《斜交轮胎制造技术》PPT课件.ppt

斜交轮胎生产流程 轮胎的生产工艺可分为配炼、压延挤出、成型、硫化四 大工艺。 （1）配炼：配炼包括生胶的烘胶、切胶等加工，配合剂的 粉碎、干燥、筛送、脱水、过滤等以及生胶和配合剂加工、 称量、塑炼、混炼等，主要是向下工序提供混炼胶。 （2）压延挤出：是通过压延机和挤出机的作用，将混炼胶制 成具有一定形状和尺寸的胶片、胶条、胎面胶或在纺织物上 挂胶制成胶帘布、胶帆布等，该工序主要是制造轮胎各种半 成品。 （3）成型：是将轮胎的各种半成品部件在成型机上贴合成半 成品胎坯的工艺，另外还包括成型前的准备工艺和成型后的 后处理工艺。 （4）硫化：硫化工艺是轮胎生产的最后一道工序，是在一定 温度和压力下，通过一定时间使橡胶结构发生变化（由线形 结构转变为网络结构），从而制得成品轮胎。 第一节 外胎半成品胎面的制 造 l 外胎半成品胎面采用挤出机压出的方法 制造。外胎胎面规格大而厚，宽度大，性能 要求高，同时要求胶料致密性好、无气泡、 规格和形状准确。挤出机压出方法不但能保 证半成品胎面的性能要求，而且可以制造由 多种不同胶料组合的复合胎面，压出操作简 便，更换胎面规格迅速，能组成机械化、自 动化生产线，提高生产效率及科学管理水平 。 1.1 橡胶挤出机 橡胶挤出机在橡胶工业中主要用于胶料压型、压片、包 胶、混炼胶的过滤和再生胶的脱硫等。 橡胶螺杆挤出机的分类与用途 种类类主要工艺艺用途种类类主要工艺艺用途 压压型挤挤出 机 各种断面形状半成品 的压压型挤挤出 造粒挤挤出机 胶料和生胶的造粒 滤滤胶挤挤出 机 除去混炼炼胶和生胶中 杂质杂质 压压片挤挤出 机 胶料的压压片 塑炼挤炼挤 出 机 生胶的连续连续 塑炼炼电缆挤电缆挤 出 机 电线电线 和电缆电缆 的包覆成 型 混炼挤炼挤 出 机 胶料的连续连续 混炼炼排气挤挤出机 排除胶料中的空气、 水分和低分子挥发挥发 物 一. 橡胶挤出机的基本结构 橡胶挤出机一般可分为五大部分：挤压系统、传 动系统、机头、加热冷却系统、电气控制系统。 橡胶挤出机的挤压部分结构由机身、螺杆、衬套 和喂料口组成。用于完成胶料的塑化、混炼以及使胶 料克服机头口型阻力而挤压成一定断面形状的半成品 。 机头是挤出机的成型部件，它的作用是使胶料由 螺旋运动变成直线运动，在一定压力下，胶料通过机 头流道，然后通过机头口型，将胶料挤压成各种形状 的半成品。根据挤出制品的不同，机头有多种结构和 类型。 传动系统由电机、减速器组成，用于提供螺杆转 动的动力和速度。 加热冷却系统由螺杆中心的内腔、机筒和机头的 夹套等构成，对这些部位进行加热或冷却。 电气控制系统由控制开关柜、电源控制柜等组成 ，用于提供电力和控制设备运行。 二. 胶料在挤出过程中的物性变化 根据胶料在挤出过程中的变化，可以将螺杆工作部分大 体分为喂料段、混和段和挤出段三个区域。 喂料段的作用吃进胶料。在螺杆螺纹沟槽表面与机筒内 表面之间形成相对运动，在喂料口处连续地形成胶团，这些 胶团边转动边前进并逐渐压实，使胶料由硬变软并开始塑化 。 塑化段的作用是压缩、加热、塑化胶料。由喂料段过来 的胶团相互粘结，在螺杆轴向力的作用下逐渐压实。被逐渐 压实的胶料在螺杆和机筒之间受到摩擦及在速度梯度的作用 下，使胶料受到压缩和剪切变形、受热并塑化，胶料由高弹 的固体状态向粘流状态转化。 挤出段要完成计量和均化作用。从塑化段送来的胶料进 一步被加压、搅拌、塑化，并向机头挤压，使胶料定量、定 压、定温地从机头口型中挤出。 三. 胶料在挤出段机筒内的流动 挤出段的熔体输送理论假设：等温牛顿型流体，层流， 稳定流动，壁面无滑移。 设机筒展开平面以速度 v =D n 相对于螺杆展开平面且 螺纹沟槽成角平移，如图所示。胶料的流动速度可分解为 ：vz平行于螺槽方向的分速度；vx垂直于螺槽方向的分 速度。 挤出段的胶料流动可视为是顺流、逆流、漏 流、环流的组合。 （1）顺流：使胶料沿螺槽向机头方向运动。它是由 速度vz引起的，作用是输送胶料。 （2）逆流：由于口型阻力引起的，其流动方向与顺 流相反，将引起产量的损失。 （3）漏流：由于口型阻力引起的，胶料沿螺棱顶部 与机筒内表面之间的间隙的反向流动，不利于产 量的提高。 （4）环流：胶料沿螺槽法向断面做环流流动，它是 由速度vx引起的，促使胶料混合、塑化、搅拌、均 化，对产量的影响可忽略不计。 四. 挤出机的主要性能参数 1. 螺杆直径与长径比 螺杆直径直接影响挤出机的功率消耗，同时也 是决定挤出机产量的主要因素。在相同条件下，挤 出机的产量随螺杆直径的增大而增大。螺杆工作部 分的长径比较大时，有利于胶料的均匀混合和塑化 ，有利于产量的提高。但是，过大的长径比，会使 功率消耗增大，也会增大螺杆机械加工的难度。 2. 螺杆转速 螺杆转速影响挤出产量、功率消耗、挤出质量 和挤出温度等方面。随着螺杆转速的增大，挤出机 的产量、功率消耗、挤出压力和胶温都不同程度的 增大。 3. 机头压力 胶料在挤出机内流动过程中，由于受到机头内 腔流道的阻力和螺杆的压缩作用，使机筒内胶料的 压力从喂料口开始沿胶料流动方向逐渐增高，到螺 杆头部附近达到最大值，该最大值习惯上称为机头 压力。机头压力的大小与螺杆几何参数和结构形式 、螺杆转速、机筒间隙、胶料性质、机头结构及口 型截面等有关。在同样操作条件下，硬胶料的机头 压力大于软胶料的机头压力；随着口型截面积的减 小和螺杆转速的增加，机头压力也增加。 4. 传动功率 挤出机的功率消耗主要消耗在以下三方面： （1）使胶料克服机头阻力；（2）螺杆对胶料剪切 摩擦作用使部分功率转化为热能；（3）传动系统 的机械摩擦及效率消耗。随着螺杆直径的增大，挤 出机的功率消耗也增加；口型截面面积减小，功率 消耗随之增大；硬胶料的挤出功率消耗大于软胶料 。 5. 生产能力 生产能力的高低是衡量挤出机性能的一个重要 标志。影响挤出机生产能力的因素很多，主要有： 螺杆的几何尺寸、结构形式、转速、胶料的流动特 性、工艺条件、机筒间隙、机头压力、喂料口的结 构、机头流道结构与形状等。Q=D3n 五. 主要零部件 1. 螺杆 （1）螺杆基本要求 a. 具有良好的塑化能力和自洁性。 b. 具有较高的生产能力。 c. 能建立起足够的压力，稳定挤出。 d. 具有广泛的适应性，可适用于多种胶料。 e. 具有良好的耐磨性和耐化学腐蚀性。 f. 具有排除气体和挥发物的能力。 g. 具有足够的强度、刚度和加工性能。 材质：优质氮化钢或碳素钢，表面氮化或淬火处 理。优先选用：38CrMoAlA。 （2）螺杆的类型及结构 螺杆是挤出机的主要工作部件，有“挤出机的心脏”之 称。挤出机的生产能力及其性能都与螺杆的构型和结构有 关。 （A）普通型螺杆：层流，多用于热喂料挤出机。 （B）主副螺纹螺杆：有两条导程不等的主副螺纹组 成，塑化性能好，多用于冷喂料挤出机。 （C）分流型螺杆：设置销钉等分流元件，胶料在螺 槽中的流向受到分流元件的作用而频繁改变，混 炼效果好，多用于混炼挤出机。 （D）屏障型螺杆：在螺杆计量段设置屏障元件，使 胶料产生强烈剪切和混炼，塑化和混炼效果好， 多用于冷喂料挤出机。 （a）主副螺纹螺杆 其螺纹由主螺纹和副螺纹组成。主螺纹从始至终贯通螺 杆的整个工作部分。副螺纹附加在一个区段的主螺纹之间， 其起端和终端与主螺纹相交。副螺纹螺棱高度低于主螺纹， 在主螺槽中，副螺纹就像一座“坝”。未塑化的胶料被挤压在 缩小的螺槽中，而塑化的胶料呈粘流态越过副螺纹向前流动 。胶料一方面在缩小的螺槽中受到剪切和挤压，同时越过副 螺纹与机筒内壁间隙时，又会被剪切和塑化，从而提高了螺 杆的塑化和混炼胶料的能力。 （b）销钉机筒挤出机螺杆 结构特点：在机筒的一定 部位上装有数排销钉，销钉沿 机筒圆周方向排列，销钉直接 伸入螺槽中，在销钉的相应位 置处，螺杆螺纹在圆周上切成 环槽，环槽的深度为螺槽深度。 流动状态：每当胶料通过 销钉时，便向销钉两侧分流， 胶料被分流和延展，将混合塑 化差的核心部分暴露出来，使 它们参与混合和塑化，从而强 化了螺杆的塑化混合和捏炼能 力。 2. 机筒 按机筒组合方式，可分为：整体式和分段式。整体式 ：多用于热喂料挤出机；分段式：可适应螺杆的大长径比 或变换螺杆长径比，多用于冷喂料挤出机。 按机筒内部结构形式，可分为：整体式和组合式。组 合式机筒由机身、加热冷却夹套和衬套组成。 为了增加胶料与机筒内壁的摩擦，可以在衬 套内壁开设纵向沟槽以提高产量。喂料段的衬套 上开设纵向沟槽，可以提高喂料口的吃料能力， 增强塑化效果。 3. 机头 机头是挤出机的主要部件，也是制造半成品 的模具。它的作用是使螺旋运动的胶料转变为层 流状态的直线运动，同时形成必要的压力和完成 半成品的成型。机头的口型决定了半成品的表面 质量和定型尺寸。 机头的结构： （1）筒状机头 （2）片状机头 （3）直角和斜角机头 （4）滤胶机头 （1）筒状机头 用于制造各种空心制品，如胶管、内胎 等。 （2）片状机头 主要用于挤出轮胎胎面或胶片的挤出。近年来，主要 改进如下：a. 机头采用液压缸闭锁和开启，方便了机头的 清理。b. 机头内的流道块可以按半制品的要求进行更换。 c. 适应子午线轮胎生产需要的复合机头。 对顶式复合胎面机头：两台挤出机同轴相对安装，缺 点是：口型板装在机头下部。 倾角式双复合 胎面机头： 上面是直径较大的 螺杆，下面是直径 较小的螺杆，分别 挤出冠部胶和基部 胶。 （3）直角和斜角机头 又称T形和Y形机头， 用于胶管电缆及钢丝的包胶。 直角机头的挤出机螺杆与胶 料挤出方向成900，斜角机头 成600。 斜角机头： （4）滤胶机头 用于过滤胶料 中的杂质，装有多孔 板和过滤网。 橡胶挤出机可分为热喂料挤出机和冷 喂料挤出机，其主要区别在于螺杆长径比 不同。热喂料挤出机螺杆长径比为38， 冷喂料挤出机螺杆长径比可达817。另 外，螺杆形状也不同。冷喂料挤出机工艺 上不必经热炼可直接挤出，而且挤出尺寸 稳定，功率比热喂料挤出机高23倍，生 产效率可高达50%。 六.挤出过程 挤出机的工作过程 塑料(橡胶)之所以能进行成型加工，是由其内 在依据所决定的。 由高分子物理学得知，高聚物一般存在着玻璃 态、高弹态和粘流态三种物理状态，在一定条件下 ，这三种物理状态将发生相互转化。 塑料(橡胶)的成型加工（压制、压延、挤出、 注射等）就是在粘流态下进行的。 l1、挤出过程 l 塑料（橡胶）由料斗进入料筒后，随着螺杆 的旋转而被逐渐推向机头方向。经过以下四个阶 段: l1）加料段-输送并开始压实物料 l 螺槽被松散的固体粒子（或粉末）所充满， 物料开始被压实。 l2）压缩段-压实并熔融物料 l a、由于阻力，物料被压实 l 由于螺槽逐渐变浅，以及滤网、分流板和机 头的阻力，在塑料(橡胶)中形成了很高的压力，把 物料压得很密实。 lb、外热、内热的作用，物料熔融 l 在料筒外热和螺杆、料筒对物料的混合、剪切 作用所产生的内摩擦热的作用下，塑料(橡胶)的温 度逐渐升高。 l 对于常规三段全螺纹螺杆来说，大约在压缩段 的三分之一处，与料筒壁相接触的某一点的塑料( 橡胶)温度达到粘流温度，开始熔融。 lc、物料全部熔融，变为粘流态 l 随着物料的向前输送，熔融的物料量逐渐增多 。而未熔融的物料量逐渐减少，大约在压缩段的结 束处，全部物料熔融而转变为粘流态，但这时各点 的温度尚不很均匀。 l3)均化段-均化、挤出 l 物料经过均化段的均化作用就比较均匀了，最 后螺杆将熔融物料定量、定压、定温地挤入机头。 l4)机头-成型、定型 l 机头内的口模是个成型部件，物料通过它便获 得一定截面的几何形状和尺寸。再经过冷却（或硫 化）定型和其它工序，就得到成型好的制品。 l 综上所述，挤出机的挤出过程可以归纳如下： l 喂料-输送-压实-熔融-均化-挤出成型 l2、参变量 l 描写挤出过程的参变量有温度、压力、流率 （或挤出量、产量）和能量（或功率）。有时也 用物料的粘度表示，因其不易直接测得，而且它 与温度有关，故一般不用它来讨论挤出过程。 l 下面我们就来对以上几个变量进行一下讨论 ： l1）温度 l 温度是挤出过程得以进行的重要条件之一。 如前所述，物料从加入料斗到最后成型为制品是 经历了一个复杂的温度过程的。 （低-高） l如果我们以物料沿料筒方向的位移为横坐标。而 以温度为纵坐标，将沿料筒方向测得的各点的物 料温度值连成曲线，就会得到温度轮廓曲线，如 下图: l实验告诉我们： l 加工不同物料和不同制品，温度轮廓曲线是不 相同的。 l 加工相同物料和相同制品，物料的温度轮廓曲 线、料筒的温度轮廓曲线和螺杆的温度轮廓曲线也 是不相同的。 l 一般情况下我们测得的温度轮廓线是料筒的， 而不是物料的，物料的温度测量较难。 l 由上图可见，螺杆的温度轮廓线比料筒的温度 轮廓线低，而比物料温度轮廓线高。 la、热量来源 l 根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热 量的来源主要有两个： l 物料与物料之间、物料与螺杆、料筒之间的 剪切、摩擦产生的热量； l 料筒外部加热器提供的热量。 lb、温度的调节 l 温度的调节是靠挤出机的加热冷却系统和控 制系统进行的。一般说来： l 加料段-低温输送。为加大输送能力，不希 望加料段温度升得过高，相反有时要冷却； l 压缩段和计量段高温熔融。为了促使物料熔 融，均化，物料要升到较高的温度。 l 橡胶挤出机则不一样。 l 为了便于物料的容易加入、输送、熔融、均化 以及在低温下挤出，获得高质量、高产量的制品， 每一种物料的挤出过程应有一条合适的温度轮廓曲 线。 l 应当指出，料筒和螺杆的设计对挤出过程的热 量的产生有很大影响。 lC、温度波动 l 上图所示的温度轮廓线只是稳定挤出过程温 度的宏观表示。如果深入研究每一温度测试点的 温度，就会发现，即使在稳定的挤出过程中，其 温度相对于时间也是一个变化的值，而且这种变 化往往具有一定的周期性。 l MD方向的温度不均匀性（轴向温度波动） l 沿物料流动方向温度的波动情况，我们称之 为物料流动方向的温度波动（一般文献上记作MD 方向的温度不均匀性）。波动情况因测试点不同 会有不同。有的波动达10左右。 l TD方向的温度不均匀性（径向温差） l 我们还会发现，垂直于物料流动方向的截面 内的各点之间的温度有时也不一致，我们称之为 径向温差（一般文献中记作TD方向的温度不均匀 性）。有的螺杆头部的径向温差竟达10以上。 l 温度波动对挤出质量的影响： l 制品产生残余应力、各点强度不均匀、表面 灰暗无光泽等。 l 努力方向是尽可能减少或消除这种波动和温 差。 l 产生这种波动和温差的原因： l 如加热冷却系统不稳定，螺杆转数的变化等 ，但以螺杆设计的好坏影响最大。 l2）压力 la、压力的建立 l 挤出成型时，沿料筒轴线方向，在物料内部 要建立起不同压力，主要由以下两个方面的因素 造成的： l 压缩比的存在；（螺槽深度的改变、料筒上 的沟槽深度变化、螺距的改变等） l 分流板、滤网和口模产生的阻力。 l 压力的建立是物料得以经历物理状态变化、 得到均匀密实的熔体、并最后得到成型制品的重 要条件之一。 lb、影响压力的因素 l如果将沿料筒轴线 l方向（包括口模） l测得的各点的物料 l压力值作为纵坐标， l以料筒轴线为横坐 l标作一曲线，即可 l得到压力轮廓线。 l图中为常规三段螺杆和料筒加料段内壁不开沟槽的 挤压系统的压力轮廓曲线，压力峰值位于计量段开 始处（或其前后）。 l 影响各点压力数值和压力轮廓曲线形状的因 素很多： l 机头、分流板、滤网的阻力； l 加热冷却系统； l 螺杆转数； l 螺杆和料筒的结构。 l 研究挤出过程的压力轮廓曲线对挤出过程的 了解和改进螺杆、料筒的设计有着重要的意义。 lc、压力波动对制品的影响 l 若深入研究每一压力测试点的压力,也会发现 ，压力随着时间发生周期性的波动，这种波动对 制品的质量同样有不利影响。比如： l 压力的波动会造成流量的波动； l 会使制品径向尺寸变化不均； l 造成制品内部应力不均匀等。 l 努力的方向应当是减少、消除这种波动。 l3）流率（挤出量） l 流率是描写挤出过程的一个重要参量。它的 大小表征着机器生产效率的高低。 la、绝对流率（流量、产量） l 用Q表示，为公斤/每小时 ，代表挤出机每 小时的生产能力。 lb、比流率 l 用每转的流率 Q/n表示。 l 后者更能反映挤压系统的性能，应当作为衡 量挤出机挤压系统性能的标准。 lc、影响流率的因素 l 影响流率的因素： l机头的阻力 l螺杆、料筒的设计 l螺杆转数 l加热冷却系统 l物料的性质等。 l 右图为在机头压 l 力不变时，流率 l 和螺杆转数的关 l 系，它常用来研 l 究挤出机的性能。 ld、流率的波动 l 研究发现，流率也有波动。影响流率波动的 因素有很多，如： l螺杆转速的稳定与否； l螺杆设计的好坏； l温控系统的性能； l加料情况；等等。 l 流率的波动对产品质量有显著的不良影响， 如造成挤出速度不均匀，而影响制品的几何形状 和尺寸等。 l研究表明： l 温度波动，压力波动、流率波动都是挤出过 程的反映，它们不是孤立的，而是互相制约、互 相影响的。 l 对于高质量的挤出，希望有尽可能小的流率 波动、温度波动、压力波动。 l 这些波动也是评价挤出质量、挤压系统好坏 的标准之一。 l4）能量（功率） l 挤出机的挤出过程实际上就是一个能量的转换 过程，并且遵守能量守恒定律。 la、能量平衡 l 为了使物料熔融呈粘流态，必须供给热能； l 为使物料压实并得以成型，物料必须具有一定 的压力，即必须供给压力能。 l 热能和压力能是由加热器的电能和驱动螺杆的 机械能转化而来。 l 这些能量的一部分为熔融物料、成型制品所利 用。其余部分作为热损失而损失掉。 l其能量平衡方程式如下： l Z+HJ=Qv(T2-T0)CvJ+QvP+H l式中， Z-单位时间内由螺杆输入的机械能， l HJ-由外部加热器输入的热能。 l右端第一项-物料由固态变为熔融状态所需之能 ， l右端第二项-物料在挤出过程中所获得的压力能 。 l H-热量损失 l 即：机械能+热能=熔融热能+压力能+热量损失 l H-外部热能, J-热功当量, Qv-体积挤出量, l T2-挤出温度 T0-加料温度, -比重, l Cv-定容比热, P-挤出压力 lb、比功率消耗 l 比功率消耗这一 l 指标是作为评价 l 挤出机性能的标 l 准之一，它的含 l 义是每挤出一公 l 斤物料（制品） l 所消耗的功率。 l 用N/Q表示。 l 它也是挤出过程的重要度量之一。在保证塑化 质量和混炼质量的前提下，希望该值越小越好。 七. 常规螺杆设计 l 螺杆和料筒组成了挤出机的挤压系统。为说 明挤压系统的重要性，人们通常称之为挤出机的 心脏。 l 塑料(橡胶)正是在这一部分由玻璃态转变为粘 流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的 。 l 如果就螺杆和料筒相比，螺杆更显得居于关 键地位。这是因为一台挤出机的生产率、塑化质 量、填加物的分散性、熔体温度、动力消耗等， 主要决定于螺杆的性能。 l85橡胶螺杆 l60销钉螺杆 l250大螺杆 l压片机双锥螺杆 l锥双压片 l 1、评价螺杆的标准 l 如何评价螺杆的好坏呢？由前面对挤出过程 的分析可以看出，至少应当从以下几个方面评价 螺杆： l1）塑化质量 l 一根螺杆首先必须能生产出合乎质量要求的 制品。 l 所谓合乎质量要求是指所生产的制品应当合 乎以下几个方面的要求: la、具有合乎要求的各种性能。包括规定的物理、 化学、力学、电学性能； lb、具有合乎要求的表观质量。如能达到用户对气 泡、晶点、染色分散均匀性的要求等。 lc、具有合乎要求的螺杆的塑化质量： l 螺杆所挤出的熔体温度是否均匀，轴向波动 、径向温差多大。 l 是否有得以成型的最低的熔体温度。 l 挤出的熔体是否有压力波动。 l 染色和其它填加剂的分散是否均匀等。 l 应当指出，低温挤出是目前的一个发展趋势 ，它能改善挤出制品的质量（如降低内应力等） ，防止热敏性物料过热分解，降低能量消耗，减 少主辅机冷却系统的负担，提高生产率。 l2）产量 l 所谓产量是指在保证塑化质量前提下，通过 给定机头的产量或挤出量。产量一般用公斤/小时 或公斤转来表示。 l 一根好的螺杆，应当具有较高的塑化能力。 （生产能力） l3）适应性 l 所谓螺杆的适应性是指螺杆对加工不同塑料 、匹配不同机头和不同制品的适应能力。一般说 来，适应性越强，往往伴随着塑化效率的降低。 l 因此我们总希望一根好的螺杆，其适应性和 高的塑化效率都应兼备。 l4）单耗 l 所谓单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶） 所消耗的能量，一般用 N/Q用表示。其中 N为功 率（千瓦），Q为产量（公斤/小时）。 l 一根好的螺杆，在保证塑化质量的前提下， 单耗应尽可能低。 l5）制造的难易 l 一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低 。 l 以上几条标准必须综合起来考虑，只强调一 方面是片面的。当然，也允许针对不同要求，重 点保证某条标准的达到。 l2、设计螺杆考虑的因素 l 要设计一根合乎以上标准的性能优异的螺杆 并非一件轻而易举的事。在进行螺杆设计时，要 综合考虑以下诸因素： l1)物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度 状况。 l 不同物料的物理特性（如挤出温度范围、粘 度、稳定性和流变性能）相差很大，因而加工性 能也很不相同。 l 橡胶挤出机螺杆与塑料挤出机螺杆差别很大 ：如螺杆长径比、螺槽深度、螺杆结构（塑料挤 出机螺杆带有混炼元件、剪切元件）等 l 同是橡胶挤出机螺杆也不同：冷喂料挤出机与 热喂料挤出机螺杆就不同。 l 同是塑料挤出机螺杆也不相同： l 例如聚氯乙烯和聚烯烃就有很大差别。前者为 无定形塑料，粘度大，对温度比较敏感，无明显熔 点。后者为结晶性塑料，粘度较低，有明显的熔点 。 l 就是同是聚氯乙烯，但由于生产厂家不同，或 批号不同，其性能也有差异。 l 进而言之，同是一种物料，粉状和粒状的加工 性能也不尽一样，预热和不预热对加工性能也有影 响。 l 因此，要采取不同的螺杆设计来适应不同的物 料。 l2）口模的几何形状和机头阻力特性。 l 由挤出机的工作图可知，口模特性线要与螺 杆特性线很好地匹配，才能获得满意的挤出效果 。如： la、高阻力机头，一般要配以均化段螺槽深度较浅 的螺杆， lb、低阻力机头，需与均化段螺槽较深的螺杆相配 。 lc、对排气挤出机，机头阻力的大小和螺杆性能的 匹配显得更重要，弄得不好，挤出机甚至不能工 作。 l3)料筒的结构形式和加热冷却情况。 l 由固体输送理论知，在加料段料筒壁上加工 出锥度和纵向沟槽并进行强力冷却，会大大提高 固体输送效率。若采用这种结构形式的料筒，设 计螺杆时必须在熔融段和均化段采取相应措施， 使熔融速率、均化能力与加料段的输送能力相一 致。 l4)螺杆转数。 l 由于物料的熔融速率很大程度上取决于剪切 速率，而剪切速率与螺杆转数有关，故进行螺杆 设计时必须考虑螺杆转数这个因素。 l5)挤出机的用途。 l 设计螺杆时必须弄清楚挤出机是用作加工制 品，还是用作混料、造粒或喂料。因为不同用途 的挤出机的螺杆在设计上是有很大不同的。 l 在对评价螺杆的标准有了统一的看法和对螺 杆设计必须考虑的因素有了一个全面的了解之后 ，方能进行螺杆的具体设计。 l3、常规全螺纹三段螺杆的设计 l 所谓常规全螺纹三段螺杆，是指出现最早、 应用最广、整根螺杆由三段组成，其挤出过程完 全依靠全螺纹的形式完成的螺杆。这种螺杆的设 计包括螺杆型式的确定、螺杆分段及各段参数的 确定、螺杆直径和长径比的确定、螺杆和料筒间 隙的确定等，下面分别叙述。 l1）关于螺杆型式的确定 l 按照传统的说法，常规全螺纹三段螺杆分为 渐变型螺杆和突变型螺杆。 la、渐变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较 浅螺槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内 完成的。特点如下： la）渐变螺杆大多用于无定形塑料和橡胶的加工。 如聚氯乙烯； lb）它对大多数物料能够提供较好的热传导，传热 均匀，效果好。适用于热敏性塑料； lc）对物料的剪切作用较小，而且可以控制，其混 炼特性不是很高，也可用于结晶性塑料。 lb、突变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较 浅螺槽的过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的 。特点如下: l1）突变螺杆具有较短的压缩段，有的甚至只有（ 12）D； l2）对物料能产生巨大的剪切，故适用于粘度低、 具有突变熔点的塑料，如尼龙、聚烯烃； l3）对于高粘度的塑料容易引起局部过热，故不适 于聚氯乙烯。 lc、等深等距螺杆，橡胶热喂料螺杆。 l2）关于螺杆直径的确定： l 螺杆直径是一个重要参量，它在一定意义上 表征挤出机挤出量的大小。 la、螺杆直径已经标准化: l 在设计螺杆时不能任意确定，因为螺杆直径 已经标准化。我国挤出机标准所规定的螺杆直径 系列为：30、45、65、（85）90、（115）120、 150、200、250、300 l 一般情况下，确定的螺杆直径应符合此系列 。 lb、螺杆直径的确定： l 螺杆直径的大小一般根据所加工制品的断面 尺寸、加工物料的种类和所要求的生产率来确定 。 l 制品截面积的大小和螺杆直径的大小有一个 适当的关系。一般说来，大截面的制品选大的螺 杆直径，小截面的制品选小的螺杆直径，这对制 品的质量、设备的利用率和操作比较有利。 l3）关于螺杆长径比的确定 l 螺杆的长径比是螺杆的重要参数之一。若将 它与螺杆转数联系起来考虑，在一定意义上也表 示螺杆的塑化能力和塑化质量。 la、发展趋势 l 单螺杆的长径比有一个由小到大的发展趋势， 50年代一般为1820，60年代为2528，目前为 30左右。 lb、大长径比的优点 l 长径比加大后，螺杆的长度增加，物料在料 筒中停留的时间长，塑化得更充分更均匀，故可 以保证产品质量。 l 在此前提下，可提高螺杆的转数从而提高 挤出量。 lc、大长径比的缺点 l 长径比加大后，螺杆、料筒的加工和装配都 比较困难和复杂，成本也相应提高， l 长径比加大后，挤出机加长，增加所占厂房 的面积。 l 长径比增大后，因螺杆的下垂度与其长度的 四次方成正比，故会增加螺杆的弯曲度而造成螺 杆与料筒的间隙不均匀，有时会使螺杆刮磨料筒 而影响挤出机的寿命。 l 长径比加大后，若提高螺杆转数，其扭矩必 然加大，这对小直径的螺杆来说，因其加料段的 螺纹根径较小，就要考虑其强度是否满足要求的 问题。 l 因此，应当力求在较小的长径比的条件下获 得高产量和高质量，才是多快好省的途径。切不 可盲目地加大长径比。 l4）螺杆的分段及各段参数的确定 l 如前所述，常规全螺纹三段螺杆一般分为加 料段、压缩段、均化段（计量段、挤出段）。 l 由挤出过程知，物料在这三段中的挤出过程 是不相同的。在设计螺杆时，每一段几何参数的 选择，应当围绕着该段的作用以及整根螺杆和各 段的相互关系来考虑。 la、加料段。输送物料给压缩段和均化段。 la)熔体控制型螺杆 即熔融均化能力低，挤出量主 要由压缩段和均化段的熔融均化速率所决定的螺杆 。加料段的设计应当与压缩段和均化段相匹配，输 送的物料应与后两段熔融均化速率相一致，使熔体 充满均化段螺槽，过多或过少都会造成挤出的不稳 定。 lb)加料控制型螺杆 即熔融均化能力很高，挤出量 主要取决于加料段的输送能力的螺杆。加料段应当 输送尽可能多的物料给后两个区段。当然，这时也 有一个熔融均化能力和加料能力相一致的问题，否 则会引起过热和塑化不良。 lc）加料段的核心问题是输送能力。 l通过加大加料段的螺槽深度h1来实现提高输送量Qs 。 l通过在料筒加料段处开纵向沟槽和加工出锥度来实 现提高输送量Qs。 l增加加料段的长度会使产量的提高。加料段的长度 与压力的建立、熔融区的熔融状况和波动有关。 l加料段的长度一般取(310）D，对于结晶性塑料， 加料段长度一般取为螺杆全长的6065%。 l螺旋角也是一个影响输送能力的因素，由固体输送 理论得知，b越大，QS越大。但通常取D=S，即 b=1740。 l螺杆表面摩擦系数越小（料筒的摩擦系数越大）， QS越大。 lb、压缩段。压实物料，熔融物料。 l 压缩段螺杆参数中有个重要概念，即压缩比。 la)压缩比：它的作用是将物料压缩，排除气体，建 立必要的压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的 致密度。压缩比有二，一是几何压缩比，一是物理 压缩比。 l所谓几何压缩比：加料段第一个螺槽容积与均化段 最后一个螺槽容积之比。 l所谓物理压缩比：物料加工之前的松密度与均化段 熔体密度之比。 lb)设计原则 l 应使几何压缩比大于物理压缩比。 l 物理压缩比与物料的性质、制品的情况等有 关。它可用试验决定。目前多根据经验选取，因 而即使加工同一种物料和同一种制品，各厂也会 采取不尽相同的压缩比。 lc）获得压缩比的方法，可采用等距变深螺槽、等 深不等距螺槽、不等深不等距螺槽、锥形螺杆等 方法。 l 其中等距不等深螺槽的办法易于进行机械加 工，故多采用。 ld) 压缩比的确定： l热喂料螺杆1.31.5 l冷喂料螺杆1.72.1 l塑料螺杆一般根据塑料种类不同取2-5 le）压缩段的长度 l 目前国内多以经验方法确定。根据一般经验 。对非结晶型塑料，压缩段约占整个螺杆长度的 55%-65%；而对于结晶性塑料，则取（14）D 不等。 lc、均化段。由挤出过程知，该段的作用是将来自 压缩段的已熔物料定压定量定温地挤到机头中去。 l 均化段的螺槽深度和均化段的长度是两个重要 参量。 l 螺槽深度 应当设计得使该段的计量能力与压 缩段的熔融能力相匹配，以适当地控制每一转的挤 出量。 la)如果该段螺槽深度过大，使其潜在的熔体输送能 力大于熔体熔融能力，压缩段未熔融的物料会进入 该段，残留的固相碎片若得不到进一步均匀塑化而 挤入机头，会影响制品质量。 lb)如果螺槽太浅，产量就会降低，而且熔体会受到 过大的剪切，熔体的温度会变得过高，非但不能获 得低温挤出，甚至会引起过热分解。 lc)均化段螺槽深度的选择还应当与使用的机头相匹 配：若想获得高的挤出量，高压机头应当与浅的均 化段螺槽的螺杆相匹配，低压机头应当与均化段螺 槽深的螺杆相匹配。 ld)均化段螺槽深度h3的确定比较复杂，目前仍以经 验方法确定。 l h3=（0.020.06）D l 螺杆直径较小者，h3取大值，反之，取小值。 l均化段长度L3是另一个重要参数。 la) L3长一些，可以使物料得到相对长一些的均化 时间，也可以减少压力、产量、温度的波动。 lb)但L3不能过长，否则会使压缩段和加料段在螺杆 全长中占的比例变小，不利于物料的熔融，或使 螺杆加长。 lc)均化段的长度也多凭经验确定。对于非结晶性塑 料，均化段长度约占螺杆全长的22%25%；对 结晶性塑料，均化段长度约占螺杆全长的25% 35%。 l 对于某种给定的物料，有一个最佳的均化段螺 槽深度和均化段长度。均化段的尺寸决定了它的均 化能力。 l 有实验证明，在其它条件不变的情况下，均化 段螺槽深度稍为增加就使均化质量大大下降；相反 ，h3稍为减少，产量会大大减少（约50%）。而均 化段的长度如果减少太多，同样也会引起塑化质量 的下降。 l 附带说明一下：有一种习惯的计算方法，当压 缩比和均化段槽深h3决定后，h1可以用下式计算 ： l h1=0.5D一D2一4h3（D一h3）1/2 l 应当指出，这仅是一个几何关系。压缩比不 应作为决定加料段螺槽深度的标准。 l5）螺杆与料筒间隙的确定 la、间隙选取所考虑的因素： l a）被加工物料的性质。（如热敏性与非热敏性物 料） l b）机头阻力情况。阻力越大，间隙越小。 l c）螺杆料筒的材质及其热处理情况。 l d）机械加工条件。 l e）螺杆直径的大小。螺杆直径越大，的绝对值 应选得越大；螺杆直径越小，的绝对值应选得越 小。 lb、选取 l 我国已有挤出机系列标准的直径间隙值，可根 据情况选取。（0.0030.005）D, 直径大者取小 值，直径小者取大值。 l6）螺杆其它参数的确定 la、螺旋升角： l 实验证明，物料形状不同，对加料段的螺纹 升角要求也不一样。 la）=30左右，适于粉料， lb）=l7左右，适于圆柱料， lc）=15左右，适于方块料。 l 出于机械加工的方便，一般取D=S，=1740 。 lb、螺纹的头数i l 螺杆螺纹可以是单头的，也可以是双头的。多头 螺纹用得较少，这是因为物料在多头螺纹中不易均匀 充满，易造成波动。 lc、螺纹棱部宽度e la）e太小会使漏流增加，而导致产量降低，特别是对 低粘度的熔体来说更是如此。 lb）e太大会增加螺棱上的动力消耗，有局部过热的危 险。 l 一般取e=（0.080.12）D。 l7）螺杆头部结构 l 当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流 形式急剧改变，由螺旋带状的流动变成直线流动。 l 为得到较好的挤出质量。要求物料尽可能平稳 地从螺杆进入机头，尽可能避免局部受热时间过长 而产生热分解现象。 l 这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹的形状以及 机头体中流道的设计和分流板的设计等有密切关系 。 l 根据常用的螺杆头的形状，分成以下几类： la、钝的螺杆头 l 总有因物料在螺杆头前面停滞而分解的危险， 即使稍有曲面和锥面的螺杆头通常也不足以防止这 一点，对以上形式的螺杆头一般要求装分流板。 lb、带有较长锥面的螺杆头 l也难免在螺杆的端点出现物料因停滞被烧焦的现象 。 lc、斜切截锥体的螺杆头 l 其端部有一个椭圆平面，当螺杆转动时，它能 使料流搅动，物料不易因滞流而分解。 ld、锥部带螺纹的螺杆头 l 能使物料借助螺纹的作用而运动，主要用于电 缆行业。 le、鱼雷头螺杆头 l 与料筒之间的间隙通常小于它前面的螺槽深 度。有的鱼雷头表面上开有沟槽或加工出特殊花 纹。“它有良好的混合剪切作用，能增大流体的压 力和消除波动现象”。 l 常用来挤出粘度较大、导热性不良或有较为 明显熔点的塑料。 l8）螺纹断面形状 l 常见螺杆螺纹的断面形状有三种。 la、一种是矩形。在螺槽根部有一个很小的圆角半 径，它有最大的装填体积，而且机械加工比较容易 ，适用于加料段。 lb、另一种是锯齿形。改善了塑料的流动情况，有 利于搅拌塑化，也避免了物料的滞留。适用于压 缩段和均化段。 lc、第三种双楔形。输送物料稳定，提高塑化效果 ，提高产量30%50%。 1.2 胎面压出方法 分为单层整体压出和分层压出。 1 单层整体压出 采用一种配方的胶料，通过一台挤 出机压出一种胶料配方的胎面半成品， 这种传统的压出方法，虽然管理方便， 但不能充分发挥胎面各部位胶料的作用 ，只适合于制造小规格轮胎及小型工厂 采用。 2 分层压出 分层压出分为机外复合的分层压出和机 内复合压出法。 机外复合的分层压出采用两种或三种不 同配方分别制成胎冠和胎侧胶料，通过两台 或三台挤出机压出，利用运输带上辊压热贴 的方法组合成半成品胎面。可根据胎面不同 部位的性能，采用不同胶料配方。 机内复合压出是由两台或三台挤出机通 过一个复合机头压出一整体胎面。这种复合 机头装卸比较容易，更换胎面口型板及更换 胶料所用时间较短。 （1）复合挤出机的排列形式，一般可分为以 下3种。 (a) 上下式：两台挤出机一台在平面上，与 倾斜的一台呈一定角度上下排列，与复 合机头相连接。 (b) V式：两台挤出机在同一平面上，左右 呈一定角度，与复合机头相连接。 (c) 平行式：一台挤出机内有两个加料口 和两个螺杆，分别由电机带动，直接经 复合机头压在胎面上。 (2) 分层压出胎面结构形式 a. 两方两块。 由胎冠、胎侧两种配方分 为两部件，压成胎面。 b. 两方三块。由胎冠、胎侧两种配方分 为三部件，压成胎面。 c. 三方四块。其由胎冠、胎侧、胎冠底胶 三种配方分为四部分，压成胎面。 d. 四方五块。在胎冠底胶下增加一层不 同配方的胶料，由五部分压成胎面。 1.3 胎面压出工艺条件 1. 胎面压出工艺有热喂料压出和冷喂料压出两种。 l（1）热喂料压出工艺流程为： l 热炼压出贴合称量冷却自动打印 打磨自动定长裁断检验存放。 l（2）冷喂料挤出工艺采用复合挤出，其工艺流 程为： l 割条冷喂料复合压出输送收缩辊道 预称量、扫描冷却自动打印自动定长 裁断称量检验存放。 2. 胎面压出工艺条件 （1）热炼： 采用热喂料压出，胶料需热炼。胶料 热炼质量与开炼机的辊温、辊距、容量等 有关，供胶时要求稳定的操作条件。 （2）挤出： （a）压出温度：挤出机各部位温度对胶料 压出的流动性有着直接的影响，不但使压 出速度及口型部位胶料变形系数发生变化 ，同时影响胎面的压出质量。一般情况下 ，热喂料挤出机机筒温度为405C，机头 温度为805C，口型板温度为805C。 l（b）压出速度： 压出速度快，胎面半 成品膨胀率及收缩率增大，表面粗糙； 压出速度慢，半成品表面光滑，可保证 胎面压出质量。所以，在保证质量和产 量的前提下，应尽可能降低压出速度。 l 压出速度以单位时间内压出长度来 表示，即m/min。压出速度的快慢取决 于挤出机的螺杆转速、生胶品种、胶料 含胶率、可塑度、压出温度等因素。天 然胶胎面压出速度应比合成胶胎面压出 速度慢。 l（c）冷却：半成品胎面的冷却程度与半 成品胎面的压出质量有密切关系。胎面 胶压出离开口型时，胶温高达120 C以上 ，极易产生热变形，加速其收缩定型， 影响尺寸的稳定性，同时在存贮过程中 容易焦烧，因此，必须将胶温降到40 C 以下，才能获得充分冷却。 l 冷喂料复合挤出机，胎面压出后， 首先自然冷却，再经收缩辊道定型，进 入冷却水槽，其中喷淋冷却25m，浸泡冷 却100m。 1.4 胎面压出口型设计 l 胎面压出板又称为样板，用来确定 半成品胎面胶断面轮廓尺寸，由一块具 有一定厚度、强度很高的优质钢板制成 。 口型板上的口型曲线根据半成品胎 面胶断面设计尺寸、形状制造，由于胶 料压出后断面膨胀增厚、长度收缩，口 型曲线不能采用半成品胎面胶设计尺寸 ，而应根据挤出机的结构、胶料性质及 工艺条件，通过计算求得口型曲线尺寸 ，其公式为： 压出变形系数 = 压出口型尺寸 压出后胎面尺寸 口型板设计，必须根据生产设备及 工艺条件，找出胶料压出变形规律，参 考压出变形系数反复试验修改而成。 1.5 胎面压出常见的质量缺陷及产生 原因 （1）表面不光滑，产生原因为：热炼温度低，热炼不均 匀，压出温度过低；胶料焦烧；压出速度过快，联动装 置速度与之不匹配。 （2）胎面内部有气孔，产生原因为：原材料中水分或挥 发物多；热炼工艺不当，夹入空气；压出温度过高；压 出速度过快，供胶不足。 （3）胎面断面尺寸、重量不符合要求 ，产生原因为：压 出口型板安装不正；口型板变形；热炼温度和压出温度 掌握不当；压出速度不均匀或联动装置配合不当；压出 后冷却不足；热炼不充分。 （4）焦烧 ，产生原因为：胶料配方设计不当，焦烧性能 差；热炼和压出温度过高；机头中有积胶、死角或冷却 水不通；供胶中断，空车滞后。 （5）断边 ，产生原因为：热炼不足、胶料可塑性小；胶 料焦烧；胎面口型边部流胶小或堵塞；机头、口型板温 度低。 第二节 胎体帘、帆布挂胶 帘布、帆布是胎体的骨架材料，采用压 延挂胶方法将胶料附在帘帆布上，使帘线之 间和布层附上一定量胶料，提高附着性能， 组成具有一定弹性、一定强度的胎体。同时 可降低帘线与布层之间的摩擦和生热，提高 轮胎的耐动态疲劳性能。 帘、帆布挂胶根据不同的纺织材料采用 不同的方法制造，一般人造丝，由于帘线表 面光滑，绒毛稀少，化学活性低，一般采用 浸胶后再进行贴胶的挂胶方法。尼龙、聚酯 帘线由于热稳定性差、收缩大，浸胶后还需 经热伸张处理再进行贴胶。帆布经纬密度较 大，可直接在压延机上采用擦胶的挂胶方法 制造。 2.1 骨架材料 l（1）人造丝 l 人造丝是利用自然界中的纤维素如木材、 棉子短绒等作原料、经化学处理与机械加工制 成的一种化学纤维。人造丝帘线强度高，高温 下强度损失较小，伸长率小，耐热和导热性好 。轿车、轻型载重子午线轮胎胎体采用人造丝 帘线。但人造丝帘线存在吸水率高等缺点，同 时其资源受限和受生产污染影响，故人造丝帘 线的应用居尼龙、聚酯之后。人造丝必须浸胶 处理后使用。 （2）尼龙 尼龙是一种性能优异、应用最广的 合成纤维材料，尼龙帘线强度最高、弹 性高、生热性低、耐湿性和耐疲劳性能 好，其强度比人造丝帘线高50%-80% ，耐疲劳性能为人造丝帘线的5倍以上 ，已成为轮胎骨架材料更新换代的主要 品种。 常用的品种有尼龙6和尼龙66 。 （3）聚酯 聚酯属合成纤维的一种，强度稍低于尼 龙，干湿强度接近，伸长率小，初始模量高 ，尺寸稳定性好，其耐冲击性比尼龙高4倍， 聚酯帘线尤以耐热性见优。但存在粘着性差 、热收缩变形大、价格高等缺点，应用范围 不如尼龙帘线广泛，一般可用于纤维子午线 轮胎胎体上。 （4）钢丝帘线 钢丝是由优质钢经冷拉拔丝制成。具有 强度大、初始模量高、伸长率极小、耐热性 及导热性良好的特点，缺点是弹性和粘着性 能差，必须在钢丝挂胶前先镀黄铜以提高与 橡胶的粘着，钢丝帘线是制作钢丝子午线轮 胎的主要骨架材料。 2.2 帘布浸胶 浸胶是帘布在压延前的一种加工处理形 式，如人造丝、尼龙、涤纶以及玻璃纤维压 延前必须浸胶，有的帘线材料浸胶后还需经 过热伸张处理。常用的浸胶设备可分为独立 的和与压延机联动的两类，设备主体为浸胶 槽。 浸胶目的是将帘布通过浸胶槽内的浸泽 胶液进行浸胶，使纤维及帘线之间附上薄胶 层，从而增加织物与橡胶的粘着性能及耐疲 劳性能。 浸胶帘布的浸润质量与浸泽胶液的组合与 配方、浸胶工