擠出機起源于1 8世 紀 , 英 格 蘭 的 J o s e p h B r a ma h于 1 7 9 5年制造的用于制造無縫鉛管的手動活塞式壓出機被認為是世界上 臺擠出機 。從那時開始, 在 1 9世紀前 5 0年內, 擠出機基本上只應用于鉛管的生產、 通心粉和其它食品的加工、 制磚及陶瓷工業。 在擠出機作為一種制造方法的發展過程中,第 1次有明確記載的是 R . B r o o m a n在 1 8 4 5年 申請的用擠出機生產固特波膠電線的。固特波公 司的 H.B e w l g y隨后對該 擠 出機進 行了改進 , 并于 1 8 5 1 年將它用于包覆在 D o v e r 和 C a l a i s公司之間的第 1根海底電纜的銅線上。在此后的 2 5年內, 擠出方法 1 3漸重要 , 并且逐漸由電動操縱的擠出機迅速替代了以往的手動擠出機。初期機械操縱的柱塞式擠出機生產了成千上萬公里的絕緣電線和電纜, 從而牢固地確立了擠出法用于生產電纜的地位。早期生產電纜的擠出機無論是手動的、 機械的或者液壓的, 全都是柱塞式的。在這種生產過程中, 柱塞將熱的古塔波膠壓入到通有銅導線口模中, 古塔波膠從口模中 擠 出, 這樣就包覆在銅導線上形成絕緣層 。
冷喂料 排 氣 擠 出機 的 出 現 源 于 1 9 5 6年B e r n h a t d t 提出的抽真 空擠 出機螺桿 的設 計。它使用的螺桿按膠料窄壓縮段螺槽中的流動狀態可分普通型冷排螺桿和強力剪切型冷排螺桿。冷喂料排氣擠出機的螺桿分為喂料段、 壓縮段、節流段、 排氣段和擠出段。節流段采用了淺槽等距等深螺紋, 可使膠料獲得較高的剪切和穩定的輸送過程, 同時也提高了排氣效果。在冷喂料螺桿擠出機中,向擠出機中加人的是室溫的膠條。橡膠擠出機也經常按是否用于排氣來進行分類。
國外橡膠擠 出機 的主要生產廠家約有 2 2家, 主要有德國特樂斯特( T r o e s t e r ) 、 貝爾斯托夫、 克虜伯、 A—Z( V MI ) , 日本中田工程、 三菱重工、 神戶機械、 神戶制鋼、 今中機械, 美國法勒爾、 戴維斯標準 , 意大利 波米 尼, 瑞士 R C M、 I m t e r p l a s t i -c a , 英國的 I d d o r B r o t h e r 等公司。德國特樂斯特機械制造廠創建于 1 8 9 2年,其主要致力于輪胎, 電纜, 密封膠條和運輸帶等機械設備的開發研制和生產制造工作。該公司 生產的螺旋式橡膠擠出機( G S ) 被歐洲和其他國 家主要橡膠加工廠使用, 近一個世紀來其橡膠擠 出機產量和生產質量被*為行業標準。2 O世紀7 O年代中葉, 特樂斯特公司對 Q S M( 橫向流攪拌) 工藝的發展起到了推波助瀾的作用, 開發出 了Q S M銷釘式冷喂料擠出機。從此以后, 這一不斷發展的工藝使輪胎制造商和其他橡膠制品加 工者能夠在不需要更換螺桿的情況下, 以佳的 塑化效果加工各種各樣 的膠料 , 出膠量高、 質量好。由于 Q S M銷釘式冷喂料擠出機對所有膠料均適用。 所以已迅速推廣到橡膠工業的各個行業中。 德國貝爾斯托夫橡塑機械公司, 創建于 1 0 0年前, 是曼內斯曼塑膠機械集團公司的成員公司。作為橡塑設備供應商的*, 今天貝爾斯托夫已經成為*塑膠橡膠生產加工擠出系統的的制造商之一。1 9 5 4貝爾斯托夫建立了它的個技術中心, 1 9 6 6開發并制造出其臺雙螺桿擠出機, 1 9 9 8年并入曼內斯曼塑料機械集團。它為輪胎制造業提供擠出機和擠出系統、 復合擠出系統、 輥筒機頭擠出壓出系統及壓延機生產線。它的兩復合、 三復合和四復合擠出系統所制備的產品包括胎面、 胎側膠條和三角膠條等部件。該公司推出的 Z E B a s i c系列雙螺桿擠出機, 由于各部件實現了高度標準化, 這一系 列的設備具有極其優異的性價比。Z E B a s i c新機型特別適用于通用型配混改性用途。隨著新的 Z E B a s i c機型的推出, 貝爾斯托夫公司構筑完成了全系列的雙螺桿擠出機產品, 其中包括超高性 能的 Z E U T X和 Z E U T型雙螺桿擠出機。Z E B a s i c 雙螺桿擠出機將在全球推廣。 2 0 0 4年荷蘭橡膠機械制造商 V MI 買斷了德 國A— z模型及機械制造有限公司的擠出機部 門, 從而擴展了產品范圍。這個事件拓展了 V MI在輪胎成型和橡膠工業領域的產品范圍。A—z 擠出產品包括: 多復合、 三復合及四復合擠出機, 擠出量由每小時 6 0 k g / 6 0 r am到每小時 78 0 0 k s / 2 5 0r am。 總的來說, 冷喂料橡膠擠出機已成為歐美等 發達國家的發展主流, 至9 O年代初歐美等發達 國家冷喂料擠 出機 已經 占到生產 總量的 9 5 %。歐美等發達國家正在開發、 生產 MT C D和 其它高速、 精密的新型擠出設備。
國內情況
我國橡膠擠出機的年產量近 8 0 0臺, 生產廠 家有 5 O家左右, 主要分布在青島、 桂林、 內蒙、 上 海等地。國內雖然有眾多橡膠螺桿擠出機制造 企業。 但具備開發設計能力并在行業中頗有影響 者僅有 4—5家。 國內在八十年代中期開始接觸和使用 B e t - s t o r f f 公司及 T r o e s t e r 公司的三復合擠出技術和雙 復合擠出技術。內蒙古某有限公司與國外多家公司進行技術交流,在吸收國 外*技術的基礎上, 開發生產了多種規格的銷 釘式冷喂料復合擠出機, 使復合擠出設備實現了國產化, 并使該技術達到了比較成熟的程度。近 年。 該公司為北京輪胎廠提供了 * 2 0 0 / 2 5 0雙復 合銷釘冷喂料擠出機, 為合肥佳通輪胎公司提供 了 .1 2 0 / 1 5 0 / 1 2 0三復合銷釘式冷喂料擠出機,又為越南和臺資輪胎廠提供了多臺不同規格的銷釘式冷喂料復合擠出機。 在密封膠條生產中, 三復合機頭、 四復合機頭也得到較快 的發 展。我 國較早 引進 的密封膠條生產線復合機頭大都配有剪切機頭, 機頭結構比較復雜, 經過多年發展, 使用的三復合、 四復合機頭結構相當簡單, 使用效果較好, 已不再采用剪切機頭。隨著國產化復合擠出設備的發展, 復合擠出技術及生產工藝將會出現較快發展的局 面 。 內蒙古富特橡塑機械有限公司自行設計、 生產的配置“ L ” 型輥筒機頭 的銷釘式冷喂料擠出機, 已在輸送帶覆蓋膠膠片的生產工藝以及子午線輪胎氣密層膠 片生產中得到應用。其大的特點是綜合了壓延機和擠出機的諸多優點, 擠出膠片的氣密性好, 簡化了生產工藝, 減少了生產設備 , 降低 了大量 能耗, 提高 了制 品質量。 據報道, 部分國產復合擠出設備已可*替代進口設備。桂林橡膠工業新技術開發實業總公司開發 的 中l 5 0冷/ ~ 2 5 0熱雙復合擠出機組, 由于采用 了新結構螺桿 , 膠料輸送能力大大提高, 擠 出量達 到 4 2 0 0 k g / h ; 擠出 1 1.O O以下規格的胎面速度在 1 6—2 2 m / r a i n之間, 超出大多數同類進 口設備指標約 1倍。其開發 的 ~1 2 0 /中 2 0 0 / 中 2 5 0冷喂料三復合擠出機組, 成為*臺用于全鋼輪胎生產的三復合擠出設備。中國化學工業桂林 工程公 司還 成功研制出四復合擠出機組 , 達到和接近 *水平, 已經用于米其林公司生產的子午線輪胎的胎側擠出。該機組價值千萬元, 是專門生產各類子午線輪胎的生產線。該套設備是長達百米的龐然大物, 僅擠 出機組 的一個 機頭 重達 2 3噸, 全球只有少數廠商可以提供類似產品。 *設備國產化, 有利于新型設備與技術的推廣, 提高企業裝備水平, 促進生產發展, 特別是由于我國子午線輪胎生 產的快速發展及銷釘式冷喂料擠出機所具有的優勢, 使銷釘式冷喂料擠出機的推廣應 用具有更大優勢 , 成為熱喂料擠出機和普通冷喂料擠 出機的換代產品, 為銷釘式冷喂料擠 出機提供了廣闊的發展和應用前景 。
國外現狀
歐美等發達國家主要以冷喂料擠出機為主, MC T擠出機 已經進入推廣階段。 至 2 0世紀 9 0年代末。 全球 已有數百臺 MC T擠出機投入使用, 僅在北美就有 1 0 0多臺用于輪胎的熱翻和冷翻。 據介紹, 目前*的橡膠擠出機是德國 A —z公 司設 計 的 由 MC T D 一9 0 、 M C T D 一1 5 0 、 MC T D一 2 0 0組成的三復合擠出機, 其特點是體積 小 , 節能 2 0 % , 在北美地區用于翻胎作業。 盡管 MC T和 MC T D擠 出技術在開發商的宣 傳中介紹了許多優點, 但并不是所有的MC T擠出 機都是成功的。國內曾引進過 MC T 9 5 / 5 0 / 5 0三 復合設備, 計劃用于力車胎胎面的擠出, 但由于 塑化不均等問題而宣告失敗。根據德國 T r o e s t e r 公司的意見, 這種設計是不成功的。
MC T擠出機沿螺桿軸向分為進料段、 傳遞混合段和出料段。在傳遞混合段, 螺桿和機筒內壁有螺旋相反的螺紋, 在螺桿上流道數逐增、 螺紋深度逐減, 在混合傳遞區中部達到極值后逐漸恢復原狀, 在螺桿流道增多過程中, 機筒內壁上流道數與螺桿上流道數相反、 流道深度也與螺桿相反 。 MC T擠出機與普通冷喂料螺桿擠出機在本質上有很大的區別, 普通螺桿擠出機是利用摩擦作用進行塑化, 而 MC T擠出機膠料塑化是依靠機械作用進行 的, 摩擦力很小 , 因此 MC T擠 出機的螺桿長度遠比普通擠出機的螺桿長度要短, 僅為螺桿直徑的7倍左右。 MC T擠出機不僅能用于生產易擠 出的載重輪胎胎面膠等混煉膠及半成 品, 還能用于生產較難擠出的高合成橡膠組分物料, 并且表面質量和外輪廓邊角形狀好。M C T擠出機的螺桿比普通型擠出機螺桿短, 易于將兩個或三個 MC T擠出機組合在一起, 實現復雜制品的“ 復合” , 共擠出。如可 以 由一 臺 9 5 mm 主 MC T擠 出機 和兩 臺5 0 m m副 MC T擠出機組成“ 三復合” 擠出機。 由于 MC T擠出機 的塑化混合 區很短( 約 2.5 D) , 流道內沒有障礙干擾元件, 螺翅和流道對 物料有助推作用, 物料在機內的溫升低, 使得螺 桿轉速高, 生產能力大, 一般 MC T擠出機在螺桿、 機頭、 軸承和加料區設置調溫 口, 在溫升相同的 條件下, MC T擠出機的生產能力大于銷釘機筒擠 出機 , 更大于光滑機筒擠出機。 2 O世紀 9 O年代末, 全球已有數百臺 MC T擠 出機投入使用, 僅在北美就有 1 0 0多臺用于輪胎 的熱翻和冷翻 , 并且 與 C T C—S B I 和 C T C—S BⅡ 擠出機/ 成型機配合, MC T直接擠出到胎體上, 既 提高了質量, 也節省了人力和物力。2 5 4 m m規格 的 MC T已經進行了工業實驗, 而且德國橡膠技術 研究所在 9 O年代末就在探索利用超聲波來降低 彈性體的粘度, 以期解決 MC T擠出機對于普通工 業膠料在擠出質量 、 產量和節能方面的不足。 歐美主要橡膠擠出機廠商將發展 MC T擠出 機作為新的方 向。近幾年重點發展 的是改進 型 MC T擠出機。第三代 M C T擠出機MC T D和銷釘式MC T擠出機可能是未來發展的方向, 尤其是銷釘式 M C T擠出機兼備銷釘螺桿擠出機和 MC T擠出機的優點, 具有廣闊的市場前景和發展空間。
多復合
擠 出機頭是決 定擠 出制 品終質量 的一 個關鍵部件。傳統的單螺桿擠出機頭僅能用于擠出單一品種膠料的制品, 機頭結構比較簡單, 機頭壓力也比較低, 因此技術問題容易處理。隨著擠出工藝的發展和生產的需要, 擠出機頭的結構和技術與十多年前相比, 有了很大的發展, 特別是輪胎生產中要求采用不同性能的膠料在機頭內復合擠出胎面、 胎側和三角膠等部件, 為此從6 O年代起由德國 T r o e s t e r 公司和 B e r s t o r f f 公司首先開發了用于擠出兩種膠料的雙復合擠出機頭,到了 8 O年代 和 9 O年代 已開發 了三復合和 四復合擠出機頭, 正在研制開發五復合擠出機頭 , 不久將有產品問世。
新驅動
隨著擠出工藝對擠出機性能要求的提高和驅動技術的進步 , 擠出機的驅動系統發生了許 多變化, 傳統 的交流 電機定速驅動、 整流子 電機變速驅動及交流電機齒輪箱有級變速驅動在國內外現代擠出機中已被淘汰, 取而代之的是直流電機無級變速驅動。直流電機在低 速時具有 良好的扭矩性能 , 調速范圍廣。國內直流電機在西 門子技術的支持下 已達到國際水平, 已在各種冷喂料擠出機上得到廣泛應用。 瑞典 Ha g g l u n d s D r i v e r s A B公司在三十多年前開始生產大功率液壓電機, 先后被用于開煉機、密煉機、 雙螺桿擠出壓片機和壓延機等大功率設備的驅動系統, 同時也被用于橡膠螺桿擠出機的驅動系統。 由于我國液壓技術發展的相對滯后 , 還沒有高扭矩液壓電機, 進 口配套則價格昂貴, 因此國產螺桿擠 出機上 至今還沒有使用過這種驅動技術 。