new胶辊技术知识讲座

1、胶辊技术知识讲座 主讲人：曾立新 一、胶辊的用途和分类 l 胶辊是工业中常用的重要部件,它以金属或其他材 料为辊芯,外覆橡胶等材料,因此与纯金属辊筒相比, 它具有弹性好、耐油类，溶剂，酸碱等的腐蚀、噪 声小、耐磨，抗压，吸水性强、硬度适中等优点。 l 正是这些优点使得胶辊广泛地应用于造纸、印刷、 印染、纺织，皮革，冶金和粮食工业，办公设备等 各个领域中。对物料起挤压、脱液、脱壳、压印、 伸张等作用。 l 胶辊同工业连续化和省力化有着密切的关系，随着 科学技术的不断发展和进步,胶辊的应用领域越来 越广泛。 胶辊的分类 l按照用途分类： 皮革 纺织 木材 运输传动 印漆 印刷 钢铁 粮食加工 塑料

2、片材 工业胶辊 办公设备 胶辊 传真机 打印机 收银机 复印机 塑料封口机 点钞机 按照表面状况分类：光面辊，花纹辊，表面特殊处 理胶辊。 塑料制袋花纹胶辊 二 、生胶的选择及胶辊的主要性能要求 l 几乎所有品种的橡胶都可以用于胶辊的制作。至于 具体使用何种橡胶，则要根据工作介质（油类，溶 剂，酸碱液，其它化学品），工作环境（高温，高 湿，高速，低速等），承受压力，成型工艺，加工 难易程度，使用寿命，成本等综合考虑。 l 各种橡胶的物理机械性能和耐化学介质性能，大家 可参看有关资料。 l 由于公司主要代理NBR,EPDM,CR，我主要谈谈这 三种橡胶在胶辊中的应用。后面在配方举例的环节， 我将

3、结合具体产品要求展开来谈。 1、丁腈橡胶 l 丁腈橡胶具有优异的耐油，耐非极性和弱极性溶 剂，耐磨，回弹性，抗静电等的性能，拉伸强度 较大，耐热性好（只是相对来说。一般情况可在 100条件下长期工作，如果配方设计合理也可 在120下长期使用），而且其具有良好的加工 性能，各主要丁腈橡胶生产商有针对性地不断推 出新的品种牌号，因而NBR被广泛用于印刷胶辊， 纺织胶辊等，在胶辊中的应用比例也越来越大。 l 首先谈谈印刷胶辊。串墨用的硬辊这里不阐述。 l 胶印胶辊包括墨辊和酒精水辊，墨辊即传递油墨（其中含 有乙酸乙酯、甲苯、异丙醇或天那水等溶剂和其它一些稀 释剂），那么酒精水辊的作用为将酒精润版液（

4、调整油墨 浓度和版面润湿度的材料，其组成多为15 %20 %的乙 醇或异丙醇水溶液）由多组胶辊依次传递至版面。 l 此类胶辊突出强调的性能是尺寸的稳定性，即对介质地抗 耐性，以及硬度大小的控制（包括同一根胶辊的硬度偏差 范围），因为这直接关乎印刷的效果。 （1）印刷胶辊 l 在一定的范围内，硬度越小，其胶辊的传墨性能越良好， 硬度越大，传墨性能越差。 l 这是一对矛盾，如果硬度过小，其抗腐蚀的能力就会下降， 其容易被油墨和润版液所腐蚀。同时也给胶辊胶料的混炼 和胶辊的制作带来工艺上的难度。 l 相反，如果硬度过大，抗腐蚀能力提高了，但是传墨性也 大为降低，为了获得良好的传水和传墨效果，只有采用

5、加 大印刷压力的方法，而印刷压力的增大会引起油墨和水的 乳化程度增大，使印刷的墨色变浅，在这种情况下要获得 好的印刷效果就必须加大油墨和水的用量，（要达到相同 的传墨和传水所需要的油墨和水往往比标准情况下大了许 多），显而易见，会导致纸张、油墨和润版液的极大浪费， 综合考虑，一般印刷厂传墨辊的硬度为邵氏28-30，酒精 水辊的标准硬度为邵氏25度。 l 如果用一般牌号的丁腈橡胶，其基础硬度在50-60 度之间，来制作这种低硬度的产品，则配方中需 要加入大量的软化剂，使得胶辊性能下降很大， 变形大，弹性差，强度低，使用寿命大大缩短。 l 同时如前所述，混炼会特别地困难，包括胶料打 滑，配合剂分散

6、不好，吃粉慢，混炼时间大大延 长等。 l 过去我都是将液体的增塑剂加入氧化镁和氯化硫 中快速搅拌1-2分钟，使其反应，冷却后其为膏状， 可部分解决混炼难的问题，但不是根本解决之道。 l 针对这种低硬度的制品，很多丁腈橡胶生产商开发了采用 充油牌号的生胶。 l 例如南帝公司的1082，门尼粘度为50，使得加入的增塑剂 的量大大减少，而且由于剪切力变大，加工性能得到了改 善，表现为粘辊现象没有那么严重，配合剂的分散性得到 极大地提高，混炼时间缩短，从而整体上提高了胶料的物 理机械性能，可保证印刷的质量，同时胶辊的使用寿命延 长。可以把它称为“高门尼胶”的低硬度化。 l 丁腈橡胶由于成本方面的考虑，

7、还是占据主导地位。但随 着现代印刷业的发展，对印刷胶辊的要求越来越高，因而 开发性能更好的，使用寿命更长的胶辊成为必然。 l NBR和PVC并用可进一步提高胶辊的低溶胀、低抽出、亲 水性好、耐磨，拉伸强度，耐臭氧等性能。 l 出于降低成本的考虑，很多厂采用机械共混的方法制造丁 腈并用聚氯乙烯材料。 l 其一般做法为：用DOP浸泡PVC，同时不间断搅拌，大约 经过一夜的浸泡后呈乳液状，则在密炼机中在一定的温度 下与丁腈橡胶混炼。经过试验证明丙烯腈含量在30-36%， 丁腈橡胶与聚氯乙烯并用比例为70：30，综合性能最佳。 l 当然，这种机械共混的方式，不可能产生最理想的分子结 构，即最佳的互穿网

8、络结构。 l 市场上所贩卖的丁腈橡胶厂商所生产的丁腈橡胶和聚氯乙 烯并用胶，系在合成丁腈橡胶聚合反应过程中加入PVC乳 液，这样可得相对完美的互穿网络的分子结构。 l 随着印刷技术的飞速发展，印刷高速化的要求， 对胶辊的性能要求越来越苛刻，又出现了更高物 性的聚合物。 l 例如BBR/PVC/PU并用，PU胶辊。随着环保的要 求，食品包装袋等印刷品对异味的严格要求，UV 固化型油墨的使用越来越多，NBR/PVC并用胶料 对紫外线油墨具有较好的抗耐性，即直径膨胀速 度较慢。 l 南帝的1203D和1204D适合生产此类印刷胶辊。 四色酒精水辊 墨辊 （2）纺织胶辊 l 目前纺织胶辊，胶圈仍以丁腈

9、橡胶为主体，当然 是利用它的耐油性，而更主要是因为其具有良好 的抗静电性能，防止了纺纱的粘附，扯断和缠绕。 l 由于NBR分子结构中含有强极性基团-CN，因 此它极易被电场极化，使具有优异的介电性能。 其体积电阻为35M,介电强度为9.88MN/M,介电常 数为13，功率因数为3，属于半导体橡胶。为了 达到理想的抗静电效果，配方设计也很重要。 l 纺织胶辊，胶圈在物理性能方面除了抗静电性外还 应具有以下特点：稳定的硬度和同根胶辊的硬度均 匀性，拉伸强度高，定伸强度大，耐磨耗，冲击弹 性大，压缩变形小，耐老化，无污染，不变色等。 l 可归纳为： 纺纱过程中胶辊的弹性决定了纺纱质量； 硬度决定了胶

10、辊对纤维的握持能力； 抗静电性决定了纺纱过程中的抗绕性； 耐磨性和耐老化性决定胶辊对纺纱的稳定性和使用周期； l常用质量控制指标为： 电阻率8109欧姆， 冲击弹性30%45%， 阿克隆磨耗0.04cm3/1.61， 硬度变化2度，硬度根据不同纺织材料，不同工序和牵 引力而定。 l 由于胶管的切割，套管，压圆，粗磨，精磨，表面处理 （如果需要的话）等工序都是在纺织厂的皮辊车间完成， 所以要制作质量好的胶辊，需要双方的每一道工序要精益 求精，一丝不苟。还要注意保养，正确使用，才能保证纺 纱，布的质量。 l 过去普遍采用兰化的硬丁腈橡胶2707来生产纺织胶辊，由 于门尼粘度范围变化大，分子结构中支

11、侧链多，凝胶含量 多，因此加工性能差，动力消耗大，吃粉困难，分散不均 匀，冷聚合的软丁腈橡胶由于具有优异的加工性能而代替 了硬丁腈橡胶，兰化公司已经在2006年停止生产硬NBR。 l 实践证明采用中高丙烯腈含量的丁腈橡胶制作纺织胶辊较 为合适，其综合物性好。南帝的3365，1052都可被采用。 特别是3365的拉伸强度，扯断永久变形，热空气老化，压 缩永久变形等性能都优于1052。 l 为了克服普通NBR耐臭氧老化和耐曲挠性差的缺点，可采 用NBR/PVC并用胶料。对于生产高档的胶辊可采用羧化 丁腈橡胶，例如南帝的3245C，羧基含量1%。由于羧基 的存在增大了胶料的拉伸强度，提高了耐磨性。

12、l 不利的是，由于羧基的存在，在混炼过程中比一般丁腈橡 胶容易粘辊，同时焦烧时间缩短，因此配方要做相应的调 整。很多客户也在使用朗盛公司的1.46，被认为是羧基丁 腈橡胶最好的品种。 纺织胶辊纺织胶辊 纺织胶圈纺织胶圈 l 另外丁腈橡胶还可用于制作造纸胶辊，印染胶辊，皮革胶 辊，塑料机械胶辊，木材加工机械胶辊，砻谷胶辊，工业 用托辊和导辊等。 皮革胶辊皮革胶辊 2、三元乙丙橡胶 l 三元乙丙橡胶具有耐热，耐臭氧，耐酸碱等优点，目前主 要用于制造传真机，复印机，打印机等办公设备胶辊，以 达到分纸，送纸等目的。 l 低硬度胶辊主要用作分纸辊，高硬度胶辊主要用作走纸辊。 这一类的胶辊主要物性要求为：

13、均匀的硬度，拉伸强度大， 伸长率高，弹性好，耐磨性优异，一定的摩擦力，工作稳 定性好，不能有配合剂从胶辊中析出，在白纸上摩擦不能 留有印记。 l 此外，EPDM在印染，塑料薄膜加工胶辊中也有应用，因 为其对环己酮，丙酮等有机溶剂具有较好的抗耐性。 3、氯丁橡胶 l 氯丁橡胶耐热性能，耐油性能，耐酸碱腐蚀性能 比天然橡胶好，拉伸强度，耐酸碱腐蚀，耐臭氧 老化性能比丁腈橡胶好，可在印染胶辊（布匹洗 涤工序），塑料薄膜加工胶辊，及阻燃胶辊中应 用。 l 但由于其价格高，加工工艺性不好（粘辊，焦 烧），储存稳定性差，故除了在特殊情况下，一 般都很少但用来制造胶辊，为了改善其它胶种的 性能，并用的情况比

14、较多。 三、胶辊的成型工艺及设备 l 胶辊的加工工艺一般有两种： l 第一种是将辊芯套入预制成的硫化胶管内，然后再进行车 磨等后工序加工。预制的胶管内径小于辊芯外径，辊芯套 入时，充气将胶管扩大，放气后胶管就自然包紧芯棒，这 种方法适用于批量大的小胶辊，如OA机中的胶辊。 还有采用专有设备进行胶辊的套装，例如纺织胶辊，可尽 量减少胶管套制后两端被挤压后的应力差异，以及圆周被 扩张后的拉伸状况差异，以保证胶辊压圆整形时圆周应力 的基本消除。胶辊的套制和压圆工作特别重要，对胶辊在 生产中保持稳定性影响很大。 l 第二种最常用的是胶层附着在芯棒上，在热硫化的过程中 完成芯棒与胶料的粘合。其一般工艺流

15、程如下所示： 生胶塑炼 配合剂配料 混炼过滤加硫化剂出片（条） 辊芯校验表面处理（脱脂、除锈）涂胶粘剂 成型 包扎或进模硫化车磨校验成品入库 l 胶料的塑炼，混炼，过滤，芯棒的处理，胶黏剂 的涂覆与其它橡胶制品并无不同。 l 这里强调两点： l 1胶料的过滤。胶辊胶料的清洁度要求很高，不能 含有任何杂质。 l 2 胶料地分散程度。其决定了胶料的物理机械性 能，抗静电性能，产品的均一性，从而影响了胶 辊的质量。胶辊的质量直接影响了使用功能。因 此，良好的胶料分散度是确保胶辊质量的前提。 胶辊具有其典型的成型方法，现简单介绍。 l 1、人工胶片贴合成型 。小型工厂多采用人工贴合， 即 在表面已涂覆

16、胶浆的辊芯上，将胶片（厚度5-6毫米左右） 层层贴合上去。贴合的胶片应该清洁，平整，无气泡，并 富有粘性。贴合时用手滚将胶片压实，如出现气泡，可用 锥子将气泡刺破，排除空气。 l 2 、机械贴合成型 将压延机压出的胶片卷放在胶辊贴合 成型机上，导开胶片，将整个胶片一层层卷缠并贴合在金 属辊芯上，直到达到所需要的覆胶厚度为止。此关键技术 是在缠绕贴合是应该避免将空气夹入胶层之间。比较适合 于小规格多批量的胶辊生产。 l 3 、冷喂料挤出缠绕热帖成型 将挤出机挤出的热胶片直接螺旋滚压在 芯棒上。具有挤出胶片规整，包胶压合力大，无气泡缺胶等优点。通 过自动控制使出片速度，缠绕速度协调一致，提高了生产

17、效率。省去 了压延胶片，展开垫布，裁料，用溶剂清洗和接缝处理等一系列辅助 操作。可加工如直径1.5米，长度8米这样的大型胶辊。 l 4 、注压成型 即将辊芯放置在筒形模具内，通过挤出机将胶料挤入模 具。胶料可以从模具一端挤入，也可以从模具中间向两端挤入。此法 机头结构简单，成型质量好，但效率低。 l 其它还有液体聚氨酯的浇注成型，注射成型，模压成型等。 缠绕成型机缠绕成型机 四、国内胶辊技术未来的发展趋势 l 1 胶辊的使用条件更苛刻，运转速度更快，承受 的线压力 更高。 l 2 胶辊的内在质量要求更高，耐磨性，耐高温，耐老化， 低生热，适合作用物的环保要求。 l 3 采用挤出缠绕等成型方法，

18、提高生产效率，提高质量的 稳定性。 l 4新材料的应用。如聚氨酯等。聚氨酯胶辊有其独特的加 工和性能的优势。住友公司开发了丁腈橡胶和硅橡胶并用 胶料制作耐UV油墨印刷胶辊。 五、典型胶辊配方分析 原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份） 丁腈橡胶2707100 氧化锌5 硬脂酸1.5 防老剂MB1.5 防老剂22461 沉淀白炭黑25515 轻质碳酸钙10 DEG（二甘醇）1 偶联剂SI691.5 白油膏40 DOP80 液体古马隆树脂12 CZ1.2 TT1 S-802 合计272.7 印刷胶辊配方印刷胶辊配方1 物理机械性能： 16015分钟 硬 度：32 TS ：3.8 EB ：

19、680% 回弹：35% 阿克隆磨耗：0.050cm3/1.61 硫化仪（160） TS2 ：1分12秒 T90：5分06秒 （1）印刷胶辊配方）印刷胶辊配方 l 华工陈朝辉博士的所做试验数据如下： 生胶类型生胶类型NBR2707NBR2707N3365N3365 硬度（邵氏A）5049 拉伸强度（MP）12.313.7 扯断伸长率（%）420400 冲击弹性（%）4244 阿克隆磨耗（1.61 ）0.0360.032 热空气老化（100，24小时） 硬度变化值 +6+4 拉伸强度变化率（%）+7.5+8 扯断伸长率变化率（%）-18-16 从以上数据可知，用南帝N3365完全可代替2707制作

20、印刷胶辊。 另外，大家可看到由于DOP的大量加入，使得混炼操作变得艰难。 l 如用N1082制作，配方可设计如下：（印刷胶辊配方印刷胶辊配方2） 原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份） N1082150 氧化锌5 硬脂酸1 防老剂MB1.5 防老剂22461 沉淀白炭黑25515 轻质碳酸钙10 DEG（二甘醇）1 偶联剂SI69 1.5 DOP20 白油膏50 CZ1.2 TT1 S-8O2 合计260.2 与未冲油丁腈橡胶相比：与未冲油丁腈橡胶相比： 1、由于N1082基本硬度低，而门 尼粘度为50，可减少增塑剂的量，则 混炼工艺改善，吃粉快，分散好。 2 物理机械性能好。 3

21、形状保持性好。 3 胶辊使用寿命大大延长。 4 成本较高。 为了进一步提高印刷胶辊的强度，耐 老化性能，耐溶剂性能，可以采用并 用PVC的方法来解决。综合各方面性 能考虑，经过试验证明，NBR/PVC并 用比为70：30为最佳选择。 原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份） NV7411100 氧化锌5 硬脂酸1 防老剂MB1.5 防老剂22461 沉淀白炭黑25512 白陶土10 DOP80 白油膏50 液体古马隆树脂10 PEG40001.5 Si691 TT1 TETD0.8 CZ1.2 S-801.5 合计277.5 印刷胶辊配方印刷胶辊配方3 注：注： NV7411（NBR/

22、PVC:70/30） 丙烯腈含量：33 门尼粘度：55 (上海赛可德公司) 色母料料按要求适量添加，如加 钛白粉，则不加陶土。 物性：物性： 硬度：30 拉伸强度：4.7MPa 伸长率：620% 回弹：30% 阿克隆磨耗：0.028 cm3/1.61 硫化仪：TS2:58秒 T90:4分37秒 原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份） 230S100 氧化锌5 氧化镁5 硬脂酸1 防老剂MB1 防老剂22461 白炭黑 VN335 钛白粉10 色母胶适量 DOP 8 增硬树脂12687 10 PEG40002 偶联剂SI69 4 抗静电剂SN 3 分散剂H-1004 TT0.6 CZ 1 DM 1.2 S0.5 合计19