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高速印刷橡胶辊的研究

2020-07-01 209 上传者：管理员

摘要：以三元乙丙橡胶作基胶,高耐磨炭黑/快压出炭黑/白炭黑为配用补强体系,硫黄/过氧化二异丙苯/N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺/三丙基异氰脲酸酯为复合硫化体系,制备了高速印刷橡胶辊。结果表明,高速印刷橡胶辊具有耐高温、高回弹、高耐磨、低永久变形、耐老化、耐水和耐溶剂等性能,可完成高速印刷作业。

关键词：
三元乙丙橡胶
印刷工业
合硫化体系
配用补强体系
高速印刷作业
高速印刷机橡胶辊
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随着印刷工业的飞速发展,印刷设备的生产技术水平得到了很大发展。“智能、高速和稳定”是印刷设备的发展趋势,也是客户对印刷设备提出的更高要求。胶辊作为印刷设备的重要部件,起到油墨传输与转移等作用,其质量和使用性能直接影响印刷质量。胶辊工作层材料为橡胶材料,直接与印刷油墨接触,这就要其具有良好的耐油墨性能、油墨传输性能、回弹性和耐磨性能,才能确保设备高速运行的安全性和可靠性。经对印刷设备客户反馈问题进行汇总,胶辊在使用过程中或使用后存在以下问题:使用一段时间后胶辊表面有轻微溶胀和变形、油墨传输和转移效果不好、压缩回弹性能不佳和表面有磨损现象等问题。综上问题,经大量配方试验、工艺试验及样件实验,研制出了高速印刷机用橡胶胶辊,有效解决了客户反馈的问题。本文结合橡胶辊的结构设计、配方设计和工艺设计介绍了高速印刷机用橡胶辊的研制过程,期望能为业界学者有所帮助。

1、实验

1.1主要原材料

三元乙丙橡胶(EPDM),4045,中国石油吉林石化有限公司;防老剂445,南通新长化学有限公司;白炭黑,T-150,吉林通化双龙化工有限公司;硫化剂无味DCP,上海顿美新材料科技有限公司;专用界面粘合剂,Chemosil411,上海洛德化学有限公司;其他助剂均为市售橡胶工业常用原材料。

1.2主要设备

开炼机,XK-550,四川亚西橡胶机械有限公司;胶辊挤出缠绕机,JGCR-63.5,内蒙古宏力达橡塑机械有限公司;硫化罐,Ф1500×4000,诸城市安泰机械有限公司;邵氏硬度计,LAC-YJ,温州一鼎仪器制造有限公司;电子拉力机,JSL-2500N,扬州市精艺试验机械有限公司;阿克隆磨耗机,HMH-76,扬州市精艺试验机械有限公司。

1.3试样制备

在开炼机上投入三元乙丙橡胶生胶,辊距保持在4～6mm,压合2min;待其包辊后调整辊距6～8mm,加入氧化锌、活性氧化镁、硬脂酸和防老剂445,混炼2min;混炼均匀后加入橡胶耐磨剂、1/3高耐磨炭黑和1/3快压出炭黑,混炼6min;混炼均匀后加入石蜡油、1/3高耐磨炭黑、1/3快压出炭黑、1/2白炭黑和1/2高岭土,混炼6min;混炼均匀后加入剩余高耐磨炭黑、快压出炭黑、白炭黑和高岭土,混炼5min;混炼均匀后加入硫黄、过氧化异二丙苯、促进剂N-环己基-2苯并噻唑次磺酰胺和促进剂三丙基异氰脲酸酯,混炼6min;混炼均匀后调小辊距到0.5～1mm,薄通3遍以上,时间保持在5min;放大辊距到4～6mm,打八把刀,混炼均匀后下片,制得混炼胶,混炼时间6min。

胶辊钢芯先经喷砂处理,再用汽油清理钢芯表面;程序为:钢芯表面涂刷粘合剂Chemosil411,同时混炼胶热炼、出条;采用胶辊缠绕机挤出成型;缠绕水包布;硫化;机加工胶辊表面。采用卧式硫化罐硫化胶辊;硫化条件160℃×0.45MPa×4h。

1.4性能测试

物理性能按HG/T2287-2008测试;其他性能均按国家最新标准测试。

2、结果与讨论

2.1结构设计

本工作胶辊由辊芯、界面粘合层和橡胶层组成。传统的钢芯经表面打磨处理后,再涂刷粘合剂,再贴胶。为有效解决传统高速印刷胶辊在高速持续印刷过程中摩擦接触部位产生不规律微观变形问题,钢芯表面需从两端车削正反螺旋线,再进行喷砂处理,以增大粘合面表面积和高速圆周运转的规律性,再涂刷专用界面粘合剂,最后粘贴具有耐高温、高回弹、高耐磨、低永久变形、耐老化、耐水及耐溶剂等性能的橡胶层。具体结构详见图1。

图1高速印刷机用胶辊结构图

2.2配方设计

在胶辊耐高温选材方面,一般选用三元乙丙橡胶或硅橡胶等,硅橡胶耐高温性能虽然优于三元乙丙橡胶,但其弹性、耐介质性和综合性价比等都不及三元乙丙橡胶。基于此,高速印刷机用橡胶辊以三元乙丙橡胶作基胶。补强体系在橡胶性能中起关键性作用,关系到橡胶制品的硬度、拉伸强度、拉断伸长率和弹性等。补强体系选用高耐磨炭黑/快压出炭黑/白炭黑并用体系,并用白炭黑的目的除了起补强作用之处,还在于提高橡胶胶料与胶辊金属芯轴的粘附力。活性剂采用硬脂酸/氧化锌/活性氧化镁并用体系。其原因可能是胶料中加有白炭黑,其具有弱酸性,加入活性氧化镁可中和白炭黑的弱酸性,确保胶料具有正常硫化速度。填充体系采用高岭土,效果较为理想。这是因为加入碳酸钙会使制品弹性变差,加入陶土的胶料操作工艺性不如加入高岭土的效果,加入云母粉对橡胶胶料与金属辊芯粘合效果产生不良影响。增塑软化剂采用石蜡油可提高加工工艺性能。防老体系采用防老剂445。硫化体系采用硫黄/过氧化二异丙苯并用体系,促进剂采用N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺/三丙基异氰脲酸酯。

经过大量试验,最终确定了高速印刷机用胶辊配方(质量份):三元乙丙橡胶4045,100;氧化锌,5;活性氧化镁,4;硬脂酸,1;防老剂445;1.5;高耐磨炭黑,25;快压出炭黑,25;白炭黑,15;高岭土,10;橡胶耐磨剂,1.5;石蜡油,5;硫黄,0.5;过氧化二异丙苯,4.5;促进剂N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺,1;活性剂三丙基异氰脲酸酯,1.5。

2.3工艺设计

2.3.1工艺流程

传统胶辊加工工艺过程相对比较简单,但可靠性、稳定性和成品率均较低,改进后的胶辊结构经过多次工艺试验,证明该结构可靠,该工艺可行。加工工艺流程见图2。

图2高速胶辊加工工艺流程

表1胶辊胶料力学性能指标及测试数据

2.3.2关键工艺过程

挤出:高速印刷机用胶辊胶料挤出成型时,通常采用专用挤出缠绕成型设备。成型时,将圆周表面已刷胶处理的钢芯固定在行走支架上,开启挤出成型设备,调节好辊芯与压轮的相对位置;再将热炼胶割成40～50mm宽的胶条并输入挤出机喂料口,开车一段时间后,开启冷却水阀,确保挤出过程胶料不产生焦烧现象;将挤出胶条缠绕在钢芯端部,按下PLC控制屏上的压紧按钮,通过PLC上的行走按钮和速度按钮控制胶辊缠绕速度和缠绕质量;当达到规定缠绕厚度后,关闭行走按钮和速度按钮;进行下一步缠绕水布作业。

硫化:根据硫化仪测试数据,设定高速印刷机用胶辊硫化参数。硫化前,检查气源能否正常供给热气,检查硫化罐安全锁紧装置能否正常锁紧等。一切正常后,开启空压机进气阀门,待空压机储罐压力达到0.5MPa后,开启硫化罐。在硫化罐PLC自动控制屏上设定硫化工艺参数为160℃×0.45MPa×240min。

2.4性能测试

表1为胶辊胶料力学性能指标及测试数据。从表1可看出,胶料各项性能测试结果均满足技术指标要求。

3、结论

(1)通过在辊芯圆周表面车削正反螺旋线和表面喷砂处理等,增大了辊芯圆周粘合面表面积和高速圆周运转的规律性,确保了胶辊高速运转过程时的可靠性。

(2)本工作以三元乙丙橡胶(EPDM)为基胶,硬脂酸/氧化锌/活性氧化镁并用为活化体系,高耐磨炭黑/快压出炭黑/白炭黑并用为补强体系,硫黄/过氧化二异丙苯/N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺/三丙基异氰脲酸酯并用为硫化促进体系,研制的高速印刷机胶辊橡胶层具有耐高温、高回弹、高耐磨、低永久变形、耐老化、耐水和耐溶剂等性能。

(3)通过胶辊在高速印刷设备上的应用试验,有效解决了高速持续印刷过程中胶辊摩擦接触部位产生的不规律微观变形,确保了印刷过程的稳定性和印刷品的印刷质量。

参考文献：

[1]黄小军,等.高抗压印染胶辊的研制[J].特种橡胶制品,2017,38(6):35-38.

田军锋,张康林,李举平.高速印刷机用橡胶辊的研制[J].特种橡胶制品,2020,41(03):44-46.