橡胶挤出机文献综述

橡胶挤出机文献综述 沈阳化工大学 2015届本科毕业设计(论文)文献综述 论文题目: 冷喂料橡胶挤出机及胶板机头设计 学生姓名: 徐升智 学 号: 11710525 系(部、院): 机械工程学院 专 业:机械设计制造及其自动化 班 级: 优创1102班 指导教师: 罗鹏 年 月 日 冷喂料橡胶挤出机发展状况 学生姓名:徐升智 指导教师:罗鹏 摘要:本文简要介绍了冷喂料橡胶挤出机研究概况，阐述国内外橡胶挤出机的发展历程和生产使用现状，对冷喂料橡胶挤出机的工作原理做出一定的说明与介绍，指出其在工业应用中所具备的优点与不足，并对其发展趋势做出一定的展望。 关键词:橡胶挤出机;发展历程;原理 1. 作用及意义 橡胶挤出机，是橡胶工业的一种基本设备，是影响产品质量的关键设备之一，在橡胶工业胶料加工成型过程中，挤出机同压延机一并列为两大主导生产机种，用途广泛，可加工制造各种条状、管状、棒状、板状以及各种异型橡胶材料，并且产品的材质、光滑程度、尺寸精度都能够达到很高的使用要求。挤出机可以实现连续化生产，前后形成高效率的加工生产线，其生产产品种类繁多，在橡胶产品的加工中起着重要的作用。线胶布、以及金属、纤维线材覆胶，并且还可以替代热炼机向压延机、成型机供胶。挤出机作为橡胶成型系统的重要组成部分，还可以缠绕贴合轮胎的胎面胶、胶辊外包胶、以及运输带覆盖胶和胶管外胶等。此外，挤出机还有滤胶和排气的功能，能够将混合在胶料中的杂物颗粒、水分空气等排出，保证橡胶的清洁以及硫化致密性。 冷喂料挤出机是20世纪60年代出现的新型挤出机，在20世纪70年代得到推广和应用。冷喂料挤出机的出现简化了生产工艺，所喂胶料不再需要热炼，胶料在室温条件下喂入挤出机，即可得到各种形状的制品胶坯。在使用冷喂料挤出机的生产工艺中，胶料经过挤出机喂料段，使胶温得到提高后进入塑化段，在塑化段由于螺杆设计大多采用主副螺纹结构，使胶料得到很好的塑化和混炼后进入挤出段，挤出段根据制品的不同要求，使胶料形成一定的压力，经过机头和口型，挤出各种不同形状的制品胶坯。冷喂料橡胶挤出机由于完全可以替代热喂料挤出机，并可省去胶料热炼工序，简化了生产工艺，并可使机头建立较高压力，对提高挤出制品质量有一定效果。因此在某些制品的生产中得到了较为广泛的应用。但是为使胶料得到较好的塑化效果而设计的主副螺纹结构的螺杆，使挤出产量受到影响，而且需要较大的驱动功率，在一些生产工艺中的使用受到了限制。销钉冷喂料挤出机的出现，使冷喂料挤出技术得到了很大的发展和提高。这种挤出机的主要特点是不但在螺杆的结构上有较大的改 进，而且由于在机筒上增加了销钉，使其对胶料的塑化性能、挤出制品的致密性、挤出量都有很大的提高，并且排胶温度较低，可满足多种生产工艺的挤出要求，同时由于改进了螺杆结构，使其驱动功率下降，单位能耗明显降低。 总之，各式各样的挤出机机械在现代橡胶生产工艺中已经十分普遍，对于保证产品质量，提高生产效率，实现装置连续化和自动化起到了至关重要的作用。 2. 橡胶挤出机的发展状况 2.1 国外研究现状及发展趋势 挤出机起源于18世纪,国外橡胶挤出机的发展经历了柱塞式挤出机、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、销钉冷喂料挤出机、复合挤出机等几个阶段。 2.1.1柱塞式挤出机 英格兰的JosephBramah于1795年制造的用于制造无缝铅管的手动活塞式压出机被认为是世界上第一台挤出机。从那时开始,在19世纪前50年内,挤出机基本上只应用于铅管的生产、通心粉和其它食品的加工、制砖及陶瓷工业。在挤出机作为一种制造方法的发展过程中,第1次有明确记载的是R. Brooman在1845年申请的用挤出机生产固特波胶电线的专利。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口模中,古塔波胶从口模中挤出,这样就包覆在铜导线上形成绝缘层。 2.1.2螺杆型热喂料挤出机 1870年出现的橡胶挤出机是热喂料挤出机。它喂入的胶料要求必须经过热炼,且供料均匀、稳定、等速,料温保持在50º—70º。其螺杆短,螺纹沟深,均化效果不理想。从20世纪70年代起,一度出现长径比变小的现象。由于热喂料挤出机可连续挤出、操作简单、生产效率高、挤出成品形状稳定,目前在很多制品的生产工艺中,仍然采用热喂料挤出机。在轮胎生产中用于各种胎面、各种型胶的挤出以及在胶管、电缆及其它橡胶制品的生产中用于包胶及胶坯的挤出。 2.1.3普通冷喂料挤出机 冷喂料挤出机出现于20世纪40年代, 60年代开始得到推广和普及, 80年代成为发展主流。至90年代初期,欧美等发达国家用冷喂料挤出机生产的产品已经占到生产总量的95%。目前有分离型螺杆挤出机、挡板螺杆挤出机、空穴式螺杆挤出机、传递式混炼挤出机、销钉螺杆挤出机和多流道传递混合螺杆(MCT)挤出机等。从设备结构来看,冷喂料挤出机与热喂料挤出机相比,一般有较长的机身,长径比(L /D)为8-20,螺纹沟较浅。由于机身长、功能多,进料温度低,其功率比热喂料挤出机大得多,约相当于同规格热喂料挤出机的2-4倍。 2.1.4主副螺纹冷喂料挤出机 主副螺纹冷喂料挤出机出现于1970年,它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,而副螺纹则在螺距和螺棱高度上有所变化,只允许通过窄缝向前输送胶料,从而有效地消除了普通螺杆螺槽中胶料的/死区0,强化了塑化和混炼的效果,但它对胶料的混炼质量不均匀,消耗的能量较大。 2.1.5冷喂料排气挤出机 冷喂料排气挤出机的出现源于1956年Bern-hatdt提出的抽真空挤出机螺杆的设计。它使用的螺杆按胶料窄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。冷喂料排气挤出机的螺杆分为喂料段、压缩段、节流段、排气段和挤出段。节流段采用了浅槽等距等深螺纹,可使胶料获得较高的剪切和稳定的输送过程,同时也提高了排气效果。 2.1.6销钉冷喂料挤出机 在对挤出技术的不断探索中,美国的Eniroy-al公司作出了一大贡献,即20世纪60年代后期和90年代初开始了销钉技术的研究,将销钉从机筒圆周方向径向插入螺杆螺纹槽中,将流动的胶料进行剪切和搅拌。胶料变成熔体以低剪切速率在螺杆螺纹中流动,逐渐形成连续的粘流体,这样便破坏了胶料在挤出过程中的层流和结块现象,打破了胶块,达到了胶料塑化好、胶温低和节能的效果,简化了生产工艺。1979年该项技术术在美国获得了专利。销钉式冷喂料挤出机的出现,使冷喂料挤出机技术得到了很大的发展和提高。这种挤出机不仅在螺杆结构上有了较大改进,而且由于在机筒上增加了销钉,使其对胶料的塑化性能、挤出制品的致密性、挤出量都有很大的提高,并且排胶温度较低,可满足多种生产工艺的挤出要求,同时由于改进了螺杆结构,使其驱动功率下降,单位能耗明显降低。由于其具有塑化性能好、排胶 温度低、挤出量大的特点,在橡胶工业生产中得到了越来越广泛的应用。 2.1.7复合挤出机 在橡胶工业生产中,复合挤出机主要用于轮胎复合胎面的挤出,汽车密封胶条、彩色力车胎胎面,胶管复合及胶塑复合挤出,以及胶板多层共挤等。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,通过复合挤出设备生产出既能节省材料,又能满足多种性能需求的制品。 2.2 国内研究现状及发展趋势 我国挤塑机产业起步较晚，20世纪50年代起,我国一些橡胶机械生产厂家相继开发出了热喂料挤出机,并广泛应用于轮胎、胶管、塑料等行业。我国对销钉冷喂料挤出技术的开发始于1984年,至今已有二十多年的历史。该技术在历经对螺纹结构、螺纹参数、销钉配置方式与数量、温控及喂料方式等方面的不断改进和完善后,终于被国际认可。 热喂料挤出机的应用范围正逐步缩小,橡胶挤出随着冷喂料挤出机的出现和广泛应用, 机由热喂料向冷喂料发展，冷喂料销钉式挤出机已成为发展主流。目前，销钉式挤出机已较多地在我国橡胶工业中应用，涉及轮胎胎面、子午线轮胎胎侧、胎圈胶、各种胶管及内衬层胶片等。所用机台进口、国产都有，螺杆直径为85-250mm，长径比为12-16。销钉式冷喂料挤出机由于具有优于热喂料挤出机和普通冷喂料挤出机的许多优势，然而目前在我国橡胶工业生产企业中，热喂料挤出机仍占有很大的比例，初步估计，使用开炼机供胶的热喂料挤出生产工艺，目前在国内约占70 % 左右，我国很多老的橡胶生产企业使用的是20世纪50年代的挤出设备，工艺和设备落后。有些企业认为老的挤出设备有其一定的优势，如开炼机炼胶分散性好，可操作性好，操作人员熟炼等。我们认为销钉式冷喂料挤出机的优势大于热喂料挤出机，销钉式冷喂料挤出机代表了橡胶挤出机的发展方向，近十多年来在我国橡胶工业生产中得到广泛应用，用途不断扩大，具有更大的发展潜力。 近年来，由于先进设备的国产化程度不断提高，新型设备与技术的不断推广，企业装备水平稳步提高，特别是由于近年来我国子午胎生产的快速发展及销钉冷喂料挤出机所具有的优势，使销钉冷喂料挤出机的推广应用具有更大优势，成为热喂料挤出机和普通冷喂料挤出机的换代产品，为销钉式冷喂料挤出机提供了广阔的发展和应用前景。 3. 国内产品尚待解决的问题 3.1 新驱动技术和大功率液压机的使用 随着挤出工艺对挤出机性能要求的提高和驱动技术的进步，挤出机的驱动系统发生了很大的变化，传统的交流电机定速驱动、整流子电机变速驱动及交流电机齿轮箱有级变速驱动在国内外现代挤出机中已被淘汰，取而代之的是直流电机无级变速驱动。直流电机在低速时具有良好的扭矩性能，调速范围广，国内直流电机在西门子技术的支持下已经达到国际一流水平，在各种挤出机中得到了广泛的应用。 瑞典Hagglunds Drivers AB公司在三十多年前开始生产大功率液压机，同时被应用在橡胶挤出机的驱动系统。由于我国液压技术发展的相对滞后，还没有高扭矩液压机，进口配套则价格昂贵，因此国产螺杆挤出机上至今还没有使用过这种驱动技术。 3.2精密挤出技术有待发展 挤出成型是一种高效、 连续、 低成本、适应面宽的加工成型方法，但人们错误地认为，挤出成型是一种低精密度、低附加值的成型加工方法。随着各种高精密制品市场，如以光导纤维、医用导管、音像片基、投影胶片为代表的一系列高精密制品的市场需求与日俱增，对精密挤出机成型设备与技术的要求也不断增加，对一些特殊的加工成型，如对一些危险和有毒物料的加工、反应挤出过程等需要严格的控制温度、压力等参数，以及反应物料与外界的热量传导等，这些用普通的挤出机往往是不能胜任的，精密挤出成型机为各种复杂的反应挤出工艺提供了必要的装备条件。目前国内厂家在高速、精密设备方面与世界先进水平相比还有很大的差距。 3.3控制系统的智能化和网络化 目前，发达国家的挤出机已经普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程监测、诊断和控制，对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定，提高产品的精度都极为有利。随着挤出机的复合化，其机械性能必然更为复杂，与之匹配的控制系统也随之复杂化。因此如何设计出合适的控制系统才能保证经济、安全可靠运行，且不至于在短期内成为淘汰或过渡产品，是设计人员应该充分考虑的问题。 4. 未来发展趋势 1)进一步完善挤出设计理论，在模具和制造业中全面推广CAD/CAM技术。 2)设计出优质,高效,低耗的新型螺杆是挤出机发展的一个重要方向，大直径螺杆挤出机越来越受到用户青睐。 3)利用新材料(塑料和高合金等耐热、耐磨材料)取代传统材料(钢、铁)等减小体积和质量降低成本进一步改善热处理工艺来提高材料的综合机械性能。 4)进一步提高自动化程度#控制系统向可编程控制器(PLC)方向转化。 5)向一机多用及扩大工艺用途方向发展。 6)机头向多复合方向发展。