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1、炼胶成品检验橡胶加工工艺设备进展趋势窥探胡艳辉 机械设计及其理论 2023242) 摘要： 比较详实介绍了橡胶加工设备的现状及进展前景。关键词：橡胶加工；设备；工艺I 概述经过 160 余年的进展，橡胶工业如今已成为世界各国一门重要的传统产业， 其加工技术和工艺装备日臻成熟与完善。目前在橡胶制品生产中，以炼胶和硫化两大系统为重点，依据各类橡胶制品的构造和特点，形成了一次加工(压延、压出)、二次加工(成型)和三次加工(后处理)等多种工艺加工形式(详见表 1)，橡胶厂常用的主要大型橡胶加工工艺设备机组及自动生产线多达十余条。压延胶板、胶片、胶布原 材 料一次加工压出胶管、胶条、异型材二次加工检 验
2、 加压延、压注压各种注模品裁断、贴工出、注压搅拌胶液、胶黏剂、涂料合、成型涂胶胶布裁断轮胎成型缝纫固着 胶鞋 胶布制品冷年压合 胶鞋 胶布制品三次加工硫贴合力车胎成型胶管成型喷涂 胶条 胶板楂绒 胶条 手套切割磨削 胶辊 胶布 胶板 油后处理化成型胶带成型胶鞋成型杂品成型表 1 橡胶制品的生产加工形式依据橡胶加工工艺的不同，橡胶机械设备的种类繁多。从大到百吨以上机组， 小到缺乏百公斤重的微型机械，构成生产跨度很大的橡胶机械设备体系。目前， 世界橡胶机械设备的生产厂家极为杂乱。密炼机、压延机等重型设备的生产主要 集中在大型橡机厂或跨行业的通用机械厂，而大局部其他设备则分散在众多的中 小企业，遍地
3、开花。由于这些设备有相当一局部是橡胶厂和塑料厂通用的，因而 橡胶专用设备的产量迄今难以准确统计。现在，全世界橡胶机械设备的年销售额 估量大约在 2025 亿美元之间，生产量随橡胶工业的景气与否而起伏波动。当前，的橡机产品可以说完全是针对橡胶加工的要求而特地争辩开发的。 总的趋向是，一、橡胶工艺设备向机电一体化的方面进展、微电子应用日趋普遍， 以致取代了橡胶生产完全靠劳动者的技术阅历这一传统模式，进而到达改善安全、卫生条件的目的；二、整体加工设备向机组化、装置化的方向进展，联动化、系 统化的程度不断提高，使之在生产线上充分发挥单机的潜在效能，省人省力，提 高生产效率；三、橡胶生产线向高功能、多用
4、途和机动机敏的方向进展，开发适应小批量、多品种的柔性工艺和小型装置，以模具为中心设计橡胶机械设备。 在橡胶工业的生产工艺设备中，炼胶和其后进展的一次加工以及三次加工的局部设备主要是通用型的，二次加工和硫化工艺的设备根本上为专用型。除了上 述定型橡胶设备之外，还有不少是为适应橡胶产品特别生产要求而设计使用的非 定型设备，为数甚多，用途各异，难以尽述。这里，主要以通用、定型设备为主， 从工艺加工的角度，简洁窥视一下主导工艺设备的进呈现状和将来趋势。 炼胶工艺设备橡胶厂的炼胶工艺主要承受开放式和密闭式两大类型的炼胶设备。开炼机是 橡胶工业最早使用的设备，也是最普遍承受的通用设备。从 1820 年用于
5、橡胶加工， 构造原理沿续至今，广泛用于橡胶的塑炼、混炼、出片以及热炼等工序。作为橡 胶工业的标志性设备，历史上曾辉煌多年。然而，由于它生产效率低、劳动强度 大以及粉尘污染等问题难以解决，其使用范围日益缩小，在塑炼方面已根本处于 被淘汰状态。目前，密炼机正成为现代橡胶厂炼胶工艺的主导设备，其生产容量 从 30 到 600L 不等。旋转速度从 20 转到 6Q 转，甚至可以任凭变速，机型已达十余种之多。开炼机与密炼机的性能比较，可现今，耗胶量大的轮胎厂和带管厂等 已全部承受固定排料的全封闭型密炼机，容量多为160270L，大型轮胎厂为270 370L，有的到达 620L，并且上带自动协作称量及输送
6、系统，下附螺杆压片以及连续冷却切断装置，全线形成一个完整的炼胶机组。该机组已实现自动化和联动化， 12 人用电脑即可把握整个系统的操作。这类大型密炼机正朝着由单速、双速向无级调速，由异步转子向同步转子， 由常规功率向大功率和由固定间隙向可调间隙的方向进展。从而在温度把握、时 间把握、能量把握和塑性流淌把握方面保证了混合胶料到达性能均匀全都的要求。对于有特别要求的橡胶混炼，除了现行使用的剪切型、啮合型转子之外，还出 现了圆筒型可调转子，密闭混合室，真空充氮混炼。这样一来，密炼机的混炼功 能更加趋向多元化，使之可以全面取代开炼机。最近的动向是，大力研制进展智 能型密炼机，并且消灭连续炼胶全自动化的
7、高技术。对于胶种多、耗胶量小的工业橡胶制品厂来说，大多数正从传统使用开炼机混炼，转向承受翻转式密炼机。这种设备又称加压型转向排料密炼机，一次生产容量小到 5L，大到 110L 不等。由于操作简洁，换料清洗便利，现已大量取代开炼机成为混炼的主流，进展格外迅猛。而原来以混炼为主的开炼机，现已大多作为翻转式密炼机的补充混炼，退居次要地位。翻转式密炼机大多皆可橡胶塑料混炼两用，很适宜工业橡胶制品厂既生产橡胶产品，又能加工塑料制品的现状，节约投资，机动机敏。为了到达同开炼机一样的效果，最近还消灭了冷却性能更好的翻转式密炼机，可以在80100以下的温度下低温混炼。这样，就可使母炼与混炼在机内一次完成，缩短
8、了橡胶混炼时间。目前，在特种橡胶制品生产厂中，开炼机仍不失为主要的炼胶设备，操作机敏便利，可以一机多用。在炼胶过程中还能充分观看到混合的具体状况。为了提高开炼机炼胶的质量，近年来又作了一系列改进与完善。例如，在前后辊筒外表设置测温软件，使之能连续测量和调整辊温；在后辊设置压力传感器，可测定两辊间胶料所受的压力，机上还可附加自动倒胶和加料装置等等。从而使开炼机更简洁操作、进一步改善混炼质量，实现炼胶过程的现代化。连续炼胶是橡胶工业多年来的梦想。然而，由于受橡胶粘弹性和多种粉料共混的简单条件的约束，长期以来虽经承受造粒、防粘等多种手段改进，仍旧始终不能如愿。多年来，随着热塑性弹性体的消灭，及其在工
9、业橡胶制品中使用范围的急剧扩大，连续混炼的开发研制又重活泼起来。目前，单螺杆和双螺杆炼胶机已成功地用于填料少的热塑性弹性体的炼胶工艺上，同时在橡胶混炼方面也取得了可喜的进展。连续炼胶将有可能最终成为 21 世纪橡胶工业的炼胶方式。 一次加工(压廷、压出、注压工艺)设备一次加工设备的功能，是把在炼胶机上制备的胶料压制加工为各种外形的材料。它们有的可以直接成为未硫化的橡胶产品，但大局部是供二次加工之用，作为成型的部件和材料。这类设备主要有压延、压出和注压三种，其中压出设备的进展尤为突出。l、压延机压延机是橡胶加工的核心设备，体积浩大，价格昂贵，要求周密，操作简单。压延辊筒的数量也由 2 到 7 个
10、不等，大多数为 3 到 4 个；辊筒的排列形式和压延方式也多种多样。压延机的规格尺寸，大到 9102540mm，小到 150330mm。常用的有： 7001800mm， 5501700mm， 4501200mm 三种。辊筒外表依据压延材料的要求，除光面外，还有沟槽和花纹之分。历史上，压延机曾长期用作加工各种橡胶板材、片材、模材和各类型材的唯一设备。20 世纪后半叶，由于压出技术的进展，压延机的很多功能已被压出机取代， 目前，压延机只用作胶片和胶布的生产。为适应加大宽度的要求，压延机主机日趋大型化，联动装置也日益简单，自控水平不断提高。最具代表性的纤维帘布压延机，四辊呈S 型或斜Z 型排列，速度
11、在 880mmin 范围内前后同步运行，最小厚度达 02001mm，温控10，张力 80250MPa。全部生产流程只需一人监控。压延机的关键是压延的精度和前后联动装置的同步性。近年来，为保证压延物质量的均匀性，对热炼供料系统也进展了一系列改进。现在，供料已从热炼机转向螺杆压出机，有的甚至以高压齿泵连续均匀供料。2、压出机压出机的用途和种类甚多。前已述及的螺杆下片机、螺杆连续炼胶机以及早 年在自然橡胶时代用的螺杆塑炼机等，都是橡胶压出机的一种形式。螺杆直径小 到 37mm，大到 350mm 甚至 500mm；螺杆直径同长度之比，小到 1：5，大到 1： 12 乃至 1：18，最长可达 1：45。
12、同时，还有热喂料和冷喂料、单螺杆和双螺杆、单一压出和复合压出以及一段喂料和多段喂料，自由退出螺杆、更换螺纹等等之 分，多种多样，五花八门。现今用作胶料压出的压出机，除了传统的胎面、内胎、胶管、胶条和各类异材、钢丝带之外，已成功地用来制造始终都是以压延机生产 的轮胎钢丝帘线胶布和防水卷材胶片，其最大宽度已分别到达 350mm 和 1500mm。近年来，压出机还取代了大型热炼机，直接向压延机作恒温、定量供胶。目前，承受压出形式制造的橡胶产品大大超过了其他方式。由于压出的尺寸 保持性和外形规格都较之其他方法更为规整，压出机已成为橡胶制品最为主要的 加工工艺设备。现代的橡胶压出机已普遍由热喂料向冷喂料
13、、大长径比、收敛式 和多螺杆、多区段方向进展。可在一个螺杆上构成堆料、预热、混搅、抽真空、 挤出和出型假设干区段。使压出物的质量均一性更加得到改善与提高。已实现了销 钉化和定量挤出，用微电子把握挤出速度、数量及外形尺寸，已做到无人化治理。型压出机还为几种不同颜色、不同硬度胶料的同时压出，橡胶与海绵、橡胶与金属、橡胶与纤维以及橡胶与塑料等两复合、三复合甚至四复合的压出，提供了宽阔的进展前景。尤其是在子午线轮胎的生产工艺中，不管是胎面、胎侧以及胎圈部件的复合压出，还是钢丝圈的制造和钢丝帘线带束层的生产，它都已成为保证半成品质量、轮胎上档次的关键设备。特别是橡胶与塑料的共复合压出， 胶料的超薄、超宽
14、压出，更是重要的争辩方向。在橡胶制品的连续化生产方面， 可以说是由压出机首先突破的。目前，编织胶管、橡胶密封条等都由于有了周密的压出机而成功地实现了从胶料压出到成型和硫化的一条龙生产线，并且通过CADCAM(计算机关心设计一检验与自动监控)到达了全自动的程度。这种橡胶工业多年来始终孜孜不倦研制橡胶制品自动生产线的梦想，最终成为现实。3、注压机注压机原本是为模型制品生产中压注胶料而开发的一种单一设备。近年来， 由于其优越性日益为人们所生疏，进展格外快速，已成为胶料一次加工的又一重要设备。它有辊筒注压和螺杆注压两种类型，分为立式一卧式、固定一移动、单色一多色注压等多种形式。称之为周密预成型机的胶料
15、注压机，可以定量制备各种外形规格的胶坯，体积周密度到达 05，大大简化了模型橡胶制品的装胶工艺，并可削减硫化时多余飞边逸出，降低材料消耗定额，提高胶件的硫化合格率，已成为模型制品生产中不行缺少的重要加工设备。为提高生产效率和保证注压质量，现今的注压机大多已与平板硫化机连成一体，消灭了各式各样的自动注压成型硫化机。例如，橡胶件注压硫化机、胶鞋注压硫化机、胶辊注压硫化机等等。 二次加工(裁断、贴合、成型工艺)二次加工设备系指橡胶裁断、贴合、成型工艺用的设备，过去笼统地称为成 型工艺设备。从工艺加工角度来看，这一提法很不全面，近年来多用二次加工设 备的提法。它的概念是，以一次加工工艺设备制备的胶布、
16、胶板以及橡胶片材、 管材、型材等材料，经裁断、贴合、成型，压制成类似产成品外形的半制品，又 称成型物。例如，轮胎、胶管、胶带、胶辊、胶鞋以及乳胶制品等都有这样的专 用成型设备。这类成型设备视橡胶产品种类的不同而各异。但从大类性质来说， 大体可以分为胎类成型机、胶管成型机、胶带成型机、鞋类成型机四种不同类型。V 硫化工艺设备由于橡胶制品的多样化，硫化设备的种类也特别繁多，各有自己的独特性能。不过，从设备的外形和机构上来看，不外乎机、罐、室、槽四种。即压机式硫化 机、容器式硫化罐、密闭式硫化室以及开放式硫化槽四大类别。应用最广的是各 类硫化机。硫化机是橡胶制品用以硫化的最主要工艺设备，用途极为广泛
17、。因其压力大、硫化质量高，受到普遍欢送。一般分为模压、平板、圆鼓三大类型。一、模压硫化机是将硫化模具固定在压机式的硫化机上，以机械连杆或液压 机构锁住模型，在压力下加热硫化。用其硫化的橡胶产品主要有轮胎、自行车胎、实心胎以及空气弹簧、护舷、防震橡胶件、衬胶泵、胶球等大型工业橡胶制品。 最具代表性的，机构最简单的为轮胎硫化机。历史上,轮胎硫化机始终承受机械连杆式机构驱动。从 20 世纪 60 年月开头， 将机外水胎定型改为机内胶囊定型，使自动化程度大幅度提高，硫化时间缩短一倍。70 年月伴随着子午线轮胎的进展，消灭了胶囊中心机构定位更加周密的液压硫化机，从而使定型偏心度由原来的 1530mm 缩
18、小到 0305mm，轮胎的均一性由此大幅度提高，到达了 001N 的水平。随后，在 90 年月开发成功胶囊由单一充热水、蒸汽进展到充氮气硫化的工艺， 使胶囊使用寿命延长一倍，节约蒸汽 80以上。目前在国外，这种可充氮气硫化的轮胎液压硫化机，已占全部轮胎硫化设备的一半以上，除温控、压控、时控早已实现自动调整之外，近又普遍增加了故障诊断、查询和排解等带有高技术的装置；同时，胶囊和模具的更换也缩短到几分钟之内即可完成，一人可看管 40 台硫化机，从机组到生产线实行群控自动化。近年来，随着数控机床的普及和随之带来的机械加工精度大幅度提高，机械连杆式硫化机的准确度也得到明显改进。由于价格廉价，维护简洁，
19、因而又重夺回了失去的一局部市场。现在，最的液压轮胎硫化机，其热板同轴度进一步提高到 015mm 以下，平行度小于 02mm。规格从 36 到 100 寸不等，已达 9种之多，只比机械式少 120 寸一种，成为子午胎硫化的首选机型，但是由于本钱价格长期降不下来，且又存在着泄漏的隐患，从整体上来说，机械式和油压式两种轮胎硫化机处于各有长短，势均力敌的状态。二、平板硫化机除个别特定橡胶产品有机械传动之外，都是液压驱动，按用途有大平板、小平板(实际上，宜称为长平板和方平板)之分。大平板硫化机多为长方形，宽度 1422mm，长度 810m， 世界上最宽平板已达 38m，主要用来硫化输送带、传动带、胶板等
20、橡胶产品。小平板硫化机主要是四方形，一般从 300mm 到 600mm 见方，热板层数从 2 层到 4 层不等，用以硫化可移动模具的工业橡胶制品。这类平板呈称之为小平板，但由于工业橡胶制品的大型化，其规格尺寸有的已到达26m26m，同大平板机不相上下。防震橡胶件用的平板机，最大达 4m4m。输送带用的大平板硫化栅，多年来其机体构造并没有什么大的变化，主要是由水压改为油压，热源由蒸汽改热油。最近趋势是向着连续硫化的方向进展，以解决分段硫化造成局部过硫问题。它的硫化速度为 170下，每分钟可达 02 25m。连续硫化式的大平板硫化机综合了平板与鼓式硫化机的双重优点，既高压又连续，实现了机电一体化，
21、做到了节能、高效、全自动。工业制品用的小平板硫化机，除了硫化模制橡胶件之外，也可以硫化 V 带等固定模具的橡胶产品。通常，对批量大、外形比较固定的产品，可将模具固定在平板上；而对于批量小、品种经常更换的产品，以移动模型的方式，在机外开闭模。在机上自动开闭模的平板硫化机，大多已由蒸汽硫化改为电热硫化，硫化温度可高达 180200，压力 100400t，模具翻转角度 4580 度。为解决橡胶件缺胶等质量毛病，现已大量承受抽真空排气的方式，同时模型具有多面分解的功能，不产生毛边，用于薄膜、药用瓶塞、电子橡胶用品等周密橡胶制品。平板和模具的周密度成为平板硫化机的关键。使用无边模具的平板硫化热板的不平行
22、度到达 01mm 的程度。近年来，随着注射成型技术的迅猛进展，大量的平板机被加装了注射装置，以手动操作为量的平板机被加装了注射装置，以手动操作为主的平板硫化机已大量为注射成型硫化机所取代。注射成型硫化机的最大优点是橡胶件成型与硫化两道工序合二为一，实现了全自动化作业。由于是合模后注膜，产品根本没有逸出飞边，节约胶料，质量好，精度高，而且可以一模多腔，硫化快，间歇短，效率高，现已成为工业橡胶制品的主流设备。注射成型硫化机主要为电热和热油硫化，温度可达 180200，常用的有 30250t一次注射量 80200cc，最高能达 1200t、8500cc 以上。因此，现已成为各种大型橡胶件，例如衬胶泵
23、、护舷、履带、减震器等的抱负硫化设备。注射成型 硫化机过去以液压为主，为解决环境的安静问题，近年已大量改用电动机械式， 注射部与合模部承受齿形胶带。注射成型硫化机除与硫化机连在一起的单工位和 双工位的机型之外，也有注射机与硫化机可随时移动的平板硫化机生产线。例如， 注射机能移动的多联式平板硫化机，平板机数量可达 810 台以上；还有在固定式注射机上配置可旋转移动的平板硫化机，平板机可从 6 工位到 24 工位不等。它的好处是，可以充分发挥注射机的潜在生产力量，提高效率，降低本钱。注射成 型硫化机的最动向是，开发高注射精度、无压力损失，无逸出飞边的周密机型， 同时可以多品种、少批量生产，并且向无
24、人化治理的目标进展。三、鼓式硫化机开创了压力连续硫化的先河，从 20 世纪 60 年月以来，在运输带、V 带、胶板、胶布等方面得到了进展。规格由彩 7001500 到黟 1500 2600mm，世界上最大的鼓式硫化机已有髟 2003200mm 这样的庞然大物，可以单面加热和双面受热，以胶带或钢带加压。然而，终因供热受到限制，压力不如 平板，而且价格高、效率低，目前多限于硫化薄层胶带和要求周密的胶布、胶板。 三次加工(后处理工艺)设备列入三次加工的后处理工艺设备，主要是对硫化出来的橡胶产品进展精加工、组装及在生产流水线上检验成品等设备，多为工业常见的通用设备或非定型的自 褂设备。主要有研磨设备，
25、切削设备，拼接设备，包覆设备，喷涂设备，外表化 学物理处理设备，植绒设备，除边设备，切头设备，清洗设备，打印设备，组装 设备，计量器具，检验设备，包装设备，缺陷修补设备，废品处理设备。随着橡 胶制品的高质量化，为到达橡胶制品社会使用的质量故障率降到百万分之五以下 的水平，用以最终保证和把握产品性能质量的三次加工设备，今后还将会连续 增多。世界各国正在不遗余力地进展着不断的改进与完善。 结语综观上述世界橡胶工艺加工设备的进展历程和趋势，主要的橡胶机械设备并未因橡胶制品质量的改进、品种的增多、生产效率的提高以及本钱价格的下降， 而消灭划时代、根本性的变化。同其他相关工业相比，橡胶由于受粘弹性这一特
26、性的影响，其装备水平坦体上还处于缓慢和滞后状态。目前，主要的突破口是承受高技术，以电脑为中心，在各个工艺设备上以及加工设备之间，实行全方位的联动，把白控技术广泛推广到生产流程的各个环节。我国是橡胶机械主要生产大国，拥有大小 200 多家橡机企业，设备年加工能力可达 8 万吨，橡机产量居世界前列，并且大量出口东南亚等地区，自成一套体系。然而，多年来受打算经济体制的束缚和影响，橡机品种单调、质量不高、经营粗放、售后效劳跟不上等现象长期存在。随着我国已经已进入世贸组织(WTO)， 中国橡机企业在世界橡机的国际大环境中，如能发挥我们价格低廉的优势，同世界上大的橡机厂家以多种形式联手合作竞争，在承受高技术上狠下功夫，橡胶机械的进展是很有期望的。