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輪胎膠囊是現(xiàn)代輪胎工業(yè)定型硫化機(jī)中不可缺少的部件，它對(duì)輪胎的質(zhì)量和生產(chǎn)效率作用重大，特別是對(duì)先進(jìn)的子午線輪胎尤為重要。青島科技大學(xué)高分子材料加工機(jī)械研究所根據(jù)傳統(tǒng)的二步注射方法存在的問題，經(jīng)過近20年多的觀察、實(shí)踐和研究，成功地研究出一種新型的注射成型技術(shù)與設(shè)備。

 

工作原理、結(jié)構(gòu)與研制情況

 

目前國內(nèi)外常使用的兩種注射設(shè)計(jì)，一是螺桿往復(fù)式注射機(jī)，二是螺桿柱塞是注射機(jī)。螺桿往復(fù)式注射成型機(jī)與工作原理是：在注射機(jī)的螺桿－機(jī)筒系統(tǒng)中螺桿既可轉(zhuǎn)動(dòng)塑化物料，又可以作軸向移動(dòng)，當(dāng)塑化好的物料被推向機(jī)頭時(shí)，機(jī)頭產(chǎn)生反壓使螺桿后退，塑化好的物料就逐漸積聚在機(jī)頭的機(jī)筒內(nèi),當(dāng)達(dá)到所要求的容量時(shí)，軸向裝置產(chǎn)生巨大的軸向力把螺桿往前推動(dòng)，將積聚在機(jī)頭的物料注射入模腔，這是目前較通用的螺桿往復(fù)式塑料注射成型機(jī)。

 

螺桿往復(fù)式注射成型機(jī)一般只用在較小型的橡膠制品中，然而市場對(duì)大型橡膠制品的需求日益增加，如：輪胎膠囊、汽車防震墊、油田螺桿泵橡膠定子以及碼頭使用的護(hù)舷等等。因此，從上世紀(jì)90年代初開始，世界各國都在研究大容量的橡膠注射機(jī)成型機(jī)，并開發(fā)了一種新型注射機(jī)，其將在螺桿塑化好了的膠料輸送到帶柱塞的料筒中，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)，注射裝置中的柱塞就往前推進(jìn)，將膠料射入模腔，如果要求更大的注射量時(shí)，還可同時(shí)使用兩臺(tái)預(yù)塑化螺桿裝置。這種裝置稱為螺桿 ─ 柱塞式橡膠注射成型機(jī)。這種橡膠注射機(jī)可實(shí)現(xiàn)較大型橡膠制品的注射成型,但仍存在諸如注射裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工困難，造價(jià)；需配備巨大的軸向注射動(dòng)力以便實(shí)現(xiàn)流動(dòng)性差、阻力大的注射過程,消耗能量太大；維護(hù)保養(yǎng)困難等許多問題。這些問題嚴(yán)重地制約著大型橡膠制品的發(fā)展。

 

到目前為止，無論是國內(nèi)的還是國外的注射成型機(jī)其工作原理均是：膠料通過螺桿機(jī)筒系統(tǒng)的塑化并進(jìn)入機(jī)械定量階段；當(dāng)達(dá)到預(yù)定的容量時(shí)，軸向注射裝置向前推進(jìn)將定量塑化好的膠料注射入模腔。由此可見，不論是螺桿往復(fù)式注射成型機(jī)還是螺桿柱塞式注射成型機(jī)都是分二步實(shí)現(xiàn)的：一是塑化、定量；二是注射。稱這種注射法為二步注射成型法（即二步法）。

青島科技大學(xué)高分子材料加工機(jī)械研究所針對(duì)二步法存在的問題，研制開發(fā)了一種新型技術(shù)，即將膠料在高速旋轉(zhuǎn)的螺桿和特殊增壓機(jī)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行塑化，并連續(xù)以高速、高壓、高溫的料流直接注射入模腔，當(dāng)模腔注滿膠料時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出定量信號(hào)，停止注射同時(shí)進(jìn)行保壓。這種技術(shù)其塑化定量與注射是同步進(jìn)行的，我們稱這種注射成型方法為一步法注射成型法（即一步法），這種技術(shù)稱一步法注射成型技術(shù)。

 

中式樣機(jī)生產(chǎn)出的9:00 - 20注射膠囊

 

這種注射方法和注射機(jī)克服傳統(tǒng)注射方法和注射成型機(jī)存在的缺點(diǎn)：

◆ 突破了注射容量：既可注射小容量橡膠制品，也可注射巨型橡膠制品；

◆ 體積減小，結(jié)構(gòu)簡單，從而降低制造成本；

◆ 提高了熱歷程均勻性，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高以及可以調(diào)節(jié)制品的成型壓力，實(shí)現(xiàn)控制制品質(zhì)量的目的。

 

我們利用一步法注射成型機(jī)的原理和優(yōu)異的特點(diǎn)，成功地研制出全電動(dòng)一步法注射輪胎膠囊成型硫化機(jī)的工業(yè)中試樣機(jī)。

該機(jī)主要由如下部分組成：一步法注射成型裝置、電動(dòng)鎖模硫化裝置、模具系統(tǒng)、電動(dòng)脫模裝置。抽真空系統(tǒng)、熱油循環(huán)硫化系統(tǒng)、注射用熱水循環(huán)恒溫系統(tǒng)、直流調(diào)速裝置、變頻調(diào)速裝置和計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控裝置等。

 

工業(yè)化中試樣機(jī)已成功生產(chǎn)出多種膠囊。

 

工業(yè)樣機(jī)2006年已通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)的科學(xué)技術(shù)成果鑒定，專家鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為該成果在膠囊注射成型領(lǐng)域中達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。該成果完成了螺桿旋轉(zhuǎn)（一步法）注射成型機(jī)、電動(dòng)螺旋鎖模硫化機(jī)、熱油循環(huán)恒溫硫化裝置、注射機(jī)熱水循環(huán)恒溫裝置、直流調(diào)速與變頻調(diào)速裝置以及自動(dòng)檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和整合工作，并經(jīng)使用單位實(shí)用考核，達(dá)到了設(shè)計(jì)和使用要求。該成果采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)一步法注射成型和電動(dòng)螺旋鎖模硫化兩大核心技術(shù)：突破了諸多理論和技術(shù)難點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)注射技術(shù)的容量，定量和壓力問題，使該成果極大地?cái)U(kuò)展了注射成型技術(shù)的應(yīng)用范圍；提高了注射的塑化質(zhì)量，進(jìn)而提高制品的使用性能；同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，提高效率，節(jié)省能源，方便操作，易于維護(hù)保養(yǎng)和實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)專利查新該成果具有明顯的自主創(chuàng)新和原始創(chuàng)新特點(diǎn)。該成果具有廣泛的應(yīng)用前景，特具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可在橡膠行業(yè)內(nèi)進(jìn)行大力推廣。

 

技術(shù)性能、特點(diǎn)與效益

 

生產(chǎn)輪胎膠囊的傳統(tǒng)技術(shù)主要有：模壓成型技術(shù)、螺桿柱塞式注射成型技術(shù)。

一步法注射成型輪胎膠囊技術(shù)的成功研發(fā)，對(duì)輪胎膠囊成型硫化機(jī)的發(fā)展將產(chǎn)生以下深遠(yuǎn)的影響：

◆ 采用注射成型方法生產(chǎn)工程胎膠囊和巨胎膠囊將成為現(xiàn)實(shí)。目前從國外購買巨胎膠囊，其價(jià)格達(dá)到10000美元，而使用壽命一般也只有10～20次；工程胎膠囊進(jìn)口價(jià)格每條也達(dá)8000元人民幣，這實(shí)在是一種暴利。如果采用一步法注射成型技術(shù)，其不但提高了膠囊使用壽命，而且價(jià)格將會(huì)下降50％以上。

◆ 由于一步法技術(shù)和設(shè)備的極大簡化，且具有在質(zhì)量、價(jià)格、節(jié)能和運(yùn)行成本等方面的優(yōu)勢(shì)，因此一步法注射成型輪胎膠囊技術(shù)的推廣將是大勢(shì)所趨，這只是時(shí)間問題了。