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輪胎膠囊是現(xiàn)代輪胎工業(yè)定型硫化機中不可缺少的部件，它對輪胎的質(zhì)量和生產(chǎn)效率作用重大，特別是對先進的子午線輪胎尤為重要。青島科技大學高分子材料加工機械研究所根據(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，一是螺桿往復(fù)式注射機，二是螺桿柱塞是注射機。螺桿往復(fù)式注射成型機與工作原理是：在注射機的螺桿－機筒系統(tǒng)中螺桿既可轉(zhuǎn)動塑化物料，又可以作軸向移動，當塑化好的物料被推向機頭時，機頭產(chǎn)生反壓使螺桿后退，塑化好的物料就逐漸積聚在機頭的機筒內(nèi),當達到所要求的容量時，軸向裝置產(chǎn)生巨大的軸向力把螺桿往前推動，將積聚在機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。

 

螺桿往復(fù)式注射成型機一般只用在較小型的橡膠制品中，然而市場對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舷等等。因此，從上世紀90年代初開始，世界各國都在研究大容量的橡膠注射機成型機，并開發(fā)了一種新型注射機，其將在螺桿塑化好了的膠料輸送到帶柱塞的料筒中，當達到一定量時，注射裝置中的柱塞就往前推進，將膠料射入模腔，如果要求更大的注射量時，還可同時使用兩臺預(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。這種橡膠注射機可實現(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；需配備巨大的軸向注射動力以便實現(xiàn)流動性差、阻力大的注射過程,消耗能量太大；維護保養(yǎng)困難等許多問題。這些問題嚴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其工作原理均是：膠料通過螺桿機筒系統(tǒng)的塑化并進入機械定量階段；當達到預(yù)定的容量時，軸向注射裝置向前推進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)式注射成型機還是螺桿柱塞式注射成型機都是分二步實現(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）。

青島科技大學高分子材料加工機械研究所針對二步法存在的問題，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構(gòu)內(nèi)進行塑化，并連續(xù)以高速、高壓、高溫的料流直接注射入模腔，當模腔注滿膠料時，系統(tǒng)將發(fā)出定量信號，停止注射同時進行保壓。這種技術(shù)其塑化定量與注射是同步進行的，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)。

 

中式樣機生產(chǎn)出的9:00 - 20注射膠囊

 

這種注射方法和注射機克服傳統(tǒng)注射方法和注射成型機存在的缺點：

◆ 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，實現(xiàn)控制制品質(zhì)量的目的。

 

我們利用一步法注射成型機的原理和優(yōu)異的特點，成功地研制出全電動一步法注射輪胎膠囊成型硫化機的工業(yè)中試樣機。

該機主要由如下部分組成：一步法注射成型裝置、電動鎖模硫化裝置、模具系統(tǒng)、電動脫模裝置。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)速裝置和計算機智能監(jiān)控裝置等。

 

工業(yè)化中試樣機已成功生產(chǎn)出多種膠囊。

 

工業(yè)樣機2006年已通過了中國石油和化學工業(yè)協(xié)會的科學技術(shù)成果鑒定，專家鑒定委員會一致認為該成果在膠囊注射成型領(lǐng)域中達到了國際領(lǐng)先水平。該成果完成了螺桿旋轉(zhuǎn)（一步法）注射成型機、電動螺旋鎖模硫化機、熱油循環(huán)恒溫硫化裝置、注射機熱水循環(huán)恒溫裝置、直流調(diào)速與變頻調(diào)速裝置以及自動檢測裝置等的設(shè)計、制造、調(diào)試和整合工作，并經(jīng)使用單位實用考核，達到了設(shè)計和使用要求。該成果采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)一步法注射成型和電動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，解決了傳統(tǒng)注射技術(shù)的容量，定量和壓力問題，使該成果極大地擴展了注射成型技術(shù)的應(yīng)用范圍；提高了注射的塑化質(zhì)量，進而提高制品的使用性能；同時具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，提高效率，節(jié)省能源，方便操作，易于維護保養(yǎng)和實現(xiàn)文明生產(chǎn)等優(yōu)點，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。該成果具有廣泛的應(yīng)用前景，特具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，可在橡膠行業(yè)內(nèi)進行大力推廣。

 

技術(shù)性能、特點與效益

 

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)，對輪胎膠囊成型硫化機的發(fā)展將產(chǎn)生以下深遠的影響：

◆ 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。目前從國外購買巨胎膠囊，其價格達到10000美元，而使用壽命一般也只有10～20次；工程胎膠囊進口價格每條也達8000元人民幣，這實在是一種暴利。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，而且價格將會下降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、價格、節(jié)能和運行成本等方面的優(yōu)勢，因此一步法注射成型輪胎膠囊技術(shù)的推廣將是大勢所趨，這只是時間問題了。