一种耐热包胶套筒及其制备工艺和应用的制作方法 专利技术说明

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本发明涉及机械套筒加工技术领域，具体涉及一种耐热包胶套筒及其制备工艺和应用。背景技术：2.铝合金相比高强度钢，其比强度高，密度较小，减重潜力大；相比镁合金，其成本较低，成型工艺和连接方式较为成熟。另外，铝的储量较大，耐腐蚀性好，回收利用率高，因此逐步成为汽车轻量化的主流材料。汽车铝板生产的核心技术在连续退火处理和表面处理，加工采用的设备包括加热炉、热轧机、卷取机、冷轧机和气垫式连续热处理炉。汽车铝板成品要求表面光洁、平整，无明显损伤、划伤、压光条和污迹等。由于铝板材质相对较软，因此各工艺过程中必须采取严格保护，以保证表面质量，提高成材率。其中气垫式连续热处理属于成品工序，特别是气垫炉的出口卷取工序，必须保证产品表面光洁、平整，不变形，无划伤、压光条等，属于整个工艺过程的重中之重。3.铝板经过气垫式连续热处理炉后，出炉温度达到150℃～200℃，采用传统钢套筒卷取，主要会产生以下缺陷：4.(1)钢套筒硬度高较铝板高，容易产生划伤、压痕等缺陷；5.(2)钢套筒热容小、热传导率高，铝板卷取后内圈迅速降温，由于局部降温速度过快，从而内圈产生波浪内凸等问题。6.因此，如何有效的对气垫炉出口处铝板的卷取质量进行优化也成为各家研究的热门。但目前国内尚无相关方面的专利报导。7.本发明提供一种质地相对柔软、热熔大、热传导率低的耐热包胶套筒，由于与铝板得接触面为耐热橡胶层，质地相对柔软，不会造成压痕、划伤等缺陷，此外，采用热熔大、热传导率低的耐热橡胶，降低了铝板卷取后的降温速度，从而保证产品不变形，无压痕等缺陷。技术实现要素：8.为了解决上述背景技术中存在的铝板在经过气垫炉热处理后的出口卷取工序时，存在横向压痕、划伤、变形、板形不良等问题，本发明提供一种耐热包胶套筒及其制备工艺和应用，其表面包覆有相对柔软，热熔大、热传导率低的橡胶层，由于与铝板接触面为耐热橡胶，质地相对柔软，不会造成压痕、划伤等缺陷，此外，采用热熔大、热传导率低的耐热橡胶，降低了铝板卷取后的降温速度，从而保证产品不变形，无压痕等缺陷；该耐热包胶套筒用于气垫炉热处理后的出口卷取工序，有效改善汽车铝板内圈质量。9.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：10.本发明的第一方面，提供一种耐热包胶套筒，包括钢套筒体，所述钢套筒体外侧包覆有耐热橡胶层，所述耐热橡胶层的厚度为5～20mm，耐热温度为150～230℃，邵氏硬度为ha82～ha90。11.采用上述技术方案：12.该耐热橡胶层热熔大、热传导率低且具有优异的耐热性，热变形较小，在150～200℃范围内经热老化处理后变形也较小，因此，有效降低铝板从气垫炉卷取到精整的降温速度，从而保证产品内圈不变形，而且该耐热橡胶层硬度适中，质地相对柔软，其与铝板接触后不容易形成压痕、划伤等缺陷。13.具体地，所述耐热橡胶层以丁腈橡胶为主体材料，还包括硫化剂和强化剂，所述硫化剂由硫化促进剂(tmtd)、二硫代二吗啉(dtdm)、过氧化物、次磺酰胺类促进剂复配而成。14.具体地，所述强化剂为轻质喷雾炭黑。15.具体地，所述耐热橡胶层中丁腈橡胶、硫化促进剂(tmtd)、二硫代二吗啉(dtdm)、过氧化物、次磺酰胺类促进剂、强化剂的重量比为(80～100)：(1.5～2.5)：(0.3～0.5)：16.(0.8～1.2)：(0.3～0.5)：(30～50)。17.现有的橡胶层在使用温度超过一定范围时，会引起橡胶产生热裂解，将造成产品性能的急剧下降。本技术中耐热橡胶层采用的是一种能够在热氧环境下长时间使用的硫化橡胶，其以丁腈橡胶作主体材料，以轻质喷雾炭黑作补强剂，具有良好的物理机械性能和较长的使用寿命，另外，还对橡胶的硫化促进剂成分做了优化设计，以增加橡胶层的热熔、降低热传导率，提高其耐热性和耐热寿命，具体原理如下：18.丁腈橡胶的分子结构为丁二烯-丙烯腈的共聚物，首先通过分析可知，橡胶的热老化反应，其本质是键的断裂、交联点的减少等。本技术的申请人经研究和对组分的优化设计发现，通过共聚的方式向分子链中导入抗氧、耐热基团，能够达到提升结合强度、提高抗氧化性和耐热性的效果。由于单硫键的离解能为35千卡/摩尔，-c-c-键的离解能为63千卡/摩尔，离解能较高，因此，本发明专利中，设计低硫高促进剂的硫化系统和工艺，以获得单硫交联键和-c-c-交联键，从而提升耐热性能。19.硫化成分、配比和工艺如下：20.硫化剂为硫化促进剂(tmtd)、二硫代二吗啉(dtdm)、过氧化物、磺酰胺类促进剂，其比例优选为2:0.5:1:0.4，将其与丁腈橡胶和强化剂以一定的配比进行混合，并在150～200℃下混炼10～30min即可。21.由以上可知，本发明中耐热性提升采用官能性单体并用的方法，避免了单用单体而存在交联密度低、硫化复原程度低等问题。同时严格控制了各组分的含量，因为若各项加入量过少，则由于交联密度降低，耐热性也会下降，达不到提升丁腈橡胶耐热性的需求；若各项加入量过多，则残存的过氧化物会发生自由基分解，促进老化。22.经过本发明中耐热性提升工艺后，包胶套筒的耐热橡胶层的力学性能如下：23.耐热温度为150～230℃，邵氏硬度为ha82～ha90，在150℃温度下大于4天的耐热试验后，硬度以及伸长率变化大不大。24.由此可见，包胶套筒的耐热橡胶层，经过硫化及强化处理后，获得特殊的交联形态和结构，增大了热熔，降低了热传导率，耐热性得到极大提升，变形较小，在150～200℃范围内热老化后变化也较小，因此，有效降低铝板从气垫炉卷取到精整过程的降温速度，从而保证产品内圈不变形。25.具体地，所述钢套筒体为35crmo铸钢件。26.具体地，所述钢套筒体的屈服强度为700～800mpa,抗拉强度为800～1000mpa,延伸率为7～9％,硬度为hb275～315，表面粗糙度为11～13，适合挂胶。27.钢套筒体的化学成份为c 0.32～0.40，si 0.17～0.37，mn～0.70，s≤0.035，p≤0.035，cr 0.80～1.10，mo 0.15～0.25，cu≤0.3。28.本发明的第二方面，提供一种上述耐热包胶套筒的制备工艺，包括如下步骤：29.s1、由35crmo材质经离心铸造形成钢套筒体；30.s2、对钢套筒体外侧进行打磨加工，具有一定的表面粗糙度；31.s3、然后在钢套筒体表面上进行耐热橡胶包胶处理，形成耐热橡胶层。32.本发明的第三方面，提供一种上述耐热包胶套筒的应用，所述耐热包胶套筒用于铝板加工时气垫炉热处理后的出口卷取工序。33.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：34.(1)本发明中的包胶套筒由钢套筒体及包覆在其外侧的耐热橡胶层组成，该耐热橡胶层质地相对柔软，可以明显改善铝板内圈压痕、划伤、横向压痕等缺陷；35.(2)耐热橡胶层经过硫化及强化处理后，获得特殊的交联形态和结构，增大了热熔，降低了热传导率，耐热性得到极大提升，热变形较小，在150～200℃范围内热老化后变化也较小，有效降低铝板从气垫炉卷取到精整的降温速度，从而保证产品内圈不变形，无内凸、压痕等缺陷；36.(3)通过降低了铝板从气垫炉卷取到精整的降温速度，降低了内圈由于急剧收缩造成的压应力，加上接触面橡胶层的缓冲作用，对汽车铝板内圈横向压痕缺陷有明显改善作用。附图说明37.下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。38.图1为本发明中耐热包胶套筒的结构示意图；39.图2为本发明中本实施例中耐热包胶套筒上卷取的铝板进行精整开卷时的现场图；40.其中，具体附图标记为：钢套筒体1，耐热橡胶层2。具体实施方式41.本发明的实施例公开了一种耐热包胶套筒，其结构如图1所示，包括钢套筒体1，钢套筒体1外侧包覆有耐热橡胶层2；42.其中，钢套筒体1为35crmo铸钢件，钢套筒体1的化学成份为c 0.32～0.40，si 0.17～0.37，mn～0.70，s≤0.035，p≤0.035，cr 0.80～1.10，mo 0.15～0.25，cu≤0.3。43.钢套筒体1的屈服强度为700～800mpa,抗拉强度为800～1000mpa,延伸率为7～9％,硬度为hb275～315，表面粗糙度为11～13，适合挂胶。44.其中，耐热橡胶层2的厚度为5～20mm，耐热温度为150～230℃，邵氏硬度为ha82～ha90。45.耐热橡胶层2以丁腈橡胶为主体材料，还包括硫化剂和强化剂，硫化剂由硫化促进剂(tmtd)、二硫代二吗啉(dtdm)、过氧化物、次磺酰胺类促进剂复配而成。46.强化剂为轻质喷雾炭黑。47.耐热橡胶层2中丁腈橡胶、硫化促进剂(tmtd)、二硫代二吗啉(dtdm)、过氧化物、次磺酰胺类促进剂、强化剂的重量比为(80～100)：(1.5～2.5)：(0.3～0.5)：(0.8～1.2)：(0.3～0.5)：(30～50)。48.本实施例中耐热橡胶层2中丁腈橡胶、硫化促进剂(tmtd)、二硫代二吗啉(dtdm)、过氧化物、次磺酰胺类促进剂、强化剂的重量比为90：2：0.5：1：0.4：40。49.本实施例中，耐热橡胶层2的制备工艺如下：50.丁腈橡胶与硫化剂和强化剂以上述配比进行混合，并在200℃下混20min即可。51.现有的橡胶层在使用温度超过一定范围时，会引起橡胶产生热裂解，将造成产品性能的急剧下降。本技术中耐热橡胶层采用的是一种能够在热氧环境下长时间使用的硫化橡胶，其以丁腈橡胶作主体材料，以轻质喷雾炭黑作补强剂，具有良好的物理机械性能和较长的使用寿命，另外，还对橡胶的硫化促进剂成分做了优化设计，以增加橡胶层的热熔、降低热传导率，提高其耐热性和耐热寿命，具体原理如下：52.丁腈橡胶的分子结构为丁二烯-丙烯腈的共聚物，首先通过分析可知，橡胶的热老化反应，其本质是键的断裂、交联点的减少等。本技术的申请人经研究和对组分的优化设计发现，通过共聚的方式向分子链中导入抗氧、耐热基团，能够达到提升结合强度、提高抗氧化性和耐热性的效果。由于单硫键的离解能为35千卡/摩尔，-c-c-键的离解能为63千卡/摩尔，离解能较高，因此，本发明专利中，设计低硫高促进剂的硫化系统和工艺，以获得单硫交联键和-c-c-交联键，从而提升耐热性能。53.硫化成分、配比和工艺如下：54.硫化剂为硫化促进剂(tmtd)、二硫代二吗啉(dtdm)、过氧化物、磺酰胺类促进剂，其比例优选为2:0.5:1:0.4，将其与丁腈橡胶和强化剂以一定的配比进行混合，并在150～200℃下混炼10～30min即可。55.由以上可知，本发明中耐热性提升采用官能性单体并用的方法，避免了单用单体而存在交联密度低、硫化复原程度低等问题。同时严格控制了各组分的含量，因为若各项加入量过少，则由于交联密度降低，耐热性也会下降，达不到提升丁腈橡胶耐热性的需求；若各项加入量过多，则残存的过氧化物会发生自由基分解，促进老化。56.经过本发明中耐热性提升工艺后，包胶套筒的耐热橡胶层的力学性能如下：57.耐热温度为150～230℃，邵氏硬度为ha82～ha90，在150℃温度下大于4天的耐热试验后，硬度以及伸长率变化大不大。58.由此可见，包胶套筒的耐热橡胶层，经过硫化及强化处理后，获得特殊的交联形态和结构，增大了热熔，降低了热传导率，耐热性得到极大提升，变形较小，在150～200℃范围内热老化后变化也较小，因此，有效降低铝板从气垫炉卷取到精整过程的降温速度，从而保证产品内圈不变形。59.上述耐热包胶套筒的制备工艺，包括如下步骤：60.s1、由35crmo材质经离心铸造形成钢套筒体；61.s2、对钢套筒体外侧进行打磨加工，具有一定的表面粗糙度；62.s3、然后在钢套筒体表面上进行耐热橡胶包胶处理，形成耐热橡胶层。63.本实施例中制得的内层钢套筒体的屈服强度为780mpa,抗拉强度为900mpa,延伸率为8.5％，硬度hb 293；表面粗糙度：12.5；64.外层耐热橡胶层的厚度为13.5mm，其力学性能如下：65.硬度ha经测试为86；66.在150℃环境中放置7天后，硬度ha经测试为84，伸长率保持率为98％。67.应用实例68.选用两卷相同的厚度为2.0mm的铝卷，分别采用本实施例中制得的耐热包胶套筒，常规的钢套筒放置于气垫炉热处理后的出口处，对经过热处理后的铝板进行卷取，试验效果如下：69.1.从打底铝卷带头处对比，钢圈套筒上卷取的铝板的内3圈有明显台阶痕迹，本实施例中耐热包胶套筒上卷取的铝板未见台阶印；70.2.精整开卷处对比，钢圈套筒上卷取的铝板内圈约270m处开始出现横折印，本实施例中耐热包胶套筒上在约150m开始出现横折印，横折印减少120m，成材率提升显著，本实施例中耐热包胶套筒上卷取的铝板进行精整开卷时的现场图见图2。71.综上，本发明中的包胶套筒由钢套筒体及包覆在其外侧的耐热橡胶层组成，该耐热橡胶层质地相对柔软，可以明显改善铝板内圈压痕、划伤、横向压痕等缺陷；耐热橡胶层经过硫化及强化处理后，获得特殊的交联形态和结构，增大了热熔，降低了热传导率，耐热性得到极大提升，热变形较小，在150～200℃范围内热老化后变化也较小，有效降低铝板从气垫炉卷取到精整的降温速度，从而保证产品内圈不变形，无内凸、压痕等缺陷；通过降低了铝板从气垫炉卷取到精整的降温速度，降低了内圈由于急剧收缩造成的压应力，加上接触面橡胶层的缓冲作用，对汽车铝板内圈横向压痕缺陷有明显改善作用。72.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。









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