新型材料在離心機中的應用
行業(yè)動態(tài)
離心機基本上屬于后處理設(shè)備，同其它分離機械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相，而且具有連續(xù)運轉(zhuǎn)、操作安全可靠、減輕勞動強度和占地面積小等優(yōu)點，所以隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而得到廣泛應用。
離心機的主要部件一般是由普通碳鋼和不銹鋼等金屬材料制成的。但是隨著高分子材料、復合材料、納米技術(shù)以及粘結(jié)、鑲嵌、襯包、噴涂等新工藝的發(fā)展，在離心機上涌現(xiàn)出越來越多的用來代替金屬材料的新材料。本文將介紹其中四種性能優(yōu)良的新型材料，并在此基礎(chǔ)上預測離心機材料的發(fā)展趨勢。
1 四種新型材料的性能和在離心機上的應用
1.1 玻璃鋼
玻璃鋼是玻璃和樹脂組成的復合材料，雖然玻璃和樹脂的韌性和強度都不高，玻璃鋼卻有很高的強度和韌性，而且耐腐蝕性能好，重量很輕。所以玻璃鋼發(fā)展很迅速，已成為一種重要的工程結(jié)構(gòu)材料，使機器構(gòu)件不用金屬成為可能。
由于玻璃鋼有強度高、耐腐蝕的性能特點，可以考慮用玻璃鋼來制作離心機轉(zhuǎn)鼓。這時因為玻璃鋼的高強度，滿足了在高速旋轉(zhuǎn)情況下轉(zhuǎn)鼓對強度的要求；玻璃鋼的耐腐蝕性保證了一般情況下轉(zhuǎn)鼓直接與物料接觸也不會被腐蝕。用玻璃鋼制作離心機轉(zhuǎn)鼓不僅可行而且還具有許多金屬材料所不具備的優(yōu)點：由于玻璃鋼的密度約只為不銹鋼的1/4，同樣大小的玻璃鋼轉(zhuǎn)鼓的質(zhì)量遠遠小于不銹鋼轉(zhuǎn)鼓的質(zhì)量，而轉(zhuǎn)鼓自身的質(zhì)量所引起的應力約占總應力的一半左右，所以玻璃鋼轉(zhuǎn)鼓的總應力大大降低了。并且在總消耗功率中占相當大比重的離心機的啟動功率也與轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量（密度）成正比，降低了轉(zhuǎn)鼓的密度，就意味著降低了功率消耗，所以玻璃鋼轉(zhuǎn)鼓節(jié)省了能耗。
除此之外，因玻璃鋼滿足了離心機機殼對優(yōu)良的耐磨性（以承受強力沖刷）的需要，故它還可用來制作離心機的機殼。例如在三足式離心機中，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速可達750～2000r/min，拋出的液體對殼體內(nèi)壁有很強的沖刷力，如果接觸的介質(zhì)腐蝕性不很強，可選用通用不飽和聚酯做基體材料，增強材料外層采用表面氈，其余均采用中堿玻璃纖維布鋪覆和短切玻璃纖維紗噴射交替成型并在內(nèi)表層加入氧化鋁粉末以增加其耐磨性。將按此方法制成的玻璃鋼機殼用在三足離心機上，經(jīng)過一年多的試運轉(zhuǎn)，證明其綜合性能優(yōu)于不銹鋼機殼。
1.2 納米橡塑
雙級活塞推料離心機是連續(xù)進料、脈動卸料的過濾式離心機，在我國的化工、制糖、制鹽行業(yè)應用廣泛。但在制鹽工廠的實際應用中，卻發(fā)現(xiàn)不銹鋼出料斗常被鹽粒粘附堵塞，嚴重時會造成停機。這是因為不銹鋼屬于合金物質(zhì)，其合金的金屬分子（原子）極易與cl-相互吸引，使Nacl分子粘附在不銹鋼表面，造成堵塞。所以，用新材料來代替不銹鋼的要求日益迫切。
經(jīng)過試驗研究，用納米橡塑斗來取代不銹鋼出料斗，既能發(fā)揮橡膠的彈性又能克服橡膠不耐磨性。無毒的聚氨酯是高分子有機物，有小的分子間吸附力，從而減少cl-與出料斗壁的吸附力。當它含有NAT三號納米粒子時，耐磨性能成倍提高，并且耐酸、耐堿，自身有彈性。在實際運行中，與不銹鋼斗相比，橡塑斗幾乎沒有明顯的損壞，并且由于材料彈性，出料斗的筒體自動排除附著堆積的物料，解決了堵塞停機的問題。
1.3 工程塑料
工程塑料的發(fā)展歷史較短，但由于質(zhì)輕、節(jié)能、強度高、耐腐蝕等特性，幾十年來發(fā)展迅速。如今已經(jīng)出現(xiàn)比鋼材硬，強度超過鋼、鈦的塑料。在氟塑料品種中，產(chǎn)量較大，用途較廣的是聚四氟乙烯（PTFE）。PTFE具有較低的摩擦系數(shù)和特異的自潤滑性，有卓越的耐藥品性和耐溶劑性，酸、堿、溶劑對它均無侵蝕。
臥螺離心機的徑向滑動軸承是一種非自潤滑軸承，常用的軸承材質(zhì)是ZQSn10-1，一般在有潤滑條件下才能正常工作，否則就會發(fā)生軸瓦與軸頸的“干磨”現(xiàn)象，軸瓦與軸頸都會受到比較嚴重的損壞。而這是臥螺離心機在高負荷運行條件下，停機檢修的主要原因。
因此，為了保證在潤滑條件不良情況下離心機能正常的高負荷運轉(zhuǎn)，必須對滑動軸承的材質(zhì)進行改進。通過對多種材料的性能比較，結(jié)合常壓離心機的工作特點（徑向載荷較大），選擇了以聚四氟乙烯為主要成分的復合材料，又添加了一定量的碳纖維、青銅粉、二硫化鉬、玻纖，以增加其強度、硬度、自潤滑性、耐磨性能等。由于PTFE材料不僅自潤滑性能好，而且其減震性能也比較好，設(shè)備在運行時振動也相應降低，保護了軸頸，大大減低了備品配件的消耗。除此外，PTFE徑向滑動軸承的使用，延長了設(shè)備的運行周期，避免了因經(jīng)常性停機而造成的產(chǎn)量的降低。
聚四氟乙烯還可以用于臥螺離心機螺旋葉片的制造。螺旋葉片的耐磨性關(guān)系到螺旋輸送器的壽命。以聚四氟乙烯為基材，填充高分子粉或合金粉和氧化物等材料，采用粉末冶金燒結(jié)成型的螺旋葉片，其耐磨性很高，年磨損量只有0.002～0.004mm，超過了采用硬質(zhì)合金來硬化后的螺旋葉片的耐磨性。
1.4 硬質(zhì)合金
作為刀具材料使用的碳化物基金屬陶瓷常被稱為硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金的硬度很高，耐磨性很好，強度和韌性都較好，適于做切削刀具、表面耐磨材料以及某些高剛度結(jié)構(gòu)件。
硬質(zhì)合金的優(yōu)異性能，可以充分利用在螺旋卸料離心機上。螺旋輸送器是螺旋卸料離心機的主要部件，它的壽命取決于螺旋葉片的耐磨性。螺旋葉片磨損較嚴重的地方是它的頂部。它磨損后，通常使螺旋的輸渣能力降低，含渣量增大，所以要求葉片材料有高的硬度和耐磨性。常用的方法是在螺旋葉片表面堆焊硬質(zhì)合金或在葉片上噴涂硬質(zhì)合金或采用可更換的耐磨的硬質(zhì)合金葉片。
硬質(zhì)合金也適于做刮刀離心機的刮刀片。因為刮刀片工作時不僅受到劇烈的磨損和沖擊載荷，而且長期與有腐蝕性的介質(zhì)接觸，所以要求刮刀片應具有耐磨、機械強度高、耐腐蝕等性質(zhì)。目前國外使用的刮刀材料多為耐磨、耐腐蝕的高鎳鉻硬質(zhì)合金，如Elcomat K，其成分大約為Cr24%，Ni20%，Cu3.5%，Mo2.0%，Si1.25%，Mn6.3%，C≤0.13%，每把刮刀可連續(xù)使用刮削硫銨2000噸左右，磨損后經(jīng)修理刨平能修復使用4～5次。其效果比采用1Cr18Ni9為好。有的使用堆焊硬質(zhì)合金及鑲陶瓷片，使用壽命可以提高5～6倍。
2 離心機新材料的展望
由于納米材料的特殊結(jié)構(gòu)，從而具有傳統(tǒng)材料所不具備的物理、化學性能。納米材料作為添加劑加入傳統(tǒng)材料中用于改性，能提高原材料機械強度、防腐蝕性能、耐磨性等。在涂料中加入納米材料，如納米級TiO2、ZnO、CaCO3、SiO2及炭黑等作為顏填料或助劑，將很大程度地對材料增強增韌，提高涂層對腐蝕介質(zhì)的屏蔽作用。納米材料在結(jié)構(gòu)和性能等方面均顯現(xiàn)出誘人的特征，使之成為離心機材料領(lǐng)域研究的熱點。
復合材料可以由金屬、高聚物和陶瓷中任意兩者人工合成，也可以由兩種或更多種金屬、高聚物或陶瓷來制備。復合材料的優(yōu)越性是，它可以改善或克服組成材料的弱點，充分發(fā)揮它們的優(yōu)點。所以，將傳統(tǒng)材料復合，可以得到所需的離心機材料。
金屬鈦及鈦合金具有很高的機械性能，耐腐蝕性能和比重小等特點，同時資源豐富。所以，近年來，金屬鈦及鈦合金得到廣泛應用。國外出現(xiàn)了應用高強度、耐腐蝕的鈦板，在氣體保護下焊接而成的新型三足式離心機轉(zhuǎn)鼓。但是在我國，鈦及鈦合金的加工條件復雜，成本昂貴，在很大程度上限制了它們的應用。我國應加強和重視對鈦及鈦合金的開發(fā)與應用，在降低它們的成本的同時充分利用它們優(yōu)良的性能。
3 結(jié)論
玻璃鋼，納米橡塑，工程塑料和硬質(zhì)合金都是有優(yōu)良性能的新型離心機材料，用他們制造的離心機部件或者零件能提高離心機的使用性能，所以應該引起設(shè)計者的充分重視。隨著高聚物，復合物和納米技術(shù)的發(fā)展，離心機材料的發(fā)展趨勢是用納米材料對傳統(tǒng)材料進行改性，兩種或者三種材料的復合以及鈦和鈦合金的應用。
