膠輥生產(chǎn)工藝及技術進展
發(fā)布者：德博仕 發(fā)布時間：2020-6-9 11:24:14
近年來注射、擠出和纏繞等技術不斷發(fā)展，膠輥成型硫化設備使膠輥生產(chǎn) 逐漸走上了機械化和自動化。膠輥性能對整機的影響十分巨大，對工藝操作和生產(chǎn) 質量極為嚴格，其很多類產(chǎn)品已列為精細制品的范疇，其中橡膠、塑料材質的選用 和產(chǎn)品尺寸精度的控制是關鍵。膠輥的橡膠表面不允許有任何雜質、砂眼和氣泡， 更不能有疤痕、缺陷、溝紋、裂口及局部海綿和軟硬不同的現(xiàn)象。為此，要求膠輥 在整個生產(chǎn)工藝過程中，必須保持清潔和精工細作，實現(xiàn)操作統(tǒng)一化、技術標 準化。橡膠塑料與金屬芯的結合、粘貼和注射成型、硫化研磨等工序都因此成為高 技術含量的工藝。
多年來，膠輥生產(chǎn)由于產(chǎn)品的不固定性、尺寸規(guī)格的多樣性，使工藝設備的機 械化、自動化成為難點，迄今為止，多數(shù)仍是以人工為主的間斷式單元型作業(yè)生產(chǎn) 線。 近來一些較大的專業(yè)性生產(chǎn)廠家已開始實現(xiàn)從膠料到成型和硫化工藝的連續(xù)化 生產(chǎn)，使生產(chǎn)效率成倍提高，極大地改善了工作環(huán)境和勞動強度。
一、膠料制備
對膠輥來說，膠料的混煉是為關鍵的環(huán)節(jié)。膠輥用膠料種類從天然橡膠、 合成橡膠到特種材料多達 10 余種以上，含膠率為 25%～85%，硬度為土（0～90） 度，跨越極大范圍。因此，如何使這些膠料混煉均勻已成為一大難題。常規(guī)的方法 是采用開煉機以多種母煉膠的形式進行混煉加工。近些年來，企業(yè)更多地改用嚙合 式密煉機，以分段混煉的方式制取膠料。
膠料達到均勻混煉之后還要用濾膠機進行濾膠，消除膠料內的雜質。然后再用 壓延機、壓出機、貼合機制成沒有氣泡和雜質的膠片或膠條，供膠輥成型用。在成 型之前，對這些膠片、膠條還要進行嚴格的外觀檢查，限定停放期，保持新鮮表面 并防止粘連和擠壓變形。因為膠輥大部分為非模壓制品，一旦表面橡膠存在雜質和 氣泡，在硫化后對表面進行研磨時即有可能出現(xiàn)砂眼，由此將導致整個膠輥出現(xiàn)超 標返修，甚至報廢。
二、成型
膠輥成型主要是在金屬芯上粘貼包覆橡膠，有包貼法、擠出法、模壓法、注壓法 和注射法等。目前國內主要以機械或手工粘貼成型為主，國外多數(shù)已實現(xiàn)了機械自 動化。大中型膠輥基本上采用仿形擠出，用壓出膠片連續(xù)粘貼成型或擠出膠條連續(xù) 纏繞成型的方式生產(chǎn)。 同時， 在成型過程中以微機自動控制其規(guī)格尺寸和外觀形狀， 有的也可用壓出機直角和異形擠出的方法進行成型。
上述成型方法不僅能減輕勞動強度，同時還能消除可能產(chǎn)生的氣泡。為防止膠 輥硫化中變形并防止氣泡和海綿的產(chǎn)生，尤其對包貼法成型的膠輥，外部還要采用 柔性加壓的方法。通常是在膠輥外表面包扎纏繞數(shù)層棉布或錦綸布，再用鋼絲或纖 維繩索加以固定加壓。盡管這一工藝早已實現(xiàn)了機械化，但由于硫化之后還要除去 包扎物，形成一個“盲腸”工藝，使制造過程復雜化，而且因包扎布、纏繞繩的使用 次數(shù)極為有限、消耗量大而造成浪費。
對小型和微型膠輥可以采用手工貼片、擠出套入、注壓、注射和澆注等多種生 產(chǎn)工藝形式。為提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)已大多采用模制法，而且精度也遠遠高于非模制 法。固體橡膠的注壓、注射以及液體橡膠的澆注，已成為主要的生產(chǎn)方式。
三、硫化
目前， 大中型膠輥的硫化方式依然是硫化罐硫化， 雖然柔性加壓模式有所改變， 但仍未脫離往返運輸?shù)跣兜姆敝貏趧迂摀?硫化熱源有蒸汽、 熱空氣和熱水 3 種加 熱方式，主流仍是蒸汽。因金屬芯接觸水蒸汽而有特殊要求的膠輥，采用間接蒸汽 硫化，時間要延長 1~2 倍，一般常用于中空鐵芯的膠輥。對不能用硫化罐硫化的 特殊膠輥，有時采取熱水硫化，但水污染的處理有待解決。
為防止橡膠與金屬芯因導熱差異產(chǎn)生不同收縮而造成膠輥與膠芯之間發(fā)生脫 層，一般硫化多采用緩慢升溫升壓的方式，硫化時間遠比橡膠本身所需硫化時間要 長得多。大型膠輥為達到內外均一硫化以及使金屬芯與橡膠的導熱性相近，在罐內 停留的時間往往長達 24~48h，約為橡膠正常硫化時間的 30~50 倍。
小型和微型膠輥現(xiàn)已大部分改為平板硫化機模壓硫化， 徹底改變了膠輥傳統(tǒng)的 硫化方式。近年還實行注壓機裝模、抽真空硫化，并且可以自動開閉模，機械化和 自動化程度大幅提高，而且硫化時間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質量好。尤其是采用橡 膠注射成型硫化機時， 把成型和硫化兩個工序合二為一， 時間可以縮短到 2~4 min， 已成為膠輥生產(chǎn)發(fā)展的重要方向。
目前，以聚氨酯彈性體（PUR）為代表的液體橡膠在膠輥生產(chǎn)中發(fā)展很快，并 為之開辟了材料和工藝革命的新途徑。它采用澆注形式，把復雜的成型操作與笨重的硫化設備甩掉， 使膠輥生產(chǎn)工藝大為簡化。 不過， 問題是由于必須使用模具， 對于大型膠輥特別是單個產(chǎn)品來說，導致生產(chǎn)成本大幅提高，給推廣使用帶來了很 大困難。
為解決這一難題，近年開始出現(xiàn)無模制造的 PUR 膠輥新工藝。它以聚氧化丙 烯醚多元醇(TDIOL)、聚四氫呋喃醚多元醇(PIMG)和二苯甲烷二異氰酸酯(MDl)為 原料，混合攪拌之后快速反應，定量地澆注到緩慢旋轉的膠輥金屬芯上，一步一步 實現(xiàn)邊澆注邊固化， 形成膠輥。 這種工藝不僅流程短， 機械化、 自動化程度高， 而且省去了笨重的模具，可隨意根據(jù)要求生產(chǎn)各種規(guī)格尺寸的膠輥，使成本大幅度 下降，現(xiàn)已成為 PUR 膠輥的主要發(fā)展方向。
另外， 在世界各地用液體硅橡膠制造辦公自動化設備方面使用的微型精細膠輥 也發(fā)展很快。它們分為加熱固化(LTV)和室溫固化(RTV)兩大類，所用設備也同上 面的 PUR 不同，形成另一類澆注形式。在這里，關鍵的問題是如何控制并降低 膠料粘度，使之保持一定的壓力和擠出速度。
四、表面處理
表面處理是膠輥生產(chǎn)也是關鍵的一道工序， 表面研磨狀態(tài)直接左右著膠 輥的使用性能。目前研磨的方法多種多樣，但主要是機械車削和磨光，為此研磨方 法、研磨工具及所用磨料非常重要，各企業(yè)多視其為技術決竅，保持對外不宣的態(tài) 度。 其中的問題是如何解決研磨時橡膠的生熱現(xiàn)象和保持研磨后表面的撓 度。
膠輥除了對表面要進行研磨處理外，還要徹底清洗，除去表面附著的膠粉，要 求較高的還要對表面進一步作拋光加工，也有的在表面涂覆樹脂涂料、乳膠漆料、 磁粉、靜電粉體等。同時，也可電鍍一層所需鍍層，或者進行化學氧化處理等，以 達到光感、抗蝕、磁化和導電等功能的目的。
隨著膠輥的不斷發(fā)展，膠輥表面的涂敷技術也得到快速提高，現(xiàn)已開始改變膠 輥性能完全靠包覆橡膠的傳統(tǒng)方法。具體地說，就是用涂層的方法改變和賦予膠輥 新的性能。如利用壓延機、刮涂機一類設備，增設油屏蔽層以達到提高耐油性的目 的等，盡管膠輥的形狀、材料同原來一樣，但其功能卻發(fā)生了很大變化，有的變成 功能膠輥，這種表面處理技術今后將很有發(fā)展前途。
綜上所述，現(xiàn)今生產(chǎn)使用的膠輥已形成了具有獨特工藝的產(chǎn)品系列。雖然目前國內仍以傳統(tǒng)產(chǎn)品為主， 但技術含量在不斷提高， 不少產(chǎn)品已經(jīng)進入高新技術領域， 附加值逐漸增大，正成為工業(yè)橡膠制品中又一個經(jīng)濟亮點。
多年來，膠輥生產(chǎn)由于產(chǎn)品的不固定性、尺寸規(guī)格的多樣性，使工藝設備的機 械化、自動化成為難點，迄今為止，多數(shù)仍是以人工為主的間斷式單元型作業(yè)生產(chǎn) 線。 近來一些較大的專業(yè)性生產(chǎn)廠家已開始實現(xiàn)從膠料到成型和硫化工藝的連續(xù)化 生產(chǎn)，使生產(chǎn)效率成倍提高，極大地改善了工作環(huán)境和勞動強度。
一、膠料制備
對膠輥來說，膠料的混煉是為關鍵的環(huán)節(jié)。膠輥用膠料種類從天然橡膠、 合成橡膠到特種材料多達 10 余種以上，含膠率為 25%～85%，硬度為土（0～90） 度，跨越極大范圍。因此，如何使這些膠料混煉均勻已成為一大難題。常規(guī)的方法 是采用開煉機以多種母煉膠的形式進行混煉加工。近些年來，企業(yè)更多地改用嚙合 式密煉機，以分段混煉的方式制取膠料。
膠料達到均勻混煉之后還要用濾膠機進行濾膠，消除膠料內的雜質。然后再用 壓延機、壓出機、貼合機制成沒有氣泡和雜質的膠片或膠條，供膠輥成型用。在成 型之前，對這些膠片、膠條還要進行嚴格的外觀檢查，限定停放期，保持新鮮表面 并防止粘連和擠壓變形。因為膠輥大部分為非模壓制品，一旦表面橡膠存在雜質和 氣泡，在硫化后對表面進行研磨時即有可能出現(xiàn)砂眼，由此將導致整個膠輥出現(xiàn)超 標返修，甚至報廢。
二、成型
膠輥成型主要是在金屬芯上粘貼包覆橡膠，有包貼法、擠出法、模壓法、注壓法 和注射法等。目前國內主要以機械或手工粘貼成型為主，國外多數(shù)已實現(xiàn)了機械自 動化。大中型膠輥基本上采用仿形擠出，用壓出膠片連續(xù)粘貼成型或擠出膠條連續(xù) 纏繞成型的方式生產(chǎn)。 同時， 在成型過程中以微機自動控制其規(guī)格尺寸和外觀形狀， 有的也可用壓出機直角和異形擠出的方法進行成型。
上述成型方法不僅能減輕勞動強度，同時還能消除可能產(chǎn)生的氣泡。為防止膠 輥硫化中變形并防止氣泡和海綿的產(chǎn)生，尤其對包貼法成型的膠輥，外部還要采用 柔性加壓的方法。通常是在膠輥外表面包扎纏繞數(shù)層棉布或錦綸布，再用鋼絲或纖 維繩索加以固定加壓。盡管這一工藝早已實現(xiàn)了機械化，但由于硫化之后還要除去 包扎物，形成一個“盲腸”工藝，使制造過程復雜化，而且因包扎布、纏繞繩的使用 次數(shù)極為有限、消耗量大而造成浪費。
對小型和微型膠輥可以采用手工貼片、擠出套入、注壓、注射和澆注等多種生 產(chǎn)工藝形式。為提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)已大多采用模制法，而且精度也遠遠高于非模制 法。固體橡膠的注壓、注射以及液體橡膠的澆注，已成為主要的生產(chǎn)方式。
三、硫化
目前， 大中型膠輥的硫化方式依然是硫化罐硫化， 雖然柔性加壓模式有所改變， 但仍未脫離往返運輸?shù)跣兜姆敝貏趧迂摀?硫化熱源有蒸汽、 熱空氣和熱水 3 種加 熱方式，主流仍是蒸汽。因金屬芯接觸水蒸汽而有特殊要求的膠輥，采用間接蒸汽 硫化，時間要延長 1~2 倍，一般常用于中空鐵芯的膠輥。對不能用硫化罐硫化的 特殊膠輥，有時采取熱水硫化，但水污染的處理有待解決。
為防止橡膠與金屬芯因導熱差異產(chǎn)生不同收縮而造成膠輥與膠芯之間發(fā)生脫 層，一般硫化多采用緩慢升溫升壓的方式，硫化時間遠比橡膠本身所需硫化時間要 長得多。大型膠輥為達到內外均一硫化以及使金屬芯與橡膠的導熱性相近，在罐內 停留的時間往往長達 24~48h，約為橡膠正常硫化時間的 30~50 倍。
小型和微型膠輥現(xiàn)已大部分改為平板硫化機模壓硫化， 徹底改變了膠輥傳統(tǒng)的 硫化方式。近年還實行注壓機裝模、抽真空硫化，并且可以自動開閉模，機械化和 自動化程度大幅提高，而且硫化時間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質量好。尤其是采用橡 膠注射成型硫化機時， 把成型和硫化兩個工序合二為一， 時間可以縮短到 2~4 min， 已成為膠輥生產(chǎn)發(fā)展的重要方向。
目前，以聚氨酯彈性體（PUR）為代表的液體橡膠在膠輥生產(chǎn)中發(fā)展很快，并 為之開辟了材料和工藝革命的新途徑。它采用澆注形式，把復雜的成型操作與笨重的硫化設備甩掉， 使膠輥生產(chǎn)工藝大為簡化。 不過， 問題是由于必須使用模具， 對于大型膠輥特別是單個產(chǎn)品來說，導致生產(chǎn)成本大幅提高，給推廣使用帶來了很 大困難。
為解決這一難題，近年開始出現(xiàn)無模制造的 PUR 膠輥新工藝。它以聚氧化丙 烯醚多元醇(TDIOL)、聚四氫呋喃醚多元醇(PIMG)和二苯甲烷二異氰酸酯(MDl)為 原料，混合攪拌之后快速反應，定量地澆注到緩慢旋轉的膠輥金屬芯上，一步一步 實現(xiàn)邊澆注邊固化， 形成膠輥。 這種工藝不僅流程短， 機械化、 自動化程度高， 而且省去了笨重的模具，可隨意根據(jù)要求生產(chǎn)各種規(guī)格尺寸的膠輥，使成本大幅度 下降，現(xiàn)已成為 PUR 膠輥的主要發(fā)展方向。
另外， 在世界各地用液體硅橡膠制造辦公自動化設備方面使用的微型精細膠輥 也發(fā)展很快。它們分為加熱固化(LTV)和室溫固化(RTV)兩大類，所用設備也同上 面的 PUR 不同，形成另一類澆注形式。在這里，關鍵的問題是如何控制并降低 膠料粘度，使之保持一定的壓力和擠出速度。
四、表面處理
表面處理是膠輥生產(chǎn)也是關鍵的一道工序， 表面研磨狀態(tài)直接左右著膠 輥的使用性能。目前研磨的方法多種多樣，但主要是機械車削和磨光，為此研磨方 法、研磨工具及所用磨料非常重要，各企業(yè)多視其為技術決竅，保持對外不宣的態(tài) 度。 其中的問題是如何解決研磨時橡膠的生熱現(xiàn)象和保持研磨后表面的撓 度。
膠輥除了對表面要進行研磨處理外，還要徹底清洗，除去表面附著的膠粉，要 求較高的還要對表面進一步作拋光加工，也有的在表面涂覆樹脂涂料、乳膠漆料、 磁粉、靜電粉體等。同時，也可電鍍一層所需鍍層，或者進行化學氧化處理等，以 達到光感、抗蝕、磁化和導電等功能的目的。
隨著膠輥的不斷發(fā)展，膠輥表面的涂敷技術也得到快速提高，現(xiàn)已開始改變膠 輥性能完全靠包覆橡膠的傳統(tǒng)方法。具體地說，就是用涂層的方法改變和賦予膠輥 新的性能。如利用壓延機、刮涂機一類設備，增設油屏蔽層以達到提高耐油性的目 的等，盡管膠輥的形狀、材料同原來一樣，但其功能卻發(fā)生了很大變化，有的變成 功能膠輥，這種表面處理技術今后將很有發(fā)展前途。
綜上所述，現(xiàn)今生產(chǎn)使用的膠輥已形成了具有獨特工藝的產(chǎn)品系列。雖然目前國內仍以傳統(tǒng)產(chǎn)品為主， 但技術含量在不斷提高， 不少產(chǎn)品已經(jīng)進入高新技術領域， 附加值逐漸增大，正成為工業(yè)橡膠制品中又一個經(jīng)濟亮點。
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