第十五章橡胶制品成形

第十五章橡胶制品成形215.1挤出成形15.2压延成形15.3注射成形15.4橡胶复合制品实例――充气外胎的成形3(按制造过程特征)橡胶制品：非模型制品和模型制品大多数橡胶制品都属模型制品，特征是成形过程与硫化过程同时进行，成形工艺主要有模压成形和注射成形两种非模型制品（胶布、胶管、压延胶片、氧气袋、贴合鞋等）特征是成形过程和硫化过程分开进行，成形工艺主要有挤出成形和压延成形两种415.1挤出成形15.1.1橡胶挤出机15.1.2挤出工艺5橡胶挤出（或称压出）：应用很广，如轮胎胎面、内胎、胶管、胶带、电线电缆外套和异形橡胶制品，胶料的过滤、造粒、塑炼、混炼以及上下工序的联动（如密炼机下的补充混炼下片，热炼后对压延机的供胶等）橡胶挤出特点：重要工艺，操作简单、经济，半成品质地均匀、致密，容易变换规格，设备占地面积小，结构简单，操作连续，生产率高（按加入胶料温度）橡胶挤出工艺：热喂料和冷喂料两种热喂料挤出的喂料是经过热炼工序的较高温度胶条冷喂料挤出的喂料是室温状态的较硬胶条和块状料615.1.1橡胶挤出机橡胶挤出机基本结构和主要参数名称与塑料挤出机相同，但结构特征及参数数据有所差别（根据加入胶料的温度不同）橡胶挤出机：热喂料挤出机和冷喂料挤出机两大类，两者的差异主要在于挤出系统7图15.1橡胶螺杆挤出机（热喂料）的结构示意图1－螺杆2－机头3－机筒4－分配装置5－加料口6－螺杆尾部7－变速装置8－螺杆供水装置9－电机8一、加料口加料以条状或块状胶料为主，加料口上方一般不设加料斗加料口一般与螺杆成33°~45°倾角以利胶料沿螺杆底部卷入机筒内为满足自动连续供料的需要螺杆旁可加旁压辊或在加料口上方设有导辊9图15.2橡胶挤出机的4种加料口形式图15.3倾斜式加料口结构10二、机筒橡胶挤出温度在30~140℃间，通常100℃以下，所以橡胶挤出机通常采用螺旋夹套供加热冷却用长径比较大的挤出机在塑化段和挤出段有时采用轴向钻孔机筒以强化冷却效果，加热一般用蒸汽，冷却常用水冷喂料机螺杆（较热喂料机复杂）常分三段设计，多采用主副螺纹形（即分离型），销钉型机筒挤出机是新型冷喂料挤出机，销钉可使混合均化作用强化，但温升均匀且不会过高11图15.4销钉机筒12三、螺杆螺杆螺纹有单头、双头和复合型三种形式单头多用于滤胶；双头可使出料均匀，多用于挤出成形；为利于加料和保证出料均匀性，可采用加料段为单头、出料段为双头的复合型螺纹螺杆主要是利用等距不等深实现压缩比13橡胶挤出机与塑料挤出机螺杆的差异：①橡胶挤出机螺杆长径比较小因为橡胶黏度很高，缩短挤出机长度可防止胶料过热和焦烧（热喂料机L／D一般很短，4~5，而冷喂料机在8~16，冷喂料排气机则16~22）14②橡胶挤出机螺杆螺槽深度通常相当大螺槽较深是为减少黏性生热，深度增加可提高产量但太深会影响胶料机械强度，深度过浅则易过热和焦烧螺纹深度一般为螺杆外径18%~23%，冷喂料机螺纹槽偏浅些③橡胶挤出机螺杆压缩比相对较小热喂料机压缩比一般1.3~1.4，冷喂料机一般1.6~1.8，而滤胶机不需要压缩，一般为1，是等距等深螺杆15四、机头机头结构：主要有圆筒型、扁平型、T型和Y型四类圆筒型用于挤出圆形或小型半成品（如胶管、内胎、密封条等）扁平型用于挤出宽断面扁平半成品（如外胎胎面、胶片等）T型和Y型分别用于胶料挤出方向与螺杆成90°和60°角的场合，如电线电缆包胶、钢丝和胶管的包胶等还有剪切机头等特殊机头和各种复合挤出机头16五、口型机头前安装口型，口型一般分两种：用于挤出实心和片状半成品的口型是带有与半成品形状相应开孔的钢板用于挤出中空半成品的口型由外口型、芯型及支架组成，芯型上有喷射隔离剂的孔17挤出实心或圆形中空半成品的口型尺寸一般约为螺杆直径0.3~0.75口型过大，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，剪切作用太强，增加焦烧的危险性对于扁平形半成品，挤出宽度可为螺杆直径的2.5~3.5倍18橡胶挤出膨胀变形比较严重，半成品几何形状与口型断面有很大差异，因此必须根据挤出变形特征合理设计口型首先需要考虑胶料的挤出膨胀率，其次考虑挤出膨胀的各向差异特征（板式口型挤出胶料的断面变形通常是中间大边缘小）19图15.5各种实心制品挤出断面的变形图（上面为口型形状，下面为对应的挤出物断面形状）2015.1.2挤出工艺一、热喂料挤出工艺1．挤出工艺流程热喂料挤出工艺：包括胶料热炼及供胶、挤出、冷却、裁断和接取等（1）胶料热炼及供胶冷胶料送入挤出机之前必须进行充分热炼以提高胶料均匀性及热塑性21热炼：可采用开炼机和密炼机，一般采用开炼机，通常分粗炼和细炼两步进行粗炼采用低温薄通法，温度45℃左右，辊距1~2mm，目的是提高胶料均匀性和可塑度细炼的温度较高（60~70℃），辊距较大（5~6mm），目的是增加胶料温度和热塑性胶料热塑性越高，挤出越容易，但应防止过炼，否则半成品易变形下塌通常连续热炼然后连续向挤出机直接供胶，供胶方式可以是传送带输送方式和人工喂料方式22（2）挤出成形挤出成形前挤出机机筒、机头、口型和芯型要预先加热到规定温度开始供胶后首先要调节挤出机的转速、口型位置和接取速度等测定和观察挤出半成品情况，调节和确定挤出参数进行正常挤出23（3）冷却、裁断、称量和接取挤出半成品要迅速冷却，防止半成品变形和存放时发生自硫化及焦烧冷却后半成品有些（如胎面）需经定长、裁断、称量等步骤然后接取停放，有些（如胶管、胶条等）可卷在容器或绕盘上停放242．挤出工艺参数影响质量因素：胶料组成与性质、机筒温度、螺杆转速、挤出温度、模头、口模、芯模相对位置等（1）胶料组成与性质橡胶含量大的胶料的挤出速度应低些且挤出物收缩率大、表面不光滑适量的填充剂则挤出速度可提高且挤出物收缩率减小（但用量过大易引起焦烧）添加适量软化剂可提高挤出速度且挤出物表面质量改善胶料中掺入适量再生胶，挤出速度可增大且挤出物收缩率相应降低25（2）挤出机温度挤出机一般以口型处温度最高，机头次之，机筒最低温度控制可根据情况调节：如胶料含生胶量较大，可塑性较小，则应采用较高的温度2627（3）挤出速度机台塑化性能好则可用较高的速度挤出胶料中生胶含量低或挤出性能较好时挤出速度可选取较高的范围挤出温度高则挤出速度可以提高丁苯、丁腈和丁基橡胶的挤出膨胀收缩大，挤出较困难，挤出速度宜低些28（4）挤出物的冷却生产上常用水喷淋或水槽冷却两种方法挤出大型半成品（如胎面）一般须经预缩处理后才进入冷却水槽，预缩率可5%~12%，预缩方法是使半成品经过一组倾斜导辊或一组由大到小圆辊使沿长度方向预缩29冷却水温通常宜控制在15~25℃之间，挤出物要冷到25~35℃冷却水流动方向与挤出方向相反以免挤出物骤冷（骤冷会引起局部收缩而导致挤出物的畸形或引起硫黄析出）较厚或厚度相差较大的挤出物通常采用40℃左右温水冷却，然后再降至20~30℃，以免冷却程度过强导致冷却变形不规则为防止半成品相互黏结，可以在冷却水槽中加入滑石粉形成悬浮隔离液或者使挤出物先通过滑石粉槽然后空气冷却挤出空心半成品则应通过芯型上的喷射孔喷射隔离剂（多采用液体隔离剂，如皂片水溶液）以免半成品内壁黏连30二、冷喂料挤出工艺冷喂料挤出：省去热炼设备，易于实现机械化、自动化生产，胶料高热历程短而不易发生焦烧，挤出胶料均匀性好，制的质量改善应用：天然橡胶及合成橡胶的挤出，电线、电缆、胶管等小规格制品方面逐渐取代热喂料挤出冷喂料挤出各部位常用温度：螺杆＜35℃，加料段35~50℃，塑化段40~60℃，挤出段50~70℃，机头和口型80~100℃冷喂料挤出还常采用冷喂料排气挤出机：可用于胎面胶的挤出，尤其适用于常压下硫化的挤出制品生产3115.2压延成形15.2.1压延前准备15.2.2压延工艺32橡胶制品压延工艺：胶片压延和纺织物挂胶两类胶片压延工艺包括压片、压型和贴合三种类型，而纺织物挂胶工艺有擦胶法和贴胶法两种方法橡胶制品压延过程：包括压延前准备和压延工艺两个阶段（根据工艺用途）橡胶压延机：压片压延机、压型压延机、挂胶压延机、通用压延机和钢丝压延机等3315.2.1压延前准备压延前准备：包括胶料热炼及供胶和纺织物预加工一、胶料热炼及供胶1．胶料热炼一般采用开炼机，开炼机热炼分为一步热炼法和两步热炼法一步热炼法：把胶料在开炼机上一次完成，热炼温度60~70℃，辊距5~6mm，时间5~10min两步热炼法：分粗炼和细炼两步完成，粗炼采用低温薄通法，温度45℃左右，辊距1~2mm；细炼是把粗炼胶料在另一台开炼机进一步较高温度热炼，胶温略低于压延最高辊筒温度5~15℃342．向压延机供胶向压延机供胶有连续和间断两种方法间断供胶：把热炼胶料打成胶卷或制成胶条再往压延机上供胶，胶卷停放时间不能过长，一般不超过30min连续供胶：有两种方式，一是采用圆盘式或平板式切刀将热炼胶料切成胶条由皮带运输机往压延机上供胶，二是在热炼供胶开炼机和压延机之间安装挤出机以向压延机连续均匀地供胶35二、纺织物的预加工纺织物挂胶前往往需要进行烘干、浸胶和热伸张等预加工1．烘干压延纺织物的含水率应控制在1%~2%以下含水率过高会降低胶料与纺织物的结合强度，出现压延半成品掉胶、胶料内部出现气泡、硫化胶内部出现海绵或脱层等质量问题纺织物干燥一般采用多个中空辊筒的立式或卧式干燥机（辊筒内通饱和水蒸气，表面温度保持110~130℃左右）生产上纺织物烘干一般与压延工序组成联动流水作业线362．浸胶挂胶前可采用刮涂、辊涂和喷涂等对纺织物进行附胶预处理，但浸胶工艺用得最普遍浸胶预处理可在纺织物与压延胶层之间建立过渡性中间层以增加织物与压延胶层的结合强度浸胶：将纺织物浸入胶乳中使纺织物附着一定胶量的工艺浸胶工艺有单独浸胶和与压延机联动浸胶两种，生产以单独浸胶工艺为主浸胶工艺包括浸胶、挤压、扩布、干燥、卷取等工序，工艺因素有浸胶液组成及浓度、浸渍时间、布张力、挤压辊压力和干燥条件等37图15.6浸胶工艺过程示意图1－布卷2－调节装置3－浸渍槽4－压辊5－干燥室6－卷取383．热伸张锦纶和聚酯帘布有受热收缩的特性，压延前必须进行热伸张处理以保证尺寸稳定性热伸张处理工艺通常分三步进行：①热伸张区，即在帘线软化点以上的温度对帘布施加张力使取向度和结晶度提高；②热定形区，对热伸张的帘布进行热定形，温度与热伸张区相同或低5~10℃，张力作用略低；③冷定形区，保持帘布张力不变，使帘布冷到玻璃化温度以下的常温范围工业生产一般将浸胶和热伸张处理设备联在一起，工艺方法有先浸胶后热伸张处理和先热伸张处理后浸胶两种路线3915.2.2压延工艺一、胶片压延1．压片压片：将胶料在压延机上压延成具有规定厚度和宽度的胶片应用：胶管内外层胶及中间层胶、轮胎缓冲胶片等设备：压片压延机一般为三辊或四辊压延机，但多采用三辊压延机40（1）压片工艺压片：方法有两种，一是中下辊不积胶方式，下辊仅起冷却作用；二是中下辊间积胶方式，适量的积胶有利于胶片光滑，减少气泡和提高胶片致密性要求：胶片表面光滑、不皱缩、无气泡且厚度均匀影响因素：主要有胶料组成及配方、可塑度、辊温、辊速及辊速比等41图15.7压片工艺示意图(a)中下辊不积胶(b)四辊压延机压片(c)中下辊间有积胶42胶料的组成及配方应合适并保证合适的可塑性可塑度一般以0.30~0.35左右为宜；可塑性太大则胶料易粘辊，可塑性太小则胶片收缩率大、表面不光滑43胶料含胶量高或弹性大时辊温宜较高，压延机各辊应有温差以使胶片在辊筒间顺利转移（黏附热辊或冷辊）压延速度应视胶料的可塑性而定，压片时通常各辊转速相同，当然可采用一定速比，常常在三辊压延机中采用中、下辊等速，而中、上辊有较低的速比44（2）冷却及卷取压延胶片应冷却以防止焦烧和定形，冷却方法有自然冷却和强制冷却两种强制冷却方式有水槽冷却和冷却鼓冷却两种易焦烧