橡胶软管胶料 压出工艺和硫化技术进展

在过去数年中，胶料配合、塑炼、混炼和压出工艺的基本原理和硫化技术变化不大，无论在国外和国内的胶料混炼和压出都是大同小异。但是由于生产规模的扩展和越来越多系列的聚合物、弹性体以及新材料的出现，也由于对更高的生产效率和节能的要求，对新技术和加工方法也在不断地加以检验和采用。

一、压出

压出是胶管制造过程中一项很重要的工艺过程，胶料通过相应口型的挤出机压出，便可以获得相应规格的坯管，其产品质量及生产效率等都优于胶片包贴工艺。

1.内胶压出

在挤出过程中，挤出机的温度、芯口选择和橡胶的挤出膨胀与挤出质量有着非常密切的关系。

（1）挤出温度：挤出机口部、模具和机身的温度调整是否合适，对挤出管坯的质量有很大影响。通常，挤出温度取决于橡胶含量、塑性等因素。不同橡胶化合物的挤出温度如表1所示。

（2）型芯选择：管坯挤出机的型芯一般为圆锥形结构，有利于管坯内径的碰撞和调整。直端挤出机芯的锥度较大，即挤出机管坯内径的调整范围较宽。因此，在挤出过程中，特别是在使用直端挤出机时，只需选择适合挤出管坯内径的芯材规格即可。

（3）口部选择：在管坯挤压中，最常用的挤压形式是锥形结构。由于挤出规格和橡胶膨胀率等因素，挤出类型的选择经常发生变化。

为了选择合适的挤压模，可以根据挤压管坯的尺寸选择相似的挤压模。在一定的挤压条件下（如机座、温度、速度、橡胶塑性等），可以测量挤压管坯的直径，并计算其膨胀率。挤压管坯的膨胀率一般可按式（1）计算。

      D2-D1          

B=          ×100% （1）

      D1          

式中：

B—胶料压出膨胀率，％；

D1—口型内直径，mm；

D2—试压出管坯的外直径，mm。

（4）影响挤出膨胀的因素：在橡胶管制造的挤出过程中，影响挤出膨胀的因素很多。例如，膨胀率随橡胶品种、橡胶含量、橡胶塑性、挤出温度、挤出橡胶层厚度和挤出速度的不同而变化。

①使用胶种。一种情况下，丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等合成橡胶的压出膨胀率都大于天然橡胶，但在多胶种并用时，其膨胀率也随之而变化。

（2）橡胶含量。使用同一种橡胶时，胶含量越高，膨胀率越大；胶含量越低，膨胀率越小。

（3）橡胶塑性。同一化合物的塑性越高，挤出膨胀率越小；反之，挤出膨胀率越大。

（4）压力厚度。在相同的其它条件下，随着挤出橡胶层厚度的增加，膨胀率减小。

（5）挤出速度。在一定挤出条件下，挤出机螺杆转速越快，挤出膨胀率越大，反之，膨胀率越小。

（6）挤压温度。当使用同一种化合物时，在某些其它工艺条件下（在允许的温度范围内），当挤出温度较高时，膨胀率较小；反之，膨胀率较高。

（5）压出内胶厚度的补偿为了使胶管成品内胶层厚度符合产品标准要求，一般压出胶层厚度要比结构设计的厚度适当增加一些，以补偿在工艺过程中所造成的壁厚减薄。

造成内胶变薄的原因有很多，如硬芯法形成的胶管、充气引起的内胶管膨胀、编织、缠绕、缠绕过程中内胶的挤出和拉伸等。此外，挤出的内胶管毛坯也会因冷却时间不足或相互粘连而导致橡胶层变薄。

内胶的补偿厚度取决于胶的性能和工艺要求。如果胶的塑性和主轴的张力较大，补偿厚度也较大。一般来说，补偿厚度为0.2-0.4 mm。对于某些要求较高的产品，补偿厚度也需要随季节变化。一般来说，夏季补偿厚度比冬季略有增加。

（6）压出管坯的质量问题及预防措施在压出管坯中，较为常见的质量问题及预防措施可参见表 2。

2.外胶压出

胶管外层的挤出与内层橡胶的挤出没有太大的区别，只是需要水平挤出机（或斜向挤出机）。然而，在挤出过程中，由于管坯从芯部内孔的一端到另一端，橡胶通过芯部与模具之间的间隙被挤出，并涂在管坯上，形成一个致密的管体。因此，无论是采用十字头挤压机还是斜头挤压机进行挤压，合理选择芯模都是非常重要的。

（1）芯型选择：在外胶挤出过程中，芯型的内孔和外直径的选择必须符合挤出管坯的规格。如果芯子过大，会引起外胶的鼓包或起皱，即胶层不能粘附在管坯表面，甚至产生分层、起泡等质量问题。如果芯子内孔过小，挤出外胶时管坯很难通过，会造成胶料堵塞，甚至造成管坯部分严重积胶，或管坯受力拉伸，造成质量事故。

一般来说，当坯料未被胶水覆盖时，芯配合模的直径应为0.5-1.0mm。然而，在测量坯料外径时，应测量几个位置，外径的较大部分应作为选择芯配合模具的依据。

（2）口部选择：外部橡胶挤出口的选择主要是控制挤出橡胶层的厚度。如果选用不当，除了造成橡胶层厚度过载外，还会影响钢坯上橡胶层的涂层性能。

外胶挤出方式选择的一般要求是：根据无胶管坯的外径和胶层一侧的厚度，通过适当调整，管坯覆盖的胶层厚度可满足产品标准或设计要求。在实际操作中，还应根据橡胶的特点、设备和工艺条件适当掌握。

3.冷喂料压出和抽真空压出

冷料挤出和真空挤出对提高橡胶软管的生产工艺和产品质量具有积极作用。冷喂料挤出机的主要结构特点是工作螺杆的长径比远大于普通挤出机，可达到12-17（一般为4-6）。螺钉的螺纹结构可分为三部分。第一段为进料段，从双螺纹过渡到单螺纹，中间段为塑化段，由主、副螺纹组成；第三段为压缩挤压段，由单螺纹组组成。程。

冷进料挤出的主要特点是挤出前的橡胶不需要加热，直接将冷进料送入挤出机。

两级真空挤出机的螺杆分为前后两段。前段长径比一般为12，螺纹较窄。后段长径比为8，螺纹越宽越深。前部和后部之间的间隙是一个真空室。环坝式真空挤出机螺杆长径比在15以上。螺钉上有2到3个环挡。螺杆输送的橡胶在这里挤出成薄片，然后进入真空室。

利用真空挤出机对橡胶管进行挤出，可以在管坯挤出或封装过程中去除橡胶化合物中的空气和水分，提高管体的致密性。特别是采用连续生产时，可以避免或减少硫化过程中的气泡、分层等质量问题。

此外，还有普通的真空挤出机。主要方法是在头部安装真空装置。当管坯被送入挤出外胶时，可将管坯与橡胶层之间的空气及少量挥发物抽出，以提高挤出橡胶层与管坯的紧实度，获得较好的效果。然而，由于这种清空效应，来料坯会有一定的阻力，所以挤出速度会稍微减慢。

4.复合压出法

带复合头装置的挤出机，用于挤出过程中同时挤出软管的不同橡胶层，尤其适用于覆盖管状织物（骨架层）内外的不同橡胶层。其主要优点是生产效率高，特别是连续生产。挤出机的结构特点主要包括一个延伸的挤出机头，该机头具有一些管状装置，布置在两个主环形通道中，延伸到上述机头的纵向出口。一个环形槽用于挤出内胶，另一个槽用于挤出外胶，可用于挤出不同的橡胶材料。

二、胶浆制备

在胶管制造中，胶浆是使用较为普遍的增粘材料，通常在编织或缠绕结构的胶管中使用较多，常用的有溶剂胶浆和胶乳浆两种。

1.溶剂胶浆

溶剂胶浆是由胶料溶解于有机溶剂中制成的浆状物。根据不同的胶管品种，需配制不同胶种或特性的胶浆。

（1）溶剂选择

不同的胶料应选用不同的溶剂，选择溶剂需注意如下几点。

（1）化学稳定性。溶剂不应在橡胶上产生化学反应，即化学惰性，如汽油、苯、乙酸乙酯等具有较好的化学稳定性。

（2）溶解性。一般来说，按照“同类相容”的原则，极性溶剂适用于极性橡胶，非极性溶剂适用于非极性橡胶。天然橡胶一般使用汽油，而极性橡胶如丁腈橡胶和氯丁二烯橡胶则使用苯、乙酸乙酯和其他溶剂以获得更好的溶解性。

（3）波动性。浆液中的溶剂在室温下应具有合适的蒸发速度，蒸发速度过慢会影响生产效率，甚至引起分层、气泡等质量事故。相反，泥浆的表面温度会降低，露点会使水沉淀，导致表面结膜，阻碍内溶剂的挥发。

（4）毒性。由于溶剂的挥发不可避免地会污染操作环境，因此建议避免使用对人体健康有害的溶剂。例如，汽油中的芳烃越多，对人体健康的影响就越大。一般溶剂汽油中芳烃含量不应超过3%。

（5）吸湿性。高吸湿性的溶剂会影响骨架层的粘合，同时增加织物的含水量，影响产品质量。溶剂的吸湿性与其对水的互溶性有关。常见溶剂与水的互溶性顺序为汽油<二硫化碳<苯。

（5）可燃性。橡胶溶剂一般是易燃易爆的有机物。溶剂的可燃性由闪点、燃点和自燃点确定。考虑到安全生产，应掌握其易燃性特点，选择合适的溶剂。

（2）胶浆浓度

根据胶管的制造工艺，需配制相应浓度的胶浆，一般采用稀胶浆和浓胶浆两种。稀胶浆的胶料与溶剂的重量配比为 1∶4～6。浓胶浆的胶料与溶剂的重量配比为 1∶2～3。

稀胶浆通常作为纤维编织胶管的头道胶浆使用，以增加其对纤维层的渗透性；浓胶浆作为后涂层，以得到满意的粘着效果。

（3）胶浆配制和制备

①胶料准备。配制胶浆用的胶料必须注意以下几点：

a.橡胶必须混合均匀，不得含有粉末、结等杂质。

b.胶塑性应适宜，控制在0.30-0.40之间。

c.化合物中不应有自硫或焦烧。

d.为了加快浆体溶解速度，提高制浆效率，可将橡胶压成2-3mm厚的薄膜，切成小块。

②砂浆制备。溶剂浆的制备一般采用立式或卧式多叶桨搅拌器。搅拌叶片的总转速为20-40r/min，并设有夹套冷却装置。制浆技术的要点是：a.一般情况下，最好分阶段加入溶剂。通常情况下，先加总金额的1/3左右。当膜膨胀并开始溶解时，将剩余溶剂添加约1/4的剩余溶剂，然后在没有橡胶的情况下将剩余溶剂添加两到三次。

b.搅拌时间可根据胶料与溶剂的相溶程度及搅拌效果而定，并按设备容量、搅拌方法、胶浆浓度等条件适当掌握，一般为4～6小时。

c.在搅拌过程中，应随时注意胶浆的温度变化，以免升温过高而使胶浆产生自硫，并防止引起燃烧和爆炸事故。

d.制备好的胶浆需密封专处存放，并及时使用。

2.胶乳浆与溶剂胶浆相比，胶乳浆的最大优点是不需使用溶剂，而且可免受溶剂毒性挥发、易燃及环境污染等危害，同时还能改善操作条件和简化生产工艺。

橡胶密封件 目前用于胶管的胶乳浆大多为天然胶乳，还有丁吡胶乳、氯丁胶乳等合成胶乳。

（1）配合体系：在胶乳浆中，除了硫化剂、促进剂和活性剂之外，还需配入相应的胶乳专用配合剂，如稳定剂、湿润剂、分散剂、乳化剂、渗透剂和防腐剂等。

（1）稳定剂主要用于提高乳胶的机械和化学稳定性。通常使用酪蛋白、硼砂、氢氧化钠、氢氧化钾和氨。

（2）润湿剂、分散剂和乳化剂。提高水对粉状复合剂的润湿效果，提高复合剂在水中的分散性，提高乳液对织物的渗透扩散能力。乳胶中常用的品种有扩散器NF（亚甲二苯磺酸钠）、平A O（环氧乙烷和脂肪醇的缩合物）、抽出粉（二丁基萘磺酸钠）等。

（3）渗透剂。提高乳胶对织物的润湿性和渗透性，提高织物与粘合层的粘合性。乳液制备中常用的渗透剂有“渗透剂JFC（环氧乙烷和脂肪醇的冷凝液）”和“拉粉”。

（4）防腐剂（或防腐剂）。为了防止乳胶和乳胶受到细菌的侵袭和自然凝固变质，必须添加相应的防腐剂，如氨、硼砂和甲醛。

（2）乳化剂的制备：乳胶中所用的各种复配剂（如氧化锌、硫化剂、促进剂等）通常制备成具有一定浓度的稳定分散体，以使与乳胶复配的各种复配剂形成稳定均匀的浆体。否则会破坏乳胶，使配合剂沉淀，甚至固化，不能使用。

混合料的乳化通常是将所需的混合料与制备好的酪蛋白液、O等乳剂按一定量配伍，然后在球磨机（或砂磨机）中研磨，用球磨机研磨，以30～40r/min的滚动速度连续研磨48～72小时，使其成为均匀的乳剂C。复合剂及其保存。使用。

（3）胶乳浆配制：

（1）乳胶和乳化混合物在制备前用60-80目筛过滤和纯化，以去除粉末或其他杂质。

（2）按配方用量，将纯化后的乳胶和乳化剂按比例逐一配伍。在向乳胶中加入各种乳化剂和分散剂的过程中，必须缓慢加入，搅拌均匀。乳液制备的基本顺序为：乳液、酪蛋白液、平O、乳化剂、甲醛溶液、软水、粉碎乳液和JFC渗透剂。

（3）制备好的乳胶在使用前一般需要停放2-4小时，夏季停放时间较少。准备和停车的室温条件应为15-25摄氏度。

（4）为了保证乳胶性能的稳定性，需要不断测定其pH值，一般应保持在8-9的范围内。

（5）乳胶存放时间不宜过长，应在36小时内用完。否则，容易引起变质。

三、硫化方法

胶管工业所使用的硫化方法在很大程度上取决于胶管的生产方法。在硫化期间的胶管紧固非常重要。在以下介绍的4种硫化方法中都不同程度地体现了这一要素，这些硫化方法中，有一些方法可以单独使用，也可以联用。

1.模压硫化方法

大长度成型橡胶软管就是用这种方法制造的，也叫覆膜硫化法。这种硫化方法在20世纪70年代获得专利，但直到最近几年才开始商业化生产和使用。树脂包膜硫化的基本原理与铅包膜硫化相同，但材料由铅改为树脂。聚丙烯是目前应用最广泛的材料。通常，涂有2 mm厚聚丙烯的橡胶软管包裹在一个大滚筒上，并在蒸汽硫化罐中硫化。硫化后，剥离聚丙烯。聚丙烯，通常用作有涂层的橡胶管，由于高温的影响，在硫化过程中会老化。通常，经过5到6次硫化后，会添加一些新材料（聚丙烯）。硫化10～12次后，更换一批新材料。

2.用水包布紧固

（1）直接包装。在未硫化的橡胶软管上纵向铺设一块宽的水包布，并用三辊缠绕机紧紧包裹，进行硫化。由细尼龙、亚麻和/或棉纱或其混纺纱织成的水包裹织物通常是湿的，从而在硫化过程中产生精确和可控的收缩。这种收缩将把软管的部件紧固成一个完整而均匀的整体。

（2）纠缠。所以这个名字的意思是用一条又窄又长的布条包裹未硫化的胶管，这种布条要么用普通的三辊缠绕机包裹，要么用绕着胶管旋转的缠绕机“太阳和行星”的形式包裹。一般的方法是用50%的搭接宽度包住水包布，实际上相当于一次包两层布。同样，为了收缩和收紧，布也应该浸湿。它也可以由尼龙纱、亚麻钱、棉纱和/或混纺纱制成。其他纤维也可以使用，但尼龙水包布是使用最广泛的。

3.直接蒸汽和水硫化法

这两种方法主要用于低压软管。在这种软管中，只有很小的松紧度才能满足实际使用要求。所用的两种方法是一种方法的两种变体：要么使用软芯，要么用水填充软管并关闭末端，甚至直接打开软管。未硫化的软管在一个单层的浅圆盘上滚动，一个圆盘叠加在另一个圆盘上，很像一个记录盘。理想情况下，他们将被放置在一个垂直而不是水平的硫化罐和密封。此时，蒸汽以非常快的速度填充，固化在预定的时间内完成。

当浅板仍处于压力下时，冷却它，否则，内橡胶表面会产生泡沫。

在所谓的“水”硫化中，将浅板充入橡胶管后注入冷水，然后放入蒸汽中。硫化也以上述方法结束。

4.连续和半连续硫化法

（1）密封件厂家告诉你在蒸汽管硫化电缆行业中，连续硫化已使用多年，该方法已被证明是一种有效的方法。这种方法基本上是由安装在直角模具挤出机上的长钢管组成。根据类型，绝缘层或涂层是否可以用挤出机制造。电缆从挤出机进入充满高温高压的钢管。挤出机一端采用伸缩式密封，另一端采用橡胶密封或水封，使蒸汽保持在钢管内。钢管的长度取决于被拖电缆的线速，以及内部的蒸汽压力和温度贮存器。钢管的长度通常为75米，但这显然取决于具体的环境条件。

由此可见，这种胶管硫化方法对硫化电缆是非常有效的。当然，在这种硫化方法中，电缆和胶管的主要区别在于胶管所用的橡胶必须硫化得更密。此外，电缆只能硫化绝缘层或外层，而内层和外层必须硫化在橡胶软管中。这就需要非常特殊和困难的混合技术。此外，还采用了一种新的方法。在这种方法中，蒸汽被加压的热空气或蒸汽代替。

从挤出机挤出挤出橡胶后，成型管坯直接进入加压盐浴连续硫化装置。在对橡胶管进行硫化后，它从装置的尾部衍生出来，盘绕在滚筒上。该方法的优点是连续性好，重复性小，生产效率高，硫化胶管直而不变形，外观质量好，可增加生产长度。缺点是挤出、硫化和卷取装置的速度必须同步。如果发生故障，整个过程将停止并影响生产。

（2）流化床硫化

该方法中，硫化罐内设有加热流化床，连续压制的橡胶制品可通过该流化床畅通无阻。由小玻璃球（一种沙状材料）组成的颗粒床由空气或过热蒸汽通过这些小玻璃球进行电加热和流化。操作温度可达240摄氏度，使硫化周期极短。当然，流化床装置的长度很容易改变以适应特定的工艺条件，温度也可以相应地改变。

为了防止化合物形成孔，当在这种高温下硫化时，可在化合物的混合阶段添加一种称为caloxal的添加剂。该方法适用于橡胶制品的连续挤出。采用这种方法的连续软管生产线也已开发出来。这使得在高工作压力下甚至可以硫化橡胶软管。

（3）液体介质硫化

这种方法也被称为加压盐浴硫化，因为硫化罐中使用了特殊的易熔盐。该盐由钠和钾盐以不同比例混合而成，并根据现有专利商标和相关工厂配方设计师的意愿而变化。这种方法非常有效，应用广泛。也可用于硫化纯橡胶管和低压橡胶管。

对于液体介质硫化法的操作，安全防火措施相当严格。另一个缺点是硫化后必须通过清洗去除残留的盐。

（4）微波硫化

在软管行业中，该方法适用于纯软管和低压软管。据信，在软管行业，只有纯软管和低压软管，如园艺软管和汽车加热软管，密封件定制 才会或正在使用这种方法。

在这方面，微波硫化既不优于流体介质硫化，也不低于流化床硫化，但在清洁度方面优于后两种方法。整个胶管的加热比后两种方法均匀得多，与液体介质中的硫化盐或流化床中的小玻璃球不同，在下一道工序中需要清洗。

在橡胶软管制造过程中，无论采用何种硫化方法，都应按要求对所有硫化橡胶软管进行外观质量检查。同时，每根胶管表面应有牢固可靠的清晰标志。