锥形双螺杆挤出压片机胶边质量问题原因分析及解决措施

叶峰

(杭州中策清泉实业有限公司，浙江 杭州 311404)

密炼机炼胶工段不仅是橡胶轮胎制品企业中高能耗、高污染的环节，更是关乎制品质量优良最重要的工段。典型密炼机生产线主要由密炼机、挤出压片机或开炼机、胶片冷却机组成。经过密炼机混炼或者终炼排出的不规则团状胶料，直接排放到挤出压片机或两辊开炼机上后，经胶片冷却机冷却、吹干、叠片后，完成炼胶工艺流程。早期密炼机的下辅机主要由2~3台开炼机完成压片工作，如图1所示，开炼机进行压片具有安全性能差、占地空间大、自动化程度低、生产效率低，期间伴随产生粉尘、挥发性有机物（VOCs）、高芳烃类等烟气污染物对环境污染严重、工人操作水平的高低直接影响炼胶质量，从而造成胶片质量不稳定等短板问题。

20世纪90年代开始，橡胶锥形双螺杆挤出压片机在橡胶制品厂大面积推广应用，如图2所示，它具有以下优点：整个系统全封闭生产，环保清洁，安全高效；将间歇式混炼转化为连续式混炼，通过与密炼机、胶片冷却机之间的电气联锁，实现无人全自动连续生产，自动化程度高等优点。国外多家大型轮胎企业，如日本普利司通、日本住友等轮胎厂，基本全部采用挤出压片机做为密炼机下辅机。随着轮胎企业对无人化、自动化、智能化、绿色环保要求的提高，橡胶双螺杆挤出压片机已经越来越多的应用于炼胶工段上来。也困扰我公司多年，针对此问题，我们与设备厂家一起进行了持续的分析、改进工作，本文主要就胶边质量问题原因分析及解决措施进行阐述.

1 锥形橡胶双螺杆挤出压片机工作原理

由密炼机炼好的胶料从排料口排出，通过顺料槽，因重力作用落在双螺杆挤出压片机的两根螺杆之间，两根螺杆在传动系统的带动下作异向同步向内相互啮合运动，两根螺杆的相对旋转运动将胶料向前推移；由于螺杆的结构为锥形变距变深全收敛式，胶料在封闭的机筒内受到两个螺杆的不断变化的的强烈剪切和挤压折卷作用，并且胶料在向前推移过程中产生一定的压缩，胶料沿着挤出螺杆经过挡胶板的收口被推到两个压片辊筒之间，两个相向旋转的辊筒将胶料压成连续的胶片。胶料在挤出的过程中锥形螺杆的相互啮合保证了螺杆的自洁性，胶料由螺杆大端被推入小端，产生的压缩比保证了挤出胶料的致密性，胶料经过带有渐变收口的挡胶板时被充分挤压，从而使辊筒压出一定宽度一定厚度的胶片。

2 挤出压片机胶边质量问题的影响

（1）严重污染现场环境。

（2）造成大量胶料浪费。

（3）胶片冷却机故障点多。胶片两侧的碎胶豆随胶片进入胶片冷却机浸浆装置后，碎胶豆大量脱落，容易造成轴承、辊筒、挂杆的故障，增加停机维修的风险。

（4）影响生产过程的连续性。出片边缘不整齐，质量差，容易出现断片。

3 胶边质量问题产生原因分析

3.1 炼胶工艺的影响

胶边质量和炼胶工艺相关性较大，同一台挤出压片机生产作业时，胶片两侧的胶边质量半钢胶料优于全钢胶料，二段混炼胶质量优于一段混炼胶质量。主要原因是全钢胶胶料配方一般以NR为主要配方，选用大量的高结构、细粒径的高补强炭黑，使得混炼胶门尼黏度高，硬度大，而且全钢胶料较半钢胶料油料填量低，胶料流动性能不好，胶片表面质量不好，胶边两侧容易出现缺口或者胶边；一段混炼胶胶料的分散性和门尼黏度相对于二段混炼胶或者终炼胶差，因此两侧出飞边或者胶豆的现象更严重。

3.2 挤出机和压片机速度不匹配的影响

橡胶挤出压片机的动作是通过PLC程序控制实现全自动化生产，另外还与炼胶生产线的上、下设备实现速度匹配控制，从而配合实现炼胶生产线的全线自动化生产。橡胶挤出压片的速度控制主要通过以下部分实现：一部分是通过料位判断胶料的高低位置对挤出速度进行调节。在橡胶挤出压片机上部的料槽中有两到三组料位器，在工作过程中通过波料位器将检测到的胶料位置信号传送到电控部分，电控部分根据所采集到的料位信号调节螺杆的挤出速度，高料位采用高的挤出速度，低料位采用低的挤出速度，避免在料槽内积存胶料过多；另一部分通过机头压力检测，电控部分将根据当前挤出速度或压片速度进行调节，或是调节螺杆转速，或是调节压片速度，避免胶片在高压状态下被挤出，从而实现挤出速度与压片速度匹配，使设备生产出连续且无飞边的胶片。

挤出机速度和压片机速度不匹配时，容易出现胶豆或者断片的现象。如果挤出机速度过快，将会出现机头压力过大，多余的胶料从两侧挡胶板与辊筒之间的间隙溢出，出现飞边或者胶豆的现象；如果挤出机速度过慢，压片时胶片的密实度不够，片的两侧容易出现大的缺口，严重时会断片。

3.3 机头挡胶板流道构型影响

挡胶板是安装在双螺杆挤出压片机机筒出口重要的挡胶部件，一般由上、下、左、右四块挡胶板组成，如图4所示，它将挤出机和压片机形成一个相对封闭的受力空间，当挤出的胶料经挡胶板阻挡，而且胶料不断挤出，压力逐渐升高，产生的推积力使得胶料密实，形成一定宽度的胶片。机筒的出口大，左右挡胶板的最大的出口尺寸普遍小于机筒出口尺寸，导致左右挡胶板的走向趋于向内收敛，内腔流道不呈流线型，有突变区，存在死角，易产生积料。

3.4 左、右挡胶板与压片机辊筒间隙的影响

压片装置上、下辊筒工作辊缝可根据出片厚度要求进行调整，通常在3~10 mm之间。下辊筒固定，上辊筒通过电动调距装置抬起或落下。由于左、右挡胶板与辊筒表面存在一定间隙，见图5，左、右挡胶板的头部厚度尺寸是按照最小辊缝3 mm设计制作的，由于下辊筒是固定的，下辊筒与挡胶板间隙值C、D值是固定的，一般是1 mm左右，而上辊筒与挡胶板间隙值B是变化的，当空载运行时，工作辊缝调整至最小3 mm时，带载加入胶料后，由于辊筒轴承游隙、调距丝杠与调距螺母间隙、安全片与调距压块间隙的存在，上辊筒后抬高，最大可使得工作辊缝增加到5~6 mm，当工作辊缝越大，间隙值B值越大，压缩区域存在非常大的挤出压力，胶料必然流向间隙，这是产生胶边的主要原因。而且据现场观察，大部分胶边和胶豆也都是从上辊筒与挡胶板之间间隙处形成的。

4 解决措施

4.1 机头压力控制装置的改进

应用压力传感器（LOAD CELL）技术，准确检测机头压力，下轴承座与支架之间在安装时留有适量的间隙，两侧的间隙保持一致。调整如图6所示，在压片过程中，胶料对辊筒力的一部分通过辊筒作用在件10下轴承座上，并由件2传力杆将压力传递给件5压力负荷传感器，通过件11调整杆，调整件4棘轮可使压力传感器显示值发生变化。当两侧传感器显示值大约为300 kg时，将电控柜中传感器的显示值设置为0，此时表示两辊筒之间的胶料压力为0，另外通过电控程序设置一个临界值2 500 kg（临界值可根据各家生产胶料配方的门尼高低进行修正），当胶料的压力通过传感器反馈值大于临界值2 500 kg时，提高辊筒的旋转速度或降低螺杆的挤出速度使辊筒的速度与螺杆的速度匹配，确保机头压力在合适的范围运行，避免出现因速度不匹配造成的机头压力过大导致的飞边和胶豆现象。该机构自动化程度高、测量准确、可靠性高、维修维护量少。

4.2 挡胶板的优化改进

胶料流经机头内腔时，应保证胶料流动均匀，出口截面各点的出胶速度一致，通过现场反复验证，先将出片宽度值取在800 mm~900 mm，可以保证两侧压力的释放。通过对挡胶板流道三维造型，将左、右挡胶板内部流道设计呈流线型，不能急剧扩大或缩小，造型光滑、没有突变和死角，确保了压力的均匀释放，流道表面加工粗糙度加强。同时挡胶板的材料选择要满足强度和刚度要求，表面处理要满足高耐磨性、高耐腐蚀性要求。通过优化螺杆头部结构，降低胶料的挤出阻力，以确保螺杆前端胶料的流动性能，同时也降低了挤出机电流。

4.3 消除挡胶板与上辊筒间隙影响

一般情况下，胶豆和胶边都是从上辊筒与左、右挡胶板间隙中漏出的，此处间隙随着辊缝增加而增加。本次改进项目，挡胶板头部尺寸按照最小辊缝5 mm设计，满足大部分混炼胶出片要求。通过结构改进，消除辊筒轴承游隙、调距丝杠与调距螺母间隙、安全片与调距压块间隙的影响，使得空载状态和带料运行时工作辊缝保持不变，不会出现带载时上辊向上浮动的现象，避免了胶豆从上辊筒漏出的现象。

5 结语

随着整个橡胶行业的飞速发展 ，橡胶挤出压片机将会应用的越来越广泛，用户对装备性能要求也会越来越高。本工作就近年来橡胶挤出压片机的胶边出胶质量改进与提高进行了分析和梳理，以期对设备制造商和使用单位都能产生一定的借鉴意义 。