新型藥用膠塞半成品膠片聯(lián)動生產(chǎn)線的設計與應用

檀榮田

（河北橡一醫(yī)藥科技股份有限公司，河北石家莊050800）

0 引言

目前，在膠塞行業(yè)中半成品膠片的制造生產(chǎn)線通常采用三輥壓延法、冷喂料擠出+兩輥壓延法來制造半成品膠片。后一種方法的擠出機頭有的采用圓筒機頭擠出后進入兩輥壓延機再次壓延成型，也有的采用片式機頭擠出后進入兩輥壓延機再次壓延成型。

以上幾種方法國內(nèi)膠塞企業(yè)均有采用，但是由于膠塞是屬于接觸藥品的特種橡膠制品，其配方中基本不用炭黑，而且含膠率很高，這樣的橡膠制品壓延和擠出性能都很差，采用壓延法制造的半成品收縮嚴重，而采用擠出壓延法制造的半成品同樣產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定，為了彌補產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定的缺陷，廠家分別采用卷取停放進而裁斷、鎮(zhèn)壓法限制膠片變形、預留尺寸等以便硫化時二次裁剪定寬定長等方法，以獲得穩(wěn)定的半成品尺寸，進而提高膠塞的硫化合格率。

為了獲得更好的半成品尺寸，我公司采用了國際先進的單輥筒擠出生產(chǎn)線，即由1個穩(wěn)定擠出機和1個單輥筒機頭組成的低壓擠出系統(tǒng)，解決了上述難題，同時對后續(xù)的冷卻和裁斷也進行了進一步的優(yōu)化，獲得了穩(wěn)定的半成品。現(xiàn)對該生產(chǎn)線作一簡單介紹。

1 擠出生產(chǎn)線介紹

我公司的主要產(chǎn)品為藥用丁基膠塞和輸液PP膠塞2類產(chǎn)品，分別使用醫(yī)用級鹵化丁基橡膠和醫(yī)用級合成異戊二烯橡膠，考慮到這2種膠料的加工性能不同和醫(yī)用產(chǎn)品的潔凈要求，要做到專線專用，為生產(chǎn)丁基膠塞和PP膠塞分別選用生產(chǎn)線，根據(jù)年產(chǎn)50億只（混煉膠10000t）膠塞的生產(chǎn)能力，各選用1條由直徑150mm×14D冷喂料擠出機及配套的冷卻裁斷輔機組成的聯(lián)動生產(chǎn)線。膠片聯(lián)動生產(chǎn)線如圖1所示。

圖1 膠片聯(lián)動生產(chǎn)線

1.1 擠出機

擠出機選用直徑150mm×14D的銷釘冷喂料擠出機，擠出機配有5段溫控裝置，分別控制擠出機的螺桿、喂料段、擠出段、機頭段和單輥筒的溫度。供膠裝置的供膠速度由喂膠浮動輥調(diào)節(jié)。當金屬探測器檢測到膠料內(nèi)有金屬時，會發(fā)出報警以提醒操作工。余膠返回裝置將返回輥筒機頭切邊后多余的膠料，重新送入喂料口。根據(jù)2種不同的膠料選用不同的銷釘個數(shù)和長度。

單輥筒擠出機的技術(shù)參數(shù)：螺桿直徑150mm；長徑比14:1；驅(qū)動功率185kW；螺桿轉(zhuǎn)速4～40r/min；最大擠出能力1200kg/h。

1.2 單輥筒機頭

單輥筒機頭如圖2所示，機頭體分為上、下2個部分，機頭下體與擠出機相連，機頭上體通過液壓缸與下體鎖緊，上體還可通過開模油缸輕松打開，便于清理余膠。擠出膠片的寬度為560mm、厚度為1.5～4mm。根據(jù)2種不同膠料的流動特性，在機頭下部制作鑲嵌式活絡流道契塊，調(diào)整擠出膠片的斷面均勻度。

圖2 單輥筒機頭

1.3 預收縮段

預收縮段采用4組同徑輥筒輸送，選用4組不同動力來調(diào)節(jié)速度差以實現(xiàn)強制收縮，收縮比從1%～10%可調(diào)。此段主要作用是為應對剛擠出的膠片急劇降溫和快速收縮而設。

1.4 連續(xù)米秤

設連續(xù)米秤1臺，米秤的有效寬度為600mm；長度為1000mm；稱量范圍為0～5kg；動態(tài)精度±0.3%、靜態(tài)精度±0.1%。連續(xù)米秤主要是控制膠片的單重波動。

1.5 多層風冷膠片機

設風冷膠片機1臺，風冷膠片機有效寬度600mm，5層結(jié)構(gòu)，全封閉空調(diào)冷風。冷風經(jīng)初效、中效2級過濾，冷卻膠片總長75m，各層之間設浮動輥，浮動輥可根據(jù)膠片收縮情況自動調(diào)整每層膠片的線速度，原則上運輸帶的線速度是逐層降低的，這樣可獲得良好穩(wěn)定的半成品膠片尺寸。

1.6 蓄片機構(gòu)及定長裁斷機

蓄片機構(gòu)采用位移傳感器測量蓄片的多少，由伺服電機控制定長輸送皮帶，進而控制膠片的裁斷長度。

1.7 快速分離機構(gòu)及終檢秤

為了方便終檢秤的最后稱量，在終檢秤上設置了快速分離裝置，快速分離后的膠片經(jīng)終檢秤稱量，合格品通過，不合格品報警。終檢秤參數(shù)：精度±3g；稱量最大值5kg；稱量精度為動態(tài)±0.3%、靜態(tài)±0.1%。

1.8 膠片拾取裝置

膠片拾取裝置是該生產(chǎn)線的最后一個裝置，經(jīng)終檢秤檢查合格的膠片被拾取到百葉車上，供硫化工序使用。而不合格的膠片則被剔除，返回擠出機再次擠出。

1.9 電氣控制部分

整個電氣控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC系統(tǒng)、AC變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。

觸摸屏通過Profibus/MPI與PLC控制系統(tǒng)進行通訊連接，PLC系統(tǒng)內(nèi)部各站點之間通過Profibus工業(yè)網(wǎng)絡進行通訊連接。

PLC系統(tǒng)有1臺CPU作為主站CPU，其他各部分采用遠程ET200M站的形式通過Profibus連接，由主站CPU管理控制。

2 單輥筒擠出的特點及應用

單輥筒擠出是集擠出技術(shù)和壓延技術(shù)于一體的新型技術(shù)，目前在我國橡膠行業(yè)剛開始應用，而藥用膠塞企業(yè)則是初次應用，以下簡述該技術(shù)的原理及結(jié)構(gòu)。

2.1 主要結(jié)構(gòu)

擠出機頭分為上、下2個部分（圖2），下機頭部分固定在機筒法蘭上，上機頭部分通過鉸鏈安裝在機筒上，可以通過油壓缸打開進行清潔。機頭兩模體通過安裝在下模上的2個油缸來鎖緊。位于膠料導向區(qū)域的機頭上部帶有特殊的流道，下部平坦。機頭上部包括口型板，形成了型輥的上部切面。制品的厚度可通過調(diào)節(jié)輥筒與口型板的間隙實現(xiàn)。采用電機驅(qū)動蝸輪減速裝置來調(diào)節(jié)輥筒高低。口型板通過油壓驅(qū)動的楔形塊來夾緊，可以很方便地進行口型板更換操作。裁邊裝置用于裁去膠片的余邊。裁邊輥由高強度鋼制成，經(jīng)硬化處理后（HRC60），輥面研磨處理成高同心度圓柱輥。裁邊通過2片無動力可調(diào)式圓形刀片實現(xiàn)，刀片有預加載荷；刀片可通過手搖絲杠移動并且可由氣缸驅(qū)動抬起。

2.2 工作原理

單輥筒擠出生產(chǎn)線的工作原理如圖1所示。膠料通過擠出機螺桿后到達流道，流道將膠料展開至預口型。在預口型底部設有一個與大氣相通的開口，該開口可降低機頭壓力，而輥筒的旋轉(zhuǎn)作用推動膠料經(jīng)口型板擠出。由于壓力釋放及輥筒的推動作用，膠料擠出時的口型壓力非常小、擠出溫度低、口型膨脹小，得到的半成品尺寸精度高，同時由于輥筒的推動作用，膠料與輥筒接觸面光潔，與壓延或擠出加輥壓法得到的光潔度相當。通過更換不同的口型板可生產(chǎn)出多種尺寸精確、形狀特殊的半成品。

2.3 特點及應用

普通擠出機頭會產(chǎn)生高壓，機頭壓力高帶來的不僅僅是口型膨脹大的問題，通常還會帶來其他問題。壓力高則無法生產(chǎn)薄的截面膠片，而藥用膠塞的半成品是截面厚度相等的薄膠片，不易采用純擠出法生產(chǎn)。壓延法雖然可以完成薄膠片的生產(chǎn)，但實踐證明藥用膠塞膠片由于不含炭黑，壓延性能很差，壓延制作的半成品后期收縮嚴重，給硫化帶來困難。不過，采用單輥筒口型則較好地避免了上述情況，由于壓力極低，擠出溫度也低，生產(chǎn)線速度較高，擠出半成品只需經(jīng)少量強制收縮工序。因此，生產(chǎn)線系統(tǒng)大大簡化，這對系統(tǒng)控制和操作者都是有利的。單輥筒口型結(jié)構(gòu)較為簡單，更換口型更為方便。

3 輔助生產(chǎn)線的特點及應用

藥用膠塞生產(chǎn)線不同于一般橡膠廠的生產(chǎn)線，它最主要的一個特點就是對生產(chǎn)環(huán)境的要求，該生產(chǎn)線所處區(qū)域為潔凈控制區(qū)，要求潔凈級別為30萬級，生產(chǎn)區(qū)域要求凈化處理，廠房用彩鋼板圍護，層高3m，中央空調(diào)送風，空氣經(jīng)初效、中效2級過濾，廠房內(nèi)潔凈風換風次數(shù)≥15次/h。除了環(huán)境要求之外，對設備和工藝也有很多特殊要求。

3.1 產(chǎn)品尺寸和重量的嚴格性

藥用膠塞所用膠料由于不含炭黑，無論擠出性能還是壓延性能都不是很好，嚴格的半成品尺寸很難控制，而膠塞為批量很大的純膠制品，目前我公司所用模具的模比可達2352腔/模。要求的膠片尺寸為1300mm×600mm×2.5mm，重量約2.5kg，重量精度誤差±5g。半成品尺寸及重量的微小誤差會影響硫化產(chǎn)品的合格率和消耗的大幅度波動。以前采用的生產(chǎn)方法很難滿足要求，采用單輥筒擠出線后，基本能滿足工藝需求。

3.2 膠料的特殊性

藥用膠塞的膠料主要為鹵化丁基膠和合成異戊二烯膠，配方中不含炭黑，衛(wèi)生要求高，膠片不允許用水直接冷卻，設備及工裝器具接觸膠料部分不得污染膠料，膠料黏性高。針對膠料的特點需對輔助設備提出一些特殊要求。

3.3 膠片風冷機

膠片風冷機采用全封閉潔凈風冷卻，冷卻介質(zhì)不污染膠料。結(jié)構(gòu)上采用5層結(jié)構(gòu)，總高控制在3m以內(nèi)，以適應潔凈室要求，每層轉(zhuǎn)向時設浮動輥，冷卻膠片的冷卻總長度為75m，膠料充分自由收縮，容易獲得穩(wěn)定的半成品膠片。而目前國內(nèi)膠塞企業(yè)還在普遍采用鼓式冷卻，冷卻距離短，無浮動輥，膠料不能充分自由收縮，膠片半成品尺寸不易保證。

3.4 專用裁斷機

膠片的定長裁斷也是很重要的一個輔助設備，采用伺服電機控制的膠片輸送裝置使得膠片長度更加準確，裁斷機設計更是采用公司自有專利技術(shù)的防粘膠裁斷機，使得高黏度膠片順利裁切。

3.5 在線稱量檢測裝置

生產(chǎn)線采用了連續(xù)米秤和終檢秤，對半成品膠片從擠出到裁斷的過程進行全程監(jiān)控，有效保證了膠片的尺寸和重量穩(wěn)定性。

3.6 采用計算機及網(wǎng)絡技術(shù)

該生產(chǎn)線采用了由觸摸屏、PLC系統(tǒng)、AC變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡，采用遠程ET200M站的形式通過Profibus連接由主站CPU管理控制，系統(tǒng)參數(shù)控制更為方便。

4 結(jié)語

雖然藥用膠塞的生產(chǎn)工藝和其他橡膠企業(yè)的生產(chǎn)工藝有很多共性，但它也有一些特殊的地方。本文就膠塞半成品膠片的制造進行了論述和說明。單輥筒擠出技術(shù)作為一種新型橡膠生產(chǎn)技術(shù)，其將在膠塞生產(chǎn)和其他領(lǐng)域得到廣泛采用。

［1］施慶秋.單輥筒口型擠出——一種較好的型膠擠出方式［J］.橡膠工業(yè)，1995，42（9）

［2］江毅.單輥筒口型系統(tǒng)簡介［J］.橡膠技術(shù)與裝備，1996，22（2）

［3］楊道路，于鍵，張克亭，等.單輥筒口型擠出設備［J］.橡膠技術(shù)與裝備，1996，22（4）

［4］HeinzKlein，GeorgTargiel.寬幅膠片的簡單生產(chǎn)方法和貼合生產(chǎn)方法［J］.橡膠工業(yè)，1998，45（3）

［5］丁昌京，徐立記.單輥筒口型擠出機［J］.輪胎工業(yè)，2000，20（9）

［6］王貴一.零壓力擠出［J］.橡膠參考資料，2001，31（12）

［7］李漢堂.零壓力擠出機［J］.橡膠技術(shù)與裝備，2002，28（1）

［8］于健.單輥筒口型擠出及其應用研究［J］.橡膠工業(yè)，2002，49（2）

［9］CliffTubbe.零壓擠出［J］.橡膠工業(yè)，2002，49（2）

［10］楊順根.橡膠擠出技術(shù)發(fā)展述評［J］.世界橡膠工業(yè)，2005，32（2）

［11］肖江，黃朝林.單輥筒機頭擠出型膠生產(chǎn)線［J］.輪胎工業(yè)，2006，26（6）

［12］張海兵，張錫成.單輥筒擠出生產(chǎn)線的特點及應用［J］.輪胎工業(yè)，2011，31（5）