胶辊的生产工艺及技术进展

　　多年来，胶辊生产由于产品的不固定性、尺寸规格的多样性，使工艺设备的机械化、自动化成为难点，迄今为止，多数仍是以人工为主的间断式单元型作业生产线。近来一些较大的专业性生产厂家已开始实现从胶料到成型和硫化工艺的连续化生产，使生产效率成倍提高，极大地改善了工作环境和劳动强度。
　　近年来注射、挤出和缠绕等技术不断发展，胶辊成型硫化设备使胶辊生产逐渐走上了机械化和自动化。胶辊性能对整机的影响十分巨大，对工艺操作和生产质量极为严格，其很多类产品已列为精细制品的范畴，其中橡胶、塑料材质的选用和产品尺寸精度的控制是关键。胶辊的橡胶表面不允许有任何杂质、砂眼和气泡，更不能有疤痕、缺陷、沟纹、裂口及局部海绵和软硬不同的现象。为此，要求胶辊在整个生产工艺过程中，必须保持绝对清洁和精工细作，实现操作统一化、技术标准化。橡胶塑料与金属芯的结合、粘贴和注射成型、硫化研磨等工序都因此成为高技术含量的工艺。
　　一、胶料制备
　　对胶辊来说，胶料的混炼是最为关键的环节。胶辊用胶料种类从天然橡胶、合成橡胶到特种材料多达10余种以上，含胶率为25%～85%，硬度为（0～90）度，跨越极大范围。因此，如何使这些胶料混炼均匀已成为一大难题。常规的方法是采用开炼机以多种母炼胶的形式进行混炼加工。近些年来，企业更多地改用啮合式密炼机，以分段混炼的方式制取胶料。
　　胶料达到均匀混炼之后还要用滤胶机进行滤胶，消除胶料内的杂质。然后再用压延机、压出机、贴合机制成没有气泡和杂质的胶片或胶条，供胶辊成型用。在成型之前，对这些胶片、胶条还要进行严格的外观检查，限定停放期，保持新鲜表面并防止粘连和挤压变形。因为胶辊大部分为非模压制品，一旦表面橡胶存在杂质和气泡，在硫化后对表面进行研磨时即有可能出现砂眼，由此将导致整个胶辊出现超标返修，甚至报废。
　　二、成型
　　胶辊成型主要是在金属芯上粘贴包覆橡胶，有包贴法、挤出法、模压法、注压法和注射法等。目前国内主要以机械或手工粘贴成型为主，国外多数已实现了机械自动化。大中型胶辊基本上采用仿形挤出，用压出胶片连续粘贴成型或挤出胶条连续缠绕成型的方式生产。同时，在成型过程中以微机自动控制其规格尺寸和外观形状，有的也可用压出机直角和异形挤出的方法进行成型。
　　上述成型方法不仅能减轻劳动强度，同时还能消除可能产生的气泡。为防止胶辊硫化中变形并防止气泡和海绵的产生，尤其对包贴法成型的胶辊，外部还要采用柔性加压的方法。通常是在胶辊外表面包扎缠绕数层棉布或锦纶布，再用钢丝或纤维绳索加以固定加压。尽管这一工艺早已实现了机械化，但由于硫化之后还要除去包扎物，形成一个“盲肠”工艺，使制造过程复杂化，而且因包扎布、缠绕绳的使用次数极为有限、消耗量大而造成浪费。
　　对小型和微型胶辊可以采用手工贴片、挤出套入、注压、注射和浇注等多种生产工艺形式。为提高生产效率，现已大多采用模制法，而且精度也远远高于非模制法。固体橡胶的注压、注射以及液体橡胶的浇注，已成为最主要的生产方式。
　　三、硫化
　　目前，大中型胶辊的硫化方式依然是硫化罐硫化，虽然柔性加压模式有所改变，但仍未脱离往返运输吊卸的繁重劳动负担。硫化热源有蒸汽、热空气和热水3种加热方式，主流仍是蒸汽。因金属芯接触水蒸汽而有特殊要求的胶辊，采用间接蒸汽硫化，时间要延长1~2倍，一般常用于中空铁芯的胶辊。对不能用硫化罐硫化的特殊胶辊，有时采取热水硫化，但水污染的处理有待解决。
　　为防止橡胶与金属芯因导热差异产生不同收缩而造成胶辊与胶芯之间发生脱层，一般硫化多采用缓慢升温升压的方式，硫化时间远比橡胶本身所需硫化时间要长得多。大型胶辊为达到内外均一硫化以及使金属芯与橡胶的导热性相近，在罐内停留的时间往往长达24~48h，约为橡胶正常硫化时间的30~50倍。
　　小型和微型胶辊现已大部分改为平板硫化机模压硫化，彻底改变了胶辊传统的硫化方式。近年还实行注压机装模、抽真空硫化，并且可以自动开闭模，机械化和自动化程度大幅提高，而且硫化时间短，生产效率高，产品质量好。尤其是采用橡胶注射成型硫化机时，把成型和硫化两个工序合二为一，时间可以缩短到2-4min，已成为胶辊生产发展的重要方向。
　　目前，以聚氨酯弹性体（PUR）为代表的液体橡胶在胶辊生产中发展很快，并为之开辟了材料和工艺革命的新途径。它采用浇注形式，把复杂的成型操作与笨重的硫化设备甩掉，使胶辊生产工艺大为简化。不过，最大问题是由于必须使用模具，对于大型胶辊特别是单个产品来说，导致生产成本大幅提高，给推广使用带来了很大困难。
　　为解决这一难题，近年开始出现无模制造的PUR胶辊新工艺。它以聚氧化丙烯醚多元醇(TDIOL)、聚四氢呋喃醚多元醇(PIMG)和二苯甲烷二异氰酸酯(MDl)为原料，混合搅拌之后快速反应，定量地浇注到缓慢旋转的胶辊金属芯上，一步一步实现边浇注边固化，最后形成胶辊。这种工艺不仅流程短，机械化、自动化程度高，而且省去了笨重的模具，可随意根据要求生产各种规格尺寸的胶辊，使成本大幅度下降，现已成为PUR胶辊的主要发展方向。
　　另外，在世界各地用液体硅橡胶制造办公自动化设备方面使用的微型精细胶辊也发展很快。它们分为加热固化(LTV)和室温固化(RTV)两大类，所用设备也同上面的PUR不同，形成另一类浇注形式。在这里，最关键的问题是如何控制并降低胶料粘度，使之保持一定的压力和挤出速度。
　　四、表面处理
　　表面处理是胶辊生产最后也是最关键的一道工序，表面研磨状态直接左右着胶辊的使用性能。目前研磨的方法多种多样，但主要是机械车削和磨光，为此研磨方法、研磨工具及所用磨料非常重要，各企业多视其为技术决窍，保持对外不宣的态度。其中最大的问题是如何解决研磨时橡胶的生热现象和保持研磨后表面的最佳挠度。
　　胶辊除了对表面要进行研磨处理外，还要彻底清洗，除去表面附着的胶粉，要求较高的还要对表面进一步作抛光加工，也有的在表面涂覆树脂涂料、乳胶漆料、磁粉、静电粉体等。同时，也可电镀一层所需镀层，或者进行化学氧化处理等，以达到光感、抗蚀、磁化和导电等功能的目的。
　　随着胶辊的不断发展，胶辊表面的涂敷技术也得到快速提高，现已开始改变胶辊性能完全靠包覆橡胶的传统方法。具体地说，就是用涂层的方法改变和赋予胶辊新的性能。如利用压延机、刮涂机一类设备，增设油屏蔽层以达到提高耐油性的目的等，尽管胶辊的形状、材料同原来一样，但其功能却发生了很大变化，有的变成功能胶辊，这种表面处理技术今后将很有发展前途。
　　综上所述，现今生产使用的胶辊已形成了具有独特工艺的产品系列。虽然目前国内仍以传统产品为主，但技术含量在不断提高，不少产品已经进入高新技术领域，附加值逐渐增大，正成为工业橡胶制品中又一个经济亮点。