下载文档原格式
橡胶制品行业的先进制造技术与装备橡胶制品行业是一个与人们日常生活密切相关的行业，其产品广泛应用于汽车、机械、电子、医疗等众多领域。
随着科技的不断发展，橡胶制品行业也在不断引入先进的制造技术和装备，以提高生产效率和产品质量，降低生产成本。
本文将从橡胶制品行业的发展现状、先进制造技术和装备的应用等方面进行详细分析。
一、橡胶制品行业的发展现状近年来，全球橡胶制品行业整体保持稳定的发展态势。
随着我国经济的快速发展和汽车产业的迅猛增长，我国已成为全球最大的橡胶制品生产和消费国。
同时，我国橡胶制品行业也在不断进行产业结构调整，逐步向高性能、高附加值、绿色环保方向发展。
二、先进制造技术在橡胶制品行业中的应用1.材料成型技术材料成型技术是橡胶制品生产的基础，其主要包括橡胶混炼、压制成型、硫化等工艺。
随着科技的进步，橡胶制品行业不断引入新型材料和成型工艺，如纳米材料、生物基材料等，以提高产品的性能和降低生产成本。
2.自动化生产线自动化生产线是橡胶制品行业提高生产效率、降低人力成本的重要手段。
通过使用自动化生产线，可以实现橡胶制品的批量生产，提高产品质量稳定性，降低生产事故率。
目前，国内许多橡胶制品企业都已实现了自动化生产，部分企业已开始向智能化生产线转型。
3.信息化管理技术信息化管理技术在橡胶制品行业的应用，可以提高企业管理效率，缩短产品研发周期，加快市场响应速度。
通过使用企业资源计划（ERP）、产品生命周期管理（PLM）等信息化管理系统，可以实现企业生产、销售、研发等环节的协同管理，提高企业的核心竞争力。
4.检测与测试技术检测与测试技术是保证橡胶制品质量的关键环节。
先进的检测与测试技术可以实时监控生产过程中的各项指标，确保产品质量符合国家标准。
目前，橡胶制品行业已广泛应用光学、电子、超声波等检测技术与设备，实现了对产品质量和生产过程的全面监控。
三、先进装备在橡胶制品行业中的应用1.高性能橡胶混炼设备高性能橡胶混炼设备可以提高橡胶材料的性能，降低生产成本。
低温连续橡胶混炼技术
低温连续橡胶混炼技术是一种橡胶混炼生产方法与流程，其具体步骤如下：
1. 低温母炼：将生胶投入密炼机中塑炼30s，再投入填料进行母炼，当混炼温度达到130±2℃或150±2℃时排胶，得到母炼胶；
2. 喂料：母炼胶顺料斗进入到挤出机中进行降温后，被输送至挤出机机头处，挤出机机头将母炼胶连续挤出成形状均一的胶条；
3. 低温终炼：胶条进入混炼机，同时，失重秤将设定质量的硫化体系投入混炼机，胶条和硫化体系在混炼机中进行低温终炼，在转子的均化和强分散作用下，硫化体系实现均匀分布，填料得到进一步的分散，得到终炼胶；
4. 过滤：终炼胶进入滤胶机，滤胶机对终炼胶进行连续过滤和成型，去除终炼胶内部的结块和杂质，连续的生产出终炼胶片。
浅说几种典型的橡胶加工混炼技术陆 刚众所周知，橡胶混炼是用炼胶机将生胶或塑炼生胶与配合剂炼成混炼胶的工艺，本质来说是各种配合剂借助炼胶机机械力的作用均匀分散于橡胶中的工艺过程，以形成一个以橡胶为介质或者以橡胶与某些能和它相容的配合组分（配合剂、其它聚合物）的混合物为介质，以与橡胶不相容的配合剂（如粉体填料、氧化锌、颜料等）为分散相的多相胶体分散体系的过程，也是橡胶加工最重要的生产工艺。
橡胶的混炼一般大都采用开放式炼胶机，最大特点是灵活、机动性大，对于橡胶变种频繁、硬质胶、海绵胶等的混炼特别适用。
对混炼工艺的具体技术要求是：配合剂分散均匀，使配合剂特别是炭黑等补强性配合剂达到最好的分散度，以保证胶料性能一致。
混炼后得到的胶料称为“混炼胶”，其质量对进一步加工和制品质量有重要影响。
防老剂先加入能防止高温炼胶时发生的热老化现象，而有些促进剂对胶料有增塑作用，因此值得业内人士的重视。
1. 丁苯橡胶的混炼丁苯橡胶(S B R)又称聚苯乙烯丁二烯共聚物,其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。
丁苯橡胶由丁二烯和苯乙烯进行乳化共聚而得。
用松香酸皂或脂肪酸皂为乳化剂，用过硫酸盐为催化剂，必要时另加适宜的分子量调节剂和适宜的反应速度调节剂。
由此所得者为液状胶乳。
如进一步在加热釜中(亦可同时加入其他食用级配料)进行凝聚，凝聚物经压榨除去浆液后，用加碱的热水进行洗涤，并用水淋洗，一直到成为中性，最后将凝聚体加以干燥，以除去可挥发性物质。
此为由乳胶制成的固体状橡胶。
75/25固体状橡胶亦可由丁二烯和苯乙烯在己烷溶液中用丁基锂为催化剂，进行溶体共聚而成。
共聚后残存的溶剂和挥发性物质可用热水处理法或滚筒干燥法除去。
实验橡胶配合与开炼机混炼工艺一、实验目的橡胶配合与混炼工艺实验主要内容是根据实验配方，准确称量生胶、各种配合剂的用量，将配合剂与生胶混合均匀并达到一定分散度，制备符合性能要求的混炼胶。
该实验的目的是熟悉并掌握橡胶配合方法，熟练掌握开炼机混炼的操作方法、加料顺序，了解开炼机混炼的工艺条件及影响因素。
二、实验设备及工作原理ф160×320mm双辊筒开炼机，主要由机座、温控系统、前后辊筒、紧急刹车装置、挡胶板、调节辊距大小的手轮、电机等部件组成。
开炼机的结构图如图1所示。
图1-1 开炼机结构示意图图1-2ф160×320mm双辊筒开炼机开炼机混炼的工作原理是利用两个平行排列的中空辊筒，以不同的线速度相对回转，加胶包辊后，在辊距上方留有一定量的堆积胶，堆积胶拥挤、绉塞产生许多缝隙，配合剂颗粒进入到缝隙中，被橡胶包住，形成配合剂团块，随胶料一起通过辊距时，由于辊筒线速度不同产生速度梯度，形成剪切力，橡胶分子链在剪切力的作用下被拉伸，产生弹性变形，同时配合剂团块也会受到剪切力作用而破碎成小团块，胶料通过辊距后，由于流道变宽，被拉伸的橡胶分子链恢复卷曲状态，将破碎的配合剂团块包住，使配合剂团块稳定在破碎的状态，配合剂团块变小。
胶料再次通过辊距时，配合剂团块进一步减小，胶料多次通过辊距后，配合剂在胶料中逐渐分散开来。
采取左右割刀、薄通、打三角包等翻胶操作，配合剂在胶料中进一步分布均匀，从而制得配合剂分散均匀并达一定分散度的混炼胶。
三、实验步骤1、根据实验配方，准确称量生胶和除液体软化剂以外的各种配合剂的量，观察生胶和各种配合剂的颜色与形态；2、检查开炼机辊筒及接料盘上有无杂物，如有先清除杂物；3、开动机器，检查设备运转是否正常；4、将辊距调至规定大小（根据炼胶量确定），调整并固定挡胶板的位置；5、将塑炼好的生胶沿辊筒的一侧放入开炼机辊缝中，采用捣胶、打卷、打三角包等方法使胶均匀连续的包于前辊，在辊距上方留适量的堆积胶，经过2—3分钟的滚压、翻炼，形成光滑无隙的包辊胶；6、按下列加料顺序依次沿辊筒轴线方向均匀加入各种配合剂，每次加料后，待其全部吃进去后，左右3/4割刀各两次，两次割刀间隔20秒钟；加料顺序：小料（固体软化剂、活化剂、促进剂、防老剂、防焦剂等）→大料（炭黑、填充剂等）→液体软化剂→硫黄和超速级促进剂7、割断并取下胶料，将辊距调整到0.5mm，加入胶料薄通，并打三角包，薄通5遍；8、按试样要求，将胶料压成所需厚度，下片称量质量并放置于平整、干燥的存胶板上(记好压延（出片）方向、配方编号)待用。
技术规范书型号：XM-270×（4~40）Y名称：密闭式炼胶机大连橡胶塑料机械股份有限公司2007年7月目录1、供货范围 (1)2、主要技术参数 (2)3、公用工程 (2)4、技术说明 (3)5、安全保护报警点及处理 (8)6、电气控制系统（DC） (8)7、主要配套件选型 (14)8、备件、易损件及专用工具 (14)9、技术资料 (15)10、用户要求调整项（可能会影响成本） (16)1、供货范围1.1压料装置1套1.2加料装置1套1.3密炼装置1套1.4卸料、锁紧装置1套1.5底座1个1.6传动系统1套1.7液压系统1套1.8干油润滑系统1套1.9端面密封润滑系统1套1.10水温控制系统1套1.11冷却管路1套1.12主电机1套1.13电气控制系统1套1.14用于设备固定的地脚螺栓1套2、主要技术参数2.1密炼室总容积235 L2.2工作容积176 L（填充系数0.75计）2.3转子形式四棱高效转子2.4传动方向右传动2.5后转子转速 4 r/min～40 r/min2.6转子速比1：1.172.7主电机额定功率1250 kW电压DC 750 V转速100 r/min ~1000 r/min2.8上顶栓对物料压力0.6MPa以下无级调压2.9密炼室投料口457.2 mm×889 mm2.10密炼室排料口310 mm×889 mm2.11总耗水量: 循环用量:主机~80m³/h，主电机~30 m³/h2.12总耗电量～134 0kW2.13外形尺寸11150 mm×6000 mm×6327 mm2.14重量（不含主电机、电控柜）~62 t3、公用工程3.1水质要求:软化水冷却水压力：0.3～0.4 Mpa冷却水温度：20℃～30℃3.2工厂气源条件：0.6～0.8 MPa3.3进线电源三相五线制：3N+PEAC660V±5％ 50HzAC380±5％ 50Hz控制电源：AC220±5％ 50Hz4、技术说明本机特点：转子、密炼室强度高，电机功率大。
橡胶连续混炼设备与技术王 薇(青岛科技大学,山东青岛 266042)摘要:分析了间歇式混炼的优缺点,介绍了连续混炼发展的起因以及目前应用于连续混炼的设备和技术并展望了连续混炼的发展趋势。
连续式混炼机混炼不需要进行周期性的加料和卸料,可以充分利用混炼机的混炼能力,但连续混炼设备是以粉状或颗粒状喂料为先决条件。
关键词:橡胶混炼;间歇式;连续式中图分类号:TQ330.4+3 文献标识码:B 文章编号:1000 890X(2003)04 0237 041 间歇式密炼机混炼技术的发展早期的橡胶工业混炼采用双辊开炼机,而双辊开炼机混炼存在许多缺点,最重要的一条就是混炼胶质量差。
由于轮胎工业的发展导致微粒及有毒硫化促进剂用量增长,同时橡胶制品对胶料质量要求不断提高,开炼机混炼已经满足不了生产的需要。
因此在20世纪20年代密炼机就引入橡胶加工工业了。
目前工厂主要以密炼机混炼为主。
密炼机密炼室中的胶料主要有两种流动:周向流动和轴向流动。
胶料主要是由密炼室中转子之间、转子和室壁之间以及转子与压砣和卸料门之间的剪切和混合作用而得到混炼,密炼机对胶料的混炼是间歇式的。
间歇混炼密炼机具有很长的发展历史,自从20世纪20年代密炼机作为混炼设备代替开炼机以后,密炼机经历了多个发展阶段。
从无压砣到压砣的出现及改进;从翻转式卸料到卸料门卸料,卸料门从摆动式到滑动式;转子的形状从无凸棱到二凸棱再到四凸棱等,这些在密炼机设计上的改进都使间歇式密炼机技术有了很大的发展[1]。
目前密炼机的一个值得注意的重大改进是转子由切线型改为啮合型。
近些年来,间歇式密炼机技术又有了新的发展。
目前间歇式密炼机在国内、外应用最广泛的作者简介:王薇(1973 ),女,山东青岛人,青岛科技大学讲师,工学学士,主要从事高分子材料加工机械方面的研究和教学工作。
有3种类型:美国的法勒尔公司F系列密炼机转子形式是切线型;德国的W&P公司的GK型密炼机有两个系列,一个是GK N系列切线型转子,另一个是GK E系列啮合型转子;英国Francis Shaw公司的K型密炼机的转子形式为啮合型。
同步转子(又称ST转子)是法勒公司近几年来一直致力开发和研究的技术项目。
同步转子技术将传统的转子速比由1.16 1改为1 1,此技术的转子和转子之间的相互作用提高了胶料流变参数和物理性能的均匀性,而W&P公司研制的组合式密炼机具有功能独立的3个部分:料斗、混炼区和机座。
3个功能独立的部分可以分别进行正向和反向安装,各部件易于拆卸、更换和安装。
此外,意大利的Pomini公司研制出了可调啮合间隙(VIC)密炼机。
此种密炼机的转子为啮合式,转子间的距离是可调节的。
间歇式密炼机是现代工厂主要的炼胶设备,它能够保证得到优质的混炼胶,具有生产能力较高、使用寿命较长和工作性能可靠等优点,但是间歇式混炼原理也存在薄弱点。
尽管间歇式密炼机在其发展过程中结构发生了一定的变化,性能也得到优化,但是这并不能改变间歇式混炼工艺固有的缺点。
间歇混炼过程中各流体微团有不同的流动轨迹,虽然物料在间歇式密炼机中停留的时间一样,物料在密炼机整个容积中所经受的切变速率不同,物料微团在不同的剪切区停留的时间也不完全一样。
总的来说,在给定时间内,各物料团经历了不同的应变历程,最终积累了不同的总应变量。
因此就使得间歇混炼所得到的混炼胶质量不均匀。
除间歇式混炼机理不完善之外,为了保证工业上所要求的生产能力,间歇式密炼机需要有更大的容积,此外由于密炼机的转子转速很高,导致密炼室内热量增加,间歇式密炼机混炼的胶料是没有固定形状的胶块,需要辅助设备进行进一步加工,以便得到下道工序所需要的胶料形状。
用间歇式密炼机加工胶料时由于密炼室内温度很高,胶料难以一次完成混炼,有时需要二段混炼。
在一次混炼之后,再进行下一次混炼时,硫化剂一般都加到二段混炼的密炼机中,间歇式混炼过程使得调整更加复杂。
为了克服间歇式密炼机的缺点,人们开始设想是否有一种更为便捷、混合性能更好的混炼技术可以代替间歇式混炼技术在橡胶工业中的地位,这就使得连续混炼技术的发展成为可能。
2 连续混炼技术的发展连续混炼技术是混炼操作自动化、连续化的新技术。
相对于间歇混炼技术,连续混炼技术具有以下六方面的优点[2]:(1)连续式混炼机混炼不需要进行周期性的加料和卸料,可以充分利用混炼机的混炼能力。
这样就可以将单位机台的生产能力提高,也就大大地提高了生产率。
(2)用连续混炼机可以在稳定的机械条件和热条件下混炼胶料,有效地利用调整和控制手段,以便使过程按最佳水平进行。
(3)采用连续混炼可以使自动化程度大大提高。
(4)连续混炼的能量消耗稳定,没有大的峰值,可以节约能源。
(5)使用连续混炼机进行连续混炼,可以省去上、下辅机设备。
这就大大地简化了生产设备,降低了生产设备投资。
同时,上、下辅机的取消还使得连续混炼厂房无需像密炼厂房那样需要三层楼房,这样就可以节约占地面积,大大降低厂房设施投资。
(6)使用密炼机进行胶料混炼时,在加料和卸料的同时不能进行混炼生产,而连续混炼机就不存在这个问题,可以进行连续生产,从而提高生产率,同时降低劳动强度。
连续式混炼机以机筒代替密炼室,转子在机筒内旋转,混炼胶料,并将胶料从加料区域推向卸料区域[3]。
连续混炼机的特点是混炼质量与混炼机供料系统有关,如果在原料配比上有波动,那么在成品混炼胶成分中也将反映出来。
连续式混炼机的发展也是渐进的,依照结构可以分为单转子连续混炼机、双转子连续混炼机、传递式连续混炼机和双螺杆挤出机[4]。
2 1 单转子连续混炼机最早的连续式混炼机在机架上安装有密炼式圆筒型机筒,机筒的内表面为圆锥形,机筒壁具有冷却腔、胶料加料口以及其它组分的加料口。
在圆锥形转子的表面具有螺旋沟槽,从里面用冷却水冷却,从加料口加的料由于转子旋转而被拉入间隙中进行强烈混炼,而且由于转子上有螺槽,使胶料逐渐向出口移动[5]。
混炼胶沿转子圆周方向进行的混炼作用最强烈,沿转子轴线方向混炼作用比较弱。
这种混炼机对混炼胶中加入的各种成分波动特别敏感,在混炼过程中也不能保证均匀混炼,混炼胶的加工强度可以通过改变转子和机筒壁之间的间隙来调整。
2 2 双转子连续混炼机双转子连续混炼机是将两个转子装配在一个混炼室内,这种连续混炼设备的混炼效果较好,而且可以减小供料波动。
法勒连续混炼机就是一种双转子相对旋转装置,其长度相当小。
该设备有两个转子,与本伯里密炼机内的布置形式相似,其转子也是安装在混炼室内。
混炼机的一端设有加料斗,其对应端装有卸料门[6]。
双转子连续混炼机的转子是仿制本伯里密炼机转子设计的,转子上有一类似于挤出机螺杆的供料段,其主要用途是把原材料推进密炼室内。
与供料段相邻的是正、反向螺旋状棱,它的主要用途是保障胶料得到充分的混炼,除此之外转子还有椭圆形翼,它的用途是通过卸料口排出胶料。
这种可以连续混炼的密炼机的生产率是由喂料速率保证的,保持恒定的供料可以提高转子的转速,以得到更大的剪切力。
法勒公司连续混炼机是在常压下操作,从而形成独立的混炼环境,完全不受成型要求的影响,因此能够加工剪切速率和温度要求不高的物料,也可以加工对剪切速率和温度敏感的物料。
2 3 传递式连续混炼机基于传递式混炼机原理的现代挤出机与原始的每一区段内仅使用单头或双头螺杆的传递混炼机不同的是:与多头螺杆多段相对应的还设有多头螺纹机筒区段,称之为多节传递混炼区段。
此区段开始有一普通的喂料区段,而后面跟随一普通计量区段。
喂料区段还可以增加单个阻隔螺纹区段或增加螺钉,并在传递混炼区段内部增加阀门设计,此类机器具有以下优点:(1)机座面积较小,故工厂占地面积也较小;(2)使用阀门控制橡胶塑化效果更好;(3)产量潜力更高,对高粘度NR混炼效果更好。
在最新开发的抽真空型号的挤出机中,进入真空和计量区段的混炼胶流可以由节流阀控制。
2 4 用于连续混炼的双螺杆挤出机兼有混炼和挤出双重功能的混炼挤出机根据其螺杆数量、啮合度及转向可分为若干类,其中占主导地位的是完全啮合型同转向双螺杆混炼挤出机[7]。
20世纪40年代Erdmenger R等设计了一种全啮合、同向旋转的双螺杆挤出机,1957年制造出工业使用机ZSK 83/500,这台机器采用三叶机构,机筒是活节机筒,这台机器采用直径为83 mm、长700mm的螺杆,电机功率为60kW。
最新的ZSK双螺杆混炼挤出机和最初的这种挤出机已有明显的不同,装机容积和混炼力矩的增大使得设备可以在较高的速度下塑炼、混合,同时获得均一高质量的胶料。
目前的ZSK 83型机的生产效率可以达到1500kg h-1。
W&P公司的ESK型连续混炼挤出机实际上是全啮合型同向旋转的双螺杆挤出机。
它具有以下3个特点:!混炼部位设计的表面积与体积之比较大;∀设备是积木式的,可按特殊的加工任务设计机械构型;#加工任务可被分成独特的单元作业。
其配合剂计量喂料采用工业上适用的装置,一般都是减量计量装置,各个喂料器都受监视系统控制。
炭黑等填充剂都从机器的侧部喂料口填入。
在传递很短的距离后送入混炼段。
油类增塑剂和增量剂可在加入填充剂前或后加入,由此可以控制粘度。
用ESK全啮合同向旋转双螺杆挤出机来提高混炼胶料质量的关键是其具有比间歇式炼胶机更高的表面积与体积比,因此能够产生高效的剪切力并传递到所混炼的胶料上。
它是按照标准结构设计的,可以按照现有的具体加工任务进行机械结构设计。
这种生产工艺能被分解成几种单独的单元操作,而且每个单元的操作都可独立地选择最佳条件或对其它单元产生最小的影响。
全啮合同向旋转螺杆的设计使剪切力在螺杆沟槽截面上的分布基本上是均匀的。
在这种挤出机中所有胶料经受相同的剪切力,从而使胶料得到均匀的混炼和分散,这种剪切力的输入可以通过螺杆的几何形状和操作条件来控制。
例如控制螺杆的转速和挤出速率可保证胶料的质量与生产效率之间的综合平衡。
3 连续混炼机的局限性与发展趋势应注意的是,上述这些连续混炼设备都是以粉状或颗粒状喂料为先决条件的。
虽然目前世界上也有一些致力于发展粉状和粒状橡胶及配合剂的厂家,但这些设备却不适应国内目前的胶料供应情况。
由于这个先决条件的存在,对于连续混炼机是否能够代替间歇混炼机而成为橡胶混炼的主要设备,目前在国际上也正处于讨论阶段[8]。
由于连续混炼机加工的胶料受粒化和粉末化的局限,当前的连续混炼工艺也有其缺点:(1)不能加工流动性差的材料;(2)生产成本比较高;(3)工艺流程中需要增加比较困难的胶料造粒和胶料粉末化的工艺。
因此,连续混炼技术广泛地应用到橡胶工业仍然还有很长的一段距离。
但是针对连续混炼机的薄弱点已做了大量的工作,并取得一定的进展,相信连续混炼技术一定能逐渐取代间歇式混炼技术,在橡胶工业中发挥重要作用。
