膠輥生產(chǎn)工藝及技術(shù)進(jìn)展
發(fā)布者：德博仕 發(fā)布時(shí)間：6/9/2020 11:24:14 AM
近年來注射、擠出和纏繞等技術(shù)不斷發(fā)展，膠輥成型硫化設(shè)備使膠輥生產(chǎn) 逐漸走上了機(jī)械化和自動(dòng)化。膠輥性能對(duì)整機(jī)的影響十分巨大，對(duì)工藝操作和生產(chǎn) 質(zhì)量極為嚴(yán)格，其很多類產(chǎn)品已列為精細(xì)制品的范疇，其中橡膠、塑料材質(zhì)的選用 和產(chǎn)品尺寸精度的控制是關(guān)鍵。膠輥的橡膠表面不允許有任何雜質(zhì)、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(gè)生產(chǎn)工藝過程中，必須保持清潔和精工細(xì)作，實(shí)現(xiàn)操作統(tǒng)一化、技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)化。橡膠塑料與金屬芯的結(jié)合、粘貼和注射成型、硫化研磨等工序都因此成為高 技術(shù)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(shè)備的機(jī) 械化、自動(dòng)化成為難點(diǎn)，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(shí)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(dòng)強(qiáng)度。
一、膠料制備
對(duì)膠輥來說，膠料的混煉是為關(guān)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(dá) 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(jī)以多種母煉膠的形式進(jìn)行混煉加工。近些年來，企業(yè)更多地改用嚙合 式密煉機(jī)，以分段混煉的方式制取膠料。
膠料達(dá)到均勻混煉之后還要用濾膠機(jī)進(jìn)行濾膠，消除膠料內(nèi)的雜質(zhì)。然后再用 壓延機(jī)、壓出機(jī)、貼合機(jī)制成沒有氣泡和雜質(zhì)的膠片或膠條，供膠輥成型用。在成 型之前，對(duì)這些膠片、膠條還要進(jìn)行嚴(yán)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?yàn)槟z輥大部分為非模壓制品，一旦表面橡膠存在雜質(zhì)和 氣泡，在硫化后對(duì)表面進(jìn)行研磨時(shí)即有可能出現(xiàn)砂眼，由此將導(dǎo)致整個(gè)膠輥出現(xiàn)超 標(biāo)返修，甚至報(bào)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(guó)內(nèi)主要以機(jī)械或手工粘貼成型為主，國(guó)外多數(shù)已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自 動(dòng)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(shí)， 在成型過程中以微機(jī)自動(dòng)控制其規(guī)格尺寸和外觀形狀， 有的也可用壓出機(jī)直角和異形擠出的方法進(jìn)行成型。
上述成型方法不僅能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，但由于硫化之后還要除去 包扎物，形成一個(gè)“盲腸”工藝，使制造過程復(fù)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(fèi)。
對(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yùn)輸?shù)跣兜姆敝貏趧?dòng)負(fù)擔(dān)。 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(shí)間要延長(zhǎng) 1~2 倍，一般常用于中空鐵芯的膠輥。對(duì)不能用硫化罐硫化的 特殊膠輥，有時(shí)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?qū)岵町惍a(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(shí)間遠(yuǎn)比橡膠本身所需硫化時(shí)間要 長(zhǎng)得多。大型膠輥為達(dá)到內(nèi)外均一硫化以及使金屬芯與橡膠的導(dǎo)熱性相近，在罐內(nèi) 停留的時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá) 24~48h，約為橡膠正常硫化時(shí)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(jī)模壓硫化， 徹底改變了膠輥傳統(tǒng)的 硫化方式。近年還實(shí)行注壓機(jī)裝模、抽真空硫化，并且可以自動(dòng)開閉模，機(jī)械化和 自動(dòng)化程度大幅提高，而且硫化時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好。尤其是采用橡 膠注射成型硫化機(jī)時(shí)， 把成型和硫化兩個(gè)工序合二為一， 時(shí)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(fù)雜的成型操作與笨重的硫化設(shè)備甩掉， 使膠輥生產(chǎn)工藝大為簡(jiǎn)化。 不過， 問題是由于必須使用模具， 對(duì)于大型膠輥特別是單個(gè)產(chǎn)品來說，導(dǎo)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(yīng)，定量地澆注到緩慢旋轉(zhuǎn)的膠輥金屬芯上，一步一步 實(shí)現(xiàn)邊澆注邊固化， 形成膠輥。 這種工藝不僅流程短， 機(jī)械化、 自動(dòng)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(dòng)化設(shè)備方面使用的微型精細(xì)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(shè)備也同上 面的 PUR 不同，形成另一類澆注形式。在這里，關(guān)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(guān)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(jī)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(shù)決竅，保持對(duì)外不宣的態(tài) 度。 其中的問題是如何解決研磨時(shí)橡膠的生熱現(xiàn)象和保持研磨后表面的撓 度。
膠輥除了對(duì)表面要進(jìn)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(duì)表面進(jìn)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(shí)，也可電鍍一層所需鍍層，或者進(jìn)行化學(xué)氧化處理等，以 達(dá)到光感、抗蝕、磁化和導(dǎo)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(shù)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(jī)、刮涂機(jī)一類設(shè)備，增設(shè)油屏蔽層以達(dá)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(shù)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(dú)特工藝的產(chǎn)品系列。雖然目前國(guó)內(nèi)仍以傳統(tǒng)產(chǎn)品為主， 但技術(shù)含量在不斷提高， 不少產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入高新技術(shù)領(lǐng)域， 附加值逐漸增大，正成為工業(yè)橡膠制品中又一個(gè)經(jīng)濟(jì)亮點(diǎn)。
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(shè)備的機(jī) 械化、自動(dòng)化成為難點(diǎn)，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(shí)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(dòng)強(qiáng)度。
一、膠料制備
對(duì)膠輥來說，膠料的混煉是為關(guān)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(dá) 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(jī)以多種母煉膠的形式進(jìn)行混煉加工。近些年來，企業(yè)更多地改用嚙合 式密煉機(jī)，以分段混煉的方式制取膠料。
膠料達(dá)到均勻混煉之后還要用濾膠機(jī)進(jìn)行濾膠，消除膠料內(nèi)的雜質(zhì)。然后再用 壓延機(jī)、壓出機(jī)、貼合機(jī)制成沒有氣泡和雜質(zhì)的膠片或膠條，供膠輥成型用。在成 型之前，對(duì)這些膠片、膠條還要進(jìn)行嚴(yán)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?yàn)槟z輥大部分為非模壓制品，一旦表面橡膠存在雜質(zhì)和 氣泡，在硫化后對(duì)表面進(jìn)行研磨時(shí)即有可能出現(xiàn)砂眼，由此將導(dǎo)致整個(gè)膠輥出現(xiàn)超 標(biāo)返修，甚至報(bào)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(guó)內(nèi)主要以機(jī)械或手工粘貼成型為主，國(guó)外多數(shù)已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自 動(dòng)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(shí)， 在成型過程中以微機(jī)自動(dòng)控制其規(guī)格尺寸和外觀形狀， 有的也可用壓出機(jī)直角和異形擠出的方法進(jìn)行成型。
上述成型方法不僅能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，但由于硫化之后還要除去 包扎物，形成一個(gè)“盲腸”工藝，使制造過程復(fù)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(fèi)。
對(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yùn)輸?shù)跣兜姆敝貏趧?dòng)負(fù)擔(dān)。 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(shí)間要延長(zhǎng) 1~2 倍，一般常用于中空鐵芯的膠輥。對(duì)不能用硫化罐硫化的 特殊膠輥，有時(shí)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?qū)岵町惍a(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(shí)間遠(yuǎn)比橡膠本身所需硫化時(shí)間要 長(zhǎng)得多。大型膠輥為達(dá)到內(nèi)外均一硫化以及使金屬芯與橡膠的導(dǎo)熱性相近，在罐內(nèi) 停留的時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá) 24~48h，約為橡膠正常硫化時(shí)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(jī)模壓硫化， 徹底改變了膠輥傳統(tǒng)的 硫化方式。近年還實(shí)行注壓機(jī)裝模、抽真空硫化，并且可以自動(dòng)開閉模，機(jī)械化和 自動(dòng)化程度大幅提高，而且硫化時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好。尤其是采用橡 膠注射成型硫化機(jī)時(shí)， 把成型和硫化兩個(gè)工序合二為一， 時(shí)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(fù)雜的成型操作與笨重的硫化設(shè)備甩掉， 使膠輥生產(chǎn)工藝大為簡(jiǎn)化。 不過， 問題是由于必須使用模具， 對(duì)于大型膠輥特別是單個(gè)產(chǎn)品來說，導(dǎo)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(yīng)，定量地澆注到緩慢旋轉(zhuǎn)的膠輥金屬芯上，一步一步 實(shí)現(xiàn)邊澆注邊固化， 形成膠輥。 這種工藝不僅流程短， 機(jī)械化、 自動(dòng)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(dòng)化設(shè)備方面使用的微型精細(xì)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(shè)備也同上 面的 PUR 不同，形成另一類澆注形式。在這里，關(guān)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(guān)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(jī)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(shù)決竅，保持對(duì)外不宣的態(tài) 度。 其中的問題是如何解決研磨時(shí)橡膠的生熱現(xiàn)象和保持研磨后表面的撓 度。
膠輥除了對(duì)表面要進(jìn)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(duì)表面進(jìn)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(shí)，也可電鍍一層所需鍍層，或者進(jìn)行化學(xué)氧化處理等，以 達(dá)到光感、抗蝕、磁化和導(dǎo)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(shù)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(jī)、刮涂機(jī)一類設(shè)備，增設(shè)油屏蔽層以達(dá)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(shù)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(dú)特工藝的產(chǎn)品系列。雖然目前國(guó)內(nèi)仍以傳統(tǒng)產(chǎn)品為主， 但技術(shù)含量在不斷提高， 不少產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入高新技術(shù)領(lǐng)域， 附加值逐漸增大，正成為工業(yè)橡膠制品中又一個(gè)經(jīng)濟(jì)亮點(diǎn)。
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