橡胶挤出技术的新进展.pdf

第 2 0卷第 2期 科技 资讯 工 艺装备 1 9 橡胶挤 出技术的新进展 周彦豪 陈福林 刘洪涛 董智 贤 高琼芝 编者按 近年来中国经济的快速发展带动 了橡 J R v 业的发展 为适应橡胶制品优质 高效 低消耗的要求 科技人 员经过不断的探索和钻研 在橡胶生产加工工艺和机械设备方面取得 了 一 些进 展 本刊 将就 炼胶 压 延 压 出 成型 硫 化 这 5道 生产工 艺及相 关设 备取 得 的进展 进 行 系列报 道 本期 推 出挤 出篇 一 挤 出工艺及 其控 制 1 挤出工艺过程控制包括连续地 精确地记录 重要 的加工变量如温度 压力 物料性质等 提出对混 炼过程的要求和挤出速度一致的控制课题等 以使混 炼区的工艺控制系统与制品挤压段的要求相一致 选 择最佳的温度条件和改进机身的温度控制系统是当 前的发展方向之一 先进的挤 出工艺控制是采用过程 控制系统和可编程序逻辑控制器等来实现的 复合挤 出 几种不同颜色 不同硬度胶料同时挤 出 如橡胶与海绵 橡胶与金属 橡胶与纤维 特别是 橡胶与塑料共复合挤出是重要的发展方 向之一 其 它重要研发方 向还有 胶料 的精密挤 出 超薄挤 出 如胶管 的胶 层最 薄 厚 度可 达0 2 0 0 2 mm 定 量挤 出 用微 电子控制挤出速度 和数量及形状尺寸 通过 新 的C A D C A M C o m p u t e r A i d e d D e s i g n C h e c k o u t a n d A u t o m o t i c Mo n i t o r i n g 计算机辅助设计一检验与 自动监控 系统实现全 自动 无人管理 这使橡胶工 业多年来一直孜孜不倦研制橡胶制品 如编织胶管 橡胶密封条等 自动生产线 的美梦终于成真 2 代替热炼和压延 近年来 用挤 出机代替大 型热炼机 直接向压延机作恒温 定量供胶 超宽挤 出已成功地用来制造向来都是以压延机生产 的 轮 胎钢丝帘线胶布和防水卷材胶片 其最大宽度已 分别达N3 5 0 mm 和1 5 0 0 m m 甚至更宽 了 二 反应挤 出及振动力场的强化作用 1 9 8 8 年华南理工大学 的年轻教师瞿金平 从换 能方式人手 将 电磁场引起的机械振动场引入聚合 物塑化挤出的全过 程 提 出了聚合物动态塑化挤 出 直接电磁换能 机械结构集成化等新概念 和原 理 1 9 9 0 年发明并成功研制 出塑料 电磁动态塑化挤 出设备 还获得中国 美 国等多国发明专利 瞿金平 等在不 断推广 完善的同时 还把上述原理应用在 研发电磁动态塑料混炼机和注射机中 最近瞿金平等还进行 了 振动力场强化聚合物 反应 挤 出过程 的研 究 反应挤 出 R e a c t i o n E x t r u s i o n 简 称R E X 是 聚 合物反应性加工的一种新技术 是指聚合性单体或 低聚物熔体在螺杆挤 出机 内发生物理作用的 同时 也发生化学反应 并能直接挤 出得到聚合物或制 品 的一种新的工具性工艺方法 也可以说 反应挤 出 成型 是在用于成型加工 的挤出机 中同时完成化学 反应和挤 出加工 的一种技术 最近 瞿金平等研究 表明 引入振动力场 可以对挤 出机 内的物理作用 和化学反应产生积极影响 改善 聚合物熔体 的粘弹 性 提高聚合 物混炼 和动态硫化效果 该方 法可用 于提高动态硫化三元 乙丙橡胶 聚丙烯 E P D M P P 热塑性弹性体质量 三 挤 出机械设备方面的进展 周彦豪于 1 9 9 8 年曾就新型冷喂料挤 出机和新 型挤出机头两大方面作了概括 新型冷喂料挤出机 主要包括 主副螺纹螺杆 型 排气机筒型 销钉 型 维普资讯 2 O 中国橡胶C HI NA RU B B E R 第 2 0卷第 2期 空穴 模巢 传递混炼型 剪切机头等5 种 新型挤 出 机 头 主要 包括 辊 子 机 头 L 型 机 头 取 向机 头 空 气 润 滑型 E l 型 挤 出扩 张机 头型 等5 种 在此 强调 与补 充如下 几点 1 销钉机筒挤 出机这是近年来 挤出技术的 最新成就之一 其结构如图1 所示 它的机筒上呈径 向分布有几圈销钉 这些销钉可径 向调节 与螺槽底 部 的间隙 当胶料 尤其是合成橡胶胶料流经销钉 凸出部位时 由于销钉 的作用 使胶料不断受到纵 向分割和低速剪切而亮出新鲜表面 从而强化了胶 料的混合 分散 传热效果 又由于较低 的剪切梯 度 故不会产生过多热量 温升均匀又不会过高 而 且有优 越 的 自洁 性 图1销 钉 机 筒 2 老 式 热 喂 料 挤 出 机 生 产 线 的 更 新 美 国 A k r o n S t e e l F a b r i c t o r s 提 出了将轮胎厂老式热喂料 挤 出机生产线改造计划 可以保持现有生产线 的生 产能力 并最大限度降低改造成本 其具体做法是 将老式的挤出机头换成新 的复合机头 该新机头既 可与老机头相匹配 又可与一台或多 台德国制造的 所谓流道传递式冷喂料挤 出机相连 从而形成新的 流道 这样改造后的挤 出机具有很好的控制排胶温 度的能力 较好地挤 出胎面 3 零压挤 出机机头使用 这种机头 可令挤 出 半成品没有或极小 E l 型膨胀率 可生产出误差仅为 0 0 5 mm甚至更小 的均一产品 该机头截面如图2 所 示 其实质是先让胶料在预成型 E l 型 膨胀 释放 压 力 所 以 在预 成 型 E l 型底 部 设 一 个 开 口 这 个 开 口能让机头压力降至大气压水平 即零压力 辊筒 的旋转作用是推动胶料经最终 口型挤出 因为零压 力 所 以几乎不会膨胀 该机头有如下的特点 线速 度较高 通过调整辊筒速度控制胶条厚度 由于机 头压力降低 故挤 出温度也较低 口型板结构简单 更换快捷 适用于热喂料和冷喂料挤 出机系统 图2零压 挤 出机 机 头 截 面 4 齿轮泵挤出机齿轮泵的使用 长期 以来一 直吸引着橡胶工业 这是因为齿轮泵有许多优点 有利的位移特性 低 的动力要求和向挤 出胶有 限的 能量输 入等 直到近年 人们把齿轮泵挤 出联接 到 传统挤出机上 参见图3 发现它有很好的挤出均匀 一 致性 可以补偿热 喂料 挤 出机 由于磨 损或 操 作不 当引起 的 挤 出 量 的 微 小 变 化 5 硅 橡 胶 挤 出 机 天津 市 电线 总 厂等 单 位 在 消 化 吸 收 国际 同类 先 进产 喂 料 温控机箱 图3 齿轮泵挤 出机概念 出胶 品的基础上 优化设计制造出能满足各种规格的高 质量纯硅橡胶 医用导管要求 的 5 0 mm硅橡胶挤出 机 其主要特点如下 螺杆设计方面 鉴于硅橡胶 的工艺特征和挤 出制品 的致 密度 均匀度的考虑 采用稍大的长径 比 1 2 1 使硅橡胶在机筒 内得到 充 分的塑化 针对硅橡胶 比较柔软 的特性 采用 独 特的单头 变深变距 大压缩 比 2 4 6 螺杆 整个螺 杆采用浮动式设计 以便 于拆卸清洁 和满足不 同硅 橡胶胶料的工艺要求 配备与螺杆同步相向转动 的喂料辊 以确保硅橡胶 的可靠进料和均匀供料 新颖结构的挤出机头 连接 更换方便 可生产 硅 橡胶 医用导 管 特种线缆 汽车上用的耐热 硅橡 胶 管件 四 热塑性弹性体的挤出与螺杆设计 黄有 发等探讨 了混合型聚烯烃类热 塑性 弹性 维普资讯 第 2 0卷第 2期 科 技 资讯 工 艺装备 2 1 体 聚氨酯类热塑性弹性体 乙烯 丙烯共聚物弹性 体 聚烯烃 E P D M热塑性弹性体 包括S a n t o p r e n e 等 的流 变 行 为 挤 出 加 工 条 件 和 挤 出螺 杆 的设 计 要 求 认为热塑性弹性体是一种特殊的聚合物材料 其中有些材料可采用现有 的橡胶挤出机加工 有些 材料可采用现有的塑料挤 出机加工 或采用对上述 两类机型加以适当改造的设备来加工 由于这种材 料具有独特的流变性能 在挤 出成型加工过程中应 选择适宜的加工条件和合理 的螺杆参数 因为对于 某一类热塑性弹性体的挤出加工而言 即使其组成 材料相同也只是组分比例有异 很难从整体上给出 统一的加工条件和螺杆设计的特定规则 五 应用基础研 究 美国阿克隆大学的Wh i t e 等人 对挤出流动机理 和在 口型 中的流谱 以及销钉 机筒挤 出机胶料的挤 出等问题进行 了较为系统的研究 主要结果如下 用冷喂料挤 出机挤 出胎面胶时 胶料在螺杆 的分 布大致分为三个 区 即部分充满区 过渡 区和完全 充满区 可看作计量段 炭黑胶料有壁面滑移现 象 胶料挤 出时 无论 口型尺 寸 和形状 如何 变化 其料流均为旋转流 这对研究胶料 的速度分布 流 量及挤 出物外观特性是有意义的 在螺杆上增加 挡板可改善胶料的混合均匀性 但 同时会 降低胶料 的推进能力 采用销钉则 既可改善混合均匀性 又 不会影响推进力 唐国俊和梁基照等人近年来以挤 出流道为主要研究对象 对加工流变学与工 艺 机 械 之 问 的关 系进 行 了理 论 和实 验 研 究 取 得 了不 少 成 果 并论 述 了以流 变学 的应 用 和研 究 对 促进 高 聚 物加工机械的设计 优化 调控 的完善 发展的必然 性和必要性 最近还探讨了挤 出机螺杆计量段 和熔 融 段 的优化 设计 陈伦纪 等人 在研 究短纤维增强胶管取 向机头 时 把胶料看作幂律流体 应用流变理论建立了短 纤维在扩张型胶管机头中的取向模型 该模型综合 反映 了扩张拉伸取 向和剪切取向作用 与 目前 国外 文献报道的把胶料看作较简单的牛顿流体 仅考虑 拉伸取 向作用的数学模 型相 比 更接近实际情 况 周彦豪等人研究 了国内外 l 1 种润滑剂对胶料性能 的影响 并通过流变学方法 借以测 出挤 出时胶料 在金 属 表面 的滑移 速度 最 近 国内不 少人 对 胎 面胶 挤 出机 头 流道 L 型 片材机头流道 的压力分布 速度分布和温度分布等 进行 了较深入的研 究 所得 的规律性结果 对挤 出 机 机头 优化设 计 和加工 工艺控 制 均有指 导意 义 可视化 v i s u a l i z a t i o n 通常是指人们对所研究 对象的状态变化和特征所实施的视觉观察 而实现 这种观察必须有专 门的设备和仪器 与其有关 的技 术称 为 可 视化 技 术 近 年 来 在挤 出科 学 与工 程 的基 础研 究 中 可视 化 技术 应