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第四章 编织成型摩擦材料生产工艺

浏览次数: 日期:2017-08-02

编织成型摩擦材料生产工艺

编织成型摩擦材料生产工艺,是目前生产摩擦材料的另种生产工艺,其主要特点是通过编织成型来进行摩擦材料的生产。采用这种工艺方法生产的产品种类不多,量也不是很大,但较特殊,作为摩擦材料生产技术工作者,也应掌握和了解。其产品主要是石油钻机刹车块或编织刹车带等或特殊机械,如船用摩擦带或它用编织型摩擦材料等。

石油钻机刹车块,石油钻机绞车刹车块,又称石油钻机闸瓦。刹车机构在石油钻机上的作用是控制绞车滚筒旋转,达到调整钻机和控制起下钻具运动速度的目的。是石油钻井机、通井机等机械制动、减速不可缺少的摩擦材料。 是保证石油钻井机、通井机等机械安全生产的重要零件。石油钻机刹车块使用的工况条件比较恶劣、工作过程中承受的制动力矩大、摩擦副面上的比压大而不均匀、摩擦速度和温度高而散热条件差;刹车时要求制动平稳、灵敏(制动时间短)、可靠,还要求刹车块具有柔软、坚固、耐磨的特性。所以在一定程度上它又不同于一般的机械用摩擦材料。

编织型石油钻机刹车块,采用编织成型及湿法生产工艺生产,是将纤维类增强材料,如玻璃纤维、陶瓷纤维、石棉纤维等,首先制成线。然后再用编织机,通过特殊的编织方法,经浸渍、干燥、热压、热处理、钻孔等工艺过程,制成编织型石油钻机刹车块。编织型石油钻机刹车块,可使用不同的纤维进行编织生产。

编织型石油钻机刹车块具有柔软、强度高、摩擦系数高而稳定、刹车灵敏、可靠、耐热性好适用于重载深井机使用。还有另种石油钻机刹车块,是采用与模压成型的刹车片类摩擦材料相同的生产工艺,仅配方稍有变化,而制品珠面也少有后加工处理,这里不再重复。

编织型石油钻机刹车块,目前仍以石棉纤维为增强材料的为主,非石棉型的编织型石油钻机刹车块,已经开始试用。

这里介绍的编织型石油钻机刹车块,是以石棉编织型石油钻机刹车块为例。

石油钻机刹车块,现在执行 SY/T 5023-94 标准。

一、编织型石油钻机刹车块

⒈生产工艺流程

                                                  聚桐油脂

                                                     ↓

                          打纬管                  配制溶液

↓                       ↓

   长纤维制线 →  编 织 →裁 切 → 干燥 → 浸 渍→ 干 燥→ 压 型

 

热处理 → 磨制加工→ 钻孔 → 检查 →  印标 → 入库

 

⒉编织型石油钻机刹车块用线的技术要求:

①经线:

      支数:2.5±0.3支,(或根据情况适当调整纬线支数)

      结构:第一次合股S 型130±10捻/米;15支/2+1股38#黄铜线;

            第二次合股Z 型100-110捻/米;

      强度:68N (约合7000g)

      烧失量:24-32%

②纬线:

      支数:3.0-6.5支(或根据情况适当调整纬线支数。)

      结构:第一次合股S 型100-110捻/米;

            第二次合股16支/4股; Z型100-110捻/米;

      强度:55N (约合6000g)

      烧失量:24-32%

⒊编织型石油钻机刹车块毛坯的技术要求:

⑴毛坯结构要求:

      编织结构:经、纬线全交叉多层纬结构编织。

      密    度:经线18-22根/100mm

                纬线14-18根/100mm

               毛坯尺寸(例)应符合下表:              单位:mm

⑵毛坯外观要求:

①织造毛坯表面应保持清洁、干净。  

②不得有外露线头。表面不得有缺经、短纬现象。

③边缘允许有编织线套,但不允许大于3cm。 整体宽度不允许超差。

④表面允许修理因织造出现的结构缺欠,如缺经、少纬线等。

⑶织造结构:

将经、纬线在编织机上进行织造,制成编织型石油钻机刹车块毛坯。因编织品属特厚型,一般厚度在25-40mm左右,所以必须采用多层纬线并使用无梭编织的方法。现以编织型石油钻机刹车块,采用全交叉编织结构九层纬为例做一介绍。

具体结构如下:

①编织纵向示意图:

下行(单号)变绞投纬编组

⑷编织方法:

穿线

①经检验合格后的编织用的经线,全部按一个开团方向挂在编织机后面的线架上。

②穿线按线团的前后顺序整齐排列,引入穿线板,并缠在刺辊上,要保持开团方向一致。

③比如生产九层纬采用十八片棕的织造结构制品,那么经线在穿棕片时,就要按第18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1或1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18棕片顺序进行穿线。这二种方法都可以,但同一个机台的穿线方式必须相同。

若生产七层或者五层纬的,穿线的顺序也是这样的。

④使用十八片棕,每个杼孔穿18根线。选择杼孔数量要根据编织制品的宽度与密度要求而适当增减。

⑤穿好经线之后,将经线全部拴在一起,就是所谓的拴机。拴机后开始编织,编出的编织型石油钻机刹车块,要认真检查织造物的规格尺寸,确认后,可正式编织生产。如果规格不符要求,则要进行调正。

⑥在织造中出现断纬时,要找好原绞位(并要拉开自卷)进行编织。在织造中出现断经时,要及时停车接好断线,接线的疙瘩不应过大以能通过棕孔。

⑦织机的两个经刺轴的压紧度,要调整一致,防止织物起楞不平,影响编织品的外观质量。

⑧织造时两边纬线收缩要控制均匀一致。若不符合要求时,则应及时调整送纬剑杆的进退时间(位置)和小梭的转动时间(位置),防止出现勒边与松套现象。

⑨织好的编织型石油钻机刹车块毛坯为带状,长度较长。可在喷水过程中,用锯片按尺寸要求切断成要求的长度。

⑩对编织好切断后的编织毛坯,应进行检查。若有织造的问题,如出现缺经,短纬等,应进行修补,以保持结构的质量。

⑸浸渍

浸渍包括整编型石油钻机刹车块(白板)的干燥与配制聚桐油脂(或其它类树脂)溶剂。整编型石油钻机刹车块(白板),放于配制好的聚桐油脂(或其它类树脂)溶液中进行浸渍。取出后控净、凉干,制成含脂的整编型石油钻机刹车块。

配制聚桐油脂(或其它类树脂)溶剂的方法,是将制好的聚桐油脂,加入200#溶剂油,(使用其它类树脂时,也要加入适当相应的溶剂),配制聚桐油脂(或其它类树脂)溶剂主要有适当浓度,以控制其浸渍能力与较好的含脂量。在配制聚桐油脂(或其它类树脂)溶液时,注意配制时聚桐油脂的温度不要过高,因温度过高会使溶剂油挥发增大,造成溶剂油损失,并且也造成生产环境的不安全。为此配制聚桐油脂,要在40℃以下的温度。而配制其它类树脂溶液时,也同样存在保持配方准确与安全的问题。

整编型刹车块白板的干燥,是指编织并经修整过的石油钻机整编型刹车块白板,经干燥后水分含量达到浸渍的技术要求。因为整编型刹车块织坯较厚,又都是使用的湿线,织好后的水分含量较高多达30%左右。就要经干燥,将其水分控制在2.0%以下,否则会影响含脂量并会影响产品质量。

浸渍就是干燥好的水份已控制在2.0%以下的编织坯块,放入配制好的聚桐油脂(或其它类树脂溶液)溶液中,并要保持整编型刹车块其全部被浸没状态,不允有裸露现。浸渍温度应保持在60℃左右为宜。浸渍时间不少于8小时。浸脂后的含脂量应控制在40-50%左右(湿式含量)。经干燥后的含脂量应为30-35%左右。生产经验证明,过长的浸渍时间对含脂量并无多大意义,当然过短的浸渍时间,含脂量较少也不行。但浸渍温度对浸渍时间影响较大。

浸渍可以采用真空罐,在真空下进行干燥。也可以采用敞口槽,在常压下进行。采用真空干燥法比在常压下浸渍法所需的浸渍时间缩短很多,适宜大批量的生产。浸前将经干燥后合格的整编型刹车块毛坯,整齐摆放在浸渍罐(槽)内的浸渍架上。在真空下进行浸渍时,要将压紧罐盖,进行抽空,吸入配制好温度50-60℃树脂溶液,抽空浸渍时间约1-2小时。在常压下进行浸渍时,在槽内加入配制好的温度50-60℃树脂溶液,浸渍时间约8小时。

浸好后将附在整编型刹车块表面上的聚桐油脂(或其它类树脂)溶液全部控净。再将附在整编型刹车块表面上的树脂溶液全部控净。约经2-4小时,表面无流淌树脂,整编型刹车块表面并不粘手时,即可于自然条件下进行凉干。

⑹压冷型

压制冷型以便于在热压时装模。压冷型的压力 8-10MPa。压制冷型的规格尺寸应按热压成品要求,每边缩小5mm左右。冷型的表面应完整,无缺欠。并要清除凉干后的正编型刹车块表面粘着的脂皮等物,如聚桐油胶(或其它类树脂)等。

压好的冷型,还应进行干燥处理,其目的是要降低正编型刹车块的挥发物,干燥的方法一般采用自然干燥的办法,这种方法比较容易,但所用的时间相对的要求要长。干燥的程度应使其能达到符合热压的要求,否则因干燥的不好,则在压制时流动性过好,压制时就出现压淌现象。使产品结构与质量受到影响。一般控制:

①干燥温度:100℃以下。

②干燥时间:80±10小时。

③干燥标准:达到“外不粘手,内无滑动”。

⑺热压

经冷压后的整编型刹车块,需经热压后才能将聚桐油胶(或其它类树脂)类浸渍物进行固化,才能制成具有一定致密结构和良好摩擦性能的制品。因使用的粘结剂种类不同,所需的压制压力、热压温度与热压时间也不相同,下面是使用聚桐油胶粘结剂的热压主要工艺参数。

热压工艺要求:

单位压强:15±2Mpa。

温   度:180℃±5℃。

时   间:20-25分

压制后的外观要求:

压制表面与边角整齐平正。

热压成型是正编型刹车块生产中重要的工序,它对产品质量有较大的影响。如果热压时间长,生产效率低、而热压时间短,则产品的耐磨性降低,其它的各项物理性能指标均受影响。所以正确的掌握热压的工艺参数,对保证产品质量是非常重要的。

操作要点:

①认真检查压机各部位,加热系统,液压系统,并检查模具规格以及上、下模合模时是否正常,并清理好模腔,一切均应符合要求。

②将热压模具拉开,擦好脱模剂(一般使用硬脂酸锌或者肥皂水等),将含聚桐油脂的正编型刹车块冷型放入热压模具中,开始合模加热加压。在热压过程中,要不断进行放汽,放汽时间间隔约为30-60秒,约放汽七次左右。然后按热压工艺规定的时间进行保压,达到热压时间后,拉开模具将制品从模中取出。

③热压后的产品,应将压好的产品出现的飞边及毛刺打磨好。

⑻热处理

热处理是使经热压后的正编型刹车块中树脂进一步彻底固化。

热处理工艺过程:

室 温─→100℃ 二小时

100℃ →120℃ 一小时   120℃恒温一小时

120℃ → 130℃一小时   130℃恒温一小时

130℃ → 140℃一小时   140℃恒温二小时

140℃ → 150℃一小时   150±5℃ 五小时

整个热处理过程,应在不断通风状态下进行,以能为保持热处理箱内温度均匀。

热处理结束后,应立即断电。慢慢自然降温,待烘箱内温度降至50℃以下时,产品可转下道工序。

⑼钻孔

钻孔是为了保证整编型石油钻机刹车块的装配尺寸,根据产品图纸尺寸要求,制作样板或钻孔胎具( 按图纸钻孔位置制作)。然后钻小孔,再钻大孔,钻头前角应磨制成120°钻削角。在钻孔时,应注意孔的位置及孔的深度,不允许超差。

㈣粘结剂用“聚桐油胶”的生产

⒈聚桐油胶:

由于编织型石油钻机刹车块工作条件的特殊,使用摩擦材料通常使用的的酚醛类树脂做浸渍材料,在制品的韧性要求上难以达到要求,所以工业上采用一种韧性好的“聚桐油胶”做为粘结剂。

“聚桐油胶”是将桐油在较高的温度下,制成的一种类似胶状的桐油聚合物。习惯上称为这种物质为“聚桐油胶”,它是一种粘度高,韧性好具有一定粘结作用的聚合物。

桐油,棕黄色透明粘稠状液体。桐油在 270℃时的胶化时间为4-7分钟。桐油在贮存过程中,性能会有变化。所以在桐油使用前,必须对其进行聚合性能测定。具体测定方法是:将桐油搅拌均匀后取桐油样品,装于玻璃试管中,约占试管容积的 1/3,在酒精灯上直接加热装有桐油的试管,当试管中桐油温度达到270℃时,按动秒表开始计时,继续加热直至试管中的桐油样品全部胶化,记下时间。所用的全部时间即为胶化时间。对进厂的每个桐油包装,都要进行检测。(虽经检测合格,但因长时间存放,在使用前仍要进行复检) 。

编织型石油钻机刹车块,使用桐油质量标准,具体要求如下:

桐油合成类似橡胶物的理论认为:各种橡胶类似物的基本结构,都需要长的或直线状的分子排列,要得到这样的结构,就非要将各种单个分子相连接不可,这就是所谓的聚合。聚合分为二种,一种称做添加聚合,另种称为凝缩聚合。如果将桐油水解或皂化,得到桐油脂肪酸。

           CH3(CH23CH=CH--CH=CH--CH=CH-(CH27COOH

加热时,添加聚合成为六个环状体二聚合物。有人经过详细的分析,确定了上边那个想法。延长加热时间或提高温度时,就有三聚物的出现,但适当的控制聚合条件就可以避免。

如果将上述的三聚物和桐油中的其它不可聚物如脂肪酸,再和乙二醇会起酯化作用, 生成热塑性的聚合物。因此其分子排列和一般的合成橡胶相似,而分子结构中所含的不饱和酸也可以和硫酸作用,就与一般橡胶硫化作用一样,因此将其称为“聚桐油胶”。

⒉聚桐油胶的生产操作方法:

按比例将桐油、油溶性酚醛树脂(松香脂)、速干剂等各种材料,投放于反应釜中并按下述工艺进行控制:

①检查并调整好管路阀门,确认正常后方可进行上料。

②经检验合格的桐油,准确称量放入反应釜内。

③开始加热,开动搅拌,逐步升温,当釜内桐油温度达到110-120℃时,开始陆续缓慢加入油溶性酚醛树脂(松香改性酚醛树脂或叔丁酚树脂),直至全部按量加完。

④继续升温,至油溶性酚醛树脂(松香改性酚醛树脂或叔丁酚树脂)全部熔化,温度达到 220-230℃左右,停止加热,密切观察釜内桐油的变化,当温度达到230- 250℃时,桐油表面泡沫约变为红色时,此时应开始测定聚桐油脂的粘度。当经做拉丝试验已达要求( 粘度经验控制方法是在一分钟之内,不多于10滴) 时,即可放出。放出的聚桐油脂,为保证聚桐油脂不出现胶化现象,最好加入一定量的冷脂(常温已做好的聚桐油脂)。一定使制造出的聚桐油脂温度降至60℃以下。过高的温度会使其保留继续反应的能力,其结果造成聚桐油脂报废。

⑤生产过程中一定注意生产环境的卫生,地面要干净,同时要及时清除落地及设备上的生产材料与聚桐油脂等。

由于聚合桐油时需要的较高温度,生产中控制较难,经常采用较小的反应容器,主要是为了比较容易地控制反应。也是为了生产方便操作,因此聚桐油胶粘结剂生产使用体积较小的敞口式或常压的反应容器。生产中必须注意防止混入水等进入容器内,容易发生事故。

二、编织型树脂制动带

    树脂编织制动带,又称编织刹车带、简称树脂带。树脂编织制动带是以酚醛树脂类或聚桐油脂类为粘结材料、增强骨架纤维材料经纺纱、捻线、编织成带状织物,再经浸渍、正型、烘干、热定型、磨制而成的一种用于各种机械制动、减速用材料。树脂编织制动带是一种具有使用方便的特种摩擦材料,其特点是强度高、耐磨性好。缺陷是硬、脆,打盘时易断。

    ⑴工艺流程

      长纤维线─→编织─→修整─→干燥─┐

                                               ├→浸浸树脂─→低温干燥

                     树脂制造─→检查─→混脂┘                             ↓

                                  包装入库←─检查←─热定型←─ 整型

   ⑵工艺简述

   编织树脂制动带可以说是摩擦材料生产中生产工艺最复杂的产品之一。要先将增强短纤维材料纺制线、再编织成制动带,然后再经浸渍等制造而成。我们称编织后的带为编织白板带。目前增强纤维材料,仍以石棉纤维为主,但也开始生产非石棉纤维的树脂编织制动带。其生产工艺方法与采用生产设备基本相似。

①编织白板带用线

②编织白板带的外观,表面应平坦,不缺经少纬与织造缺欠。带的两侧应整齐,没有明显的勒边与松套现象。对存在缺经少纬与织造缺欠等现象,由人工修整后要达到技术要求。

 

    ③编织工艺条件应符合下表:

 

⑶操作

①打纬轴(或称打纬管):

       打纬轴时先将适宜的纬线用水浸泡润湿,以减少作业环境粉尘。再将纬线在打纬机上打成纬轴。即缠绕在纬线线管上(又称纬管)。打好之纬轴,必须紧密结实,缠线不能超过纬线轴轴头直径。若超过纬线轴轴头直径,就不能装进梭盒中。在打纬轴时,还应挑出纬线中的大肚线以及缺股线、疙瘩线等不合格的纬线。在打纬线时出现的断线应用叉接法接头,不得随意乱接继线。

    ②挂经线团及穿棕:

   按编织带工艺规定,选好经线。再将经线按要求挂线团及打开线团进行穿棕。具体方法是按序排列挂好线团,穿定位孔时按挂线团横排,由后向前,顺序取线,穿入铁板孔是由外向里的顺序进行。穿麻轴时按托线板中心,先后分两边进行。首先由托线板中心点,从底孔开始,按斜度向上孔顺序由下至上,由内至外的顺序穿好经线一半,然后再穿另一半,是由上到下,由内向外按顺序进行,把线引过托线板后,再绕麻轴一周进入前托线板和绞杆。

     ③穿棕、穿杼:

      按工艺规定的棕片数从右边开始,由后面棕依次往前穿经线。如6片棕顺序为6、5、4、3、2、1,反复循环向右,直至穿完全部经线。每个杼孔穿的经线数应与棕片数相等,即若采用6片棕时,每杼孔就应穿6根经线。若采用10片棕时,每杼孔就应穿10根经线,以织机杼的中心点平均两边分开,定出一边标点,然后按规定顺序进行穿经线。

  穿好经线后开车织造编织白板带。编织白板带时还应经常测量织带的厚度、宽度等。

      因编织白板带的厚度相差较大,所以采用多层织物组织,就要用不同的纬线层数,来织造编织白板带的厚度。多层织物组织,它是将数层织物用经线相互的连接形成一个织造正体。

      多层织物可分两种方法,一是以经线做为各层纬线连接起来(称交织或称全编型)二为使用专用的连接经线将各层纬线连接起来(称累织或称混编型)。

     生产编织白板带主要是混编型结构。混编型结构图如下:

 注:图中有“●”棕片为上行棕片。

                      图中“×”后数字为上行棕片号。

    ④根椐树脂编织制动带的性能要求,现国内多以用“聚桐油”为粘结剂。

    ⑤ 干带与浸带:

    编织后的白板带,因含水份较大,故需要进行干燥,干燥操作可采用自然或强制干燥的方法。干好后的带,再浸入配制好的聚桐油脂溶液中。

    浸带时先将欲浸脂的编织白板带,摆放在浸带架上,然后在室温下将浸带架轻轻放入浸脂罐内,然后使其始终保持在淹没状态。在常压下浸渍,一定要浸透、浸匀。

    浸渍物的含树脂量控制在25~45%、浸树脂量控制在45~65%。

    浸树脂后,将罐内达到要求的含树脂带提到罐口,放置数小时,使多余附着“聚桐油”溶液流入罐内。“聚桐油”溶液基本流净后,再将含树脂带凉在架上,进行低温干燥,使所含溶剂全部挥发。温度约当为35℃左右,时间约24小时( 可根据室外温度、湿度适当增减)。

    ⑥含“聚桐油”板带整型:

    含“聚桐油”板带是指编织白板带,经过浸渍“聚桐油”溶液经并经低温干燥后的带,简称油板带。油板带应达到柔软、不粘手、不粘辊,但不能过干,过干容易压断。

    油板带过辊整型,即将油板带经过特殊专用的双辊压辊辊压,辊压时既要控制受压物宽度、也要控制受压物的厚度与旁弯。过辊整型前,应调正与调对挡板宽度和辊距。油板带的压缩量一般为10~15%。过辊整型后的带,按规格盘成内径250~300mm的园盘,外面的带头要用钉子固定。同时在辊压油板带时,还要不断测量被辊压油板带的宽度、厚度。

    ⑦干燥固化、磨制:

    干燥固化是将辊压整型后的油板带,正齐堆放在干燥装置(如干燥箱)内的干燥车上(注意不要磕碰及受压变形)。再对油板带进行干燥,以彻底除净所含溶剂。同时对所浸渍的“聚桐油”或使用的其它的类粘结材料,进行加热固化。在加热固化温度100~150℃条件下,烘烤6~10小时。如烘烤温度较低,就要适当延长烘烤时间。烘烤温度较高,就要适当减少烘烤时间。

 

磨制是为了保证编织树脂制动带的尺寸规格(宽度与厚度)要求,一般的编织树脂制动带不要求进行磨面。但对有特殊厚度、宽度要求磨面时,就要进行磨制,其方法与设备同橡胶基制动带。在磨制过程中,应注意编织树脂制动带比橡胶制动带要硬的特点。同时还应经常抽测磨制的厚度、宽度。达到厚度、宽度均匀一至,符合标准要求。

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