一种具有复合材料包胶层的包胶辊及其制备方法

专利名称：一种具有复合材料包胶层的包胶辊及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有复合材料包胶层的包胶辊及其制备方法。
背景技术：
包胶辊广泛应用于冶金、矿山、电力、化工、印刷、纺织、印染等行业，分为输送辊、 张力辊、转向辊、挤干辊、支撑辊等。包胶辊也称为橡胶包覆辊轴，用金属材料制作圆柱形的 回转体，然后在圆柱形回转体的表面包覆一层橡胶材料。目前使用的圆柱形回转体多采用 无缝钢管制造，部分小型的包胶辊的回转体也采用实心轴结构。包胶层采用耐磨橡胶制作， 包胶层结构可分为双层或单层，一般双层包胶内层较硬，硬度在100邵尔A左右，外层较软， 硬度在85邵尔A左右，内层一般为5mnT6mm，外层不超过20mm。单层包胶一般不超过25mm 厚，硬度在85 95邵尔A左右。江苏冶金杂志，2001年第六期论文“冷轧带钢机组中橡胶包 覆辊轴的应用”介绍了包胶辊的结构及其应用，其中介绍的包胶辊的包胶是单一的橡胶材 料，不是采用的复合材料。这种包胶层具有橡胶的弹性形变大，弹性模量极小，泊松比大，形 变时体积几乎不变的优点，但其耐磨性能远不如耐磨合金等材料。理化检验-物理分册杂 志，2008年第44卷第10期论文“包胶辊开裂原因分析”的论文，介绍的包胶辊的包胶亦是 单一的橡胶材料，不是采用的复合材料。经文献检索，目前尚没有采用橡胶复合材料制造包 胶辊包胶层的报道。目前，耐磨合金在抗磨损方面应用十分广泛。常采用铸造或者堆焊技术用金属材 料制造各种轧辊、输送辊、支承辊等各种辊和耐磨衬板等。如专利号ZL92113960. 8的中国 发明专利“一种钢芯铸铁复合轧辊的制造方法”介绍了一种芯部为钢，表面为铸铁的一种轧 辊，利用了铸铁耐磨性能好的优点；公开号为CN1099075A的中国发明专利公开了采用铸造 方法生产高强度高铬铸铁衬板的方法。堆焊技术则是将耐磨材料熔敷到低碳钢等基板上制 成复合耐磨钢板，如1996年《焊接技术》杂志刊登的论文“加粉堆焊工艺及耐磨堆焊复合 钢板的应用”，介绍了复合耐磨钢板的一种制备技术。一般认为，材料的耐磨性随着其硬度 的增大而提高，但增大硬度往往使金属的韧性、塑性显著下降，难以用于承受冲击载荷的工 况。一般耐磨橡胶的硬度远低于耐磨合金，但耐磨橡胶具有良好的韧性和塑性，使其 具有优异的耐冲击性能。耐磨合金具有较高的硬度，表现出良好的耐磨性能，如高铬铸铁合 金是抗磨料磨损性能优异的材料，但其抗冲击性能较差。如果把耐磨橡胶和耐磨合金两者 结合起来制成复合材料作为包胶辊的包胶层，可以充分发挥两者各自的优点，达到既耐磨， 又抗冲击的目的，从而大幅度延长包胶层的使用寿命。

发明内容
基于橡胶材料韧性、塑性好，比重小，变形能力强，能够吸收大冲击动量的优点，以 及耐磨合金硬度高，抗磨性能好，制造容易的特点。本发明提供了一种具有复合材料包胶 层的包胶辊及其制备方法，该包胶辊的包胶层采用了橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合橡胶材料，充分利用两种材料各自的优点，既具有高抗磨、抗强冲击，又能通过变形吸收大冲击动 量的优点。本发明采用如下技术方案
一种具有复合材料包胶层的包胶辊，它包括用金属材料制作的圆柱形的回转体，在回 转体上包覆着橡胶复合材料层，橡胶复合材料层为由橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合材料制 成，橡胶复合材料层与回转体采用粘接剂连接，或者将橡胶复合材料层直接硫化到回转体 上。所述圆柱形回转体的直径、长度根据需要任意确定，圆柱体采用空芯结构或者采 用实芯结构。回转体由金属材料制成，优选钢铁材料。为了提高回转体与橡胶复合材料的结 合强度，对回转体的表面可以进行如下处理保持回转体原表面形状，或者在回转体的表面 预制上若干凹槽，或者预制上若干凹坑。以上所述凹槽的深度为0. 5mnT5. 0mm,宽度不超过 5mm，相邻两凹槽的距离不超过10mm，凹槽横截面的形状为长方形、梯形、三角形、半圆形之 一，凹槽与回转体横截面的夹角为0° ^30°，或者凹槽与回转体轴线的夹角为0° ^30°。 以上所述凹坑的深度为0. 5mnT3. 0mm,体积不超过100立方毫米，凹坑横截面的形状为长方 形、梯形、三角形、半圆形之一，其在回转体表面任意分布。所述橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合材料包括橡胶基板，所述的橡胶基板上设有若 干个盲孔，在盲孔内镶嵌有与盲孔尺寸相匹配的耐磨合金块，橡胶基板与耐磨合金块采用 紧配合或者粘接连接。橡胶基板的厚度为5mnT25mm，盲孔深度小于橡胶基板厚度，盲孔的横 截面为圆形或多边形或其他规则形状，横截面面积不小于4平方毫米，相邻盲孔边缘之间 的最小距离不小于3. 0mm。橡胶基板选用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡 胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶中的一种或多种。所述橡胶基板优选丁苯橡胶或顺丁 橡胶或丁腈橡胶。橡胶基板的长度和宽度根据回转体的表面尺寸确定。所述耐磨合金块的化学成分(质量百分比)为
1)高铬合金铸铁:C为2. 09Γ5. 5%、Mn不超过3. 5%、Si不超过3. 5%、Cr为12. 0% 35. 0%、V不超过8. 5%, Ni不超过8. 0%、Mo不超过6. 5%、W不超过18. 0%、B不超过4. 0%、余 量为Fe ；
或2)高铬钢=C为0. 1% 0· 70%、Si不超过1. 5%,Cr为8. 0% 18. 0%、Ni不超过6. 0%、 Mo不超过3. 0%、W不超过2. 5%、Nb不超过0. 6%、B不超过1. 5%、余量为Fe ；
或3)马氏体合金铸铁C为2. 19Γ5. 0%、Cr不超过6. 5%、Mo不超过5. 5%、W不超过 15. 0%、余量为Fe ；
或 4)高速钢C 为 0. 6% 1. 5%、Cr 为 3. 6% 5. 6%、V 为 0. 9% 1. 6%、W 为 15. 0% 20. 0%、余量为Fe ；
或5) Cr-W-Mo热稳定钢C为0. 1°/Γθ. 6%、Mn不超过2. 5%、Si不超过1. 2%、Cr不超过 6. 0%、Mo 为 0. 2% 2. 8%、V 不超过 1. 0%、W 为 0. 25% 11· 0%、余量为 Fe ；
或 6)普通低、中合金钢C 为 0. 3°/Γ . 2%、Μη 为 0. 3°/Γ5. 0%、Si 为 0. 1°/Γ . 2%、Cr 不超过 5. 0%、Mo不超过3. 0%、余量为Fe。上述1) 6)所列的六种耐磨合金块的成分除了以上要求的合金元素之外，允许 含有一定量的作为杂质存在的其他合金元素，其含量以不影响耐磨合金块的性能为原则。 耐磨合金块为旋转体或者多面体或者旋转体与多面体的组合体，旋转体包括圆台、圆柱、球体、半球体以及上述旋转体的组合体，多面体包括棱台、棱柱。回转体优选圆台 或圆柱。耐磨合金块的高度为2mnT20mm，与盲孔深度匹配，耐磨合金块的体积不小于8立方 毫米。为了提高耐磨合金块与橡胶的结合强度，对与橡胶接触的耐磨合金块的整个表面可 以进行如下处理保持原几何体的表面形状，或者在耐磨合金块表面上预制上若干凹槽，或 者预制上若干凹坑。以上所述凹槽的深度为0. 5mnT3. 0mm,宽度不超过5mm，相邻两凹槽的 距离不超过10mm，凹槽横截面的形状为长方形、梯形、三角形、半圆形之一，凹槽与合金块横 截面的夹角为0° ^30°。以上所述凹坑的深度为0.5mnT3. 0mm，体积不超过100立方毫米， 凹坑横截面的形状为长方形、梯形、三角形、半圆形之一，其在耐磨合金块表面任意分布。一种具有复合材料包胶层的包胶辊的制备方法，它的步骤为
(1)制备回转体、耐磨合金块，根据回转体的尺寸要求，采用现有的机械加工方法加工 回转体。并根据需要采用现有技术，在回转体表面预制上若干凹槽，或者预制上若干凹坑； 根据耐磨合金块的成分和尺寸要求，采用已有的铸造技术、或者粉末冶金技术、或者堆焊技 术、或者冷拔轧制技术制备出耐磨合金块坯料，再用机械加工方法加工到要求尺寸，并根 据需要可在耐磨合金块的表面加工出凹槽或者凹坑；
(2)除杂，按照现有的喷砂工艺或者酸洗工艺或者机械加工方法，除去回转 体表面的 杂质、污物，然后用化学清洗剂清洗表面，化学清洗剂优选汽油，清洗清洁后自然晾干1(Γ30 分钟，或用风机吹干；对于制备的耐磨合金块，在它们所有与橡胶接触的表面，按照现有的 喷砂工艺或者酸洗工艺或者机械加工方法进行处理，除去表面的杂质、污物，然后用化学清 洗剂清洗表面，化学清洗剂优选汽油，清洗清洁后自然晾干1(Γ30分钟，或用风机吹干；
(3)对步骤(2)制备的回转体和耐磨合金块表面，根据需要均勻涂上粘接剂，或者不涂 粘接剂直接使用；
回转体表面粘接剂选用环氧树脂胶、聚氨酯胶、酚醛树脂胶、丙烯酸酯胶、无机胶或 聚异氰酸酯胶，涂粘接剂时，涂两遍，每遍涂后在室温下凉置1(Γ40分钟，粘接剂涂层总厚 度为0. OlmnTO. 5mm ；耐磨合金块表面选用树脂型粘接剂，或者橡胶型粘接剂，或者由树脂 型粘接剂、橡胶型粘接剂配成的复合型粘接剂，优先选用的热硫化粘接剂为聚异氰酸酯 胶，涂热硫化粘接剂时，涂两遍，每遍涂后在室温下凉置2(Γ40分钟，粘接剂涂层总厚度为 ImnTlOOmm ；
(4)选择生产橡胶的原料，按照现有的橡胶生产工艺进行塑炼、混炼、压延后获得半成 品原料，即胶料，将步骤(3)得到的耐磨合金块放置到胶料中，然后采用现有的室温硫化工 艺或者热硫化工艺进行硫化制得橡胶复合材料；或者将步骤(3)得到的磨合金块和胶料放 置到回转体的表面，然后采用现有的室温硫化工艺或者热硫化工艺进行硫化制得包胶辊；
(5)将步骤(4)制备的橡胶复合材料粘接到步骤(3)得到的涂过粘接剂的回转体表面， 制得包胶辊；
(6)将步骤(4)或者步骤(5)制备的包胶辊，进行表面清理即获得包胶辊产品。步骤(4)所述硫化采用现有的室温硫化工艺或者热硫化工艺进行硫化，优选热硫 化法。热硫化工艺在压力机上完成，使用模具定型，模具有上模具和下模具。先把半成品胶 料放入下模具中，然后将步骤(3)得到的耐磨合金块 ，放置到胶料上表面的预定位置，盖上 上模具。把模具推入压力机的平板间，上、下两平板压紧进行硫化，获得镶嵌有耐磨合金块 的橡胶板。或者，先把步骤(2)涂有粘接剂的回转体放置到下模具中，再把半成品胶料放入下模具中，然后将步骤(3)得到的耐磨合金块放置到胶料表面的预定位置，盖上上模具。把模具推入压力机的上下压板间，上、下两压板压紧进行硫化，直接制成包胶辊。本发明提供了一种具有复合材料包胶层的包胶辊及其制备方法，该包胶辊的包胶 层采用了橡胶中镶嵌合金块的复合橡胶材料，其应用和实施具有如下明显效果
(1)橡胶中镶嵌耐磨合金块的包胶辊包胶层，既有橡胶材料韧塑性好，抗冲击的优点， 又有耐磨合金硬度高，耐磨性能优良的长处。可用于承受较大冲击载荷的工况，克服了高耐 磨性合金材料不耐冲击的弊端；
(2)采用特殊结构设计的耐磨合金块，在硫化中实现合金块与橡胶的粘接，两者的结合 强度高，使用时不容易脱落；
(3)本发明将镶嵌耐磨合金块的橡胶板用于包胶辊包胶层，可以采用粘接剂粘接到包 胶辊的回转体上，适于现场快速修复磨损失效的包胶辊；
(4)本发明包胶辊的包胶层镶嵌有耐磨合金块，具有良好的抗磨料磨损能力，特别适合 强颗粒磨损工况下物料的输送。


图1为包胶层橡胶中镶嵌圆台状耐磨合金块的包胶辊表面，其中圆台状合金块轴 线垂直于回转体轴线。图2为包胶层橡胶中镶嵌圆台状耐磨合金块的包胶辊局部剖视图，其中圆台状合 金块轴线垂直于回转体轴线。图3为包胶层橡胶中镶嵌圆柱状耐磨合金块的包胶辊局部剖视图，其中圆柱状合 金块轴线平行于回转体轴线。图4为包胶层橡胶中镶嵌圆柱状耐磨合金块的包胶辊局部剖视图，其中圆柱状合 金块轴线平行于回转体轴线。其中1耐磨合金块，2橡胶基板，3包胶辊轴，4回转体(其中图1、图2为实芯回转 体，图3、图4为空芯回转体)，5回转体端面，7空芯回转体包胶辊轴的轮辐。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。图1、图2中，一种具有复合材料包胶层的包胶辊，它包括用金属材料制作的圆柱 形的回转体4，在回转体4上包覆着橡胶复合材料层，橡胶复合材料层为由橡胶中镶嵌耐磨 合金块的复合材料制成，橡胶复合材料层与回转体采用粘接剂连接，或者将橡胶复合材料 层直接硫化到回转体上。所述回转体4的直径、长度根据需要任意确定，圆柱体采用空芯结构或者采用实 芯结构。回转体4由金属材料制成，优选钢铁材料。为了提高回转体与橡胶复合材料的结 合强度，对回转体的表面可以进行如下处理保持回转体原表面形状，或者在回转体的表面 预制上若干凹槽，或者预制上若干凹坑。以上所述凹槽的深度为0. 5mnT5. 0mm,宽度不超过 5mm，相邻两凹槽的距离不超过10mm，凹槽横截面的形状为长方形、梯形、三角形、半圆形之 一，凹槽与圆柱形回转体横截面的夹角为0° ^30°，或者凹槽与圆柱形回转体轴线的夹角 为0° ^30°。以上所述凹坑的深度为0. 5mnT3. 0mm,体积不超过100立方毫米，凹坑横截面的形状为长方形、梯形、三角形、半圆形之一，其在圆柱形回转体表面任意分布。橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合材料包括橡胶基板2，橡胶基板2上开设有若干个 盲孔，在盲孔内镶嵌有与盲孔横截面尺寸相匹配的耐磨合金块1，橡胶基板2与耐磨合金块 1采用紧配合或者粘接连接，耐磨合金块1横截面面积最大的部位位于橡胶基板内部，或者 在与橡胶接触的耐磨合金块的侧面预制上凹槽或者凹坑，在硫化阶段，这些凹槽或凹坑就 会被嵌入橡胶，从结构上防止耐磨合金块脱落。橡胶基板2的厚度在5mnT25mm，盲孔深度 小于橡胶基板2的厚度。橡胶基板2选用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡 胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶中的一种，或者选用将上述橡胶的两种或两种以上混 炼后的橡胶。橡胶基板2优选丁苯橡胶或顺丁橡胶或丁腈橡胶。橡胶基板的长度和宽度根 据回转体的表面积确定。盲孔的横截面为圆形或多边形或其他规则形状，横截面面积不小 于4平方毫米，相邻盲孔边缘之间的最小距离不小于3. Omm0耐磨合金块的材质选用上述的 高铬合金铸铁，高铬钢，马氏体合金铸铁，高速钢，Cr-W-Mo热稳定钢，普通低、中合金钢中的 一种。耐磨合金块为旋转体或者多面体，耐磨合金块的高度为2mnT20mm，耐磨合金块高度与 盲孔深度匹配，耐磨合金块的体积不小于8立方毫米。 实施例1
(1)制备回转体，回转体的直径为100mm，长度为2m，为实芯结构，材料选用Q345钢，采 用现有的车削加工方法加工回转体。在回转体的侧面采用现有车削技术加工出凹槽，凹槽 的深度为1. Omm,宽度为4mm，相邻两凹槽距离为8mm，凹槽横截面的形状为长方形，凹槽与 回转体横截面的夹角为0°，除去回转体表面的杂质、污物，然后用汽油清洗表面，清洗清洁 后自然晾干10分钟；
(2)对步骤(1)制备的回转体表面，均勻涂上聚异氰酸酯胶粘接剂，涂两遍，每遍涂后在 室温下凉置25分钟，粘接剂涂层总厚度为50mm ；
(3)制备耐磨合金块采用已有精密铸造技术制备耐磨合金块，耐磨合金块1的几何体 为正圆台，正圆台的下底面直径为10mm，上底面直径为7mm，高度为10mm。耐磨合金块1的 材质为高铬合金铸铁，其化学成分(质量百分比)为3. 8%C、0. 5%Mn、l. 2%Si、22. 0%Cr、l. 8%V、 余量为Fe ；
对制备的耐磨合金块表面按照现有的喷砂工艺进行处理，除去耐磨合金块表面的杂 质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块表面，清洗清洁后自然晾干20分钟；
在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每遍涂 后在室温下凉置30分钟，粘接剂涂层厚度30mm ；
(4)选择丁苯橡胶为基板，基板的厚度为20mm，按照现有的橡胶生产工艺选择生产丁苯 橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料。先把步骤(2)涂有粘接剂的 回转体放置到下模具中，再根据橡胶基板的厚度把半成品胶料放入下模具中，然后将步骤 (3)得到的耐磨合金块，放置到胶料表面，圆台状合金块轴线与回转体的径向一致，其上底 面朝外，耐磨合金块到回转体端面5的最小距离均为10mm，在回转体轴线方向放置99排耐 磨合金块，在圆周方向放置14排耐磨合金块，共放置99 X 14块耐磨合金块，上述两个方向 的耐磨合金块均勻排布，盖上上模具。把模具推入压力机的上下压板间，上、下两压板压紧 进行热硫化，耐磨合金块嵌入作为包胶层的橡胶基板内，直接制成包胶辊。(5)将步骤(4)制备的包胶辊，进行表面清理即获得包胶辊产品。
实施例2 (1)制备回转体，回转体采用直径为200mm、长度为lm、壁厚为20mm的钢管，材料选用 Q235钢，按照现有的喷砂工艺，除去回转体表面的杂质、污物，然后用汽油清洗，清洗清洁后 用风机吹干；
(2)对步骤(1)制备的回转体表面，均勻涂上环氧树脂胶粘接剂，涂两遍，每遍涂后在室 温下凉置20分钟，粘接剂涂层总厚度为30mm ；
(3)制备耐磨合金块
采用已有冷拔技术制备耐磨合金块坯料，坯料为线材，直径为10mm，矫直后切断为长度 140mm的圆柱体。耐磨合金块1的材质为普通低、中合金钢，其化学成分(质量百分比)为 0. 35%C、0. 8%Mn、0. 4%Si、0. 3%Cr、0. 2%Mo、余量为 Fe ；
对制备的耐磨合金块，按照现有的喷砂工艺进行处理，除去耐磨合金块1表面的杂质、 污物，然后用丙酮清洗耐磨合金块表面，清洗后用风机吹干；
在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上酚醛_环氧胶粘接剂XY502，该粘接剂属于树 脂型粘接剂；涂两遍，每遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层总厚度为IOmm ；
(4)选择顺丁橡胶为基板，基板的厚度为25mm，按照现有的橡胶生产工艺选择生产顺丁 橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料。先把步骤(2)涂有粘接剂的 回转体放置到下模具中，再根据橡胶基板的厚度把半成品胶料放入下模具中，然后将步骤 (3)得到的耐磨合金块，放置到胶料表面，圆柱状合金块轴线与回转体的轴线平行，耐磨合 金块到回转体端面5的最小距离均为20mm，在回转体轴线方向放置6排耐磨合金块，在圆周 方向放置15排耐磨合金块，共放置6 X 15块耐磨合金块，上述两个方向的耐磨合金块均勻 排布，盖上上模具。把模具推入压力机的上下压板间，上、下两压板压紧进行热硫化，耐磨合 金块嵌入作为包胶层的橡胶基板内，直接制成包胶辊。(5)将步骤(4)制备的包胶辊，进行表面清理即获得包胶辊产品。实施例3
(1)制备回转体，回转体采用直径为400mm、长度为1500mm、壁厚为25mm的钢管，材料选 用Q195钢，按照现有的喷砂工艺，除去回转体表面的杂质、污物，然后用汽油清洗，清洗清 洁后用风机吹干；
(2)制备耐磨合金块
采用已有粉末冶金技术制备耐磨合金块，耐磨合金块1的几何体为正四棱台，正四棱 台的下底面为边长为12mm的正方形，上底面为边长8mm的正方形，高度为6mm。耐磨合金块 1的材质为高速钢，其化学成分(质量百分比)为0. 9%C、4. l%Cr、l. 2%V、18. 0%W、余量为Fe ；
对制备的耐磨合金块表面，按照现有的喷砂工艺进行处理，除去耐磨合金块表面的杂 质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块表面，清洗清洁后自然晾干30分钟；
在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上酚醛_环氧胶粘接剂XY502，该粘接剂属于树 脂型粘接剂；涂两遍，每遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层总厚度为IOmm ；
(3)选择丁基橡胶为基板，基板的厚度为22mm、长度为1500mm，宽度为1325mm。按照现 有的橡胶生产工艺选择生产丁基橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即 胶料。先把半成品胶料放入下模具中，然后将步骤(2)得到的耐磨合金块，放置到胶料上表 面，正四棱台状合金块轴线与胶料上表面垂直，上底面朝上，上底面正方形的两边分别平行于基板的边缘，耐磨合金块到橡胶基板边缘的最小距离均为30mm，在长度1500mm方向放置84块耐磨合金块，在宽度1325mm方向放置74排耐磨合金块，共放置84 X 74块耐磨合金块， 上述两个方向的耐磨合金块均勻排布，盖上上模具。把模具推入压力机的平板间，上、下两 平板压紧进行硫化，获得镶嵌有耐磨合金块的橡胶板。(5)对步骤(1)制备的回转体表面，均勻涂上环氧树脂胶粘接剂，粘接剂涂层总厚度为0.2mmο(6)将步骤(4)制备的镶嵌有耐磨合金块的橡胶板粘接到步骤(5)制备的回转体表面，并进行表面清理，制得包胶辊产品。实施例4:
(1)制备回转体，回转体采用直径为400mm、长度为1500mm、壁厚为25mm的钢管，材料选 用Q195钢，按照现有的喷砂工艺，除去回转体表面的杂质、污物，然后用汽油清洗，清洗清 洁后用风机吹干；
(2)制备耐磨合金块
采用已有精密铸造技术制备耐磨合金块，耐磨合金块1的几何体为正圆台，正圆台的 下底面直径为12mm，上底面直径为9mm，高度为10mm。在正圆台的侧面采用现有的精密铸 造模具铸造出凹槽，凹槽的深度为1. Omm,宽度为4. Omm,相邻两凹槽距离为8. Omm,凹槽横 截面的形状为长方形，凹槽与圆台上表面的夹角为0°，凹槽在圆台的侧面均勻分布。耐磨 合金块1的材质为马氏体合金铸铁，其化学成分(质量百分比)为，3. 5%C、5. 5%Cr、2. 8%Mo、 2. 2%W、余量为Fe ；
对制备的耐磨合金块表面按照现有的喷砂工艺进行处理，除去耐磨合金块表面的杂 质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块表面，清洗清洁后自然晾干20分钟；
在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每遍涂 后在室温下凉置30分钟，粘接剂涂层厚度30mm ；
(3)选择丁腈橡胶为基板，基板的厚度为25mm、长度为1500mm，宽度为1325mm。按照现有 的橡胶生产工艺选择生产丁腈橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料。 先把半成品胶料放入下模具中，然后将步骤(2)得到的耐磨合金块，放置到胶料上表面，正圆 台状合金块轴线与胶料上表面垂直，上底面朝上，耐磨合金块到橡胶基板边缘的最小距离均 为30mm，在长度1500mm方向放置84排耐磨合金块，在宽度1325mm方向放置74排耐磨合金 块，共放置84X 74块耐磨合金块，上述两个方向的耐磨合金块均勻排布，盖上上模具。把模具 推入压力机的平板间，上、下两平板压紧进行硫化，获得镶嵌有耐磨合金块的橡胶板。(5)对步骤(1)制备的回转体表面，均勻涂上环氧树脂胶粘接剂，粘接剂涂层总厚 度为 0. 25mm。(6)将步骤(4)制备的镶嵌有耐磨合金块的橡胶板粘接到步骤(5)制备的回转体 表面，并进行表面清理，制得包胶辊产品。实施例5
(1)制备回转体，回转体采用直径为600mm、长度为3000mm、壁厚为25mm的钢管，材料选 用Q195钢，按照现有的喷砂工艺，除去回转体表面的杂质、污物，然后用汽油清洗，清洗清 洁后用风机吹干；
(2)制备耐磨合金块采用已有堆焊技术制备耐磨合金块。选用厚度为8mm的Q345钢板，选择市售的焊条， 焊条熔敷金属的化学成分(质量百分比)为，C为0. 45%,Mn为1. 5%、Si为0. 5%、Cr为3. 1%、 Mo为1. 8%、V为0. 5%、W为6. 0%、余量为Fe，熔敷金属属于Cr-W-Mo热稳定钢。用以上焊条， 在8mm厚、长宽分别为2m和Im的Q345钢板上，采用现有的工艺堆焊4mm的耐磨合金层，获 得总厚度为12mm复合钢板。用现有的等离子切割工艺，在复合钢板上切割出圆柱体，圆柱 体的直径24mm，高度为12mm，圆柱体的轴线垂直于复合钢板表面。对制备的耐磨合金块，用车床采用现有的车削工艺车削圆柱状耐磨合金块的侧 面，加工成直径20mm，高度12mm的圆柱体，并在侧面车削出一个M20的螺旋线糟。车削加工 除去耐磨合金块表面的杂质、污物，然后用汽油清洗耐磨合金块表面，清洗清洁后自然晾干 10分钟。在上述制备的耐磨合金块表面均勻涂上聚异氰酸酯胶热硫化粘接剂，涂两遍，每 遍涂后在室温下凉置20分钟，粘接剂涂层总厚度为50mm ；
(3)选择丁腈橡胶为基板，基板的厚度为25mm、长度为3000mm，宽度为1963mm。按照现有 的橡胶生产工艺选择生产丁腈橡胶的原料，进行塑炼、混炼、压延后获得半成品原料，即胶料。 先把半成品胶料放入下模具中，然后将步骤(2)得到的耐磨合金块，放置到胶料上表面，圆柱 状合金块轴线与胶料上表面垂直，堆焊面朝上，耐磨合金块到橡胶基板边缘的最小距离均为 50mm，在长度3000mm方向放置111排耐磨合金块，在宽度1963mm方向放置71排耐磨合金块， 共放置111X71块耐磨合金块，上述两个方向的耐磨合金块均勻排布，盖上上模具。把模具推 入压力机的平板间，上、下两平板压紧进行硫化，获得镶嵌有耐磨合金块的橡胶板。(5)对步骤(1)制备的回转体表面，均勻涂上环氧树脂胶粘接剂，粘接剂涂层总厚 度为 0. 25mm。(6)将步骤(4)制备的镶嵌有耐磨合金块的橡胶板粘接到步骤(5)制备的回转体 表面，并进行表面清理，制得包胶辊产品。实施例6
采用现有技术制备耐磨合金块1，耐磨合金块1的材质为高铬钢，其化学成分(质量百分 比)为0. 4%C、0. 7%Si、16. 0%Cr、0. 7%Ni、l. 2%Mo、余量为Fe。耐磨合金块1的几何体为正圆台， 正圆台的下底面直径为12mm，上底面直径为9mm，高度为10mm。耐磨合金块采用现有技术在 其侧面预制上最大深度为1. 5mm的凹坑，凹坑横截面形状为半圆形，半圆的直径为3. Omm,相 邻半圆圆心之间的最小距离和最大距离分别为6. OmmUO. 0mm，在正圆台的侧面任意分布。其余与实施例4相同，不再赘述。实施例7:
采用现有的机械加工方法加工回转体，回转体的直径为100mm，长度为2000mm，为实芯结构，材料选用Q345钢。在回转体的侧面采用现有机械加工方法加工出凹坑，凹坑最大深 度为2. 0mm，凹坑横截面形状为半圆形，半圆的直径为4. 0mm，相邻半圆圆心之间的最小距 离和最大距离分别为7. OmmUl. Omm,凹坑在回转体侧面任意分布。其余与实施例1相同，不再赘述。
权利要求
一种具有复合材料包胶层的包胶辊，其特征是，它包括用金属材料制作的圆柱形的回转体，在回转体上包覆着橡胶复合材料层，橡胶复合材料层为由橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合材料制成。
2.按照权利要求1所述的具有复合材料包胶层的包胶辊，其特征是，所述的回转体的 表面预制有若干凹槽，或者预制有若干凹坑。
3.按照权利要求2所述的具有复合材料包胶层的包胶辊，其特征是，所述凹槽的深度 为0. 5mm 5. Omm,宽度不超过5mm，相邻两凹槽的距离不超过10mm，凹槽横截面的形状为长 方形、梯形、三角形、半圆形之一，凹槽与回转体横截面的夹角为0° 30°，或者凹槽与回 转体轴线的夹角为0° 30° ；所述凹坑的深度为0.5mm 3. 0mm，体积不超过100立方毫 米，凹坑横截面的形状为长方形、梯形、三角形、半圆形之一，其在回转体表面任意分布。
4.按照权利要求1所述的具有复合材料包胶层的包胶辊，其特征是，橡胶复合材料层 与回转体采用粘接剂连接，或者将橡胶复合材料层直接硫化到回转体上。
5.按照权利要求1所述的具有复合材料包胶层的包胶辊，其特征是，所述橡胶中镶嵌 耐磨合金块的复合材料，它包括橡胶基板，所述橡胶基板上设有若干个盲孔，在盲孔内镶嵌 有与盲孔尺寸相匹配的耐磨合金块，橡胶基板与耐磨合金块采用紧配合或者粘接连接。
6.按照权利要求5所述的具有复合材料包胶层的包胶辊，其特征是，所述的橡胶基板 选用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶 中的一种或多种。
7.按照权利要求5所述的具有复合材料包胶层的包胶辊，其特征是，所述耐磨合金块 的化学成分为1)高铬合金铸铁:C为2. 09Γ5. 5%、Mn不超过3. 5%、Si不超过3. 5%、Cr为12. 0% 35. 0%、V不超过8. 5%, Ni不超过8. 0%、Mo不超过6. 5%、W不超过18. 0%、B不超过4. 0%、余量为Fe ；或2)高铬钢=C为0. 1% 0· 70%、Si不超过1. 5%、Cr为8. 0% 18. 0%、Ni不超过6. 0%、 Mo不超过3. 0%、W不超过2. 5%、Nb不超过0. 6%、B不超过1. 5%、余量为Fe ；或3)马氏体合金铸铁C为2. 19Γ5. 0%、Cr不超过6. 5%、Mo不超过5. 5%、W不超过 15. 0%、余量为Fe ；或 4)高速钢C 为 0. 6% 1. 5%、Cr 为 3. 6% 5. 6%、V 为 0. 9% 1. 6%、W 为 15. 0% 20. 0%、余量为Fe ；或5) Cr-W-Mo热稳定钢C为0. 1°/Γθ. 6%、Mn不超过2. 5%、Si不超过1. 2%、Cr不超过 6. 0%、Mo 为 0. 2% 2. 8%、V 不超过 1. 0%、W 为 0. 25% 11· 0%、余量为 Fe ；或 6)普通低、中合金钢C 为 0. 3°/Γ . 2%、Μη 为 0. 3°/Γ5. 0%、Si 为 0. 1°/Γ . 2%、Cr 不超过 5. 0%、Mo不超过3. 0%、余量为Fe。
8.按照权利要求5所述的具有复合材料包胶层的包胶辊，其特征是，耐磨合金块为旋 转体或者多面体或者旋转体与多面体的组合体，旋转体包括圆台、圆柱、球体、半球体以及 上述旋转体的组合体，多面体包括棱台、棱柱。
9.具有复合材料包胶层的包胶辊的制备方法，其特征是，包括如下步骤(1)制备回转体、耐磨合金块，根据回转体的尺寸要求加工回转体，并根据需要在回转 体表面预制上若干凹槽，或者预制上若干凹坑；根据耐磨合金块的成分和尺寸要求制备耐磨合金块，并根据需要在耐磨合金块的表面预制上若干凹槽，或者预置上若干凹坑；(2)除杂，除去回转体、耐磨合金块表面的杂质、污物，晾干；(3)对步骤(2)制备的回转体和耐磨合金块表面，根据需要均勻涂上粘接剂，或者不涂 粘接剂直接备用；(4)选择生产橡胶的原料，按照现有的橡胶生产工艺进行塑炼、混炼、压延后获得半成 品原料，即胶料，将步骤(3)得到的耐磨合金块放置到胶料中，然后进行硫化制得橡胶复合 材料；或者将步骤(3)得到的耐磨合金块和胶料放置到回转体表面，然后进行硫化制得包 胶辊；(5)将步骤(4)制备的橡胶复合材料粘接到步骤(3)得到的涂过粘结剂的回转体表面， 制得包胶辊；(6)将步骤(4)或者步骤(5)制备的包胶辊，进行表面清理即获得包胶辊产品。
10.按照权利要求9所述的具有复合材料包胶层的包胶辊的制备方法，其特征是，步骤 (3)在耐磨合金块表面涂的粘接剂选用环氧树脂胶、聚氨酯胶、酚醛树脂胶、丙烯酸酯胶、无 机胶或聚异氰酸酯胶，涂粘接剂时，涂两遍，每遍涂后在室温下凉置10 40分钟，粘接剂 涂层总厚度为Imm 100mm;对制备的回转体，在其表面均勻涂覆树脂型粘接剂，或者橡胶 型粘接剂，或者由树脂型粘接剂、橡胶型粘接剂配成的复合型粘接剂，粘接剂涂层总厚度为 0. Olmm 0. 5mm0
全文摘要
本发明公开了一种具有复合材料包胶层的包胶辊，它包括用金属材料制作的圆柱形的回转体，在回转体上包覆着橡胶复合材料层，橡胶复合材料层为由橡胶中镶嵌耐磨合金块的复合材料制成。本发明既有橡胶材料韧塑性好，抗冲击的优点，又有耐磨合金硬度高，耐磨性能优良的长处。可用于承受较大冲击载荷的工况，克服了高耐磨性合金材料不耐冲击的弊端。
文档编号B32B3/30GK101811379SQ201010165
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者孙俊生, 孙逸群 申请人:山东大学