橡胶加工工艺设备发展趋势窥探（胡艳辉机械设计及其理论2010242)摘要：比较详实介绍了橡胶加工设备的现状及发展前景。

关键词：橡胶加工；设备；工艺I概述经过160余年的发展，橡胶工业如今已成为世界各国一门重要的传统产业，其加工技术和工艺装备日臻成熟与完善。

目前在橡胶制品生产中，以炼胶和硫化两大系统为重点，根据各类橡胶制品的结构和特点，形成了一次加工(压延、压出)、二次加工(成型)和三次加工(后处理)等多种工艺加工形式(详见表1)，橡胶厂常用的主要大型橡胶加工工艺设备机组及自动生产线多达十余条。

表1 橡胶制品的生产加工形式按照橡胶加工工艺的不同，橡胶机械设备的种类繁多。

从大到百吨以上机组，小到不足百公斤重的微型机械，构成生产跨度很大的橡胶机械设备体系。

目前，世界橡胶机械设备的生产厂家极为杂乱。

密炼机、压延机等重型设备的生产主要集中在大型橡机厂或跨行业的通用机械厂，而大部分其他设备则分散在众多的中小企业，遍地开花。

由于这些设备有相当一部分是橡胶厂和塑料厂通用的，因而橡胶专用设备的产量迄今难以确切统计。

现在，全世界橡胶机械设备的年销售额估计大约在20～25亿美元之间，生产量随橡胶工业的景气与否而起伏波动。

当前，新的橡机产品可以说完全是针对橡胶加工的要求而专门研究开发的。

总的趋向是，一、橡胶工艺设备向机电一体化的方面发展、微电子应用日趋普遍，以致取代了橡胶生产完全靠劳动者的技术经验这一传统模式，进而达到改善安全、卫生条件的目的；二、整体加工设备向机组化、装置化的方向发展，联动化、系统化的程度不断提高，使之在生产线上充分发挥单机的潜在效能，省人省力，提高生产效率；三、橡胶生产线向高功能、多用途和机动灵活的方向发展，开发适应小批量、多品种的柔性工艺和小型装置，以模具为中心设计橡胶机械设备。

在橡胶工业的生产工艺设备中，炼胶和其后进行的一次加工以及三次加工的部分设备主要是通用型的，二次加工和硫化工艺的设备基本上为专用型。

除了上述定型橡胶设备之外，还有不少是为适应橡胶产品特殊生产要求而设计使用的非定型设备，为数甚多，用途各异，难以尽述。

这里，主要以通用、定型设备为主，从工艺加工的角度，简单窥视一下主导工艺设备的发展现状和未来趋势。

Ⅱ炼胶工艺设备橡胶厂的炼胶工艺主要采用开放式和密闭式两大类型的炼胶设备。

开炼机是橡胶工业最早使用的设备，也是最普遍采用的通用设备。

从1820年用于橡胶加工，结构原理沿续至今，广泛用于橡胶的塑炼、混炼、出片以及热炼等工序。

作为橡胶工业的标志性设备，历史上曾辉煌多年。

然而，由于它生产效率低、劳动强度大以及粉尘污染等问题难以解决，其使用范围日益缩小，在塑炼方面已基本处于被淘汰状态。

目前，密炼机正成为现代橡胶厂炼胶工艺的主导设备，其生产容量从30到600L不等。

旋转速度从20转到6Q转，甚至可以随意变速，机型已达十余种之多。

开炼机与密炼机的性能比较，可现今，耗胶量大的轮胎厂和带管厂等已全部采用固定排料的全封闭型密炼机，容量多为160～270L，大型轮胎厂为270～370L，有的达到620L，并且上带自动配合称量及输送系统，下附螺杆压片以及连续冷却切断装置，全线形成一个完整的炼胶机组。

该机组已实现自动化和联动化，1～2人用电脑即可控制整个系统的操作。

这类大型密炼机正朝着由单速、双速向无级调速，由异步转子向同步转子，由常规功率向大功率和由固定间隙向可调间隙的方向发展。

从而在温度控制、时间控制、能量控制和塑性流动控制方面保证了混合胶料达到性能均匀一致的要求。

对于有特殊要求的橡胶混炼，除了现行使用的剪切型、啮合型转子之外，还新出现了圆筒型可调转子，密闭混合室，真空充氮混炼。

这样一来，密炼机的混炼功能更加趋向多元化，使之可以全面取代开炼机。

最近的动向是，大力研制发展智能型密炼机，并且出现间断炼胶全自动化的高新技术。

对于胶种多、耗胶量小的工业橡胶制品厂来说，大多数正从传统使用开炼机混炼，转向采用翻转式密炼机。

这种设备又称加压型转向排料密炼机，一次生产容量小到5L，大到110L不等。

由于操作简单，换料清洗方便，现已大量取代开炼机成为混炼的主流，发展十分迅猛。

而原来以混炼为主的开炼机，现已大多作为翻转式密炼机的补充混炼，退居次要地位。

翻转式密炼机大多皆可橡胶塑料混炼两用，很适宜工业橡胶制品厂既生产橡胶产品，又能加工塑料制品的现状，节约投资，机动灵活。

为了达到同开炼机一样的效果，最近还出现了冷却性能更好的翻转式密炼机，可以在80～100℃以下的温度下低温混炼。

这样，就可使母炼与混炼在机内一次完成，缩短了橡胶混炼时间。

目前，在特种橡胶制品生产厂中，开炼机仍不失为主要的炼胶设备，操作灵活方便，可以一机多用。

在炼胶过程中还能充分观察到混合的具体情况。

为了提高开炼机炼胶的质量，近年来又作了一系列改进与完善。

例如，在前后辊筒表面设置测温软件，使之能连续测量和调整辊温；在后辊设置压力传感器，可测定两辊间胶料所受的压力，机上还可附加自动倒胶和加料装置等等。

从而使开炼机更容易操作、进一步改善混炼质量，实现炼胶过程的现代化。

连续炼胶是橡胶工业多年来的梦想。

然而，由于受橡胶粘弹性和多种粉料共混的复杂条件的约束，长期以来虽经采用造粒、防粘等多种手段改进，仍然始终不能如愿。

多年来，随着热塑性弹性体的出现，及其在工业橡胶制品中使用范围的急剧扩大，连续混炼的开发研制又重新活跃起来。

目前，单螺杆和双螺杆炼胶机已成功地用于填料少的热塑性弹性体的炼胶工艺上，同时在橡胶混炼方面也取得了可喜的进展。

连续炼胶将有可能最终成为21世纪橡胶工业新的炼胶方式。

Ⅲ一次加工(压廷、压出、注压工艺)设备一次加工设备的功能，是把在炼胶机上制备的胶料压制加工为各种形状的材料。

它们有的可以直接成为未硫化的橡胶产品，但大部分是供二次加工之用，作为成型的部件和材料。

这类设备主要有压延、压出和注压三种，其中压出设备的发展尤为突出。

l、压延机压延机是橡胶加工的核心设备，体积庞大，价格昂贵，要求精密，操作复杂。

压延辊筒的数量也由2到7个不等，大多数为3到4个；辊筒的排列形式和压延方式也多种多样。

压延机的规格尺寸，大到φ910×2540mm，小到φ150×330mm。

常用的有：φ700×1800mm，φ550×1700mm，φ450×1200mm三种。

辊筒表面根据压延材料的要求，除光面外，还有沟槽和花纹之分。

历史上，，压延机曾长期用作加工各种橡胶板材、片材、模材和各类型材的唯一设备。

20世纪后半叶，由于压出技术的发展，压延机的许多功能已被压出机取代，目前，压延机只用作胶片和胶布的生产。

为适应加大宽度的要求，压延机主机日趋大型化，联动装置也日益复杂，自控水平不断提高。

最具代表性的纤维帘布压延机，四辊呈S型或斜Z型排列，速度在8～80m／min范围内前后同步运行，最小厚度达0．2±0．01mm，温控±1．0℃，张力80～250MPa。

全部生产流程只需一人监控。

压延机的关键是压延的精度和前后联动装置的同步性。

近年来，为保证压延物质量的均匀性，对热炼供料系统也进行了一系列改进。

现在，供料已从热炼机转向螺杆压出机，有的甚至以高压齿泵连续均匀供料。

2、压出机压出机的用途和种类甚多。

前已述及的螺杆下片机、螺杆连续炼胶机以及早年在天然橡胶时代用的螺杆塑炼机等，都是橡胶压出机的一种形式。

螺杆直径小到37mm，大到350mm甚至500mm；螺杆直径同长度之比，小到1：5，大到1：12乃至1：18，最长可达1：45。

同时，还有热喂料和冷喂料、单螺杆和双螺杆、单一压出和复合压出以及一段喂料和多段喂料，自由退出螺杆、更换螺纹等等之分，多种多样，五花八门。

现今用作胶料压出的压出机，除了传统的胎面、内胎、胶管、胶条和各类异材、钢丝带之外，已成功地用来制造向来都是以压延机生产的轮胎钢丝帘线胶布和防水卷材胶片，其最大宽度已分别达到350mm和1500mm。

近年来，压出机还取代了大型热炼机，直接向压延机作恒温、定量供胶。

目前，采用压出形式制造的橡胶产品大大超过了其他方式。

由于压出的尺寸保持性和形状规格都较之其他方法更为规整，压出机已成为橡胶制品最为主要的加工工艺设备。

现代的橡胶压出机已普遍由热喂料向冷喂料、大长径比、收敛式和多螺杆、多区段方向发展。

可在一个螺杆上构成堆料、预热、混搅、抽真空、挤出和出型若干区段。

使压出物的质量均一性更加得到改善与提高。

已实现了销钉化和定量挤出，用微电子控制挤出速度、数量及形状尺寸，已做到无人化管理。

新型压出机还为几种不同颜色、不同硬度胶料的同时压出，橡胶与海绵、橡胶与金属、橡胶与纤维以及橡胶与塑料等两复合、三复合甚至四复合的压出，提供了广阔的发展前景。

尤其是在子午线轮胎的生产工艺中，不论是胎面、胎侧以及胎圈部件的复合压出，还是钢丝圈的制造和钢丝帘线带束层的生产，它都已成为保证半成品质量、轮胎上档次的关键设备。

特别是橡胶与塑料的共复合压出，胶料的超薄、超宽压出，更是重要的研究方向。

在橡胶制品的连续化生产方面，可以说是由压出机首先突破的。

目前，编织胶管、橡胶密封条等都因为有了精密的压出机而成功地实现了从胶料压出到成型和硫化的一条龙生产线，并且通过CAD—CAM(计算机辅助设计一检验与自动监控)达到了全自动的程度。

这种橡胶工业多年来一直孜孜不倦研制橡胶制品自动生产线的梦想，终于成为现实。

3、注压机注压机原本是为模型制品生产中压注胶料而开发的一种单一设备。

近年来，由于其优越性日益为人们所认识，发展十分迅速，已成为胶料一次加工的又一重要设备。

它有辊筒注压和螺杆注压两种类型，分为立式一卧式、固定一移动、单色一多色注压等多种形式。

称之为精密预成型机的胶料注压机，可以定量制备各种形状规格的胶坯，体积精密度达到±0．5％，大大简化了模型橡胶制品的装胶工艺，并可减少硫化时多余飞边逸出，降低材料消耗定额，提高胶件的硫化合格率，已成为模型制品生产中不可缺少的重要加工设备。

为提高生产效率和保证注压质量，现今的注压机大多已与平板硫化机连成一体，出现了各式各样的自动注压成型硫化机。

例如，橡胶件注压硫化机、胶鞋注压硫化机、胶辊注压硫化机等等。

Ⅳ二次加工(裁断、贴合、成型工艺)二次加工设备系指橡胶裁断、贴合、成型工艺用的设备，过去笼统地称为成型工艺设备。

从工艺加工角度来看，这一提法很不全面，近年来多用二次加工设备的提法。

它的概念是，以一次加工工艺设备制备的胶布、胶板以及橡胶片材、管材、型材等材料，经裁断、贴合、成型，压制成类似产成品形状的半制品，又称成型物。

例如，轮胎、胶管、胶带、胶辊、胶鞋以及乳胶制品等都有这样的专用成型设备。

这类成型设备视橡胶产品种类的不同而各异。

但从大类性质来说，大体可以分为胎类成型机、胶管成型机、胶带成型机、鞋类成型机四种不同类型。