1、胶辊技术知识讲座主讲人：曾立新2一、胶辊的用途和分类l 胶辊是工业中常用的重要部件,它以金属或其他材料为辊芯,外覆橡胶等材料,因此与纯金属辊筒相比,它具有弹性好、耐油类，溶剂，酸碱等的腐蚀、噪声小、耐磨，抗压，吸水性强、硬度适中等优点。l 正是这些优点使得胶辊广泛地应用于造纸、印刷、印染、纺织，皮革，冶金和粮食工业，办公设备等各个领域中。对物料起挤压、脱液、脱壳、压印、伸张等作用。l 胶辊同工业连续化和省力化有着密切的关系，随着科学技术的不断发展和进步,胶辊的应用领域越来越广泛。3胶辊的分类 l按照用途分类： 皮革纺织木材运输传动印漆印刷钢铁粮食加工塑料片材工业胶辊4办公设备胶辊传真机打印机收
2、银机复印机塑料封口机点钞机5 按照表面状况分类：光面辊，花纹辊，表面特殊处理胶辊。 塑料制袋花纹胶辊6二 、生胶的选择及胶辊的主要性能要求l 几乎所有品种的橡胶都可以用于胶辊的制作。至于具体使用何种橡胶，则要根据工作介质（油类，溶剂，酸碱液，其它化学品），工作环境（高温，高湿，高速，低速等），承受压力，成型工艺，加工难易程度，使用寿命，成本等综合考虑。l 各种橡胶的物理机械性能和耐化学介质性能，大家可参看有关资料。l 由于公司主要代理NBR,EPDM,CR，我主要谈谈这三种橡胶在胶辊中的应用。后面在配方举例的环节，我将结合具体产品要求展开来谈。71、丁腈橡胶 l 丁腈橡胶具有优异的耐油，耐非极
3、性和弱极性溶剂，耐磨，回弹性，抗静电等的性能，拉伸强度较大，耐热性好（只是相对来说。一般情况可在100条件下长期工作，如果配方设计合理也可在120下长期使用），而且其具有良好的加工性能，各主要丁腈橡胶生产商有针对性地不断推出新的品种牌号，因而NBR被广泛用于印刷胶辊，纺织胶辊等，在胶辊中的应用比例也越来越大。8l 首先谈谈印刷胶辊。串墨用的硬辊这里不阐述。l 胶印胶辊包括墨辊和酒精水辊，墨辊即传递油墨（其中含有乙酸乙酯、甲苯、异丙醇或天那水等溶剂和其它一些稀释剂），那么酒精水辊的作用为将酒精润版液（调整油墨浓度和版面润湿度的材料，其组成多为15 %20 %的乙醇或异丙醇水溶液）由多组胶辊依次传
4、递至版面。l 此类胶辊突出强调的性能是尺寸的稳定性，即对介质地抗耐性，以及硬度大小的控制（包括同一根胶辊的硬度偏差范围），因为这直接关乎印刷的效果。 （1）印刷胶辊9l 在一定的范围内，硬度越小，其胶辊的传墨性能越良好，硬度越大，传墨性能越差。l 这是一对矛盾，如果硬度过小，其抗腐蚀的能力就会下降，其容易被油墨和润版液所腐蚀。同时也给胶辊胶料的混炼和胶辊的制作带来工艺上的难度。 l 相反，如果硬度过大，抗腐蚀能力提高了，但是传墨性也大为降低，为了获得良好的传水和传墨效果，只有采用加大印刷压力的方法，而印刷压力的增大会引起油墨和水的乳化程度增大，使印刷的墨色变浅，在这种情况下要获得好的印刷效果就
5、必须加大油墨和水的用量，（要达到相同的传墨和传水所需要的油墨和水往往比标准情况下大了许多），显而易见，会导致纸张、油墨和润版液的极大浪费，综合考虑，一般印刷厂传墨辊的硬度为邵氏28-30，酒精水辊的标准硬度为邵氏25度。10l 如果用一般牌号的丁腈橡胶，其基础硬度在50-60度之间，来制作这种低硬度的产品，则配方中需要加入大量的软化剂，使得胶辊性能下降很大，变形大，弹性差，强度低，使用寿命大大缩短。l 同时如前所述，混炼会特别地困难，包括胶料打滑，配合剂分散不好，吃粉慢，混炼时间大大延长等。 l 过去我都是将液体的增塑剂加入氧化镁和氯化硫中快速搅拌1-2分钟，使其反应，冷却后其为膏状，可部分解
6、决混炼难的问题，但不是根本解决之道。 11l 针对这种低硬度的制品，很多丁腈橡胶生产商开发了采用充油牌号的生胶。l 例如南帝公司的1082，门尼粘度为50，使得加入的增塑剂的量大大减少，而且由于剪切力变大，加工性能得到了改善，表现为粘辊现象没有那么严重，配合剂的分散性得到极大地提高，混炼时间缩短，从而整体上提高了胶料的物理机械性能，可保证印刷的质量，同时胶辊的使用寿命延长。可以把它称为“高门尼胶”的低硬度化。l 丁腈橡胶由于成本方面的考虑，还是占据主导地位。但随着现代印刷业的发展，对印刷胶辊的要求越来越高，因而开发性能更好的，使用寿命更长的胶辊成为必然。l NBR和PVC并用可进一步提高胶辊的
7、低溶胀、低抽出、亲水性好、耐磨，拉伸强度，耐臭氧等性能。 12l 出于降低成本的考虑，很多厂采用机械共混的方法制造丁腈并用聚氯乙烯材料。l 其一般做法为：用DOP浸泡PVC，同时不间断搅拌，大约经过一夜的浸泡后呈乳液状，则在密炼机中在一定的温度下与丁腈橡胶混炼。经过试验证明丙烯腈含量在30-36%，丁腈橡胶与聚氯乙烯并用比例为70：30，综合性能最佳。l 当然，这种机械共混的方式，不可能产生最理想的分子结构，即最佳的互穿网络结构。l 市场上所贩卖的丁腈橡胶厂商所生产的丁腈橡胶和聚氯乙烯并用胶，系在合成丁腈橡胶聚合反应过程中加入PVC乳液，这样可得相对完美的互穿网络的分子结构。13l 随着印刷技
8、术的飞速发展，印刷高速化的要求，对胶辊的性能要求越来越苛刻，又出现了更高物性的聚合物。l 例如BBR/PVC/PU并用，PU胶辊。随着环保的要求，食品包装袋等印刷品对异味的严格要求，UV固化型油墨的使用越来越多，NBR/PVC并用胶料对紫外线油墨具有较好的抗耐性，即直径膨胀速度较慢。l 南帝的1203D和1204D适合生产此类印刷胶辊。14 四色酒精水辊 墨辊 15（2）纺织胶辊l 目前纺织胶辊，胶圈仍以丁腈橡胶为主体，当然是利用它的耐油性，而更主要是因为其具有良好的抗静电性能，防止了纺纱的粘附，扯断和缠绕。l 由于NBR分子结构中含有强极性基团-CN，因此它极易被电场极化，使具有优异的介电性
9、能。其体积电阻为35M,介电强度为9.88MN/M,介电常数为13，功率因数为3，属于半导体橡胶。为了达到理想的抗静电效果，配方设计也很重要。 16l 纺织胶辊，胶圈在物理性能方面除了抗静电性外还应具有以下特点：稳定的硬度和同根胶辊的硬度均匀性，拉伸强度高，定伸强度大，耐磨耗，冲击弹性大，压缩变形小，耐老化，无污染，不变色等。 l 可归纳为： 纺纱过程中胶辊的弹性决定了纺纱质量； 硬度决定了胶辊对纤维的握持能力； 抗静电性决定了纺纱过程中的抗绕性； 耐磨性和耐老化性决定胶辊对纺纱的稳定性和使用周期； 17l常用质量控制指标为： 电阻率8109欧姆， 冲击弹性30%45%， 阿克隆磨耗0.04c
10、m3/1.61， 硬度变化2度，硬度根据不同纺织材料，不同工序和牵引力而定。 18l 由于胶管的切割，套管，压圆，粗磨，精磨，表面处理（如果需要的话）等工序都是在纺织厂的皮辊车间完成，所以要制作质量好的胶辊，需要双方的每一道工序要精益求精，一丝不苟。还要注意保养，正确使用，才能保证纺纱，布的质量。l 过去普遍采用兰化的硬丁腈橡胶2707来生产纺织胶辊，由于门尼粘度范围变化大，分子结构中支侧链多，凝胶含量多，因此加工性能差，动力消耗大，吃粉困难，分散不均匀，冷聚合的软丁腈橡胶由于具有优异的加工性能而代替了硬丁腈橡胶，兰化公司已经在2006年停止生产硬NBR。 19l 实践证明采用中高丙烯腈含量的
11、丁腈橡胶制作纺织胶辊较为合适，其综合物性好。南帝的3365，1052都可被采用。特别是3365的拉伸强度，扯断永久变形，热空气老化，压缩永久变形等性能都优于1052。l 为了克服普通NBR耐臭氧老化和耐曲挠性差的缺点，可采用NBR/PVC并用胶料。对于生产高档的胶辊可采用羧化丁腈橡胶，例如南帝的3245C，羧基含量1%。由于羧基的存在增大了胶料的拉伸强度，提高了耐磨性。l 不利的是，由于羧基的存在，在混炼过程中比一般丁腈橡胶容易粘辊，同时焦烧时间缩短，因此配方要做相应的调整。很多客户也在使用朗盛公司的1.46，被认为是羧基丁腈橡胶最好的品种。20纺织胶辊纺织胶辊 纺织胶圈纺织胶圈 21l 另外
12、丁腈橡胶还可用于制作造纸胶辊，印染胶辊，皮革胶辊，塑料机械胶辊，木材加工机械胶辊，砻谷胶辊，工业用托辊和导辊等。 皮革胶辊皮革胶辊222、三元乙丙橡胶 l 三元乙丙橡胶具有耐热，耐臭氧，耐酸碱等优点，目前主要用于制造传真机，复印机，打印机等办公设备胶辊，以达到分纸，送纸等目的。l 低硬度胶辊主要用作分纸辊，高硬度胶辊主要用作走纸辊。这一类的胶辊主要物性要求为：均匀的硬度，拉伸强度大，伸长率高，弹性好，耐磨性优异，一定的摩擦力，工作稳定性好，不能有配合剂从胶辊中析出，在白纸上摩擦不能留有印记。l 此外，EPDM在印染，塑料薄膜加工胶辊中也有应用，因为其对环己酮，丙酮等有机溶剂具有较好的抗耐性。
13、233、氯丁橡胶l 氯丁橡胶耐热性能，耐油性能，耐酸碱腐蚀性能比天然橡胶好，拉伸强度，耐酸碱腐蚀，耐臭氧老化性能比丁腈橡胶好，可在印染胶辊（布匹洗涤工序），塑料薄膜加工胶辊，及阻燃胶辊中应用。l 但由于其价格高，加工工艺性不好（粘辊，焦烧），储存稳定性差，故除了在特殊情况下，一般都很少但用来制造胶辊，为了改善其它胶种的性能，并用的情况比较多。 24三、胶辊的成型工艺及设备l 胶辊的加工工艺一般有两种：l 第一种是将辊芯套入预制成的硫化胶管内，然后再进行车磨等后工序加工。预制的胶管内径小于辊芯外径，辊芯套入时，充气将胶管扩大，放气后胶管就自然包紧芯棒，这种方法适用于批量大的小胶辊，如OA机中的胶
14、辊。 还有采用专有设备进行胶辊的套装，例如纺织胶辊，可尽量减少胶管套制后两端被挤压后的应力差异，以及圆周被扩张后的拉伸状况差异，以保证胶辊压圆整形时圆周应力的基本消除。胶辊的套制和压圆工作特别重要，对胶辊在生产中保持稳定性影响很大。25l 第二种最常用的是胶层附着在芯棒上，在热硫化的过程中完成芯棒与胶料的粘合。其一般工艺流程如下所示： 生胶塑炼配合剂配料混炼过滤加硫化剂出片（条）辊芯校验表面处理（脱脂、除锈）涂胶粘剂成型包扎或进模硫化车磨校验成品入库26l 胶料的塑炼，混炼，过滤，芯棒的处理，胶黏剂的涂覆与其它橡胶制品并无不同。l 这里强调两点：l 1胶料的过滤。胶辊胶料的清洁度要求很高，不能
15、含有任何杂质。l 2 胶料地分散程度。其决定了胶料的物理机械性能，抗静电性能，产品的均一性，从而影响了胶辊的质量。胶辊的质量直接影响了使用功能。因此，良好的胶料分散度是确保胶辊质量的前提。27胶辊具有其典型的成型方法，现简单介绍。 l 1、人工胶片贴合成型 。小型工厂多采用人工贴合， 即在表面已涂覆胶浆的辊芯上，将胶片（厚度5-6毫米左右）层层贴合上去。贴合的胶片应该清洁，平整，无气泡，并富有粘性。贴合时用手滚将胶片压实，如出现气泡，可用锥子将气泡刺破，排除空气。l 2 、机械贴合成型 将压延机压出的胶片卷放在胶辊贴合成型机上，导开胶片，将整个胶片一层层卷缠并贴合在金属辊芯上，直到达到所需要的
16、覆胶厚度为止。此关键技术是在缠绕贴合是应该避免将空气夹入胶层之间。比较适合于小规格多批量的胶辊生产。28l 3 、冷喂料挤出缠绕热帖成型 将挤出机挤出的热胶片直接螺旋滚压在芯棒上。具有挤出胶片规整，包胶压合力大，无气泡缺胶等优点。通过自动控制使出片速度，缠绕速度协调一致，提高了生产效率。省去了压延胶片，展开垫布，裁料，用溶剂清洗和接缝处理等一系列辅助操作。可加工如直径1.5米，长度8米这样的大型胶辊。l 4 、注压成型 即将辊芯放置在筒形模具内，通过挤出机将胶料挤入模具。胶料可以从模具一端挤入，也可以从模具中间向两端挤入。此法机头结构简单，成型质量好，但效率低。l 其它还有液体聚氨酯的浇注成型
17、，注射成型，模压成型等。缠绕成型机缠绕成型机 29四、国内胶辊技术未来的发展趋势l 1 胶辊的使用条件更苛刻，运转速度更快，承受 的线压力更高。l 2 胶辊的内在质量要求更高，耐磨性，耐高温，耐老化，低生热，适合作用物的环保要求。l 3 采用挤出缠绕等成型方法，提高生产效率，提高质量的稳定性。l 4新材料的应用。如聚氨酯等。聚氨酯胶辊有其独特的加工和性能的优势。住友公司开发了丁腈橡胶和硅橡胶并用胶料制作耐UV油墨印刷胶辊。 30五、典型胶辊配方分析31原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份）丁腈橡胶2707100氧化锌5硬脂酸1.5防老剂MB1.5防老剂22461沉淀白炭黑25515轻
18、质碳酸钙10DEG（二甘醇）1偶联剂SI691.5白油膏40DOP80液体古马隆树脂12CZ1.2TT1S-802合计272.7印刷胶辊配方印刷胶辊配方1物理机械性能： 16015分钟 硬 度：32 TS ：3.8 EB ：680%回弹：35% 阿克隆磨耗：0.050cm3/1.61硫化仪（160）TS2 ：1分12秒 T90：5分06秒（1）印刷胶辊配方）印刷胶辊配方32l 华工陈朝辉博士的所做试验数据如下： 生胶类型生胶类型NBR2707NBR2707N3365N3365硬度（邵氏A）5049拉伸强度（MP）12.313.7扯断伸长率（%）420400冲击弹性（%）4244阿克隆磨耗（1.
19、61 ）0.0360.032热空气老化（100，24小时）硬度变化值 +6+4拉伸强度变化率（%）+7.5+8扯断伸长率变化率（%）-18-16从以上数据可知，用南帝N3365完全可代替2707制作印刷胶辊。另外，大家可看到由于DOP的大量加入，使得混炼操作变得艰难。 33l 如用N1082制作，配方可设计如下：（印刷胶辊配方印刷胶辊配方2）原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份）N1082150氧化锌5硬脂酸1防老剂MB1.5防老剂22461沉淀白炭黑25515轻质碳酸钙10DEG（二甘醇）1偶联剂SI69 1.5DOP20白油膏50CZ1.2TT1S-8O2合计260.2与未冲油丁
20、腈橡胶相比：与未冲油丁腈橡胶相比： 1、由于N1082基本硬度低，而门 尼粘度为50，可减少增塑剂的量，则 混炼工艺改善，吃粉快，分散好。 2 物理机械性能好。 3 形状保持性好。 3 胶辊使用寿命大大延长。 4 成本较高。 为了进一步提高印刷胶辊的强度，耐老化性能，耐溶剂性能，可以采用并用PVC的方法来解决。综合各方面性能考虑，经过试验证明，NBR/PVC并用比为70：30为最佳选择。34原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份）NV7411100氧化锌5硬脂酸1防老剂MB1.5防老剂22461沉淀白炭黑25512白陶土10DOP80白油膏50液体古马隆树脂10PEG40001.5Si
21、691TT1TETD0.8CZ1.2S-801.5合计277.5印刷胶辊配方印刷胶辊配方3注：注： NV7411（NBR/PVC:70/30） 丙烯腈含量：33 门尼粘度：55 (上海赛可德公司) 色母料料按要求适量添加，如加钛白粉，则不加陶土。物性：物性： 硬度：30 拉伸强度：4.7MPa 伸长率：620% 回弹：30% 阿克隆磨耗：0.028 cm3/1.61 硫化仪：TS2:58秒 T90:4分37秒35原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份）230S100氧化锌5氧化镁5硬脂酸1防老剂MB1防老剂22461白炭黑 VN335钛白粉10色母胶适量DOP 8增硬树脂12687 1
22、0PEG40002偶联剂SI69 4抗静电剂SN 3分散剂H-1004TT0.6CZ 1DM 1.2S0.5合计192.3物理机械性能：（16015分钟）硬度：76 拉伸强度：16.6MPa；伸长率：370%回弹：37% 阿克隆磨耗：0.034cm3/1.61体积电阻/（欧姆厘米）6.7108（2）纺织胶辊配方）纺织胶辊配方纺织胶辊配方纺织胶辊配方136原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份）NV3470 100氧化锌5硬脂酸1防老剂MB1防老剂22461白炭黑 VN335钛白粉10色母胶适量DOP8增硬树脂1268710PEG40002SI694抗静电剂SN3分散剂H-1004TT0
23、.5CZ1DM1.1CTP0.2S0.5合计187.3纺织胶辊配方纺织胶辊配方2注：注：NV3470 丙烯腈含量：33 NBR/PVC:70/30 MV:65 (上海赛可德公司产品)物理机械性能：（16015分钟）硬度：79 拉伸强度：18.9MPa；伸长率：320%回弹：31% 阿克隆磨耗：0.019cm3/1.61体积电阻/（欧姆厘米）2.110837原材料名称原材料名称基本份数（份）基本份数（份）EP98175氧化锌5硬脂酸1偶联剂（KH-560）3耐磨剂ERE4PEG40003N77410白炭黑VN335石蜡油P-40080TT0.7M1CZ1.5DPTT-700.7TL0.5SU-951.5合计321.9（3）办公设备胶辊）办公设备胶辊30度复印机内搓纸辊配方（黑色）度复印机内搓纸辊配方（黑色）物理机械性能：（17010分钟）硬度：30 拉伸强度：9.3MPa；伸长率：920%300%定伸强度：1 MPa 撕裂强度：23KN/M线性磨耗：0.005克
