橡胶挤出设备的技术进步及发展动向

维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期　吕柏源等．橡胶挤出设备的技术进步及发展动向　７　橡胶挤出设备的技术进步及发展动向　吕柏源　，祝钢　，王薇　（１．青岛化工学院；２．中国人民解放军第四三零八工厂，山东　青岛　２６６０４２）　摘要：从挤出机螺杆构型、用途的扩展、配套与联动线以及自动化等主要方面阐述ｒ挤出设备的技术进步：同时在此基础　上．从挤出机配合全自动化轮胎牛产技术进行创新性设计、用途的继续扩展、设备的智能化以及挤出机“瓶颈”技术问题等方　面阐述了挤出设备的发展动向。　关键词：橡胶：挤出；设备；螺杆：联动线：自动化：技术进步：发展动向　中图分类号：ＴＱ３３０．４４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９－７９７Ｘ（２００２）０４－０００７－０３　１　挤出设备的技术进步　１．１　螺杆构型　螺杆是挤出机的核　心部件，可以说挤出机的　发展史就是螺杆的发展　经过２０多年的发展，在６０　年代初期工业化国家出现了主　副螺纹强力剪切螺杆，这种螺杆　在塑化段中，有两条始点和终点　均相交的螺纹，一条为主螺纹，　一史，１９世纪８０年代就出　现了短长径比的普通螺　纹（等距不等深或等深不　等距）螺杆，产生了热喂料　挤出机。由于热喂料挤出　条为副螺纹，副螺纹比主螺纹　高度低，使主副螺纹形成一个高　低差，当胶料进入主副螺纹区域　时，主螺纹阻力将胶料往前输　送，迫使胶料越过副螺纹的间　隙，使胶料获得了显著的剪切和混合效果，同时能　够建立起更高的机头压力，突破了冷喂料挤出机一　直没有解决的塑化问题，这时期冷喂料挤出机开始　得到较迅速的发展。主副螺纹螺杆虽然塑化能力得　机需一整套庞大的预热供胶系统，不但使工艺过程　复杂化，而且在占地面积、电能消耗、动力浪费等　都有不可克服的缺点，特别是螺杆长径比较短，很　难建立起机头压力，导致挤出半成品质地疏松，直　接影响橡胶成品质量。为了克服上述问题，４０年　代初有人在热喂料螺杆的基础上加大长径比，出现　了普通冷喂料螺杆，从而产生了普通冷喂料挤出　机，这种加大了长径比的冷喂料挤出机，使挤出机　到了提高，但其生产能力偏低和挤出温度偏高问题　制约着其发展。在７０年代末期８０年代初期，工业　化国家推出了销钉机筒螺杆，这种机筒与螺杆互补　的复合结构，使挤出机具有高塑化能力和高生产　率，当它一出现时就得到了橡胶工业的积极响应，　在几年之间就得到了普遍推广，发展十分迅速。到　目前为止，机筒销钉螺杆及其相对应的挤出机在橡　胶工业仍然处于支配地位。　１．２用途的扩展　机外的胶料热炼供胶功能变成了挤出机内的热炼　功能。因而，可以取消热喂料挤出机所需庞大的热　炼供胶系统，同时也提高了挤出机的机头压力，使　挤出半成品质地致密，提高了制品质量。但是这种　构型的螺杆其作用主要是起输送作用，其剪切、混　合功能较差，因此这种构型的冷喂料挤出机在橡胶　工业迟迟得不到推广，其用途也只是局限在电缆电　线的复胶。　作者简介：　吕柏源（１９４２．），男，教授，　博士生导师。１９６６年　毕业于华南理工大学橡胶塑料机械设计号业，现任青岛化工学院高分　子材料加工机械研究所所长，长期从事高分子机械教学科研工作，先　后发表学术论文５Ｏ余篇。　收稿日期：２００２．０１．０８　早期的挤出首先用在电缆的复胶，随后用在胶　管、胎面的挤出和造粒、滤胶等，这些用途主要局　限在简单的压型、复胶和原材料的加工上。２０世　纪８０年代以来，伴随着激烈的市场竞争，激发着　挤出机用途的迅速扩展，主要表现在以下方面：　ｆ１）从单一的挤出发展到各种各样制品的复合　挤出，如：胶管的复合、胶片的复合以及胎面的复　维普资讯 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８　橡　塑　技　术　与　装　备　２００２年第２８卷　合。制品通过复合可以使用不同的配方，不但可以　节省原材料、降低成本，而且还可使制品获得优良　性能，包括耐腐蚀、耐磨或表面美观等。　（２）橡胶制品由压延成型发展到挤出成型，如：　防腐板材、防水卷材、子午线带束层等。挤出成型　不但可以大大地简化生产工艺、提高生产效率，而　且在高压的机头压力下其成型质量也显著提高。　（３）形状复杂制品或大型制品的成型发展到挤　出缠贴成型，如：工程轮胎胎面的缠贴成型、胶管　的缠贴成型、翻新胎面的缠贴成型等。缠贴成型可　以把难于用常规方法和设备成型的橡胶制品，通过　挤出特定的胶条容易地缠贴成所需各种形状的橡　胶制品或叠加成大型橡胶制品，这种方法既解决了　制品的成型问题，又解决了制品的质量问题。　（４）从开炼机预热供胶发展到冷喂料挤出供胶，　如压延机的冷喂料挤出供胶等。这种挤出机供胶方　法节省了开炼机供胶庞大的设备和占地面积、节省　了电能、节省了劳动力、改善了生产环境、提高了　供胶质量等。　（５）由橡胶间歇塑炼发展到挤出机连续塑炼，　如：橡胶螺杆塑炼机。螺杆塑炼能有效地提高生产　效率、简化生产工艺、节省能源，同时能比较容易　地实现机械化、联动化和自动化。目前螺杆连续塑　炼机虽然在塑炼的均匀性和温度高等方面存在问　题，但这些问题是可以解决的。　１．３挤出配套及联动线　挤出过程是一个复杂过程，单靠一台挤出机的　裸机既不能保证制品的质量，又不能发挥其效能。　由于总体工业水平的限制以及挤出理论跟不上形　势发展，导致挤出机裸机维持了很长的一段时间。　从７０年代以来，挤出机的配套件发展异常迅速，　如：热水循环温控装置，自动供料装置，机头测压、　测温装置以及自动开合机头装置等，使挤出机的整　体水平发展到一个新的高度，这些配套件已成为挤　出机不可分割的部分。　挤出机最大的特点是连续化生产，如果没有相　配套的联动线，则高效连续化的优势就无法发挥出　来。随着挤出机用途的迅速扩展，其各种各样的联　动线层出不穷，除传统常规的联动线外，还有如下　联动线：半成品联动线有二、三、四复合胎面挤出　联动线，子午线带束层挤出联动线和子午线轮胎内　衬层挤出联动线等；成品联动线有胶管挤出连续硫　化生产线，密封胶条挤出连续硫化生产线和防水、　防腐片材挤出连续硫化生产线等。　１．４自动化技术　自微机应用在挤出设备以来，挤出设备自动化　的技术进步相当迅速，微机已普遍应用在挤出设备　上。挤出设备的自动化是建立在挤出设备的机械　化、联动化基础上的。一台挤出设备包括其配套装　置以及联动化的各种装置，一般都有ｌ０个以上的　装置，有的多达３０多个装置。一套如此复杂的成　套挤出设备没有自动化控制是无法想像和无法运　行的。因此，现代化的成套挤出设备，其自动化控　制已成了必备的配置。　复合胎面挤出联动线的自动化是挤出联动线　比较典型的代表。一是半成品检测的自动化：胎面　通过激光扫描测厚装置将信号输入微机，经微机处　理，可得到实时胎面轮廓的数据，并自动显示或打　印出胎面的轮廓及其各部位的数据。二是自动实现　联动线各装置的闭环控制和速度的匹配，并自动检　测各装置的运行参数，如：挤出机的转速、电流值、　机头胶料的压力、温度以及挤出机螺杆机筒的温　度、口型板的温度、传送带的输送速度、缓冲层压　延机的电流值、快速辊道的速度、切割胎面的长度、　喷胶浆长度、胎面单位长度重量、每条胎面的重量　等等，以上数据均进行自动显示和打印。三是自动　生成每个瞬时的管理报告，如：生产胎面的规格、　生产胎面条数的给定值、合格胎面总数、废品胎面　总数、合格品中正负公差时条数以及各台挤出机的　最高温度等。　挤出机生产线实现自动化控制和自动化管理，　使整条生产线的各个装置变成了高效能的有机整　体，对保证产品的质量、降低成本、降低劳动强度　有重要意义。挤出设备自动化的技术进步将会不断　得到进一步加强。　２挤出设备的发展动向　因为挤出机具有连续化生产、结构简单和用途　多变的特点。因此，挤出设备的发展动向是最不好　捉摸的一种橡胶机械设备。目前，主要有四个发展　动向。　２．１　配合全自动化轮胎（含橡胶制品）生产技术进　行创新性设计　挤出设备可以生产出胎冠、胎侧、三角胶、缓　维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期　吕柏源等．橡胶挤出设备的技术进步及发展动向　９　冲层，还可以生产出钢丝带束层、钢丝圈和子午线　轮胎内衬层等等，可以说在目前的挤出功能条件　下，已经包括了子午线轮胎相当部分的橡胶部件和　轮胎骨架部分。因此，全自动化轮胎生产技术中挤　出设备是最有可能派上用场的。目前最重要的是，　如何创新性地设计出各种各样的挤出设备来满足　生产子午胎橡胶部件和各种骨架部件。然后将这些　挤出设备有机地组合和配置在一起，并使其成为轮　题和许多模糊的问题，这一切不能用单一的自动化　问题来解决，而必须由智能化来解决。　目前，挤出设备的单机尚未做到智能化控制，　但这～问题迟早都必须得到解决。　２．４挤出机“瓶颈”技术问题的突破　挤出机“瓶颈”技术问题主要包括两个问题：　一是挤出过程的软件问题；二是挤出机的硬件问　挤出过程的软件是指挤出的生产能力、挤出的　题。　胎成型机有效而高速的供给系统，从而实现全自动　挤出体系的供料系统。　质量（含膨胀率、收缩率等）。而这些参数又与胶料　的配方、挤出的速度、设备的温度、牵引速度和设　备的参数等等有关，要实现生产全自动化技术，必　２－２用途将继续扩展，上扩延至连续混炼，下扩　延至轮胎成型　目前胶料的塑炼和混炼基本上是通过间歇式　的密炼机来完成的。这种方法不但浪费巨大的能　量，而且需要冷却和停放，导致占地面积巨大，生　须将这些复杂的影响因素建立一个统一的数学模　型，为实现智能定量自动控制提供条件。这是必须　突破的一个“瓶颈”技术。　产工艺复杂，同时不利于全自动化生产技术的实　现。因此，要实现全自动化生产技术，首先要实现　胶料的连续化生产。正因为有了这种要求，挤出设　备的用途必须进行扩展，往上扩展则将连续挤出混　炼取代间歇的密炼设备混炼，往下扩展则将混炼胶　直接供给专用挤出设备，然后由于专门挤出设备向　轮胎成型设备供给各种橡胶部件和骨架部件。　挤出机的硬件主要是指螺杆构型和喂料段构　型问题。目前挤出设备主机主要解决塑化能力和喂　料能力问题。螺杆的塑化能力经过几代科学技术人　员的研究，已取得了许多突破，如主副螺纹强力剪　切螺杆、机筒销钉螺杆和传递式螺杆等等。但在喂　料（吃料）能力方面虽经很长时间的研究，仍未出现　突破性进展，仍停留在旁压辊喂料方法和装置等　２．３挤出设备的智能化　挤出设备功能的扩展，使每一台挤出设备都成　为整个全自动化生产技术系统的一个有机组成部　分。这个系统要求：一是每台挤出设备所挤出的部　件应按时、按质、按量输送到特定的位置；二是集　上。青岛化工学院经过几年的努力，研究的螺旋啮　合喂料方法和装置已应用在生产实际中，并取得了　发明专利，但还需经实际考核；新近德国一家公司　的科研人员正在进行轴向喂料方法和喂料装置的　研究，期待在喂料段的构型方面有所突破。塑化段　结构从２０年前销钉螺杆构型的突破以来，至今尚　未有新的重大突破，也许该到有新突破的时候了。　合的挤出设备群体，必须相互匹配等。这里有设备　问题、工艺路线问题、操作参数问题、动态输送问　Ｔｈｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　Ｒｕｂｂｅｒ　Ｅｘｔｒｕｄｅｒ　ＬＵＢｏ—ｙｕａｎｌＺＨＵ　Ｇａｎｇ２，ＷＡＮＧ　Ｗｅｉｉ　，ｒ１．Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ；２，Ｔｈｅ　Ｎｏ．４３０８　Ｆａｃｔｏｒｙ　ｏｆＰＬＡ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｃｕｓｓ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒｕｂｂｅｒ　ｅｘｔｒｕｄｅｒ　ｆｒｏｍ　ｓｃｒｅｗ，ｐｕｒｐｏｓｅ　ｅｘｐａｎｄ，　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｌｉｎｅ　ａｎｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，　ａｓ　ａ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ　ｔｙｒｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｚｅ．　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｘｔｒｕｄｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｉｔ’Ｓ　ｎｅｗ　ｕｓｅａｇｅ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｍｅｎｔ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｕｂｂｅｒ；ｅｘｔｒｕｄｅｒ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｓｃｒｅｗ；ｔｒａｉｎ　ｌｉｎｅ；ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ；　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　（ｘｓ一０４）