Новые возможности практического применения нетканых
advertisement
продукция Новые возможности практического применения нетканых материалов А.А. Андреев, региональный менеджер по продаже нетканых материалов в России и странах СНГ ООО «Фройденберг Симрит» Рост объемов производства и потребления нетканых материалов во многом объясняется расширением областей их применения. Это требует и специальных технологий их переработки в продукцию нового назначения, что видно на примере износостойких покрытий валов из нетканых материалов марки Viledon® производства компании Freudenberg FV KG. Компания Freudenberg (Германия) предлагает потребителям широкий ассортимент нетканых материалов и продукции из них, в который входят: бортовочные материалы, фильтры для салонов автомобилей, материалы для фильтрации различных жидкостей и воздуха, ворсовые ковровые покрытия, материалы санитарно-гигиенического и медицинского назначения, материалы для садоводства и огородничества, для изготовления сепараторов аккумуляторов, обмотки кабелей, изоляции электродвигателей, трансформаторов и генераторов, звукоизоляционные материалы, огнестойкие материалы для транспортных средств, материалы для отделки салонов автомобилей и изготовления жалюзи, материалы для использования при изготовлении обуви и в Рис. 1. Структура нетканого материала марки Viledon® при 200-кратном увеличении (фото: Freudenberg) 26 качестве основы для искусственной кожи и др. Среди продукции компании важное место занимают нетканые материалы серии Viledon® различного назначения. Ниже рассматриваются возможности применения этих материалов в новой области – в качестве покрытия для валов, используемых на различных машинах для обработки металлических, текстильных и других изделий. Материал Viledon® изготавливается на основе волокнистых холстов, которые после предварительного упрочнения пропитываются связующим веществом в целях дополнительного скрепления. Получаемый таким образом материал содержит множество мельчайших, распределенных по всей структуре полостей (рис. 1). В частности, нетканый материал для покрытия валов, применяемых для очистки поверхности металла от эмульсий, может иметь до 40 % свободного объема. Технологический процесс изготовления материалов Viledon® Нетканые материалы серии Viledon ® могут изготавливаться из натуральных (хлопковых), химических (вискозных, полиэфирных, полиамидных, полипропиленовых, полифенилсульфидных, полиарамидных) волокон и их смесей в различных комбинациях. Конкретный состав смеси, а также линейные плотности входящих в нее волокон выбираются с учетом требуемой твердости, упругости и пористости покрытия вала, а также устойчивости его к воздействию различных химических веществ. Равномерное распределение волокон отдельных компонентов в структуре материала обеспечивается нетк аные материалы пр одукци я оборудовани е тех нологии сентябрь /2007 продукция а в б Рис. 2. Основные операции технологического процесса изготовления нетканого полотна: а – интенсивное чесание смеси волокон на чесальных машинах для получения равномерного по массе и структуре холста; б – предварительное скрепление волокнистого холста на иглопробивной машине; в – дополнительное упрочнение холста с помощью химических связующих веществ (источник: Freudenberg) за счет тщательного их смешивания и последующего чесания на чесальных машинах (рис. 2, а). Предварительное скрепление сформированных волокнистых холстов осуществляется на иглопробивной машине (рис. 2, б) или путем обработки струями подаваемой под высоким давлением воды (технология спанлейс), в результате чего полуфабрикат приобретает достаточную плотность, стабильность размеров, устойчивость к действию механических нагрузок и истиранию. К покрытиям для валов предъявляются повышенные требования в отношении прочностных свойств. Поэтому предварительно скрепленный полуфабрикат подвергается термоскреплению или дополнительному упрочнению с помощью химических связующих веществ (рис. 2, в). В качестве связующего могут применяться: нитрильный, хлоропреновый и натуральный каучуки, полиакрилаты, меламиновые и фторуглеродные смолы. Дополнительное скрепление позволяет придать материалу необходимую эластичность и (при необходимости) стойкость к воздействию агрессивных химических сред. За счет выбора способа и режима обработки материала обеспечивается достижение конкретных показателей физико-механических свойств для той или иной области применения нетканого материала. каждого вала обычно строго индивидуальны. Поэтому процессу изготовления колец предшествует этап проектирования с выполнением необходимых расчетов. Изготовленные кольца плотно насаживаются на ось находящегося в вертикальном положении вала. При выполнении этой операции необходимо обеспечить равномерное распределение колец по всей длине вала, что позволяет получить в конечном итоге равномерную плотность покрытия по всей периферии вала. Насаженные на вал кольца прессуются в направлении оси вала (рис. 3, б). При этом происходит дальнейшее уплотнение материала колец в соотношении 3:1, в результате чего формируется многослойная структура покрытия поверхности вала с высокой сопротивляемостью действию поперечных нагрузок. Окончательный геометрический контур валу придается путем токарной обработки и шлифовки (рис. 3, в). Выполнение этих, наиболее ответственных операций контролируется компьютерной программой, так как любые нарушения технологического процесса могут привести к появлению неисправимых дефектов изготавливаемого покрытия. В зависимости от условий эксплуатации и нагрузок на подшипники вала его покрытие должно обеспечивать заданный прогиб и жесткость поверхности. Технология изготовления покрытий валов Процесс изготовления покрытия для вала начинается с вырубки отдельных кольцевых дисков из готового нетканого полотна (рис. 3, а). Геометрические размеры Области применения валов с покрытием Viledon® Высокая упругость и эластичность нетканого материала, незначительная деформация при динамических нагрузках, «открытая» пористая структура обусловли- а б в Рис.3. Основные операции технологического процесса изготовления покрытия для вала из нетканого полотна: а – вырубка отдельных колец из нетканого полотна; б – сборка и запрессовка колец в трубчатую заготовку покрытия на металлическом валу; в – придание окончательного геометрического контура покрытию вала путем токарной обработки и шлифования (источник: Freudenberg) н е т к а н ы е м ат е р и а лы пр одукц ия обо рудо ва ни е тех н ологии сентябрь /2007 27 продукция а б в Рис. 4. Примеры практического применения валов с покрытием из материала Viledon®: а – равномерное нанесение антикоррозионной масляной пленки на поверхность металлических листов; б – формирование гомогенизированной равнотолщинной масляной пленки на поверхности листовых материалов; в – удаление избытка жидких сред из пропитанных материалов (источник: Freudenberg) вают возможность эффективного применения валов с покрытием из материала Viledon® во многих областях, например в металлургической промышленности, где они используются для: • равномерного нанесения антикоррозионной масляной пленки на поверхность листов металла после их кислотного травления, гальванизации или резки (рис. 4, а); • удаления масел, эмульсий и очистки поверхности металла от загрязнений и мелких частиц металлической стружки перед холодным прокатом или перед процессом прессования. В автомобильной промышленности эти валы используются для: • образования гомогенизированной масляной пленки перед прессованием (рис. 4, б); • удаления мелких частиц металла с поверхности листа; • очистки металла с применением агрессивных химических веществ. В текстильной промышленности с помощью валов осуществляются: • удаление избытка жидких сред после пропитки ими материала с регулированием остаточной влажности материала (рис. 4, в); • нанесение на поверхность материала различных веществ в соответствии с технологией его обработки. Основные преимущества нетканого материала Viledon® по сравнению с другими материалами аналогичного назначения Увеличенный срок службы. Большинство нетканых материалов изготавливаются из волокон. Поэтому вполне логичным является тот факт, что именно эти материалы в меньшей степени подвержены трещинообразованию по сравнению с такими материалами, как резина или полиуретан. Это особенно важно в сталепрокатной промышленности, где соприкасающиеся поверхности подвержены высоким динамическим нагрузкам и губительному воздействию острых режущих кромок. Благодаря высокой износостойкости срок службы валов, изготовленных с покрытием из материала Viledon®, в несколько раз превышает срок службы, например, обрезиненных валов. 28 Эластичность. Путем комбинирования различных синтетических и натуральных волокон, использования различных связующих и регулирования их содержания в материале можно в широком диапазоне изменять эластичность покрытий валов из нетканых материалов Viledon®, что особенно важно для уменьшения их износа в условиях высоких скоростей вращения валов (до 450 м/мин) и нагрузок. В этих условиях этот нетканый материал становится просто незаменимым, так как его высокая износостойкость и низкая теплоемкость позволяют обеспечить оптимальные соотношения высоких скоростей, нагрузки и температуры. Регулируемый контакт. При контакте поверхности обрезиненных и полиуретановых валов с замасленными поверхностями возникает эффект так называемого «аквапланирования»: ведущие и ведомые валы часто начинают проскальзывать относительно обрабатываемых изделий. Именно в этих условиях нетканое покрытие Viledon® обеспечивает значительно более высокий коэффициент трения (не менее 0,3) по сравнению с другими покрытиями (см. таблицу), что объясняется прежде всего пористой структурой поверхности покрытия. Высокий коэффициент трения позволяет сохранить сцепление между контактирующими поверхностями. Коэффициенты трения между валами с разными видами покрытий и контактирующими с ними поверхностями обрабатываемых изделий Поверхность Viledon® Резина Полиуретан Сухая 0,4 0,5 0,45 Увлажненная 0,3 0,2 0,2 Замасленная 0,3 0,1 0,1 Механическая прочность и износостойкость. Пористая, «открытая» структура нетканого материала Viledon® (см. рис. 1) для покрытия валов наилучшим образом противостоит деформациям в области соприкосновения с поверхностью металла (рис. 5), что позволяет избежать повышенного износа рабочей поверхности. Дело в том, что «закрытая» структура покрытий из монолитного материала (например, резины) в области контакта с валом приводит к высоким деформациям и соответственно к напряжениям, которые носят ярко нетк аные материалы пр одукци я оборудовани е тех нологии сентябрь /2007 продукция сред. Поэтому химическая устойчивость вала также является одной из его важных характеристик. Нетканый материал Viledon®, в отличие от обрезиненных и других аналогичных валов, позволяет жидкости глубоко проникать в структуру материала, вплоть до вала. Поэтому требования по химстойкости того или иного вида нетканого материала должны обязательно уточняться в техническом задании на проектирование вала. Для решения этих вопросов компания Freudenberg предлагает целый спектр нетканых материалов различного назначения, позволяющих полностью избежать эффекта «химического старения» вала. Каждый нетканый материал проходит как лабораторные, так и стендовые испытания на совместимость, водопроницаемость, гидрофобность при контакте с различными жидкостями (кислотами, основаниями, водными эмульсиями и т.д.). Наработанная база данных позволяет выбрать оптимальный состав нетканого материала практически для любой технологии и любых агрессивных химических сред. На основе результатов исследований и испытаний, проводимых в испытательном центре компании, а также путем компьютерного моделирования подбираются и другие требуемые для заказчика значения эксплуатационных характеристик материала (эластичность, ползучесть, твердость поверхности и др.). а б Рис. 5. Компьютерное моделирование распределения деформаций и соответственно напряжений сжатия в покрытии вала в зоне его контакта с плоской поверхностью обрабатываемого изделия: а – монолитное резиноподобное покрытие; б – покрытие из материала Viledon® (величина напряжений уменьшается при изменении цвета от красного к синему; cтрелками показано направление прижима изделия к покрытию) (источник: Freudenberg) выраженный «концентрированный» характер (рис. 5, а). Нетканый же материал обеспечивает более равномерное распределение напряжений по всему объему упругого покрытия вала (рис. 5, а). Механическая прочность нетканого материала позволяет сглаживать частые и неравномерные нагрузки при контакте покрытия вала, например, с неровными и острыми краями металла, выступами и швами. Таким образом, риск возникновения царапин, задиров и даже разрывов рабочей поверхности покрытия практически исключается. От этого напрямую зависит и такой важный производственный показатель, как расход технических жидкостей, красителей, эмульсий, масла и т.д. Однако даже если и произошло повреждение поверхности, то благодаря волокнистой структуре покрытия Viledon ® поврежденная поверхность со временем сглаживается, а разрыв локализуется. Это называется эффектом «самозалечивания». В результате интервалы эксплуатации валов между профилактическими работами значительно увеличиваются, что позволяет снизить производственные издержки. Стойкость к воздействию агрессивных химических сред. Помимо механических нагрузок валы зачастую подвергаются негативному воздействию различных 30 Заключение Таким образом, основными преимуществами нетканых материалов Viledon® по сравнению с другими материалами, используемыми в качестве покрытий для валов, являются: • равномерное нанесение тонкой масляной пленки; • эффективное удаление мелких инородных частиц; • оптимальные значения коэффициента трения по влажной и замасленной поверхностям; • эффективное распределение динамических и контактных нагрузок; • устойчивость к повреждению поверхности; • уменьшенный расход технических жидкостей; снижение потерь; предотвращение загрязнения; • экономия электроэнергии на повторные запуски линии после вынужденных остановок; • высокая производительность оборудования; • увеличенные интервалы между обслуживанием; • снижение производственных затрат. New practical applications of non-woven materials А.А. Аndreyev Increase production and consumption of non-woven materials can well be explained by expansion of their application areas. Special processing technologies are required for their processing into new products as illustrated by an example of wear resistant shaft coating made of non-woven materials of Viledon® grade produced by Freudenberg FV. нетк аные материалы пр одукци я оборудовани е тех нологии сентябрь /2007
