发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种重量轻、抗疲劳、刚性好、耐腐蚀、使用寿命长的钢内衬水洗轧辊的制备方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种钢内衬水洗轧辊的制备方法,其特点是,其步骤如下:
(1)钢内衬辊的制备:选用热轧无缝管,按尺寸进行下料形成内衬辊壳;再将轴头、堵头、闷头焊接成轴头组合件;在300-350℃温度下将内衬辊壳热涨后,轴头组合件与内衬辊壳进行组合热装到位,待其缓慢冷却后,再将轴头组合件与内衬辊壳焊接去焊渣,形成钢内衬辊;
(2)缠绕碳纤维层:将钢内衬辊装在三维缠绕机上,然后将浸胶后的碳纤维束通过扩展形成纱片,缠绕到钢内衬辊的辊壳上,纱片的宽度为5-30mm;
缠绕时,先按照±20°交叉缠绕两层,再按照90°环向缠绕两层,再按照±32°交叉缠绕两层,再按照±45°交叉缠绕两层,再按照90°环向缠绕两层,如此循环重复使缠绕层的厚度达2-20mm;其中,碳纤维纱片的张力控制在3-10牛之间,缠绕速度控制在0.2-0.8m/s之间;
缠绕过程中,边缠绕边手工进行刮胶,缠一层手工刮一次,刮胶的角度同缠绕角度相同,赶走环氧树脂中的气泡,并刮出多余的环氧树脂,来减少环氧树脂的含量,增加碳纤维的含量,使碳纤维含量达到65-70%;
(3)固化并加工:将缠绕好后的钢内衬辊放入旋转固化箱内均匀低速旋转并加热固化,转速在5-8转/分,在80-100℃的固化温度下固化1小时;在100-120℃的固化温度下固化1小时;在120-150℃的固化温度下固化2小时,然后自然冷却,温度降至室温后取出即得固化后的水洗轧辊;固化后的水洗轧辊通过车床将轴头精加工至设计尺寸;同时辊面上车螺距为6-8mm、深度为3-5mm的螺旋槽;
(4)在辊面上挂胶:a:将加工好的水洗轧辊的表面清洗干净,然后在辊面上涂刷丁腈酚醛胶粘剂;
b:胶片的制作:按以下重量配比加入以下配料:丁腈橡胶100;氧化锌2-5;硬脂酸1-2;硫磺1-2;促进剂DM 5-2;黑炭5-20;防老剂D 1-2;酚醛树脂K-610 5-20;陶土5-20;混合均匀后进行混炼,然后用滤胶机进行滤胶,消除胶料内的杂质,制成没有气泡和杂质的胶片,其中丁腈橡胶选用温度范围为-25-100℃;
c:制备橡胶辊:将上述胶片放入挤出机中进行加热混炼,挤出宽度为30-80mm,厚度为2-4mm的热胶条,将热胶条螺旋缠绕到水洗轧辊的辊面上,直到胶条的厚度达到10-20mm,即形成橡胶辊;
d:将橡胶辊进行硫化处理后,精加工到要求的尺寸,即得成品水洗轧辊。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,按照±20°交叉缠绕两层时,张力为4牛,按照90°环向缠绕两层时,张力为8牛,按照±32°交叉缠绕两层时,张力为4牛,按照±45°交叉缠绕两层时,张力为5牛,按照90°环向缠绕两层时,张力为8牛。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,将橡胶辊进行硫化处理,硫化处理的步骤为先将橡胶辊外表面包扎缠绕数层棉布或锦纶布,再用钢丝或纤维绳索加以固定;然后将橡胶辊放入蒸汽硫化罐中进行硫化处理,硫化温度120-150℃,硫化时间2-4小时;然后将硫化好的橡胶辊轴取出冷却到常温,解开棉布或锦纶布和钢丝或纤维绳索即可。
与现有技术相比,本发明的优点及技术效果如下:
1、制备方法简单,制得的钢内衬水洗轧辊重量轻,比钢制胶辊重量轻40%左右,即减轻有500公斤,因此减轻了工人的劳动强度,提高了效率,降低了成本。
2、制得的水洗轧辊强度高、模量大,无蠕变,耐疲劳性好,不易产生塑性变形。碳纤维复合材料的强度是钢材的3-5倍,抗拉强度高;碳纤维弯曲模量大,弹性好,在轧辊受力时,不会像钢材一样产生塑性变形;机器即使出现瞬间卷布故障,碳纤维层能够吸收冲击力产生弹性形变,并在卷布故障排除后及时恢复到原始状态,大大降低了维修成本,延长了轧辊的使用寿命,保证生产的正常运行。
3、节约能源,由于本发明的轧辊重量轻,所以启动电流小;配套的电机功率也降低了很多;同时设备的转速提高了,又降低了功耗,加快了生产效率;因此大大降低生产运行成本,提高了经济效益。
4、热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好。水洗轧辊是水洗机上的一个组合件,天天泡在有温度(0-50度)、酸碱性高的水中,而碳纤维复合材料具有热膨胀系数小和耐酸碱性好的特点,再加上最外层的丁腈橡胶也具有良好的抗油、抗水、抗溶剂、压缩性、抗磨及伸长力,所以寿命大大提高。
5、 由于水洗轧辊的辊壳幅宽长为4300mm,直径大为395mm,如果内衬辊壳全部用钢管,重量达1350公斤,在使用过程中必定产生变形(这是由钢的特性所决定的),因此使用寿命短,需要经常更换轧辊。但我们现在的水洗轧辊辊壳是通过钢管和碳纤维还有橡胶三层复合而成,不仅重量轻了很多,而且由于碳纤维本身的特性,强度高(特别是轴向强度高)、模量大,不易产生塑性变形,寿命大大提高,还节约了能耗,降低了成本。
6、 制备时缠绕碳纤维,采用自动缠绕工艺和手工操作工艺相结合,取长补短。自动缠绕工艺线型设计灵活,缠绕时的张力也好调整,但含胶量控制比较困难,这关系到产品的强度。所以在自动缠绕过程中,将浸胶后的碳纤维丝束通过一定的张力和扩展形成纱片,然后以一定的角度均匀缠绕到辊壳上,边缠绕边用手工进行刮胶,刮胶的角度在20-90度之间,刮胶目的有两个:一是赶走环氧树脂中的气泡;二是刮出多余的树脂,来减少树脂的含量,增加碳纤维的含量,使碳纤维含量达到65-70%,提高抗拉强度和抗弯强度,延长寿命。
7、 制备过程中挂胶采用挤出机连续挤出热胶条,然后直接将热胶条螺旋缠绕滚压在辊轴上的成型方法。这种方法自动化程度高,生产效率高,省去了压延胶片、展开垫布、裁料等等一系列辅助操作,工艺流程短,因此大大减轻了工人的劳动强度,同时提高了经济效益和社会效益。
实施例1,一种钢内衬水洗轧辊的制备方法,其步骤如下:
(1)钢内衬辊的制备:选用热轧无缝管,按尺寸进行下料形成内衬辊壳;再选用45#钢,按设计尺寸下料形成左右轴头坯料、闷头坯料和堵头坯料,通过车床分别将左右轴头坯料、闷头坯料和堵头坯料进行粗车,预留2-3毫米精车余量,然后将车好的左右轴头进行调质处理和防锈处理,使硬度达到HB235;再将轴头、堵头、闷头焊接成轴头组合件;在300-350℃温度下将内衬辊壳热涨后,轴头组合件与内衬辊壳进行组合热装到位,待其缓慢冷却后,再将轴头组合件与内衬辊壳焊接去焊渣,形成钢内衬辊;
(2)缠绕碳纤维层:将钢内衬辊装在三维缠绕机上,然后将浸胶后的碳纤维束通过扩展形成纱片,缠绕到钢内衬辊的辊壳上,纱片的宽度为5-30mm,优选纱片宽度为15mm;浸胶的胶液为环氧树脂。
缠绕时,先按照±20°交叉缠绕两层,再按照90°环向缠绕两层,再按照±32°交叉缠绕两层,再按照±45°交叉缠绕两层,再按照90°环向缠绕两层,如此循环重复使缠绕层的厚度达2-20mm,优选厚度为10mm;其中,碳纤维纱片的张力控制在3-10牛之间,缠绕速度控制在0.2-0.8m/s之间;
缠绕过程中,边缠绕边手工进行刮胶,缠一层手工刮一次,刮胶的角度同缠绕角度相同,刮胶可以赶走环氧树脂中的气泡,并刮出多余的环氧树脂,来减少环氧树脂的含量,增加碳纤维的含量,使碳纤维含量达到65-70%,提高抗拉强度和抗弯强度;
(3)固化并加工:将缠绕好后的钢内衬辊放入旋转固化箱内均匀低速旋转并加热固化,转速在5-8转/分,在80-100℃的固化温度下固化1小时;在100-120℃的固化温度下固化1小时;在120-150℃的固化温度下固化2小时,然后自然冷却,温度降至室温后取出即得固化后的水洗轧辊;固化后的水洗轧辊通过车床将轴头精加工至设计尺寸;同时辊面上车螺距为6-8mm、深度为3-5mm的螺旋槽;
(4)在辊面上挂胶:a:将加工好的水洗轧辊的表面清洗干净,然后在辊面上涂刷丁腈酚醛胶粘剂;
b:胶片的制作:按以下重量配比加入以下配料:丁腈橡胶100;氧化锌2-5;硬脂酸1-2;硫磺1-2;促进剂DM 5-2;黑炭5-20;防老剂D 1-2;酚醛树脂K-610 5-20;陶土5-20;混合均匀后进行混炼,然后用滤胶机进行滤胶,消除胶料内的杂质,制成没有气泡和杂质的胶片,其中丁腈橡胶选用温度范围为-25-100℃,这种丁腈橡胶具有良好的抗油、抗水、抗溶剂及抗高压油,还具有良好的压缩性、抗磨及伸长力;
c:制备橡胶辊:将上述胶片放入挤出机中进行加热混炼,挤出宽度为30-80mm,厚度为2-4mm的热胶条,将热胶条螺旋缠绕到水洗轧辊的辊面上,直到胶条的厚度达到10-20mm,即形成橡胶辊,同时在辊面上可以用缠绕机专用胶带封死;
d:将橡胶辊进行硫化处理后,精加工到要求的尺寸,即得成品钢内复合碳纤维水洗轧辊。硫化处理是对橡胶层进行加热或高温加热,使其胶层在促进剂的作用下,由线性分子变成网状分子结构的过程。成品水洗轧辊的辊壳与胶面粘接牢固,在70公斤/cm压力下,不开裂、不起鼓。