橡膠擠出機
擠出機的規格用螺桿的外徑表示，并在前面冠以“SJ”或“XJ”，S表示塑料；X表示橡膠；J表示擠出機。如SJ-90表示螺桿外徑為90mm的塑料擠出機；而XJ-200表示螺桿外徑為200mm的橡膠擠出機。
一．擠出機結構
擠出機結構通常由機筒、螺桿、加料裝置、機頭（口型）、加熱冷卻裝置、傳動系統等部分組成。
擠出機的主要技術參數有：螺桿直徑、長徑比、壓縮比、轉速范圍、螺桿結構、生產能力、功率等。
1．機筒
機筒在工作中與螺桿相配合，使膠料受到機筒內壁和轉動螺桿的相互作用，以保證膠料在壓力下移動和混合，通常它還起熱交換的作用。
為了使膠料沿螺槽推進，必須使膠料與螺桿和膠料與機筒間的摩擦系數盡可能懸殊，機筒壁表面應盡可能粗糙，以增大摩擦力，而螺桿表面則力求光滑，以減小摩擦系數和摩擦力。否則，膠料將緊包螺桿，而無法推向前進。
（1）機筒的結構形式
按結構可分為整體式和組合式兩種。
（2）喂料口與旁壓輥
喂料口的結構與尺寸對喂料影響很大，而喂料情況往往影響擠出產量。
在喂料口側壁螺桿的一旁加一壓輥構成旁壓輥喂料，此種結構供膠均勻，無堆料現象，半成品質地致密，能提高生產能力，但功率消耗增加。
2．螺桿
螺桿是擠出機的主要工作部件。它在工作中產生足夠的壓力使膠料克服流動阻力而被擠出，同時使膠料塑化、混合、壓縮，從而獲得致密均勻的半成品。
螺桿的分類：
按螺紋頭數分：單頭、雙頭、三頭和復合螺紋螺桿。雙頭螺紋螺桿用于壓型擠出；單頭螺紋螺桿多用于濾膠；復合螺紋螺桿多用于塑煉等。
按螺紋方向分：有左旋和右旋兩種，橡膠擠出機多用右旋螺紋螺桿。
按螺桿外型分：有圓柱形、圓錐形、圓柱圓錐復合形螺桿。圓柱形螺桿多用于壓型和濾膠；圓錐形螺桿多用于壓片和造粒；復合形螺桿多用于塑煉。
按螺紋的結構形式分：普通型（如等深變距型或等距變深型），分流型（如銷釘型），分離型（如副螺紋型）和復合型螺桿等。
螺桿的結構：
螺桿的結構分工作部分（指螺紋部和頭部）和連接部分（指尾部），工作部分直接完成擠出作業，尾部起支持和傳動作用。螺桿工作部分的主要參數有：螺紋頭數、壓縮比、導程、槽深及螺紋升角等。
（1）長徑比
螺桿螺紋部分長度L與外直徑D之比為長徑比（L/D），是擠出機的重要參數之一。長徑比大，膠料在擠出機內走的路程長，受到的剪切、擠壓和混合作用就大。熱喂料擠出機的長徑比一般在3~8之間，而冷喂料擠出機的長徑比一般為8~17，甚至達到20。
（2）壓縮比
螺桿加料端的螺槽容積與出料端的螺槽容積之比為壓縮比，它表示膠料在擠出機中可能受到的壓縮程度。比值越大，半成品致密性越好。
壓縮比的大小視擠出機的用途而異。壓縮比過大，雖然可保證半成品質地致密，但擠出過程的阻力增大，膠料升溫高易產生焦燒，且影響產量；壓縮比過小影響半成品致密程度。
熱喂料擠出機常用壓縮比為1.3~1.4，有時可達1.6~1.7；冷喂料擠出機常用壓縮比為1.7~1.8，有時可達1.9~2.0。
（3）螺紋導程S與升角α
同一螺紋連續轉一圈相應點間的距離稱螺紋導程。當螺紋直徑確定后，螺紋導程不但決定了升角，而且影響螺紋槽的容積，它們的關系為：
式中F—螺紋槽縱截面積；i—螺紋頭數。
當S增大時，α也增大，此時吃料方便，產量高，但過大可能造成塑化不均，影響半成品質量，且螺桿加工也困難；當S減小時，α也減小，此時軸向壓力大，膠料在機筒內停留時間延長，塑化均勻，半成品質量好，但螺紋容積小，產量下降。
螺紋升角α一般為12~35o，螺紋導程S為（0.5~1）D。
（4）螺紋槽深度h
螺紋槽深度減小時，膠料速度梯度增大，有利于膠料的剪切塑化，但膠料升溫高、產量小，增大h可提高產量，但過大時產量增加并不顯著，且影響螺桿的強度。
一般h=（0.18~0.25）D，螺桿直徑大時系數取大值。
（5）螺桿頭部形狀
螺桿頭部形狀選擇應有利于膠料流動，防止產生死角而引起膠料焦燒。螺桿頭部形狀有四種：平頭螺桿頭、彈頭型螺桿頭、錐型螺桿頭和球型螺桿頭。平頭螺桿頭其頂端有死角，多用于濾膠機上；錐型螺桿頭無死角，有利于膠料流動，且不易焦燒。
3．機頭
機頭對不同的擠出工藝（如壓型、濾膠、混煉、造粒等），其作用與結構也不相同。對壓型擠出機的機頭來說，其主要作用是：使膠料由螺旋運動變為直線運動；使機筒內的膠料在擠出前產生必要的擠出壓力，以保證擠出半成品密實；使膠料進一步塑化均勻；使擠出半成品成型。
（1）機頭的類型
按機頭的結構分：有芯型機頭和無芯型機頭。
按與螺桿的相對位置分：直向機頭、直角機頭和斜角機頭。
按機頭用途不同分：內胎機頭、胎面機頭、電纜機頭等。
按機頭內膠料壓力大小分：低壓機頭、中壓機頭、高壓機頭。
（2）機頭的結構
橡膠擠出機的機頭結構主要分為圓筒形、扁平形、T型和Y型。
a．內胎擠出機頭（圓筒形）
用以制造各種空心制品，如膠管、內胎、密封條等等。這種結構的機頭又分為可調整口型和可調節芯型。
b．胎面擠出機頭（扁平形）
用以制造輪胎胎面。這種機頭又分為整體式和復合式兩種。
c．電線、電纜擠出機頭（T型和Y型）
用以制造電線電纜絕緣層，輪胎鋼絲圈及膠管包膠等。其結構一般有兩種形式：直角機頭和斜角機頭。
二．擠出機的選用
橡膠擠出機的選用，由所需半成品的斷面大小和厚薄來決定。對于壓出實心或圓形中空半成品，一般口型尺寸約為螺桿直徑的0.3~0.75左右。
口型過大，螺桿推力小，機頭內壓力不足，排膠不均勻，半成品形狀不規整；
口型過小，壓力太大，速度雖快些，但剪切作用增加，引起膠料生熱，增加膠料焦燒的危險。
擠出過程原理
一．工作原理
擠出成型是在一定條件下將具有一定塑性的膠料通過一個口型連續壓送出來，使它成為具有一定斷面形狀的產品的工藝過程。
膠料沿螺桿前移過程中，由于機械作用及熱作用的結果，膠料的粘度和塑性等均發生了一定的變化，成為一種粘性流體。根據膠料在擠出過程中的變化，一般將螺桿工作部分按其作用不同大體上分為喂料段、壓縮段和擠出段三部分。
各段工作特點如下：
1．喂料段：又稱為固體輸送段，此段從喂料口起至膠料熔融開始。膠料進入加料口后，在旋轉螺桿的推擠作用下，在螺紋槽和機筒內壁之間作相對運動，并形成一定大小的膠團。
2．壓縮段：又稱為塑化段，此段從膠料開始熔融起至全部膠料產生流動止。壓縮段接受由喂料段送來的膠團，將其壓實、進一步軟化，并將膠料中夾帶的空氣向喂料段排出。
3．壓出段：又稱為計量段，把壓縮段輸送來的膠料進一步加壓攪拌，此時螺紋槽中已形成完全流動狀態的膠料。由于螺桿的轉動促使膠料流動，并以一定的容量和壓力從機頭流道均勻擠出。
二．膠料在擠出段中的流動狀態
一般把膠料在擠出段中的流動看成是順流、倒流、漏流和環流的綜合流動。
順流：由于螺桿轉動促使膠料沿著螺紋槽向機頭方向的流動，它促使膠料擠出，又稱為擠流。它的速度分布近似直線，在螺桿表面速度最大，在機筒內壁速度近似為零。順流對擠出產量有利。
倒流：由于機頭對膠料的阻力引起的，也稱壓力倒流或逆流。膠料順著壓力梯度沿螺桿通道而產生倒流。倒流引起擠出產量減少。
漏流：在螺桿螺峰與機筒內壁間縫隙，由于機頭阻力而引起的，它與順流方向相反，它引起擠出產量減少，見圖3-1。
環流：又稱為橫流，由于螺桿旋轉時產生的推擠作用引起的流動，它與順流成垂直方向，促使膠料混合，對產量無影響，見圖3-2。環流對膠料起著攪拌混煉、熱交換和塑化的作用。
三．膠料在機頭內的流動狀態
膠料在機頭內的流動，是指膠料在離開螺紋槽后，到達口型板之前的流動。
膠料在螺桿螺紋槽中的流動是呈螺旋狀前進的，但從螺桿頭端出來進入機頭流道時，料流形狀發生了急驟的變化，即由旋轉運動變為直線運動，而且由于膠料具有一定的粘性，其流動速度在流道中心要比靠近機頭內壁處快得多，其速度分布呈拋物線狀。
機頭壓力：在機頭流道所形成的對物料的壓力，該壓力在通過機頭時，逐漸下降。當物料擠出口模時，下降為零。
機頭壓力的成因：（1）由過濾網和過濾板的阻力形成；（2）由機頭口模流道內壁摩擦及流道收縮而形成。
機頭的結構要使膠料在由螺桿到口型的整個流動方向上受到的推力和流動速度盡可能保持一致。為此，機頭內的餓流道應呈流線型，無死角或停滯區，不存在任何湍流。
四．膠料在口型中的流動和壓出膨脹
1．膠料在口型中的流動
膠料經機頭流道進入口型后，通過口型時受到更強烈的剪切塑化后擠出口型外。因此，口型內的流動狀態及口型結構尺寸決定了制品的最終形狀和質量。
膠料是在機頭所形成的流體靜壓力作用下流過口型的，因此，膠料在口型中的流動只表現為軸向運動。由于口型厚度一般很薄，膠料在口型中形成的壓力梯度很大。
2．壓出膨脹
膠料是粘彈性體，當它流過口型時，同時經歷粘性流動和彈性變形。膠料由機頭進入口型時，一般是流道變窄，流速增大，在流動方向上形成速度梯度。這種速度使膠料產生拉伸彈性變形。當口型流道較短時膠料拉伸變形來不及恢復，壓出后產生膨脹現象。（即壓出物的直徑大于口型直徑，而軸向出現回縮）。
壓出膨脹量主要取決于膠料流動時可恢復變形量和松弛時間的長短。
影響壓出膨脹的因素：
（1）工藝因素
口型形狀、口型（板厚度）壁長度、機頭口型溫度、壓出速度等。
（2）配方因素
生膠和配合劑的種類、用量、膠料可塑性等。
一般來說，膠料可塑性小、含膠率高、壓出速度快，膠料、機頭和口型溫度低時，壓出物的膨脹率（或收縮率）就大。
五．擠出機的生產能力
根據流動分析，影響擠出機生產能力的是順流Qd、逆流Qp和漏流Ql。橫流對擠出量沒有影響，但對擠出過程中物料的混合和熱交換的作用卻很大。故擠出機的生產能力Q可表示為：
1．螺桿特性曲線
如果把膠料看成為牛頓型流體（即粘度不隨剪切應力和剪切速率變化），在等溫和層流條件下，不考慮螺紋側壁的影響，可得出：
式中N—螺桿轉速，r/s；P—螺桿末端膠料的壓力（機頭壓力），Pa；η—膠料粘度，Pa.s；
α、β、γ—隨螺桿規格尺寸而變的系數，cm3；
因此，擠出機的壓出量為：
當膠料得粘度η一定，擠出機規格一定（即α、β、γ為常數）時，由式（3-7）可知，壓出量Q與螺桿的轉速成正比，與機頭壓力成反比。將Q~P作圖，得到一直線，該直線表達了螺桿的幾何特性，稱為螺桿特性曲線。
2．機頭特性曲線
從螺桿輸送來的膠料總要機頭口型才能壓出。當膠料流過機頭口型時，可按流體力學在層流時的流量公式計算出壓出量：
式中Q—通過機頭口型的流量，cm3/min；P—機頭壓力，Pa；η—膠料粘度，Pa.s；
k—機頭口型系數，cm3，與機頭，口型大小和形狀有關。k值越大，機頭口型阻力越小。
若膠料粘度一定，口型尺寸一定，則機頭的流量與機頭壓力成正比。式（3-8）是一個直線方程，它表達了機頭口型的特性，稱為機頭特性曲線。
采用式（3-7）和（3-8）作圖，見圖3-4，當轉速一定，k一定時，兩直線的交點即為壓出機的生產能力。
口型設計一．口型設計的一般原則
（1）根據膠料在口型中的流動狀態和壓出變形分析，確定口型斷面形狀和壓出半成品斷面形狀間的差異及半成品的膨脹程度；
（2）口型孔徑大小或寬度應與擠出機螺桿直徑相適應，壓出實心或圓形半成品時，口型孔的大口宜為螺桿直徑的1/3~3/4。對于變平形的口型（如胎面膠等），一般相當于螺桿直徑的2.5~3.5倍。
（3）口型要有一定的錐角，口型內端口型應大，出膠口端口徑應小。錐角大，壓出半成品光滑致密，但收縮率大。
（4）口型內部應光滑，呈流線型，無死角，不產生渦流。
（5）在有些情況下，為防止膠料焦燒，可在口型邊部適當開流膠口
（6）對硬度較高，焦燒時間短的膠料，口型應較薄；對于較薄的空心制品或再生膠含量較多的制品，口型應厚。
二．口型的具體設計
要掌握口型的設計首先要了解膠料的膨脹率。影響膠料膨脹率的因素很多：
（1）膠種和配方：膠種不同，其擠出膨脹率不同；
含膠率高擠出膨脹率大；無機填料膨脹率比炭黑小。
（2）膠料可塑度：膠料可塑度越大，擠出膨脹率越??；
（3）機頭溫度：機頭溫度高，擠出膨脹率小；
（4）擠出速度：擠出速度快，膨脹率大；
（5）半成品規格：半成品規格大的，膨脹率??；
（6）壓出方法：膠管管坯采用有芯壓出時，膨脹率比無芯壓出時要小。
由于影響壓出膨脹的因素很多，所以口型很難一次設計成功，需要邊試驗、邊修正，最后得到所需要的口型。
（一）幾何形狀規則的制品（膠管、內胎、圓棒、方形條等）口型設計
幾何形規則的制品口型設計比較簡單，首先在規定的操作條件（溫度、壓出速度等）下，選一個接近制品尺寸的現有口型，用規定膠料壓出一段坯料，計算出膨脹率，由此膨脹率確定出新設計制品口型的尺寸，然后按略小于此口型尺寸開模、試驗、修模，直到符合設計要求。
口型直徑=（設計內徑+制品壁厚×2）/擠出膨脹率
（二）幾何形狀不規則制品（胎面、異型膠條等）的口型設計
各部位的寬度和厚度除以膨脹率。
橡膠制品的壓出工藝
一．熱喂料壓出工藝
熱喂料擠出工藝一般包括膠料、擠出冷卻、裁斷接取等工序。
（一）膠料熱煉和供膠
熱煉使混煉膠均勻性和熱塑性進一步提高，易于擠出，并獲得規格準確表面光滑的制品。
熱煉分兩步進行：第一步粗煉，輥溫45℃，輥距1~2mm，提高膠料的均勻性；
第二步細煉，輥溫60~70℃，輥距5~6mm，增加膠料的熱塑性。
在供膠或喂料時應連續而且均勻，以免造成供膠脫節或過剩，經細煉后的膠料在供膠前不宜停放過長，以免影響熱塑性。
（二）壓出操作中的主要工藝條件
在擠出操作開始前，要按擠出機操作規程預熱機筒、螺桿及機頭口型。
開始供膠后，要調節擠出機的轉速、口型位置和接取速度，并測定和觀察擠出半成品的尺寸、表面狀態（光滑程度、有無氣泡等）、厚薄均勻程度等，直至完全符合工藝要求的公差范圍為止。
擠出操作中的主要工藝條件：
（1）膠料的可塑性
供擠出用膠料的可塑度為0.25~0.4（冷喂料擠出為0.3~0.5）。膠料可塑性小，則流動性不好，擠出后半成品表面粗糙、膨脹大；但可塑度太大，半成品缺乏挺性、容易變形。
（2）擠出機溫度：
擠出機各段溫度直接影響到擠出工藝的正常進行和制品的質量。擠出機溫度隨不同部位不同膠料而有差異。擠出機一般以口型溫度最高，機頭次之，機筒最低。采用這種控溫方法，有利于機筒進料，可獲得表面光滑、尺寸穩定和收縮較小的擠出物。
（3）擠出速度：
擠出速度通常是以單位時間內擠出物料體積或質量來表示，對一些固定產品，也可用單位時間擠出長度來表示。同一機臺，當擠出膠料中生膠含量低或擠出性能較好時，擠出速度可選取較高的范圍，反之取低速范圍。
（4）擠出物的冷卻：
冷卻的目的：防止半成品存放時自硫；使膠料恢復一定的挺性，防止變形；使半成品冷卻收縮定形。
冷卻方式：噴淋和水槽冷卻。為防驟冷（冷卻程度不一導致變形不規則；噴霜），常采用40℃左右的溫水冷卻，然后進一步降至20~30℃。
擠出大型的半成品（胎面），一般須經預縮處理后才進入冷卻槽。預縮率可達到5%~12%。
（三）擠出工藝過程
1．胎面的擠出工藝
胎面膠采用擠出方法成型的優點：胎面膠質量較高，更換胎面尺寸規格比較容易，勞動生產率高。
胎面膠分為胎冠、胎冠基部層和胎側三部分。
胎面膠的擠出方法，可分為整體擠出和分層擠出兩類。
胎面整體擠出：（1）用一種膠料，在一臺擠出機上用變平機頭成型；
（2）用兩種膠料、兩臺擠出機、用復合機頭擠出。兩種膠料為胎冠料和胎側（包括胎冠基部層）料，或胎冠（包括基部層）和胎側料。
分層擠出：用兩臺擠出機、兩種膠料，分別壓出胎冠和胎側（包括胎冠基部層），在運輸傳送帶上熱貼合，并經多圓盤活絡輥壓實為一整體。目前生產上多采用此法。此外，還有采用三種膠料分別制造胎冠、胎冠基部層和胎側復合胎面的擠出方法（三方四塊）。
胎面分層壓出聯動裝置一般包括擠出機及附屬的熱煉供膠裝置、胎面的壓出運輸帶、胎面貼合用多圓盤活絡輥、標記輥、檢查秤、收縮輥道、冷卻水槽、吹風干燥器、胎面定長稱量裁斷裝置、胎面堆放裝置等。
2．濾膠工藝
一般薄壁或質量要求高的制品，要求去除膠料中的雜質，以免影響制品的氣密性和抗撕裂性。濾膠工藝中，膠料內不能加入硫黃、超速級促進劑，以防膠料溫度過高時產生焦燒。
膠料過濾前要在開煉機上熱煉，以增加熱塑性。熱煉和供膠方法與一般擠出機相同。濾膠機各部分溫度，機筒為40~50℃，機頭為60~90℃，濾板處為60~80℃。過濾后NR膠料溫度不超過130℃，摻用30%SBR的膠料，也不超過140℃。
過濾后的膠料，可用開煉機壓片降溫，并按工藝要求加入硫黃和促進劑。
3．內胎的擠出工藝
內胎擠出所用的擠出機，除機頭外，其它結構與一般擠出機相同，主要部分為芯型和口型兩部分。芯型和口型間間隙的大小決定了內胎胎筒的厚度和大小。芯型和口型可以更換以壓出不同大小的內胎胎筒。
胎筒厚度的調節方式：（1）調節口型式；（2）調節芯型式。
在擠出過程中，內胎胎筒的厚度與膠料性質、熱煉情況、擠出機各部位的溫度等密切相關。因此需根據膠料的性質制定不同的工藝條件。
具體的擠出工藝：
氣門嘴膠墊的制備：
二．冷喂料擠出
優點：節省熱煉設備，易于實現機械化、自動化，而且由于主機強化了螺桿的剪切及塑化作用，使膠料獲得均勻的溫度和可塑度；改善了擠出制品的質量，提高了表面光潔度，擠出半成品具有較穩定一致的尺寸規格；冷喂料壓出隊壓力的敏感性小；應用范圍廣，靈活性大；冷喂料擠出機的投資和生產費用較低。
目前冷喂料擠出在電線、電纜、膠管等小規格制品擠出方面逐漸取代了熱喂料擠出機。
冷喂料擠出工藝與熱喂料有所不同，加熱前應先將各部位的溫度調節到規定值。各部位常用溫度如下：螺桿<35℃；加料段35~50℃；塑化段40~60℃；擠出段50~70℃；機頭和口型80~100℃。
冷喂料擠出常采用冷喂料排氣擠出機，其特點是在擠出過程中排除膠料中的氣體，提高膠料的致密性，減少膠料中的氣孔，降低膠料的擠出膨脹率。
三．其它類型擠出機擠出
隨著橡膠工業的發展，目前又出現了很多特種用途的擠出機，以滿足橡膠生產的需要。
（一）排氣式擠出機擠出
該類擠出機的螺桿由加料段、第一計量段、排氣段和第二計量段組成。
由排氣擠出機擠出的半成品，氣孔少，產品密實。排氣擠出機常與微波或鹽浴硫化設備組成連續硫化流水線，生產電線、電纜、密封條等擠出產品。
（二）傳遞式螺桿擠出機擠出
傳遞式螺桿擠出機又稱為剪切式混煉擠出機，主要用于膠料的補充混煉，胎面壓出及壓延機供膠。
該擠出機的螺紋槽深度由大漸小乃至無溝槽，而機筒上的槽由小至大，互相配合，一般在擠出機上這樣的變化有2~4個區段。當螺桿轉動時，膠料在螺桿與機筒的槽溝內互相交替，不斷更新對膠料的剪切面，致使膠料產生強烈的剪切作用，從而導致十分有效的混煉效果。
（三）擋板式螺桿擠出機擠出
擋板式螺桿擠出機可用于快速大容量密煉機排料后補充混煉，也可以用于壓出胎面及最終混煉。
擋板式螺桿擠出機的主要工作部分是一個帶有橫向擋板和縱向擋板的多頭螺桿，膠料在擠出過程中多次被螺紋和擋板進行分割、匯合、剪切、攪拌，完成混合作用。
（四）高強力型螺桿擠出機擠出
（五）銷釘型擠出機擠出
銷釘型擠出機裝有穿過機筒并指向螺桿軸線的銷釘。該類擠出機由于膠料的流動與傳遞均伴隨著一個低的剪切梯度，所以膠料的摻混程度與均勻現象特別好，溫升也不太高。
（六）槽穴式擠出機擠出
槽穴式擠出機在擠出機內有許多槽穴，膠料在擠出機內要經過許多槽穴，擠出時膠料在擠出機內受到兩種不同的作用。