橡胶挤出设备的技术进步和展

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橡胶挤出设备的技术进步和展

      


       前言长期以来，挤出机已是橡胶工业的一种基本设备。从最初的简单的柱塞式挤出机的应用，发展到今天普遍推广的销钉冷喂料挤出机，期间经历了螺杆型热喂料挤出机，普通冷喂料挤出机，主副螺纹冷喂料挤出机，冷喂料排气挤出机。
       柱塞式挤出机可较好地用于挤出长度较短的制品，而螺杆型则适用于连续的型件。过去很长一段时间对挤出机的设计改变很少，但是劳动力、物料、尤其是能源等费用的上涨，结束了挤出机技术与设备的长期停顿状况，现在挤出机已是橡胶加工过程中一种多用途的先进设备，而且已经远远超出对型件及各种部件的挤出[1]。
9 `+ l2 y0 ?+ }9 w0 t       在1 9世纪8 0年代出现了橡胶热喂料挤出机，由于其结构简单、生产效率高、制造容易以及能够连续化作业等独特的优点，使得热喂料挤出机在橡胶工业中获得广泛的应用，并成为橡胶工业的重要设备。但是，由于热喂料挤出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、电能的消耗、劳动力的浪费等都有不可克服的缺点。特别是热喂料挤出机螺杆长径比很短，很难建立起机头压力，导致挤出半成品质地疏松，直接影响橡胶成品的质量。
, s4 x- y& ^; E6 y0 i       为了克服热喂料挤出机存在的问题，德国在2 0世纪4 0年代初期发明了橡胶冷喂料挤出机，这种挤出机是在原有的热喂料挤出机基础上加大螺杆的长径比，使挤出机机外的胶料热炼供胶功能变成挤出机机内的热炼功能。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，提高了制品的质量。然而，早期的冷喂料挤出机其螺杆构型比较简单，一般是等深不等距或等距不等深的普通螺杆。这种类型的螺杆主要是起输送作用，其剪切、混合功能较差；加之当时疏忽了冷喂料挤出机各区段恒温加热的重要性，导致挤出胶料塑化达不到要求。因此，这种普通型冷喂料挤出机在橡胶工业迟迟得不到推广，其用途也只局限在电缆电线的覆胶。
       经过20多年的发展，在20世纪60年代初期工业化国家出现了主副螺纹强力剪切螺杆，也相应出现了主副螺纹冷喂料挤出机。这类冷喂料挤出机的出现，使挤出机的剪切功能和混合功能得到显著提高，同时能建立起更高的机头压力，这就突破了冷喂料挤出机一直没有解决的塑化能力问题。这时期冷喂料挤出机开始得到较迅速的发展。也几乎在同一个时期，随着某些制品在加工过程中需要除去原料中的气体、水份或各种易挥发物，使得先前使用的挤出机的用途受到限制，这时工业化国家推出了冷喂料排气挤出机，这类挤出机能有效解除物料中所含的水份、溶剂，从而提高成型产品的光洁度，减少各种缺陷，而更好地提高产品质量。
" K% Q& b! [& p6 s9 A) {" P       在7 0年代末期8 0年代初期，工业化国家又推出了销钉机筒冷喂料挤出机，由于这种挤出机具有高塑化能力和高生产率，当它一出现时就得到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。与此同时，与其相匹配的挤出联动线也得到异常迅速的发展，如复合胎面挤出联动线等等。还有其配套的附属装置，如：热水循环温控装置、机头测压装置，以及喂料供胶装置等也得到迅速发展。这是冷喂料挤出机发展的一个辉煌时期。
" j  a* F" i! k2 o% ]8 @6 Q% g9 a       下面将对挤出机的各个发展阶段作一简单的介绍。

一、柱塞式挤出机
       挤出机起源于1 8世纪，1 7 9 5年在英格兰Joseph Bramah制造了一台用于制造无缝铅管的手动活塞式压机[ 2 ] ，这台机器通常被认为是第1台挤出机。从他发明第1台柱塞式挤出机开始，在1 9世纪前半个世纪内，挤出机似乎只应用于铅管的生产、通心粉和其他食品的加工、制砖以及陶瓷工业。
' P7 u# a/ N! |& g5 v        在挤出机作为一种制造方法的发展过程中，第1次有明确记载的时间是1 8 4 5年，当时R. Br o oma n申请了用挤出机生产固特波胶电线的专利。固特波公司的H.Bewlg y随后改进上述挤出机，并于1 8 5 1年将它用于包覆在Do v e r和Calais公司之间[3-4]第1根海底电缆的铜线上。在此后的2 5年内，挤出方法日渐重要，并且逐渐由电动操纵的挤出机迅速替代了以往的手动挤出机。初期机械操纵的柱塞式挤出机生产了成千上万公里的绝缘电线和电缆，从而牢固地确立了挤出法用于电缆生产的地位。早期生产电缆的挤出机无论是手动的、机械的或者液压的，全都是柱塞式的。在这种生产过程中，柱塞将热的古塔波胶压入到通有铜导线的口模中，古塔波胶从口模中挤出，这样它就包覆在铜导线上形成绝缘层。
       柱塞式挤出机虽然在一定的程度上满足了人们的要求，但是它有2大明显的缺点：一方面柱塞式挤出机只能加工那些不是通过加热而是用别的方法软化的材料，或是那些可以预热到挤出温度的材料，而且只能起到推动、挤压成型的作用；另一方面是它不能连续操作，当柱塞达到它的行程终点时，挤出停止并且柱塞必须退回，以便下一批物料装入机筒。而且当材料的热物理性能或其他因素不稳定，在机筒、口模和其他部件中留下已固化的废料时，就必须进行彻底的清理。这也必然影响到挤出的效率，为此，人们迫切需要一种更先进的设备来满足日益工业化的需求。
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6 P; ?; ?, b$ J3 U! n+ u二、热喂料挤出机
       1 8 6 6年第1台螺杆型挤出机获得应用，实现了从间断到连续作业的跨越，这也就是现在通常所认为的热喂料挤出机雏形，1879年，Gray取得了第1个采用阿基米德螺线挤出机的专利[ 5 ] ，差不多同一时期，美国的Ro yl e也开发了一种螺杆挤出机，到1 8 8 1年，英国的S h aw已生产和出售螺杆挤出机。1 8 8 6年同一制造商制成了一台配有直角机头的螺杆挤出机。在德国，橡胶和塑料机械制造商Paul Troes ter到1892年已成功地生产了螺杆挤出机。在这以后不久，德国Pho en ix橡胶厂公布了挤出机的螺杆设计[ 6 ] ，这期间螺杆挤出机真正作为工业标志应用于橡胶电线绝缘层的挤出。
        1920- 1930年，一些新型的聚合物材料陆续问世，塑料工业有了迅速的发展的条件，特别是1 9 3 9 - 1 9 4 6年二次世界大战军事工业的需求和刺激，聚氯乙烯和聚乙烯的挤出技术飞跃发展。螺杆挤出机就整体来说得到定型，各个工作部件日益精良。到2 0世纪5 0年代，螺杆挤出机在设计、制造和使用技术方面积累了丰富的经验，挤出质量和相应的挤出制品质量也达到较完善的程度。
       热喂料挤出机由于其结构简单、生产效率高、制造容易以及能够连续化作业等独特的优点，使得热喂料挤出机在橡胶工业中获得广泛的应用，成为橡胶工业的重要设备，并因此在橡胶工业中占据支配地位达1 0 0 a之久。但它需一整套庞大的预热供胶系统，这不但使工艺过程复杂化，而且在占地面积、电能的消耗、劳动力的浪费等方面都有不可克服的缺点。特别是热喂料挤出机螺杆的长径比较小， 一般为3 ~ 5 ，很难建立起机头压力，导致对胶料的混合不够均匀，挤出半成品质地疏松，直接影响橡胶成品的质量。
       另外热喂料挤出机对温度的控制能力也十分有限，挤出质量依赖于热炼压片机的工作质量，而热炼压片机很难按要求精确控制工艺条件，尤其是设备的加工温度，这就使得炼胶机加工的胶料质量易受炼胶工的技术熟练程度等一些个别因素的影响，易出现加工程度不等质量问题，喂入挤出机的胶料温度和黏度发生变化也会影响挤出速率和膨胀率，从而影响挤出制品的尺寸。所以尽管现代的热喂料挤出机的挤出工艺水平得到了很大的提高，具有较高的生产能力，并且在某些范围内仍然被广泛应用。但是由于其加工原理的局限以及上述一些其他方面不可克服的缺点影响了热喂料挤出机的发展。
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三、普通冷喂料挤出机
6 v3 L& v8 v! M: ~+ p/ Y       为了克服热喂料挤出机存在的问题，在2 0世纪4 0年代初期西德发明了橡胶冷喂料挤出机[ 8]。1950人们开发了带压缩比的螺杆，并应用于挤出机中[ 9 ] ，这时挤出机除了具有热喂料挤出机的功用之外，还具有对胶料进行塑化、混合和均质化的功能，使挤出机机外的胶料热炼供胶功能变成挤出机机内的热炼功能，因而可以取消热喂料挤出机所需的庞大的热炼供胶系统，相应地节省了能源和占地面积，减少了设备的投资和劳动力的费用；同时也提高了挤出机的机头压力，使挤出半成品质地致密、尺寸精确、稳定性和再现性好，提高了制品的质量。
! b; ^; u! ]' K5 O$ G       另外，由于冷喂料挤出机长径比大，受机头反压影响较小，有助于减少热喂料难以克服的喂入胶料波动的问题。普通冷喂料挤出机最早所用的螺杆是在热喂料挤出机的螺杆的基础上加大长径比，后来螺杆逐渐增大几何压缩比和减小螺槽深度，这时螺杆主要有2种类型：一种是等深不等距螺杆， 另一种是等距不等深螺杆。
       等距不等深螺杆的螺纹截面形状通常为矩形，内根径由小到大，螺槽深度由深到浅。等距不等深螺杆在生产方面由于考虑到混合和塑化的效果，往往采用浅螺槽结构，因此生产率较低。此外等距不等深螺杆在挤出质量、挤出稳定性以及机械强度、刚度方面都有不可克服的弱点。但因其结构简单，便于加工和自洁性好，使其在挤出机的发展史上经历了相当长的时间。但从综合性能的角度上，这种螺杆在结构上是原始的， 将为新型螺杆所代替。
       后来出现了等深不等距螺杆（ 也称收敛螺杆），与等距不等深螺杆的最大差别是这种螺杆的底径保持不变，螺纹的螺距是从大到小收敛的，这种结构的螺杆的危险截面处于底径比较大的位置。因此机械强度、刚度比等距不等深螺杆要好，尤其在中小型挤出机上显示出了它的优点。同时因为螺纹的升角逐渐变小，增大了横向流动的作用，而在一定程度上提高了塑化效果，但由于这种螺杆的螺纹是变距的，需要专用机床加工， 加工工艺较为复杂。
       由于普通螺杆没有设置混合元件，因而这种类型的螺杆主要是起输送、压实作用，胶料在螺槽的运动基本上仍保持层流状态，使得螺槽内的物料流动存在“死区”和“夹生”现象，胶料在螺槽内不能得到理想的混合和塑化效果。
      由于普通螺杆挤出机存在着这样严重的局限性，所以普通型冷喂料挤出机在橡胶工业迟迟得不到推广，其用途也仅仅局限在电缆电线的覆胶，因此要扩充其用途就必须寻求一种采用新的螺杆构型的挤出机。
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3 R) r5 I' f0 Y$ e四、主副螺纹冷喂料挤出机
' \0 t+ N* e" T$ Y% [' D       由于普通冷喂料挤出机在挤出物质量和生产能力方面已经满足不了现代化的要求，为此，人们在不懈的去寻求一种新型挤出机。经过一段时期的发展，在1 9 6 3年螺杆设计实现了一大突破，即在螺杆上引入了混炼段，出现了主副螺纹强力剪切螺杆[ 1 5 ] 。最初的强力剪切螺杆Mai lefer螺杆和Barr螺杆是用于加工塑料的，即用于分离塑料固相和液相的螺杆，1 9 7 0年人们开发了用于橡胶挤出的主副螺纹强力剪切型螺杆，也相应出现了主副螺纹冷喂料挤出机[ 9 ] ，这类冷喂料挤出机的出现，使挤出机的剪切功能和混合功能得到显著提高，同时能建立起更高的机头压力，这就突破了普通冷喂料挤出机一直没有解决的塑化能力问题。
       这种主幅螺纹强力剪切螺杆的主螺纹与普通型螺杆的螺纹相同，主要结构是在主螺纹槽中设置了具有一定高低差的副螺纹，而副螺纹的特点则是在螺距和螺棱高度上有所变化。由于副螺纹只允许通过窄缝往前输送，因此，胶料不断受到强力剪切，这就有效地消除了普通螺杆螺槽中胶料的“死区”，从而强化塑化和混炼效果。在生产能力方面，强力剪切螺杆要比普通螺杆要高，这是因为：
  1、由于主、副螺纹螺距不同，使得副螺纹与主螺纹有起始交点与终了交点，副螺纹在主螺纹中形成了“动力坝”，这道“动力坝”能提供胶料向前输送的动力，同时根据黏性流体在螺槽中流动理论，胶料的逆流量与螺槽的深度成三次方关系，即螺槽越深表1 冷、热喂料挤出机的性能比较比较项目热喂料挤出机 冷喂料挤出机设计性能喂料温度高于室温 喂料温度等于或低于室温长径比L/D 3~8∶ 1 10~22∶ 1传动扭矩/T 1 3喂料装置形式上式 侧式驱动扭矩/T 1 2~3螺杆的螺槽深度较深 较浅初始黏度 低 高初始投资 因为要配2台或2台以上的炼胶机，初始投资较冷喂料挤出机高40% 冷喂料挤出机造价较热喂料挤出机高50%安装费用高 低生产率 相同规格的情况高50%劳动力因有炼胶机， 需要较多的操作工 加工过程进行了简化， 减少了操作， 人为影响因素减少， 质量得以提高维护保养在润滑方面与冷喂料挤出机基本相同。
; f- a" D3 o* l- P       由于在生产线上配置炼胶机和输送设备而导致维护保养费较高冷喂料挤出机重新装配和更换机筒或螺杆的次数比热喂料挤出机的多喂料变化的灵敏度对喂料变化的灵敏度高低， 特别当机头压力较高时更低压力灵敏度对压力灵敏度高对压力灵敏度较小其他方面占地面积较多， 功率消耗较大， 冷却水消耗较多占地面积小， 功率消耗较小， 冷却水用量较少表面温度 螺槽较深， 表面温度不易控制 由于冷喂料挤出机螺杆和机筒传热面积大， 螺槽深度较浅。
       因此表面温度易于控制剪切时的调节 由于挤出之前经炼胶机热炼， 因此热喂料剪切时容易控制机器结构 冷喂料生产线只有很少的设备，有助于设备延长平均无故障时间，机器结构简化逆流量越大，但是由于副螺纹与机筒内壁的间隙很小，因此受机头压力作用下通过副螺纹间隙的逆流量就大大减小，这缓和了逆流量对生产能力的影响；
. @$ r% f: x' Q9 s/ x/ u2 b  2、是因为设置了副螺纹，塑化程度和温度一致性不受螺槽深度的影响，这样就可以通过加深螺槽深度，提高螺杆的输送能力，从而提高生产力；
8 A0 z7 [8 ~/ W4 N7 \6 i  3、是因为副螺纹有缓和胶料的逆流作用和提高热交换效果，使得挤出过程的压力敏感性降低到最小，这样增强了挤出过程的稳定性和强化了散热效果，因此在挤出过程中可以通过提高转速来提高生产能力。
       这种螺杆的出现，使主副螺纹冷喂料挤出机在解决塑化质量、生产能力和挤出稳定性中起到了从量变到质变的作用，对推动冷喂料挤出机的发展有着重要的意义。在此期间除了有一段主幅螺纹螺杆外，还发展了二段主幅螺纹螺杆、收敛式主幅螺纹螺杆、反几何压缩比主副螺纹螺杆等螺杆构型。
9 s5 M1 ?. Q& E% M       尽管主副螺纹冷喂料挤出机的螺杆发展了多种构型，但仍然有它的局限性，一是对胶料的混炼质量还不很理想，由于它的作用机理跟开炼机对胶料薄通一样，并不是薄通一二次就可以把胶料混合均匀的，仍存在细小的局部胶料混炼不均现象，对半成品质量有影响；二是由于副螺纹横跨主螺纹的螺槽，胶料通流仅仅是主副螺槽间的窄缝的截面，阻力很大，因而消耗的能量较大，单耗较高；三是主副螺纹螺杆在生产能力、自洁性和机加工方面仍存在某些问题。由于这些问题的存在，必将进一步推动挤出机寻求新的发展。
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一、冷喂料排气挤出机
: N8 {2 G' z, u! a' }7 R        2 0 世纪五六十年代，人们发现用盐浴、微波、沸腾床及远红外硫化装置硫化橡胶制品具有生产率高、胶料硫化质量好、需要劳动力少、节能和易实现连续化自动化等优点，在国内外得到日益广泛的应用。由于这些装置都是在常压或低压下连续地进行橡胶制品的硫化，若制品胶料中含有水分和低分子挥发物等易汽化物及气体则易生产气泡，而影响制品的质量。因此胶料在通过机头挤出成型以前，必须进行排气。这一要求对普通冷喂料挤出机是无能为力的。针对这些问题在生产中发展了排气挤出机。

( q! N6 i' _* L& N       1956 年Bernhatdt [ 1 6 ]提出了抽真空挤出机螺杆的设计，相应出现了冷喂料排气挤出机，此后人们对排气原理进行了大量的研究，如1 9 6 2 年Lat i n en [ 1 7 ] 提出了分子扩散模型，指出由于分子的扩散运动使螺槽内的熔池存在浓度梯度，形成排气段的传质过程。与此同时， 德国的Gerhard P.Schenkel [ 18]全面阐述了排气挤出机的技术问题及其性能特点。
        对牛顿流体，非牛顿流体型高黏性流进行了全面的分析和调查，得出一系列的压力、泵比、升角等数学表达式、数表，还有图形和有关曲线。明确了当时存在的单螺杆排气机设计中不同方法的优缺点；指出极其严格地控制每一设计段的压力是必不可少的。在1969 年R.W.Coughli c 和G.P.Canena[19]提出表面更新模型，认为熔池自由表面不断更新将加速排气段传质过程，并把自由表面假设为一个平面。这些理论的提出都极大地促进了冷喂料排气挤出机的发展。
       冷喂料排气挤出机所使用的螺杆按胶料在压缩段螺槽中的流动状态可分普通型冷排螺杆和强力剪切型冷排螺杆[ 2 0 ] ，但不论哪种螺杆通常都可分为5 个组成区段：喂料段、压缩段、节流段、排气段和挤出段。对于冷排气挤出机所使用的螺杆与一般冷喂料螺杆的作用是相似的，其主要差别在于节流段采用浅槽等距等深双螺纹，由于螺槽很浅且具有较长的等距等深螺纹，因此可以形成较高的压力，也可以使胶料获得较高的剪切和稳定的输送过程，这为提高排气效果提供了条件。
       排气段是一等距等深的深槽双螺纹结构，它的螺槽截面积大得多，因而使从节流段输送来的胶料压力突然降低，体积突然膨胀，促使胶料中的水分及挥发物的汽化；另方面由于其截面大，输送速度降低，停留时间较长，这有利于排气效率的提高。虽然这种螺杆各段螺槽的深浅有所不同，但是它们都是普通螺纹，胶料在整个挤出过程中仍处在层流状态中，塑化和混合质量以及排气效果也由此受到限制。因此出现了一种强力剪切型冷排螺杆。
6 O  ]5 e4 x: `  [4 o! ?9 z5 ~       强力剪切型冷排螺杆虽然构型复杂些，制造成本也较高，但由于其具有优良的排气效果，故在生产中得到了较为广泛的应用。强力剪切型冷排螺杆的工作原理与普通型冷排螺杆基本上是相同的，但是也有其特点：喂料段采用了大升角浅槽四头螺杆构型。
       这一结构的作用首先是加强了螺杆尾部的强度和刚度，再者大升角螺纹增大了吃料能力，弥补浅槽吃料能力差的缺陷，有利于提高胶料的输送能力，另外多头螺纹提高了吃料频率，有利于胶料挤出过程的稳定性以及各种胶料的吃料能力；压缩段采用了主副螺纹强力剪切结构。本结构与普通的主副螺纹结构相比，升角变大，螺槽变深，另外在每一主螺纹槽中都设置了一段副螺纹。
       当副螺纹加到主螺纹槽中时，主螺纹槽容积将减少，导致生产能力的降低，但在本结构中，采取了加大升角和加深螺槽来提高生产能力，这样就弥补了由于增加副螺纹带来生产能力降低的问题。同时胶料的剪切作用是随副螺纹增加而增加的，因此这一结构既不影响生产能力，又提高了胶料的塑化和混合能力；节流段在开头时的底径顺着螺槽由小逐渐增大，约半个导程变至与螺棱几乎等高的最大值，然后又突然降为与排气段底径一致的最小值，形成了一个偏心椭圆体结构。
       同时在椭圆体表面上开了许多小的半圆沟槽。这一结构既起到了节流、增压、强力剪切和计量作用，又起到了对胶料的压缩和膨胀作用，有利于胶料中的水份和挥发物的“活化”效果，为强化排气效果提供了条件；排气段螺距变小，螺槽变深。这有利于延长胶料的停留时间和胶料不至于完全充满排气段螺槽，从而提高排气效果；挤出段是一等深的双头螺纹，其螺槽深度与压缩段一致。这有利于重新建立起压力，保证挤出物的质量和挤出过程的稳定性。
       总之，冷喂料排气挤出机在挤出成型制品过程中，能够有效排除物料中所含的水份、溶剂、剩余单体、不凝性气体及在成型温度下能挥发的低聚物的一种设备。这样在常温硫化过程中可以有效的防止产品出现“海绵”状态，从而增加产品的致密性，提高产品质量。同时冷喂料排气挤出机既具有排气性能而又有较大的长径比，因此可以提高螺杆的转速，从而提高机台的生产能力。相信随着螺杆基本构型的发展，冷喂料排气挤出机也将不断得到发展。
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. l" ~( x  }+ b" X- U& S- B0 V二、销钉机筒冷喂料挤出机
       1977 年，由德国“欧洲轮胎发展中心”发表了销钉机筒挤出机实验报告，1 9 7 9 年Me ng e s 、Aachen 等人申请了“销钉挤出机”的专利[ 30]，之后逐渐形成规格产品，并迅速得到了推广。销钉机筒挤出机是冷喂料挤出机的一个突破，它可以适用于9 0 % 的胶料。销钉机筒挤出机不是依赖特殊设计的螺杆或是在螺杆内设置能剧烈生热的区段，而是采用了一种分流的方法，这种利用分流的方法使得胶料达到混炼质量高、温度一致性好的螺杆即是分流型螺杆。分流型螺杆主要有杆体销钉螺杆和机筒销钉螺杆2 种类型。
       杆体销钉螺杆是在普通螺杆适当位置装销钉。它的主要形式有：① 将销钉直接安装在普通螺杆的螺槽上；②将螺纹按周向切成沟槽再装上一排或若干排销钉；③ 在塑化段某一位置去掉其中一条螺纹并按一定规律装上一组销钉。
       前2 种形式螺杆由于减小了物料通流截面，对生产能力影响太大，一般很少采用。第3 种形式销钉螺杆由于去掉一部分螺纹，使阻力大大减小，在生产中较为常用。但是总的来说由于杆体销钉螺杆在螺槽中设置了销钉，它对胶料在螺槽中的流动产生了阻碍作用，使杆体销钉螺杆在提高生产能力方面受到限制。
       机筒销钉螺杆能比较好地克服这一问题，它的主要特点是在机筒设置销钉，这些销钉在横断方向通过螺槽。当胶料从螺槽方向输送到销钉区时，销钉区使原保持层流状态的物料作3 种形式的流动：横向流动、分流运动及绕流运动。胶料在各种运动形式的综合作用下，获得高质量的混合和良好的塑化效果。
       机筒销钉对胶料的流动起到推动和拖曳作用，加快了胶料在螺槽顺流方向的流动，因此输送能力较大。另外，机筒销钉除对胶料有分流作用之外，还起着周向搅拌的作用，因而能有效地消除螺槽中顺流方向和横流方向的“死区”，大大地提高了胶料的混炼质量。同时，由于销钉的作用使胶料扩大了接触表面，不但增加了胶料之间的热传递，也增加了胶料与筒壁的热传递；另一方面，由于销钉是直接插入胶料内部的，这样它也可以加速胶料的冷却效果。
       所以机筒销钉螺杆挤出机可以实现低温挤出并使胶温趋于一致。机筒销钉螺杆在挤出稳定性和自洁性方面都有不可忽视的优点。
       销钉机筒冷喂料挤出机的主要结构特点是在挤出机的机筒上要安装6~ 16 排销钉，每排6 ~1 2 个，每个销钉都沿机筒径向插入，头部深入到螺纹槽内，凡插入销钉的地方，螺杆螺纹上开有环形沟槽，以使螺杆不受销钉的阻碍而自由转动。机筒销钉螺杆主要有：普通机筒销钉螺杆、喂料段带多头螺纹机筒销钉螺杆和带主副螺纹螺杆。
( @% e& t% y) N7 d8 a: ^* G       普通机筒销钉螺杆的螺纹与普通螺杆螺纹一样，但在整个压缩段设置了销钉，这种螺杆适合于门尼黏度低的胶料挤出；带多头螺纹机筒销钉的喂料段的螺纹是四头的，而且具有很大的升角，这种螺杆适合于门尼黏度适中的胶料；带主副螺纹机筒销钉螺杆的结构比较复杂，喂料段是四头螺纹，压缩段前半段为机筒销钉段，后半段为主副螺纹段。这种螺杆既有销钉分流搅拌作用，又有主副螺纹强力剪切作用，能适用于门尼黏度高的胶料挤出。
' U6 ]: P, z0 P) a% S0 r' B       与普通冷喂料挤出机相比，销钉机筒冷喂料挤出机具有很多优点：胶料塑化效果好，加工质量高，挤出制品断面密实；排胶温度低，最低可达10 ℃；能耗减小，能减小20%~ 25%[ 31 ]。
       另外，此种挤出机还可用于加工不同性能的胶料，且自洁性能好，变换胶料方便，挤出过程的工艺参数控制方便， 挤出稳定且容易操作，与传统的热喂料挤出机工艺方法相比，销钉机筒冷喂料挤出机还具有占地少，投资省，操作人员少，工艺指标先进等优点。正是由于冷喂料挤出机的一系列优越的性能，一经问世便得到了广泛的应用，我国自引进销钉冷喂料挤出机以来，橡胶加工行业也获得较大的发展。
      由于其用途比较广，目前国外生产这种挤出机的公司有很多家，而且其产品占挤出机总产量的7 0 % 左右。销钉式冷喂料挤出机而且还被用来向压延机热炼供胶，如德国的Be r s to r f f 公司的四辊压延机和其他压延机就配用销钉挤出机供胶，甚至在某些领域直接替代压延机作业，如生产轮胎的缓冲层、气密层和异型胶等。
9 `1 k2 B1 l* r       总之，由于机筒销钉式冷喂料挤出机有产量高、塑化效果好、挤出温度低等一系列优点，加之近年来我国子午胎生产的快速发展，机筒销钉冷喂料挤出机已有取代热喂料挤出机和普通冷喂料挤出机之势，有着广阔的发展前景。

三、复合挤出机
, F: A  Z5 F' R8 d# p      早期的挤出首先用在电缆的覆胶，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、覆胶和原材料的加工上。另外，尽管冷喂料挤出机在较大程度上满足了人们的要求，伴随着激烈的市场竟争，特别是轮胎胎面、汽车密封胶条和彩色力车胎面等技术要求的进步，以往的对整个胎面或胶条采用同一种胶料的做法已满足不了市场要求，由于产品的不同部分有其不同的用途，如果采用同一种配方的胶料来满足各部分的性能要求，不仅增加了配方的难度，而且也增加了产品的成本，造成浪费。后来人们根据其各部分的不同使用要求采用多种不同配方的胶料。这样既发挥各种不同配方胶料的特性，又降低了成本。有利于市场的竞争。因此，对于这类产品，单一的挤出机已满足不了要求。在2 0 世纪6 0 年代末7 0 年代初，西德发明了复合挤出机，复合挤出生产工艺在橡胶工业生产中属于先进技术，它可根据制品的不同性能要求，采用不同配方和性能的胶料，生产出既能节省材料，又能满足多种性能需求的制品。
      早期的复合挤出机主要是机外复合，即根据产品的结构，配备几台带普通机头的挤出机，分别挤出各个部件，然后在联动线上贴合成成品。但是这种机外复合仍然存在一些问题，这种机外复合的贴合主要是不同的胶料之间的面面贴合，依靠的是一种压合力，导致贴合不牢固，加之不同的胶料有不同的物性，其粘合牢固的程度也受到影响。
5 \% O! ~, v; W2 K      同时，由于这种贴合主要是一种物理性的贴合，这样在其贴合处存在界限差异，严重影响产品质量。在这样形势下便出现了复合机头，即机内复合，这种复合是把2 台或者更多的挤出机使用一个公共的机头，采用复合机头生产可以使产品的各个组成部分贴合良好而且尺寸精确，是机外复合不可比拟的。
       复合机头早期采用的是对顶式结构， 2 台挤出机同轴地相对安装。但是对顶式机头的口型板装在机头下面，安装、检查口型板比较困难。另外，挤出的产品要经过挤出机底座的下面，给操作、检查产品质量带来困难，而且机头内胶料的清理与维修都不够方便。这样后来新设计研制的复合机头，大部分是能够克服上述缺点的猪背式复合机头。
      目前，许多复合挤出机都附加了自动更换机头预成型及口型板的装置，每次换口型只需几秒钟，大大减少了挤出机的停机时间，提高了生产效率。经过2 0 年的发展，复合挤出机已得到普遍的推广，市场上已先后开发了三复合、四复合等多复合挤出机。
4 q) H  a7 `% M- E       在密封胶条生产中，三复合机头、四复合机头也得到较快的发展。较早的密封胶条生产线复合机头大都配有剪切机头，机头结构比较复杂，经过多年发展，现在使用的三复合、四复合机头结构相当简单，使用效果较好，不采用剪切机头了。
+ P/ d7 c: g$ @; Y6 ?6 ~        复合机头有许多优势，但是复合机头的各台挤出机的螺杆转速、温度的控制要求是很严格的，其流道板、预成型板的设计和加工也都比较困难。尽管如此，目前销钉式冷喂料内复合挤出机已广泛应用在子午胎生产中，成为子午胎生产的关键设备，虽然一些企业的生产中仍采用机外复合挤出工艺，但随着新技术、新工艺的改进和更新，以及市场经济的发展，旧的生产工艺及装备必将被淘汰，内复合挤出机是复合生产工艺的必然发展方向。

$ k1 x' }# y& D( a四、热水循环温控装置温控装置
7 R. E, |/ h* G' ]" i3 \9 r       在冷喂料挤出机发展初期往往不为人们重视。这是因为受到热喂料挤出机一般不使用温控装置的传统影响。事实上，在现代的冷喂料挤出机中，温控装置是不可缺少的部分。因为在冷喂料挤出机中，喂入的胶料既冷又硬，各种冷硬胶料都必须由冷喂料挤出机本身来实现其挤出的工艺要求：从冷到热、从硬到软以及从非均化到均化等过程经历明显的变化阶段，而各阶段有相互影响。
: n9 U* K* r! L3 z% e       在其他操作条件恒定时，则挤出机各段的温度对挤出过程起决定性作用，如果喂料段或塑化段或机头的温度发生了变化，则挤出过程中的挤出速率、挤出温度和膨胀率都将发生变化，导致操作失去稳定，严重地影响半成品的质量。在没有温控装置的情况下，只有凭经验对各段温度进行手动调节，但挤出过程往往对影响因素有严重的滞后现象，使操作人员难于获得比较精确的操作条件，甚至造成操作人员无可适从。
      同时挤出温度除受各段温度影响外，还受到胶料种类、螺杆构型、螺杆转速、喂料方式、环境温度以及口形尺寸等因素的影响。要保证挤出质量也就更困难了，这对冷喂料挤出机的推广应用是一大障碍。所以我们必须在研制、推广冷喂料挤出机的同时对温控装置进行研制和推广。
       国外的冷喂料挤出机在发展初期也不设置温控装置，但到了8 0 年代温控装置基本成了冷喂料挤出机的一个组成部分，而且出现了各种各样的温控装置，如蒸汽加热型温控装置、电加热型温控装置、循环型温控装置、开放型温控装置和封闭型温控装置等等。这为冷喂料挤出机的推广和提高冷喂料挤出橡胶制品质量也起了重大作用。

  ?$ q7 k7 f4 ^; o3 n4 D- Z五、喂料装置
       挤出机问世初期采用的是自由喂料，在实践中常出现由于机头的反压作用，导致喂料口堆积胶现象或者在饥饿喂料情况下，胶条产生打滑现象。这些现象既影响挤出机的生产效率，又影响挤出稳定性。因此，人们就想办法在喂料口处设置了旁压辊喂料装置。当冷喂料挤出机进入橡胶工业时，自然把旁压辊引入到冷喂料挤出机中。这种喂料装置能缓和堆积胶的产生和克服胶条的打滑现象，有利于生产能力的提高和挤出的稳定性。
       但是，这种结构的旁压辊喂料装置容易产生漏料以及将胶料挤出旁压辊2 端的轴承中，导致旁压辊出现故障。后来又出现了一种力矩喂料装置，这种装置的作用是将胶条导入喂料口内，当胶料过多时，胶料就对喂料辊产生一个反力矩，如果反力矩达到一定值时，力矩喂料装置就停止喂入胶料；当喂料辊胶料逐渐减少并减少到一定值时，力矩喂料装置又继续喂入胶料。
      由此获得挤出过程的稳定性和提高了生产能力。旁压辊喂料装置和力矩喂料装置虽然有利于提高生产能力和挤出过程的稳定性，但由此也带来不少问题：①喂料装置容易产生故障； ②结构复杂化； ③喂料段机加工难度大大提高。
      目前，在国内由青岛科技大学吕柏源教授发明了一种新型喂料装置—— 螺旋啮合喂料装置，它借鉴了塑料挤出机中强制喂料形式之一的双螺杆强制输送系统，将原来的旁压辊替换为带反向螺纹的喂料辊。喂料辊螺棱与螺杆螺棱部分啮合，将胶料咬入螺槽中。啮合区对螺槽中的胶料的旋转起阻止作用，这样胶料的轴向输送趋势增大。从喂料机理上讲，螺旋啮合喂料属正位移输送机理，而自由喂料或旁压辊喂料属摩擦拖曳机理。
) a$ v, u' b* j3 h# S/ s, {2 D       因此，此种装置能适应各种软硬胶料与各种尺寸规格的胶料。同时，由于它是通过螺杆螺棱与喂料辊螺棱相啮合而将胶料咬入螺槽，并将胶料往前输送，避免了胶料往喂料装置各个方向的挤压，从而克服了旁压辊的漏胶问题。因此，螺旋啮合喂料装置是喂料装置发展的又一大的突破。具有广泛的应用前景。

六、机头测压装置机头测压装置
       主要是用来观察冷喂料挤出机的机头压力。机头压力是挤出过程的一个综合指标，受着各种挤出因素的影响。当挤出过程稳定时，则机头测压装置的指针基本恒定在一个相应位置上，这表明基础质量没有发生变化；但当指针发生偏移式大幅度波动时，提醒操作人员注意操作条件是否发生了变化，以便及时纠正挤出质量的偏差，这时保证挤出质量是一项很直观的措施。
       测压装置的另一个作用是过载保护，当机头压力达到机台额定机头压力值时，其将发出一个信号使主机停止运转，在冷喂料挤出机中，这一点是不可忽视的，因为机头压力不但受常规的操作条件影响，同时也受非常规的操作条件影响。譬如：突变调速、口型由硬料堵塞（螺杆余料）、过高挤出温度造成的早期硫化的胶料以及不符合设计要求的过小口型的通流截面等。这都会引起机头压力的过载，机头压力的严重过载将带来2 个问题：一是轴向力随之引起严重过载，可能破坏机台的止推轴承甚至破坏机台的减速箱；二是机头的连接螺钉或其他强度的薄弱环节受到破坏。冷喂料挤出机在生产使用中，偶然出现这些非常规操作条件也是很难避免的。
       事实上，在生产实践中也有不少这方面的记录。如果发生这样的事情，即使机器各方面都十全十美，也会让人们得出一个这样的结论：冷喂料挤出机使用不可靠。这是应该引起重视的。
       在7 0 年代冷喂料挤出机大部分已采用了机头测压装置，其测压装置的形式主要是流体压力式测压装置，但这种压力传感器体积大，采用指针指示。现已由膜片式压电压力传感器代替，其直接由数字显示，同时可对主电机进行控制。

! |7 X- |8 Y# x七、新产品开发
# g( E7 o) Q+ m5 g" i  f       橡胶挤出机用途广泛， 有较大的市场空间。在新产品开发中应从3 个方面加以考虑：（1 ）完善现有销钉挤出机，并扩大其用途。销钉挤出机经过1 0 多年的消化吸收、生产制造和使用考核，已积累了许多经验，生产技术也比较成熟，大规模开发销钉挤出机条件已经成熟。在开发过程中要特别注意2 个方面的问题：一是现有销钉挤出机存在缺陷要加以改进和完善；二是要扩大挤出机的用途，以此来扩大其市场空间。目前，挤出机市场已供大于求，竞争相当激烈，利润已相当微薄。只有在保证产品质量的前提下创出品牌，实现规模经济生产才能在市场上站稳脚跟。以前那种小规模的生产方式已越来越难维持了，尤其在即将到来的WT O 冲击下将会更困难。建议国内生产挤出机的橡胶机械企业进行联合和重组，形成具有综合开发实力的企业。
2 H9 C( F" W3 ?, f（2 ）开发各种用途的挤出机联动线。挤出机主机的发展将促进挤出机联动线的发展，同时挤出机联动线的发展也促进挤出机的发展。
       如果我们要充分发挥挤出机结构简单、效率高、连续化生产和用途广泛多变的优势，则必需千方百计拓宽各种用途的挤出联动线。
       现有联动线的开发应该增加技术含量，如：复合胎面挤出联动线、内胎挤出联动线、压型挤出联动线、压片挤出联动线、电线电缆覆胶联动线、子午线轮胎内衬层挤出联动线以及子午胎钢丝带束层挤出联动线等等。在这里以复合胎面挤出联动线为例来说明如何提高各种联动线的技术含量。
. P% Y1 q; B. {$ k- v       复合胎面挤出联动线的计算机系统有3 个功能：
1 k9 q$ O6 U- K7 _/ r  ① 通过激光扫描测厚（宽）装置将信号输入微机，经微机处理，可以得到实时胎面轮廓的全部数据；
, Q7 l! m0 F$ m  I) C  ②通过各种用途的传感器、变换器将联动线中的各种信息输入微机，可获得各种参数设定值和实际值，如：挤出机转速、电流值，机头的挤出压力、温度，挤出机螺杆、机筒的温度，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，胎面单位长度重量，每条胎面的重量等；
: Q% X8 N/ b) O8 j& _0 n  ③ 有关信息的输入可以得到每个瞬时的管理报告，其中包括：生产胎面的规格，生产胎面条数，合格胎面的总数，废品总数，合格品中在各正负公差段的条数以及各台挤出机的最高挤出温度等。挤出机联动线采用微机监控和管理，能使整条生产线的各个装置变成高效能的有机整体，对促证产品质量、降低成本、降低劳动强度和实现生产线自动化有着重要意义，同时对深化开发各种用途的生产线也具有重大意义。
( @6 E; d  D6 ^$ a      社会的发展，新材料的出现，市场对新产品的需求，将出现越来越多的橡胶制品在挤出联动线进行生产。我们要随时注意市场对新产品的要求，然后将有关制品纳入新联动线进行生产，从而拓宽各种用途挤出联动线的开发。
& J& h% [9 t2 ~& B4 V: b5 D       从一般意义来讲，压延机能加工成型的橡胶制品都能在挤出生产线实现。在各种连续硫化的橡胶制品中，不管采用何种形式的硫化方法，一般都离不开挤出联动生产线。这个领域的开发前景很好。
（3 ）开发新型冷喂料挤出机橡胶挤出机的发展史实际上就是螺杆构型的发展史，而在螺杆中，又以塑化段为核心，从普通螺杆到主副螺纹螺杆到销钉螺杆等都是在研究塑化段。当塑化段新型结构形式出现时，则新型挤出机也出现了。然而，长期以来对挤出机喂料段的研究就比较薄弱了，效果也不太明显，如：喂料段设置轴向沟槽、螺纹沟槽等对喂料效果影响都不大。从热喂料到冷喂料挤出机在喂料段使用最多、最普遍的是旁压辊喂料装置，然而这种装置的工作原理是利用磨擦喂料，其磨擦作用受到许多外在因素和内在因素的影响，喂料的均匀性、有效性都不够理想；同时由于产生挤压作用容易使胶料进入旁压辊两端的轴承，而易发生事故，这成了挤出机发展的一道难题。
' j# m; g/ c3 ~+ }7 z       青岛科技大学高分子机械研究所经过2 0 年的观察和研究，研究出螺旋啮合喂料方法和装置，采用带螺旋的旁压辊代替传统的旁压辊，获得了明显的效果：生产能力提高1 5%~ 2 0%；机头压力趋于恒定值；塑化效果得到提高；胶料抱轴承的问题得到了解决。这对挤出机提高生产效率，提高子午线胎面的挤出精度和质量，以及解决旁压辊的机械故障问题等都有重要意义。这种喂料方法和装置可以与目前的各种挤出机螺杆相配合。
       如果与新型的节流棱螺杆相配合，将组成一种新型的挤出机，取名为橡胶螺旋啮合冷喂料挤出机。在中、小型规格中，这种挤出机将用平面二次包络的蜗轮传动代替传统齿轮传动并取消皮带传动，而电机采用立式法兰结构与减速箱直接连接。螺旋啮合冷喂料挤出机具有塑化质量好，生产效率高，机头压力恒定、结构紧凑以及占地面积小等优点，适合一般胶料的挤出，更适合子午线胎面的挤出。这类挤出机在行业内应首先生产批量产品进行考核和完善，取得经验后再进行全面开发和推广

ZG1234

收藏，谢谢楼主分享

myghhxx8

学习下这方面的资料，多谢LZ.

hegz73

能直接下载就好了，这样还要整理，比较麻烦！