第十四章--橡胶的挤出

1第十四章压出工艺.............................................................................................1§14.1橡胶挤出机..........................................................................................................1一．挤出机结构..............................................................1二．挤出机的选用............................................................3§14.2挤出过程原理......................................................................................................4一．工作原理................................................................4二．胶料在挤出段中的流动状态................................................4三．胶料在机头内的流动状态..................................................5四．胶料在口型中的流动和压出膨胀............................................5五．挤出机的生产能力........................................................6§14.3口型设计..............................................................................................................7一．口型设计的一般原则......................................................7二．口型的具体设计..........................................................7§14.4橡胶制品的压出工艺..........................................................................................8一．热喂料压出工艺..........................................................8二．冷喂料挤出.............................................................10三．其它类型挤出机挤出.....................................................10§14.5压出半成品的收缩及质量问题........................................................................11一．影响压出工艺的因素.....................................................11二．压出半成品质量问题及原因...............................................11思考题：...................................................................121第十四章压出工艺压出（挤出）是使高弹态的橡胶在挤出机机筒及转动的螺杆的相互作用下，连续地制成各种不同形状半成品的工艺过程。应用：制造轮胎胎面、内胎胎筒、纯胶管、胶管内外层胶和电线电缆等半成品；也可用于胶料的过滤、造粒、生胶的塑炼、金属丝覆胶及上下工序的联动。挤出成型的特点：（1）操作简单、工艺控制较容易，可连续化、自动化生产，生产效率高，产品质量稳定。（2）应用范围广。通过挤出机螺杆和机筒的结构变化，可突出塑化、混合、剪切等作用中的一种，与不同的辅机结合，可完成不同工艺过程的综合加工。（3）可根据产品的不同要求，通过改变机头口型成型出各种断面形状的半成品。也可通过两机（或三机）复合压出不同成分胶料或多色的复合胎面胶。（4）设备占地面积小、质量轻、机器结构简单、造价低、灵活机动性大。挤出机的分类：根据加工物料的不同可分为：橡胶挤出机和塑料挤出机；根据结构特征可分为：热喂料挤出机、冷喂料挤出机和排气冷喂料挤出机；根据螺杆数量可分为：单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机；根据工艺用途不同分为：压出挤出机、滤胶挤出机、塑炼挤出机、混炼挤出机、压片挤出机及脱硫挤出机等。§14.1橡胶挤出机挤出机的规格用螺杆的外径表示，并在前面冠以“SJ”或“XJ”，S表示塑料；X表示橡胶；J表示挤出机。如SJ-90表示螺杆外径为90mm的塑料挤出机；而XJ-200表示螺杆外径为200mm的橡胶挤出机。一．挤出机结构挤出机结构通常由机筒、螺杆、加料装置、机头（口型）、加热冷却装置、传动系统等部分组成。挤出机的主要技术参数有：螺杆直径、长径比、压缩比、转速范围、螺杆结构、生产能力、功率等。1．机筒机筒在工作中与螺杆相配合，使胶料受到机筒内壁和转动螺杆的相互作用，以保证胶料在压力下移动和混合，通常它还起热交换的作用。为了使胶料沿螺槽推进，必须使胶料与螺杆和胶料与机筒间的摩擦系数尽可能悬殊，机筒壁表面应尽可能粗糙，以增大摩擦力，而螺杆表面则力求光滑，以减小摩擦系数和摩擦力。否则，胶料将紧包螺杆，而无法推向前进。（1）机筒的结构形式按结构可分为整体式和组合式两种。（2）喂料口与旁压辊2喂料口的结构与尺寸对喂料影响很大，而喂料情况往往影响挤出产量。在喂料口侧壁螺杆的一旁加一压辊构成旁压辊喂料，此种结构供胶均匀，无堆料现象，半成品质地致密，能提高生产能力，但功率消耗增加。2．螺杆螺杆是挤出机的主要工作部件。它在工作中产生足够的压力使胶料克服流动阻力而被挤出，同时使胶料塑化、混合、压缩，从而获得致密均匀的半成品。螺杆的分类：按螺纹头数分：单头、双头、三头和复合螺纹螺杆。双头螺纹螺杆用于压型挤出；单头螺纹螺杆多用于滤胶；复合螺纹螺杆多用于塑炼等。按螺纹方向分：有左旋和右旋两种，橡胶挤出机多用右旋螺纹螺杆。按螺杆外型分：有圆柱形、圆锥形、圆柱圆锥复合形螺杆。圆柱形螺杆多用于压型和滤胶；圆锥形螺杆多用于压片和造粒；复合形螺杆多用于塑炼。按螺纹的结构形式分：普通型（如等深变距型或等距变深型），分流型（如销钉型），分离型（如副螺纹型）和复合型螺杆等。螺杆的结构：螺杆的结构分工作部分（指螺纹部和头部）和连接部分（指尾部），工作部分直接完成挤出作业，尾部起支持和传动作用。螺杆工作部分的主要参数有：螺纹头数、压缩比、导程、槽深及螺纹升角等。（1）长径比螺杆螺纹部分长度L与外直径D之比为长径比（L/D），是挤出机的重要参数之一。长径比大，胶料在挤出机内走的路程长，受到的剪切、挤压和混合作用就大。热喂料挤出机的长径比一般在3~8之间，而冷喂料挤出机的长径比一般为8~17，甚至达到20。（2）压缩比螺杆加料端的螺槽容积与出料端的螺槽容积之比为压缩比，它表示胶料在挤出机中可能受到的压缩程度。比值越大，半成品致密性越好。压缩比的大小视挤出机的用途而异。压缩比过大，虽然可保证半成品质地致密，但挤出过程的阻力增大，胶料升温高易产生焦烧，且影响产量；压缩比过小影响半成品致密程度。热喂料挤出机常用压缩比为1.3~1.4，有时可达1.6~1.7；冷喂料挤出机常用压缩比为1.7~1.8，有时可达1.9~2.0。（3）螺纹导程S与升角α同一螺纹连续转一圈相应点间的距离称螺纹导程。当螺纹直径确定后，螺纹导程不但决定了升角，而且影响螺纹槽的容积，它们的关系为：DtgS(3-1))ietg(h)ieS(hF(3-2)式中F—螺纹槽纵截面积；i—螺纹头数。当S增大时，α也增大，此时吃料方便，产量高，但过大可能造成塑化不均，影响半成品质量，且螺杆加工也困难；当S减小时，α也减小，此时轴向压力大，胶料在机筒内停留时间延长，塑化3均匀，半成品质量好，但螺纹容积小，产量下降。螺纹升角α一般为12~35º，螺纹导程S为（0.5~1）D。（4）螺纹槽深度h螺纹槽深度减小时，胶料速度梯度增大，有利于胶料的剪切塑化，但胶料升温高、产量小，增大h可提高产量，但过大时产量增加并不显著，且影响螺杆的强度。一般h=（0.18~0.25）D，螺杆直径大时系数取大值。（5）螺杆头部形状螺杆头部形状选择应有利于胶料流动，防止产生死角而引起胶料焦烧。螺杆头部形状有四种：平头螺杆头、弹头型螺杆头、锥型螺杆头和球型螺杆头。平头螺杆头其顶端有死角，多用于滤胶机上；锥型螺杆头无死角，有利于胶料流动，且不易焦烧。3．机头机头对不同的挤出工艺（如压型、滤胶、混炼、造粒等），其作用与结构也不相同。对压型挤出机的机头来说，其主要作用是：使胶料由螺旋运动变为直线运动；使机筒内的胶料在挤出前产生必要的挤出压力，以保证挤出半成品密实；使胶料进一步塑化均匀；使挤出半成品成型。（1）机头的类型按机头的结构分：有芯型机头和无芯型机头。按与螺杆的相对位置分：直向机头、直角机头和斜角机头。按机头用途不同分：内胎机头、胎面机头、电缆机头等。按机头内胶料压力大小分：低压机头、中压机头、高压机头。（2）机头的结构橡胶挤出机的机头结构主要分为圆筒形、扁平形、T型和Y型。a．内胎挤出机头（圆筒形）用以制造各种空心制品，如胶管、内胎、密封条等等。这种结构的机头又分为可调整口型和可调节芯型。b．胎面挤出机头（扁平形）用以制造轮胎胎面。这种机头又分为整体式和复合式两种。c．电线、电缆挤出机头（T型和Y型）用以制造电线电缆绝缘层，轮胎钢丝圈及胶管包胶等。其结构一般有两种形式：直角机头和斜角机头。二．挤出机的选用橡胶挤出机的选用，由所需半成品的断面大小和厚薄来决定。对于压出实心或圆形中空半成品，一般口型尺寸约为螺杆直径的0.3~0.75左右。口型过大，螺杆推力小，机头内压力不足，排胶不均匀，半成品形状不规整；口型过小，压力太大，速度虽快些，但剪切作用增加，引起胶料生热，增加胶料焦烧的危险。4§14.2挤出过程原理一．工作原理挤出成型是在一定条件下将具有一定塑性的胶料通过一个口型连续压送出来，使它成为具有一定断面形状的产品的工艺过程。胶料沿螺杆前移过程中，由于机械作用及热作用的结果，胶料的粘度和塑性等均发生了一定的变化，成为一种粘性流体。根据胶料在挤出过程中的变化，一般将螺杆工作部分按其作用不同大体上分为喂料段、压缩段和挤出段三部分。各段工作特点如下：1．喂料段：又称为固体输送段，此段从喂料口起至胶料熔融开始。胶料进入加料口后，在旋转螺杆的推挤作用下，在螺纹槽和机筒内壁之间作相对运动，并形成一定大小的胶团。2．压缩段：又称为塑化段，此段从胶料开始熔融起至全部胶料产生流动止。压缩段接受由喂料段送来的胶团，将其压实、进一步软化，并将胶料中夹带的空气向喂料段排出。3．压出段：又称为计量段，把压缩段输送来的胶料进一步加压搅拌，此时螺纹槽中已形成完全流动状态的胶料。由于螺杆的转动促使胶料流动，并以一定的容量和压力从机头流道均匀挤出。二．胶料在挤出段中的流动状态一般把胶料在挤出段中的流动看成是顺流、倒流、漏流和环流的综合流动。顺流：由于螺杆转动促使胶料沿着螺纹槽向机头方向的流动，它促使胶料挤出，又称为挤流。它的速度分布近似直线，在螺杆表面速度最大，在机筒内壁速度近似为零。顺流对挤出产量有利。倒流：由于机头对胶料的阻力引起的