Введение
В условиях роста скоростей и увеличения нагрузок на бумагоделательном оборудовании правильный выбор покрытий валов становится критически важным для обеспечения стабильности производства, качества продукции и минимизации эксплуатационных затрат. В данной статье рассматриваются ключевые типы эластомерных покрытий, их физико-химические свойства и практические критерии выбора, основанные на глубоком анализе технологических параметров каждого узла машины.
Рон Шефер (Ron Schäfer) – Zeon Chemicals, опубликовал в журнале Rubber World в 1994 году работу «Динамические свойства резины», где перечислил основные свойства резинового покрытия
· Теория вязкоупругости (упругая реакция, Закон Гука)
· Механические модели (напряжение, модуль, деформация)
· Деформация (рассеиваемая энергия – гистерезис - tan δ)
· Влияние компонентов рецептуры смеси (объемность, полярность, истирание, эластичность)
· Влияние пластификатора (температура стеклования-Tg, tan δ, упругое восстановление)
· Влияние вулканизации (температура и продолжительность отверждения – модуль упругости)
Все эти аспекты приводят к улучшению ключевых эксплуатационных характеристик.
Именно применение в реальной бумагоделательной машине требует знания ключевых свойств. Как только требования четко определены, ключевые свойства должны быть заданы путем использования правильного базового полимера с соответствующими наполнителями, должным образом вулканизованного для достижения требуемых свойств, таких как износостойкость, эластичность, прочность, термостойкость и полярность.
Критерии выбора резиновой смеси в основном определяются химическим составом базового полимера, по сути, разнообразием и строением атомов в основной цепи макромолекулы базового полимера.
Сегодня синтетические каучуки вытеснили почти все смеси на основе натурального каучука благодаря своим лучшим физическим свойствам
Для инженера-механика бумагоделательная машина (БДМ) — это комплекс взаимосвязанных систем, где валовая группа является ключевым элементом передачи и преобразования энергии. Резиновое покрытие вала — это не просто защитный слой, а активный технологический элемент, непосредственно влияющий на процессы обезвоживания, прессования, отделки и транспортировки как бумажного полотна, так и одежды машины.
Ошибка в выборе материала покрытия приводит к каскаду проблем: повышенный брак из-за дефектов обрыва, внеплановые остановы из-за перегрева или разрушения покрытия, рост энергопотребления и снижение общей эффективности оборудования. Таким образом, корректный подбор эластомера — это сложная инженерная задача, требующая системного подхода.
Чтобы осознанно выбирать покрытие, необходимо понимать, какие свойства определяют его поведение в работе.
Любой эластомер является вязкоупругим материалом. На практике это означает, что при циклическом сжатии в зоне захвата пресса часть подведенной энергии упруго возвращается, а часть — рассеивается в виде тепла.
· Гистерезис (tan δ) — ключевой параметр. Низкое значение tan δ характеризует материал как высокоэластичный, с минимальным тепловыделением. Высокое значение указывает на значительные потери на внутреннее трение, что ведет к быстрому саморазогреву покрытия.
· Температура стеклования (Tg) — точка, ниже которой материал теряет эластичность и становится хрупким. Для условий ЦБП критически важно, чтобы Tg была значительно ниже рабочих температур.
· Теплопроводность и теплоемкость определяют, как эффективно покрытие отводит тепло от поверхности и накапливает его. В высокоскоростных прессах способность покрытия рассеивать тепло становится лимитирующим фактором.
Современные рецептуры синтетических каучуков позволяют тонко управлять этими свойствами за счет подбора наполнителей (сажа, кремнезем), пластификаторов и системы вулканизации.
На основе анализа предоставленных данных и практического опыта компании TecnoCaucho S.A. ( Испания) можно сформулировать четкие рекомендации.
1. NBR (Бутадиен-нитрильный каучук) — «Универсальный солдат»
· Зоны применения: Сеточная часть, пресса (особенно первые), направляющие и обезвоживающие валы.
· Технологическое обоснование: NBR демонстрирует наилучший баланс между стойкостью к химикатам (щелочи, кислоты, проклеивающие агенты), маслу, абразивному износу и температурной стойкостью (~100°C). Это делает его идеальным для большинства стандартных условий эксплуатации, где присутствует влажная агрессивная среда.
2. HNBR (Гидрогенизированный NBR) — «Решение для экстремальных условий»
· Зоны применения: Высокоскоростные пресса машин по производству тиссью бумаги, янки-цилиндры, зоны с повышенными температурами.
· Технологическое обоснование: Гидрирование молекулярной цепи резко повышает стойкость к окислению и температуре (до 150°C). HNBR сохраняет все преимущества NBR, но работает в тех условиях, где обычный нитрил не справляется. Хотя стоимость HNBR выше, его применение на критичных участках окупается за счет многократного увеличения межремонтного интервала и снижения риска внеплановых остановов.
3. CR (Хлоропреновый каучук) — «Специалист по мокрому отрыву»
· Зоны применения: Мягкие гауч-валы (150-200 P&J), мокрые пресс-валы, где критически важен стабильный отрыв влажного полотна.
· Технологическое обоснование: CR обладает превосходной стойкостью к старению (озон, УФ-излучение) по сравнению с NR и SBR. Его поверхностные свойства оптимальны для отрыва мокрого полотна без его повреждения. Это узкоспециализированный, но незаменимый материал для своих задач.
· Зоны применения: Сушильная часть, каландры (особенно для картона), клеильные прессы, поддерживающие валы в секции нанесения покрытий.
· Технологическое обоснование: Комбинация термостойкости и исключительной стойкости к истиранию делает CSM идеальным для «сухих» применений, где трение и температура являются основными разрушающими факторами. Материал стабилен при длительном воздействии высоких температур, не теряя своих упругих свойств.
5. NR (Натуральный каучук) — «Отраслевая классика с ограничениями»
· Зоны применения: Низкоскоростные БДМ, прессовые валы, где требование к отрыву полотна превышает требование к стойкости.
· Технологическое обоснование: Высокая полярность NR обеспечивает превосходный отрыв полотна. Однако низкая термостойкость (~70°C), плохая стойкость к маслам и озону делают его применение на современных скоростных машинах нецелесообразным и экономически невыгодным в долгосрочной перспективе.
Выбор покрытия должен быть основан на анализе конкретных технологических параметров:
Анализ режимов работы:
Температура в зоне работы вала с покрытием: Расчетный и фактический нагрев.
Линейное давление и скорость: Определяют динамическую нагрузку и энергию, преобразуемую в тепло.
Влажность и химический состав среды: Анализ контакта с бумажным полотном и технологическими жидкостями.
2. Определение приоритетных требований:
Стойкость к истиранию: Критична для сетковедущих валов сеточной и прессовой части.
Эластичность и демпфирование: Важны для мягких прессов и гауч-валов.
Химическая стойкость: Определяется составом бумажной массы и проклеивающих веществ.
Свойства поверхности (полярность): Обеспечивают качественный сьем полотна.
3. Экономическое обоснование:
Сравнение не только первоначальной стоимости покрытия, но и совокупной стоимости владения, включающей межремонтный ресурс, влияние на качество продукции и риск простоев.
Современный рынок синтетических эластомеров предлагает механикам и технологам ЦБП точные и эффективные инструменты для решения самых сложных производственных задач. Отказ от устаревших подходов в пользу научно обоснованного выбора материалов на основе глубокого анализа технологических процессов — это прямой путь к повышению операционной эффективности, стабильности качества и снижению эксплуатационных расходов.
Грамотно подобранное покрытие вала — это инвестиция в бесперебойную и рентабельную работу всего производства.
Автор Анатолий Марченко
Ведущий инженер ООО "БумТехно"