中國橡機行業商務年鑒之技術創新（一）
2015-03-04
4540核心提示：橡膠機械網 中國橡機行業商務年鑒之技術創新
中國橡膠機械網 中國橡機行業商務年鑒之技術創新
◆煉壓設備
1．一次法低溫煉膠生產線
近年來，一些橡膠機械企業致力于開發和推廣使用一次法低溫煉膠生產線，以滿足生產綠色輪胎的需要。到2013年底，至少有大連橡膠塑料機械股份有限公司、軟控股份有限公司、北京萬向新元科技股份有限公司、華工百川科技股份有限公司、益陽橡膠塑料機械集團有限公司、青島雙星橡塑機械有限公司等10多家企業參與開發該新產品。
目前，一次法低溫煉膠生產線有如下兩種類型：⑴由一臺密煉機加多臺開煉機和一套膠片冷卻裝置組成；⑵由上、下兩臺密煉機疊加組合在一起的密煉機組和壓片機、膠片冷卻裝置組成。益陽橡膠塑料機械集團有限公司的密煉機組由GE320和GE590T組成；大連橡膠塑料機械股份有限公司的密煉機組由XMN-320X（5-50）Y和XMN-580X（5-50）組成。
由密煉機和開煉機組成的生產線，開煉機數量為4～6臺，且要求調速和液壓調距。該生產線可提高生產能力17%～25%，節能約20%，減少操作人員50%，提高混煉膠質量。
疊加密煉機組又稱串聯式密煉機，該生產線適用于混煉白炭黑膠料，機器采用嚙合型轉子，將膠料多段混煉變為一段混煉，綜合節能可達30%，投資減少20%～33%，生產效率提高50%，改善膠料的分散度和均勻性，提高混煉膠質量。
一次法低溫煉膠生產線符合國家產業結構發展方向，此類項目得到了國家相關部門的普遍支持。例如，益陽橡膠塑料機械集團有限公司的研發及產業化項目2011年度被列入中央資本金項目，獲1300萬元支持資金。
煉膠設備在整個輪胎生產中是能耗最大的一個環節，節能空間較大。一次法低溫煉膠生產線從根本上改變了傳統的煉膠方式，由原來的多段混煉改變為一段混煉，大大提高了膠料的質量及生產效率，并且噸膠耗能可以降低20%以上。該生產線還解決了膠料在開煉機上的自動循環、自動加硫等問題，大大提高了生產自動化。此外，輪胎行業要發展循環經濟，也需要節能、環保、高效的設備作支撐。一次法低溫煉膠生產線的開發成功，對我國橡膠工業節能減排起到一個革命性促進作用，對橡膠工業的生產和發展具有深遠的意義。
根據計算，以年產200萬套全鋼子午線輪胎的規模，僅在煉膠環節，采用一次法低溫煉膠生產線的新煉膠工藝，較傳統工藝節約電費每年在2500萬元人民幣以上。目前，一次法低溫煉膠生產線已經成為新上輪胎項目的標準配置，并且越來越多地應用于輪胎企業技術改造項目。
2．橡膠寬幅膠片擠出壓延機組及聯動線
隨著國內外能源工業的迅速發展，大型連續運輸設備對橡膠輸送帶的需求量在不斷增加。在輸送帶行業，當前國際先進的生產方法是采用擠出壓延法來生產橡膠寬幅膠片，并一次性完成膠片的接取、冷卻、貼合、卷取等操作，以保證輸送帶的產品質量和生產效率，但是用于寬幅膠片生產的擠出壓延法裝備只有德國等少數國家可以制造。因此，研發具有國際先進水平的新型工藝裝備，大大提高輸送帶的生產效率和使用壽命，以滿足煤礦、鋼鐵、水泥、港口、電力等行業的大型連續運輸設備對輸送帶的需求量及品質的要求，勢在必行。
近年來，中國化學工業桂林工程有限公司（以下簡稱：中化桂林）、內蒙古富特橡塑機械有限公司（以下簡稱：內蒙古富特）等企業在廣泛的市場調研、吸取德國設備先進技術的基礎上，通過試驗模擬研究，提出了具有自主知識產權的技術路線，先后研發成功橡膠寬幅膠片擠出壓延機組及聯動線，填補了國內空白。
國產橡膠寬幅膠片擠出壓延機組及聯動線的工藝流程如下圖所示：
從上圖可見，該生產線由包含雙擠出系統、寬幅機頭、壓延機的寬幅擠出壓延系統，包含接取裝置、冷卻裝置、膠片貼合裝置、裁斷裝置、卷取裝置等在內的聯動線以及電氣控制系統等組成。
寬幅擠出壓延系統是采用擠出壓延法生產的技術關鍵。中化桂林選擇使用φ200和φ250銷釘機筒冷喂料擠出機組成雙擠出系統，在生產500～1000mm寬度膠片時，使用φ200擠出機單擠出；生產1000～1400mm寬膠片時使用φ250擠出機單擠出，而在擠出1400mm以上寬度膠片時，則由兩臺擠出機同時工作。內蒙古富特則選擇使用兩臺φ250銷釘機筒冷喂料擠出機組成雙擠出系統。
針對膠帶行業的膠料種類很多，不同膠種的擠出特性差異很大的特點，國內橡機企業對螺桿、機筒的結構進行了針對性的處理，以保證對輸送帶橡膠特別是特殊膠料的生產效率，提高擠出產量。雙擠出系統三維結構如下圖所示：
寬幅機頭決定了所能生產膠片的最大寬度。機頭形式是另一個具有較大技術難度的問題。德國生產的寬幅膠片擠出機采用的是一個流道寬度為2500mm，總寬度為3000mm的單腔機頭。由于這種機頭的流道很寬，故要求有較高的設計水平及成熟的設計經驗，同時，制造和調試的難度也較大，因為寬幅膠片擠出機頭是所有擠出機頭中技術難度最大的。采用兩個螺桿向同一個機頭供料，則流道的設計難度將更大。國內橡機企業在設計過程中，先進行三維設計，然后采用高聚物流變有限元計算軟件，對物料的流動進行計算機仿真模擬，不斷地修正流道結構，以逼近理想狀態。然后按照模擬仿真后的三維結構，對流道進行數控加工，以及通過出廠前的擠膠試驗，進行實物修正，從而保證了流道的設計及加工滿足對物料的擠出精度要求。
寬幅擠出壓延系統中，壓延機起到了對膠片進行最終精確壓型的作用，以保證膠片的精度要求。國產首臺橡膠寬幅膠片擠出壓延機組，其輥筒規格為φ810×2800mm，采用鉆孔式的冷卻結構，保證輥面溫度均勻；選用德國NOVO高精度位移傳感器，配備大傳動比減速系統及雙速電機，快速調距速度為3.35mm/min、慢速調距速度為0.83mm/min，調速精度為0.01mm，并可實現輥距的單動和聯動調節；軸交叉調節結構配備0.01mm的精度位移傳感器，可通過機械和液壓的組合機構，對輥筒進行零間隙調節，確保滿足生產薄制品的精度要求；采用上輥液壓預負荷裝置，以克服軸承的游隙，保證壓延精度；上橫梁安裝有數只液壓油缸，通過上下模梁及油缸的共同作用，將擠出機機頭的上下模體鎖緊，并配置縱向拉緊的楔塊式鎖緊結構，消除由于上橫梁的自重而產生的安裝間隙；下橫梁采用增加中間支撐的辦法，減少橫梁中部的變形量；溫控系統采用電加熱式，并加大用于預熱的電熱功率，提高輥筒溫度的控制精度，滿足壓延強度較差、熱敏性較高橡膠時的需求。
在聯動線中，采用輥道結構的接取方式，并配有前后兩端的自動接取輸送膠片機構，確保對寬幅膠片的自動輸送；冷卻鼓采用夾套式結構，鼓面經噴砂處理，防止與膠片的粘貼；設置膠片自動牽引機構，簡化膠片引頭時的人工操作；針對寬幅膠片不易人工操作的特點，設置接取輥道，采用PLC及光電控制，自動實現兩個卷取工位的轉換，并具備恒張力卷取、墊布張力控制、擴布等功能；采用電渦流厚度測量裝置，對所生產制品進行實時厚度監控，在滿足工藝質量控制的同時，降低了設備對安裝精度的要求，方便使用和維護。
經專家鑒定和使用驗證，國產橡膠寬幅膠片擠出壓延機組及聯動線與德、美等國同類設備相比，主機設計新穎，具有獨創性；生產能力比德國制造的同類設備提高了約40%。從整體水平來看，達到國際同類產品先進水平。
該生產線自投入使用后，很好地克服了傳統生產工藝中的產品質量缺陷，大大提高了膠片的致密性和尺寸的精確性，同時，還較好地滿足了原來難以加工的阻燃膠帶的制造要求。與傳統生產法相比，采用擠出壓延法生產工藝可提高生產效率一倍，節省生產用膠料約5%，百米缺陷數降低約40%，降低廢品率約30%，減少占地約20%。此外，還可以減少操作人員一倍以上。采用國產裝備替代進口，每條生產線可節省一次性設備采購費用近4000萬元人民幣。另外，還解決了進口設備的備品／備件價格高昂和售后服務不及時等方面的矛盾。
3．大型立式兩輥壓延機
為了適應蓬勃發展的中國城市軌道建設市場需要，解決國內生產橡膠地板廠家在生產新型環保阻燃橡膠地板這一領域的迫切生產需求及改進生產工藝的強烈愿望，大連橡膠塑料機械股份有限公司（以下簡稱：大橡塑）開發了Φ710×2130立式兩輥壓延機。
該設備適用于以擠出壓延法生產環保型阻燃橡膠地板的壓延工序，所生產制品的最大寬度可達1800mm，是目前國內生產橡膠地板規格最大的壓延機。設備主要參數如下表所示：
大橡塑推出的Φ710×2130立式兩輥壓延機具有如下創新點：⑴完善了輥筒軸承潤滑密封方式。通過在骨架密封圈的外圓密封面處設計4層密封凸臺，增大密封壓力，并結合進、回油路線優化設計，徹底解決了壓延機軸承稀油潤滑方式在骨架密封圈外圓存在漏油隱患的問題。⑵應用了新型切刀裝置。可調整的片狀刀片與牽引輥表面接觸即可切除制品多余邊料，從根本上解決了傳統圓盤轉刀使用中需要較大牽引壓力才能切除邊料，導致刀刃劃傷牽引輥表面的弊端。⑶改進了傳動系統。采用兩臺單輸入軸、單輸出軸減速機上下立式布置，通過兩臺交流變頻電機分別驅動上、下輥筒的新型傳動結構，利用輥筒的線速度差排出膠料中的氣泡，提高制品質量。
該設備在產品設計過程中運用了大量新技術、新思路，其中有多項成果已獲得國家專利。目前該設備使用效果一直良好，為用戶創造了大量的經濟效益。
4．恒張力纖維條擠出法生產線
青島高策橡膠工程有限公司（以下簡稱：青島高策）自主研發的恒張力纖維條擠出法生產線主要用于橡膠輪胎的冠帶條、鋼圈包布等部件的生產。
該生產線主要由雙工位線軸錠子架、排線器、擠出裝置、冷卻裝置、貯布裝置、分切機構、分條輸送裝置、雙工位卷取裝置、電控系統等組成。將兩組平行布置的纖維簾線通過排絲、敷膠、牽引、儲存、卷曲等作業機構，形成一條連續自動的纖維條敷膠擠出生產線。
整條生產線從線軸導開到卷取全部實現智能化控制，與傳統的纖維簾布壓延生產線相比具有以下優點：⑴實現連續化生產，取消生產中間周轉環節，簡化了生產工藝，節約了設備、工裝和人力，降低了產品成本；⑵采用線軸簾線供料方式，在各線軸處設置簾線張緊機構可實現單根簾線張力獨立控制，保證了張力的均勻性；⑶采用齒輪泵擠出機擠出，機頭口型壓力大，壓力波動小，膠料滲透性好；⑷簾線經過擠出覆膠裝置覆膠后由主動冷輥牽引，實現窄纖維條恒張力控制。
青島高策在研發恒張力纖維條擠出法生產線過程中，形成多項創新技術。其中，《恒張力纖維條擠出法生產線》已獲得國家專利授權，專利號：201120102827.5。
5．橡膠熔體齒輪泵擠出機組
由于橡膠齒輪泵具有正位移輸送特性、擠出制品尺寸精度高、建壓能力強、出膠溫度低等特點，在橡膠濾膠和擠出領域受到越來越大的重視。為了滿足國內對橡膠熔體齒輪泵的需求，北京化工大學橡膠塑料機械研究所與北京航空制造工程研究所、杭州朝陽橡膠有限公司合作，聯合研制開發了國內首套CPl50／10橡膠熔體齒輪泵；并在此基礎上，先后開發成功XCP150/100、XCP120/90等型號橡膠熔體齒輪泵擠出機組。
該橡膠熔體齒輪泵擠出機組體現了如下優勢和創新點：⑴具有理想的工作特性，保證擠出量與齒輪泵的轉速成線性關系，可以實現對產量精確控制，進一步提高產品的尺寸精度。利用齒輪泵進口、出口處采集的壓力、溫度等信息資料，使上、下游設備與齒輪泵同步工作，實現整個擠出過程全程在線監視與反饋控制。⑵采用獨特的溫控方式，能實現精確的溫度閉環控制，將膠料的溫度嚴格控制在設定的溫度范圍之內，防止膠料焦燒，并能實現低溫擠出。⑶采用特殊的結構形式，可以有效的防止膠料泄漏，實現自清潔。⑷通過在與齒輪接觸的端蓋上卸荷槽，消除“困油”現象對齒輪泵的不良影響，進一步延長了齒輪泵的壽命，增加膠料輸送的穩定性。⑸該齒輪泵采用一對變位斜齒輪相嚙合，齒輪與軸為一體，齒輪軸采用高耐磨材料，齒面經高頻淬火，表面硬度達到HRC58-62，精度等級為6HK。⑹齒輪泵的喂料口和出料口采用獨特的設計，使物料喂進齒輪泵流暢，不易產生滯留和氣穴，齒輪軸所受的徑向力減小，進一步延長了軸承壽命。
在產品開發過程中，以北京化工大學江波教授為首的研發團隊攻克了橡膠齒輪泵設計開發的三大難點：⑴軸承和潤滑結構。塑料齒輪泵轉子通常采用塑料熔體自潤滑方式進行潤滑。在齒輪軸上安裝滑動軸承，塑料熔體流入滑動軸承與泵體型腔的間隙，形成潤滑膜，起到潤滑作用。但是對于橡膠齒輪來說，滑動軸承的使用效果不如滾動軸承。在使用滑動軸承時，會有膠料流入軸承間隙，在很小的間隙內，膠料極易發生焦燒，所以很多齒輪泵采用了滾動軸承。同時，由于滑動軸承和齒輪軸之間的間隙非常小，橡膠內的固體物質如硬質雜質或者增強纖維等，這些雜質的粒徑大于軸承間隙，將造成軸承磨損，削弱軸承性能。低速工作時，由于潤滑膠料不易形成潤滑膜，從而導致金屬之間的摩擦，造成軸承失效。使用滾動軸承可避免上述問題，但就要考慮防止膠料流入軸承和防止軸承潤滑脂進入泵體的問題。在最新研制的橡膠齒輪上，北京化工大學橡膠塑料機械研究所在齒輪軸上加工返膠槽，驅動膠料流回泵體。同時，在齒輪軸上安裝密封元件，一方面防止膠料進入滾動軸承，另一方面防止軸承的潤滑脂進入泵體。此外，在返膠槽和密封元件之間開設出膠口，排除從返膠槽流出的膠料和從密封環泄露的潤滑脂；在密封元件的外側安裝軸承，起到支撐齒輪軸和承載軸向力的作用。⑵溫控系統。塑料齒輪泵僅僅是在齒輪泵上安裝電加熱器，以保證齒輪泵的溫度高于設定溫度。而對于橡膠加工來說，往往要采取足夠措施降低膠料溫度。針對上述情況，研發團隊在橡膠齒輪泵泵體上加工導熱介質流道，同時對橡膠齒輪泵的轉子進行冷卻，實現了降低擠出膠溫、降低返膠槽內膠料的溫度，防止焦燒的目的。⑶齒輪軸的優化設計。齒輪泵能夠起到穩壓的作用，但是直齒齒輪的嚙合也會產生產量波動。這是直齒齒輪泵自身在穩壓方面的缺陷。這種波動會在制品表面上形成一定缺陷，影響制品質量。為了避免這一問題，可以采用螺旋齒或人字齒。使用人字齒是可以有效地避免軸向力。但是如果齒輪的螺旋角太大，膠料將會從出口高壓區返回入口低壓區，破壞齒輪泵正位移輸送特征，降低齒輪泵的擠出精度。擠出精度可以歸類到相對產量精度或絕對產量精度。當產量較大，即便相對產量精度很好，但是絕對產量精度也會下降很多。針對上述情況，研發團隊對齒輪軸開展優化設計，最終很好地解決了問題。
由于橡膠熔體齒輪泵的工作特性，對不同膠料種類、機頭阻力和操作工藝條件適應性強，因此應用范圍非常廣泛，尤其在精密擠出成型和濾膠工藝以及壓延喂料中具有明顯的優勢，已成為國際橡膠和熱塑性彈性體加工領域中的一個新的熱點，引起業內人士的廣泛關注。相關研究已經表明，橡膠齒輪泵擠出機組可應用于橡膠的過濾、預熱、塑化和成型；向壓延機進行擠出供料；與熱喂料擠出機、冷喂料擠出機以及冷喂料排氣擠出機相配，進行輪胎膠胚的復合擠出，完成輸送帶、牽引帶、平板制品、膠管、膠條、內胎、電線電纜的擠出成型和膠輥的包膠以及高容量鑄模的填充。
6．自動轉盤式橡膠、PU、TPU鞋用連續注射成型機
國內從90年代初期開始引進德國、意大利等世界一流的鞋用轉盤式連幫注射成型機來生產旅游鞋、休閑鞋和安全鞋。但在使用過程中，機械零配件的價格昂貴、采購周期長、維修費用大且影響正常生產。為了克服這一問題，國內企業在研究進口設備的性能特點和維修技術的同時，努力嘗試整機國產化的。賽納（瑞安）機械工程有限公司（以下簡稱：賽納）研制開發了自動轉盤式橡膠、PU、TPU鞋用連續注射成型機，成功地填補了國內空白。
該機組集光、機、電、氣于一體，采用了電腦控制、光電監控、變頻調速、反應注射、機械手操作等先進技術，適用于以橡膠、PU、TPU為原料，生產特種軍用靴及各種抗靜電、電絕緣、抗沖擊、防穿刺、耐嚴寒、耐油、耐酸堿、高耐磨等多功能安全鞋和登山鞋、運動鞋、休閑鞋的連幫注射成型，生產效率高。
大型鞋用連續注射成型機設計制造技術，目前世界上僅少數發達國家掌握，賽納是國內獨家擁有該技術的企業。自動轉盤式橡膠、PU、TPU鞋用連續注射成型機的開發成功，為推動我國特種軍用鞋（靴）達到國際領先水平，各種多功能的安全鞋、勞保鞋、職業鞋走向國際市場，提供了先進的技術裝備。
7．對擠法內襯層生產線
隨著輪胎行業的快速發展，為解決制約輪胎廠提產的瓶頸問題，國內外廠商紛紛把目光投向了一次復合完成內襯層的生產技術。軟控股份有限公司自主研發的對擠法內襯層生產線（如下圖所示），具有生產效率高、制品精度高、性能穩定等特點，處于國際先進水平。
對擠法內襯層生產線通過減少卷曲之后的二次導開，實現了一次性擠出壓延后的熱貼合，徹底解決了100萬套全鋼子午線輪胎生產線配置一條內襯層生產線產能不足，而配置兩條內襯層生產線產能嚴重過剩的問題。該生產線還實現了設備網絡化管理，能夠實時監控，方便操作和維護；采用主從式定中形式，定中精度高、貼合無氣泡。
對擠法內襯層生產線的研制成功從整體上提高了輪胎生產效率，推動了輪胎質量的快速提升，提升了我國輪胎業生產設備國產化比例。
8．內襯層壓延生產線
軟控股份有限公司自主研發的內襯層壓延生產線主要用于生產輪胎成型所需的內襯層、薄膠片等材料。該設備綜合利用了機械與自控、測量、軟件、光機電一體化等先進技術，成功解決了生產效率低、“拉伸”率和“氣泡”率較高等難題，并在國際上首創了三種膠片一次性熱貼技術，提高了設備的生產效率、精度及穩定性，降低了能耗，經鑒定達到國際先進水平，對提高我國橡膠輪胎行業整體的生產、管理信息化水平具有重要推動作用。
該生產線榮獲2010年度青島市科技進步一等獎。
9．橡膠一步法注射成型技術與設備
橡膠注射成型技術是一種高質高效低耗、可替代傳統模壓成型的新技術，具有廣泛的應用前景和巨大的開發潛力。傳統的注射成型設備有兩種，一是螺桿往復式注射機，二是螺桿柱塞式注射機。無論是前者還是后者，其工作原理均是：⑴塑化定量。膠料通過螺桿機筒系統的塑化并進入機械定量階段。⑵注射。當達到預定的容量時，軸向注射裝置向前推進將定量塑化好的膠料注射入模腔。業界將這種注射成型方法稱為“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呂柏源教授領導的研發團隊針對二步法存在的問題，自主創新，開發出一種新型技術，即將膠料在高速旋轉的螺桿和特殊增壓機構內進行塑化，并連續以高速、高壓、高溫的料流直接注射入模腔，當模腔注滿膠料時，系統將發出定量信號，停止注射同時進行保壓。這種技術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“一步注射成型法”，即“一步法”。
一步法注射成型技術取消了傳統注射成型技術的軸向注射裝置，使傳統塑化定量、注射兩個步驟的成型技術融合成一步完成，與傳統注射技術與設備相比，具有如下優勢：⑴突破了注射容量限制。既可注射小容量橡膠制品，也可注射巨型橡膠制品。⑵設備體積減小，結構簡單，從而降低了制造成本。⑶提高了熱歷程均勻性，有利于產品質量的提高以及可以調節制品的成型壓力，實現控制制品質量的目的。
橡膠一步法注射成型技術與設備已經通過中國石油和化學工業協會組織的專家鑒定，并已推廣到輪胎膠囊、油田螺桿鉆具橡膠定子和實心輪胎等橡膠產品試生產。試用證明，該技術提高了注射的塑化質量，進而提高了制品的使用性能；同時設備結構簡單、緊湊，具有提高效率，節省能源，方便操作，易于維護保養和實現文明生產等優點。
◆煉壓設備
1．一次法低溫煉膠生產線
近年來，一些橡膠機械企業致力于開發和推廣使用一次法低溫煉膠生產線，以滿足生產綠色輪胎的需要。到2013年底，至少有大連橡膠塑料機械股份有限公司、軟控股份有限公司、北京萬向新元科技股份有限公司、華工百川科技股份有限公司、益陽橡膠塑料機械集團有限公司、青島雙星橡塑機械有限公司等10多家企業參與開發該新產品。
目前，一次法低溫煉膠生產線有如下兩種類型：⑴由一臺密煉機加多臺開煉機和一套膠片冷卻裝置組成；⑵由上、下兩臺密煉機疊加組合在一起的密煉機組和壓片機、膠片冷卻裝置組成。益陽橡膠塑料機械集團有限公司的密煉機組由GE320和GE590T組成；大連橡膠塑料機械股份有限公司的密煉機組由XMN-320X（5-50）Y和XMN-580X（5-50）組成。
由密煉機和開煉機組成的生產線，開煉機數量為4～6臺，且要求調速和液壓調距。該生產線可提高生產能力17%～25%，節能約20%，減少操作人員50%，提高混煉膠質量。
疊加密煉機組又稱串聯式密煉機，該生產線適用于混煉白炭黑膠料，機器采用嚙合型轉子，將膠料多段混煉變為一段混煉，綜合節能可達30%，投資減少20%～33%，生產效率提高50%，改善膠料的分散度和均勻性，提高混煉膠質量。
一次法低溫煉膠生產線符合國家產業結構發展方向，此類項目得到了國家相關部門的普遍支持。例如，益陽橡膠塑料機械集團有限公司的研發及產業化項目2011年度被列入中央資本金項目，獲1300萬元支持資金。
煉膠設備在整個輪胎生產中是能耗最大的一個環節，節能空間較大。一次法低溫煉膠生產線從根本上改變了傳統的煉膠方式，由原來的多段混煉改變為一段混煉，大大提高了膠料的質量及生產效率，并且噸膠耗能可以降低20%以上。該生產線還解決了膠料在開煉機上的自動循環、自動加硫等問題，大大提高了生產自動化。此外，輪胎行業要發展循環經濟，也需要節能、環保、高效的設備作支撐。一次法低溫煉膠生產線的開發成功，對我國橡膠工業節能減排起到一個革命性促進作用，對橡膠工業的生產和發展具有深遠的意義。
根據計算，以年產200萬套全鋼子午線輪胎的規模，僅在煉膠環節，采用一次法低溫煉膠生產線的新煉膠工藝，較傳統工藝節約電費每年在2500萬元人民幣以上。目前，一次法低溫煉膠生產線已經成為新上輪胎項目的標準配置，并且越來越多地應用于輪胎企業技術改造項目。
2．橡膠寬幅膠片擠出壓延機組及聯動線
隨著國內外能源工業的迅速發展，大型連續運輸設備對橡膠輸送帶的需求量在不斷增加。在輸送帶行業，當前國際先進的生產方法是采用擠出壓延法來生產橡膠寬幅膠片，并一次性完成膠片的接取、冷卻、貼合、卷取等操作，以保證輸送帶的產品質量和生產效率，但是用于寬幅膠片生產的擠出壓延法裝備只有德國等少數國家可以制造。因此，研發具有國際先進水平的新型工藝裝備，大大提高輸送帶的生產效率和使用壽命，以滿足煤礦、鋼鐵、水泥、港口、電力等行業的大型連續運輸設備對輸送帶的需求量及品質的要求，勢在必行。
近年來，中國化學工業桂林工程有限公司（以下簡稱：中化桂林）、內蒙古富特橡塑機械有限公司（以下簡稱：內蒙古富特）等企業在廣泛的市場調研、吸取德國設備先進技術的基礎上，通過試驗模擬研究，提出了具有自主知識產權的技術路線，先后研發成功橡膠寬幅膠片擠出壓延機組及聯動線，填補了國內空白。
國產橡膠寬幅膠片擠出壓延機組及聯動線的工藝流程如下圖所示：
寬幅擠出壓延系統是采用擠出壓延法生產的技術關鍵。中化桂林選擇使用φ200和φ250銷釘機筒冷喂料擠出機組成雙擠出系統，在生產500～1000mm寬度膠片時，使用φ200擠出機單擠出；生產1000～1400mm寬膠片時使用φ250擠出機單擠出，而在擠出1400mm以上寬度膠片時，則由兩臺擠出機同時工作。內蒙古富特則選擇使用兩臺φ250銷釘機筒冷喂料擠出機組成雙擠出系統。
針對膠帶行業的膠料種類很多，不同膠種的擠出特性差異很大的特點，國內橡機企業對螺桿、機筒的結構進行了針對性的處理，以保證對輸送帶橡膠特別是特殊膠料的生產效率，提高擠出產量。雙擠出系統三維結構如下圖所示：
寬幅擠出壓延系統中，壓延機起到了對膠片進行最終精確壓型的作用，以保證膠片的精度要求。國產首臺橡膠寬幅膠片擠出壓延機組，其輥筒規格為φ810×2800mm，采用鉆孔式的冷卻結構，保證輥面溫度均勻；選用德國NOVO高精度位移傳感器，配備大傳動比減速系統及雙速電機，快速調距速度為3.35mm/min、慢速調距速度為0.83mm/min，調速精度為0.01mm，并可實現輥距的單動和聯動調節；軸交叉調節結構配備0.01mm的精度位移傳感器，可通過機械和液壓的組合機構，對輥筒進行零間隙調節，確保滿足生產薄制品的精度要求；采用上輥液壓預負荷裝置，以克服軸承的游隙，保證壓延精度；上橫梁安裝有數只液壓油缸，通過上下模梁及油缸的共同作用，將擠出機機頭的上下模體鎖緊，并配置縱向拉緊的楔塊式鎖緊結構，消除由于上橫梁的自重而產生的安裝間隙；下橫梁采用增加中間支撐的辦法，減少橫梁中部的變形量；溫控系統采用電加熱式，并加大用于預熱的電熱功率，提高輥筒溫度的控制精度，滿足壓延強度較差、熱敏性較高橡膠時的需求。
在聯動線中，采用輥道結構的接取方式，并配有前后兩端的自動接取輸送膠片機構，確保對寬幅膠片的自動輸送；冷卻鼓采用夾套式結構，鼓面經噴砂處理，防止與膠片的粘貼；設置膠片自動牽引機構，簡化膠片引頭時的人工操作；針對寬幅膠片不易人工操作的特點，設置接取輥道，采用PLC及光電控制，自動實現兩個卷取工位的轉換，并具備恒張力卷取、墊布張力控制、擴布等功能；采用電渦流厚度測量裝置，對所生產制品進行實時厚度監控，在滿足工藝質量控制的同時，降低了設備對安裝精度的要求，方便使用和維護。
經專家鑒定和使用驗證，國產橡膠寬幅膠片擠出壓延機組及聯動線與德、美等國同類設備相比，主機設計新穎，具有獨創性；生產能力比德國制造的同類設備提高了約40%。從整體水平來看，達到國際同類產品先進水平。
該生產線自投入使用后，很好地克服了傳統生產工藝中的產品質量缺陷，大大提高了膠片的致密性和尺寸的精確性，同時，還較好地滿足了原來難以加工的阻燃膠帶的制造要求。與傳統生產法相比，采用擠出壓延法生產工藝可提高生產效率一倍，節省生產用膠料約5%，百米缺陷數降低約40%，降低廢品率約30%，減少占地約20%。此外，還可以減少操作人員一倍以上。采用國產裝備替代進口，每條生產線可節省一次性設備采購費用近4000萬元人民幣。另外，還解決了進口設備的備品／備件價格高昂和售后服務不及時等方面的矛盾。
3．大型立式兩輥壓延機
為了適應蓬勃發展的中國城市軌道建設市場需要，解決國內生產橡膠地板廠家在生產新型環保阻燃橡膠地板這一領域的迫切生產需求及改進生產工藝的強烈愿望，大連橡膠塑料機械股份有限公司（以下簡稱：大橡塑）開發了Φ710×2130立式兩輥壓延機。
該設備適用于以擠出壓延法生產環保型阻燃橡膠地板的壓延工序，所生產制品的最大寬度可達1800mm，是目前國內生產橡膠地板規格最大的壓延機。設備主要參數如下表所示：
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最大制品厚度 |
0.5～0.6 mm |
輥筒規格 |
Φ710 mm×2130 mm |
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制品厚度誤差 |
±0.05 mm |
輥筒數量 |
2 |
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制品最大寬度 |
1800 mm |
輥筒排列方式 |
立式 |
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制品寬度誤差 |
±1 mm |
輥筒線速度 |
1.2～12m/min |
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生產能力 |
≈12t/h |
上下輥筒速比 |
0.5～1 |
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主電機功率 |
55kW×2 |
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該設備在產品設計過程中運用了大量新技術、新思路，其中有多項成果已獲得國家專利。目前該設備使用效果一直良好，為用戶創造了大量的經濟效益。
4．恒張力纖維條擠出法生產線
青島高策橡膠工程有限公司（以下簡稱：青島高策）自主研發的恒張力纖維條擠出法生產線主要用于橡膠輪胎的冠帶條、鋼圈包布等部件的生產。
該生產線主要由雙工位線軸錠子架、排線器、擠出裝置、冷卻裝置、貯布裝置、分切機構、分條輸送裝置、雙工位卷取裝置、電控系統等組成。將兩組平行布置的纖維簾線通過排絲、敷膠、牽引、儲存、卷曲等作業機構，形成一條連續自動的纖維條敷膠擠出生產線。
整條生產線從線軸導開到卷取全部實現智能化控制，與傳統的纖維簾布壓延生產線相比具有以下優點：⑴實現連續化生產，取消生產中間周轉環節，簡化了生產工藝，節約了設備、工裝和人力，降低了產品成本；⑵采用線軸簾線供料方式，在各線軸處設置簾線張緊機構可實現單根簾線張力獨立控制，保證了張力的均勻性；⑶采用齒輪泵擠出機擠出，機頭口型壓力大，壓力波動小，膠料滲透性好；⑷簾線經過擠出覆膠裝置覆膠后由主動冷輥牽引，實現窄纖維條恒張力控制。
青島高策在研發恒張力纖維條擠出法生產線過程中，形成多項創新技術。其中，《恒張力纖維條擠出法生產線》已獲得國家專利授權，專利號：201120102827.5。
5．橡膠熔體齒輪泵擠出機組
由于橡膠齒輪泵具有正位移輸送特性、擠出制品尺寸精度高、建壓能力強、出膠溫度低等特點，在橡膠濾膠和擠出領域受到越來越大的重視。為了滿足國內對橡膠熔體齒輪泵的需求，北京化工大學橡膠塑料機械研究所與北京航空制造工程研究所、杭州朝陽橡膠有限公司合作，聯合研制開發了國內首套CPl50／10橡膠熔體齒輪泵；并在此基礎上，先后開發成功XCP150/100、XCP120/90等型號橡膠熔體齒輪泵擠出機組。
該橡膠熔體齒輪泵擠出機組體現了如下優勢和創新點：⑴具有理想的工作特性，保證擠出量與齒輪泵的轉速成線性關系，可以實現對產量精確控制，進一步提高產品的尺寸精度。利用齒輪泵進口、出口處采集的壓力、溫度等信息資料，使上、下游設備與齒輪泵同步工作，實現整個擠出過程全程在線監視與反饋控制。⑵采用獨特的溫控方式，能實現精確的溫度閉環控制，將膠料的溫度嚴格控制在設定的溫度范圍之內，防止膠料焦燒，并能實現低溫擠出。⑶采用特殊的結構形式，可以有效的防止膠料泄漏，實現自清潔。⑷通過在與齒輪接觸的端蓋上卸荷槽，消除“困油”現象對齒輪泵的不良影響，進一步延長了齒輪泵的壽命，增加膠料輸送的穩定性。⑸該齒輪泵采用一對變位斜齒輪相嚙合，齒輪與軸為一體，齒輪軸采用高耐磨材料，齒面經高頻淬火，表面硬度達到HRC58-62，精度等級為6HK。⑹齒輪泵的喂料口和出料口采用獨特的設計，使物料喂進齒輪泵流暢，不易產生滯留和氣穴，齒輪軸所受的徑向力減小，進一步延長了軸承壽命。
在產品開發過程中，以北京化工大學江波教授為首的研發團隊攻克了橡膠齒輪泵設計開發的三大難點：⑴軸承和潤滑結構。塑料齒輪泵轉子通常采用塑料熔體自潤滑方式進行潤滑。在齒輪軸上安裝滑動軸承，塑料熔體流入滑動軸承與泵體型腔的間隙，形成潤滑膜，起到潤滑作用。但是對于橡膠齒輪來說，滑動軸承的使用效果不如滾動軸承。在使用滑動軸承時，會有膠料流入軸承間隙，在很小的間隙內，膠料極易發生焦燒，所以很多齒輪泵采用了滾動軸承。同時，由于滑動軸承和齒輪軸之間的間隙非常小，橡膠內的固體物質如硬質雜質或者增強纖維等，這些雜質的粒徑大于軸承間隙，將造成軸承磨損，削弱軸承性能。低速工作時，由于潤滑膠料不易形成潤滑膜，從而導致金屬之間的摩擦，造成軸承失效。使用滾動軸承可避免上述問題，但就要考慮防止膠料流入軸承和防止軸承潤滑脂進入泵體的問題。在最新研制的橡膠齒輪上，北京化工大學橡膠塑料機械研究所在齒輪軸上加工返膠槽，驅動膠料流回泵體。同時，在齒輪軸上安裝密封元件，一方面防止膠料進入滾動軸承，另一方面防止軸承的潤滑脂進入泵體。此外，在返膠槽和密封元件之間開設出膠口，排除從返膠槽流出的膠料和從密封環泄露的潤滑脂；在密封元件的外側安裝軸承，起到支撐齒輪軸和承載軸向力的作用。⑵溫控系統。塑料齒輪泵僅僅是在齒輪泵上安裝電加熱器，以保證齒輪泵的溫度高于設定溫度。而對于橡膠加工來說，往往要采取足夠措施降低膠料溫度。針對上述情況，研發團隊在橡膠齒輪泵泵體上加工導熱介質流道，同時對橡膠齒輪泵的轉子進行冷卻，實現了降低擠出膠溫、降低返膠槽內膠料的溫度，防止焦燒的目的。⑶齒輪軸的優化設計。齒輪泵能夠起到穩壓的作用，但是直齒齒輪的嚙合也會產生產量波動。這是直齒齒輪泵自身在穩壓方面的缺陷。這種波動會在制品表面上形成一定缺陷，影響制品質量。為了避免這一問題，可以采用螺旋齒或人字齒。使用人字齒是可以有效地避免軸向力。但是如果齒輪的螺旋角太大，膠料將會從出口高壓區返回入口低壓區，破壞齒輪泵正位移輸送特征，降低齒輪泵的擠出精度。擠出精度可以歸類到相對產量精度或絕對產量精度。當產量較大，即便相對產量精度很好，但是絕對產量精度也會下降很多。針對上述情況，研發團隊對齒輪軸開展優化設計，最終很好地解決了問題。
由于橡膠熔體齒輪泵的工作特性，對不同膠料種類、機頭阻力和操作工藝條件適應性強，因此應用范圍非常廣泛，尤其在精密擠出成型和濾膠工藝以及壓延喂料中具有明顯的優勢，已成為國際橡膠和熱塑性彈性體加工領域中的一個新的熱點，引起業內人士的廣泛關注。相關研究已經表明，橡膠齒輪泵擠出機組可應用于橡膠的過濾、預熱、塑化和成型；向壓延機進行擠出供料；與熱喂料擠出機、冷喂料擠出機以及冷喂料排氣擠出機相配，進行輪胎膠胚的復合擠出，完成輸送帶、牽引帶、平板制品、膠管、膠條、內胎、電線電纜的擠出成型和膠輥的包膠以及高容量鑄模的填充。
6．自動轉盤式橡膠、PU、TPU鞋用連續注射成型機
國內從90年代初期開始引進德國、意大利等世界一流的鞋用轉盤式連幫注射成型機來生產旅游鞋、休閑鞋和安全鞋。但在使用過程中，機械零配件的價格昂貴、采購周期長、維修費用大且影響正常生產。為了克服這一問題，國內企業在研究進口設備的性能特點和維修技術的同時，努力嘗試整機國產化的。賽納（瑞安）機械工程有限公司（以下簡稱：賽納）研制開發了自動轉盤式橡膠、PU、TPU鞋用連續注射成型機，成功地填補了國內空白。
該機組集光、機、電、氣于一體，采用了電腦控制、光電監控、變頻調速、反應注射、機械手操作等先進技術，適用于以橡膠、PU、TPU為原料，生產特種軍用靴及各種抗靜電、電絕緣、抗沖擊、防穿刺、耐嚴寒、耐油、耐酸堿、高耐磨等多功能安全鞋和登山鞋、運動鞋、休閑鞋的連幫注射成型，生產效率高。
大型鞋用連續注射成型機設計制造技術，目前世界上僅少數發達國家掌握，賽納是國內獨家擁有該技術的企業。自動轉盤式橡膠、PU、TPU鞋用連續注射成型機的開發成功，為推動我國特種軍用鞋（靴）達到國際領先水平，各種多功能的安全鞋、勞保鞋、職業鞋走向國際市場，提供了先進的技術裝備。
7．對擠法內襯層生產線
隨著輪胎行業的快速發展，為解決制約輪胎廠提產的瓶頸問題，國內外廠商紛紛把目光投向了一次復合完成內襯層的生產技術。軟控股份有限公司自主研發的對擠法內襯層生產線（如下圖所示），具有生產效率高、制品精度高、性能穩定等特點，處于國際先進水平。
對擠法內襯層生產線的研制成功從整體上提高了輪胎生產效率，推動了輪胎質量的快速提升，提升了我國輪胎業生產設備國產化比例。
8．內襯層壓延生產線
軟控股份有限公司自主研發的內襯層壓延生產線主要用于生產輪胎成型所需的內襯層、薄膠片等材料。該設備綜合利用了機械與自控、測量、軟件、光機電一體化等先進技術，成功解決了生產效率低、“拉伸”率和“氣泡”率較高等難題，并在國際上首創了三種膠片一次性熱貼技術，提高了設備的生產效率、精度及穩定性，降低了能耗，經鑒定達到國際先進水平，對提高我國橡膠輪胎行業整體的生產、管理信息化水平具有重要推動作用。
該生產線榮獲2010年度青島市科技進步一等獎。
9．橡膠一步法注射成型技術與設備
橡膠注射成型技術是一種高質高效低耗、可替代傳統模壓成型的新技術，具有廣泛的應用前景和巨大的開發潛力。傳統的注射成型設備有兩種，一是螺桿往復式注射機，二是螺桿柱塞式注射機。無論是前者還是后者，其工作原理均是：⑴塑化定量。膠料通過螺桿機筒系統的塑化并進入機械定量階段。⑵注射。當達到預定的容量時，軸向注射裝置向前推進將定量塑化好的膠料注射入模腔。業界將這種注射成型方法稱為“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呂柏源教授領導的研發團隊針對二步法存在的問題，自主創新，開發出一種新型技術，即將膠料在高速旋轉的螺桿和特殊增壓機構內進行塑化，并連續以高速、高壓、高溫的料流直接注射入模腔，當模腔注滿膠料時，系統將發出定量信號，停止注射同時進行保壓。這種技術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“一步注射成型法”，即“一步法”。
一步法注射成型技術取消了傳統注射成型技術的軸向注射裝置，使傳統塑化定量、注射兩個步驟的成型技術融合成一步完成，與傳統注射技術與設備相比，具有如下優勢：⑴突破了注射容量限制。既可注射小容量橡膠制品，也可注射巨型橡膠制品。⑵設備體積減小，結構簡單，從而降低了制造成本。⑶提高了熱歷程均勻性，有利于產品質量的提高以及可以調節制品的成型壓力，實現控制制品質量的目的。
橡膠一步法注射成型技術與設備已經通過中國石油和化學工業協會組織的專家鑒定，并已推廣到輪胎膠囊、油田螺桿鉆具橡膠定子和實心輪胎等橡膠產品試生產。試用證明，該技術提高了注射的塑化質量，進而提高了制品的使用性能；同時設備結構簡單、緊湊，具有提高效率，節省能源，方便操作，易于維護保養和實現文明生產等優點。
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