料（比如炭黑、白炭黑等）造成的。随着轮胎胶料配方中白炭黑用量增加到超过100份轮胎的多项性能得以改善。图2列示了胎面胶配方中用白炭黑代替炭黑后，轮胎的滚动阻力和湿地抓着性能方面获得了改善的情况。

图2 使用白炭黑改善胎面胶的性能

为了消除这些材料的磨蚀性可将涂层点焊到密炼室（也包括密炼室前面的部分）和转子（部分或者全部）的金属表面上，以延长这些部件的使用寿命。但是，这种涂层也只能减缓而不能避免这些设备被腐蚀磨损（图3）。

图3 严重磨损的密炼室侧壁

以前的涂层上普遍都存在着连续性的裂纹，称之为细裂，或者在性能方面存在着不足，比如较差的抗腐蚀性能或者铬粘结等等。

当胶料中含白炭黑时，这些细裂就成了问题。白炭黑在制造过程中会遗留下酸（硫酸、盐酸）。这些酸是一柄双刃剑。它们能够通过铬的细裂进入到下面的基体金属中，使其变软而引起损坏，或者它们会妨碍胶料中白炭黑的硅烷化反应。硅烷化反应中也能产生水、乙醇，有时候加入的硫磺也能导致涂层被腐蚀和早期磨损。混炼白炭黑会在金属表面留下腐蚀性物质。

因此，需要开发适合混炼白炭黑和炭黑的新型硬质材料，此材料具有良好的抗腐蚀性能和耐磨损性能，在点焊（加工）过程中，不能有细裂（裂纹）存在，使铬镀层具有良好的粘接强度（铬镀层是抗磨损的好措施，它能延长部件的工作寿命和提供较少使胶料粘着的表面），此材料有适宜的机械性能（吸收震动，阻止任何裂纹的扩展），外观质量完美。

从已开发的许多涂层配方中选择一个做对比实验，以显示其抗腐蚀和耐磨损性能，以及点焊和加工过程中产生的裂纹与铬镀层的粘接强度。在有或无铬镀层的情况下，新涂层KA#T1与Lincoln H560（铁基合金），420不锈钢，Stellite #1和Stellite #6分别做了对比试验。两种Stellite是钴基合金，只是Stellite #1比Stellite #6稍硬。

腐蚀性试验包括了将上述涂层材料浸泡在盐酸或硫酸中分别达24 h和240 h。试验完成后确认，三种具有相同等级的最好的材料分别是具有铬镀层的KA#T1、无铬镀层的KA#T1和Stellite #6。Stellite #1、Lincoln H560、不锈钢420均比其他三种材料具有更高的耐腐蚀性。

具有相同涂层的材料通过干磨橡胶轮磨耗试验进行了耐磨性试验。在该试验中，Lincoln H560、具有铬镀层的KA#T1和无铬镀层的KA#T1三种材料都显示最高的耐磨性。Stellite #1、Stellite #6和420不锈钢的耐磨性明显低于前三者。

不同涂层与铬镀层间的粘接强度也是一项重要的指标。将覆盖有涂层的KA#T1与两种不同类型的不锈钢和Stellite #6做对比试验。KA#T1的涂层与铬镀层之间的粘接强度最高，紧随其后的是不修钢420，涂层与另一种不锈钢和Stellite #6的粘接强度是最低的。

最后，比较了不同涂层在点焊和加工过程有无微细裂纹。不同的评估方式详见表1。KA#T1具有最好的耐磨性、抗腐蚀性以及与铬镀层的粘接强度，在焊接和加工过程都无微细裂纹产生。

下一步评估是现场试验。将KA#T1、Stellite #6、传统的耐磨堆焊（420不锈钢）和铬镀层等材料焊接到混炼高含量白炭黑胶料的密炼机下顶栓突棱上（图4）。下顶栓突棱安装在密炼机中，在异速密炼机中，持续混炼白炭黑胶料，试验八个月后，评估不同的材料。八个月后，将卸料门卸下，检查磨损状况。在高速混炼面（图5）上，即下顶栓突棱传统的耐磨堆焊区域显示有0～0.33 mm磨损，而铬镀层和KA#T1却毫发无损。在低速混炼面上，Stellite #6和铬镀层区域也未显示出磨损迹象。

表1 对耐磨堆焊材料的评估

图4 混炼高含量白炭黑胶料的密炼机下顶栓突棱上的安置情况

图5 下顶栓突棱的评估结果

既然具有铬镀层KA#T1显示出最好的试验结果，八个月后，下顶栓突棱评估中也没有发现被磨损，那么，下一步是将其置于一密炼室内进行试验。将KA#T1点焊到新的BB-270升钻孔式侧板上，然后镀铬，再安装到密炼机上，用以混炼高白炭黑（图6）含量的胶料。这个侧板使用了三年半，铬镀层才显示出有一些磨损，KA#T1涂层则完全没有磨损的现象。一块使用传统耐磨堆焊和铬镀层的BB-270侧板在相同的混炼环境中使用了不到两年就被磨损了。