第十一章生膠的塑煉工藝

1、第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝11.1 生膠的塑煉原理生膠的塑煉原理一塑煉的定義一塑煉的定義通過(guò)機(jī)械應(yīng)力、熱、氧或加入某些化學(xué)試劑等方式，使橡膠由強(qiáng)韌的高彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀乃苄誀顟B(tài)的過(guò)程。塑性（可塑性）塑性（可塑性）：橡膠在發(fā)生變形后，不能恢復(fù)其原來(lái)狀態(tài)，或者說(shuō)保持其變形狀態(tài)的性質(zhì)。二塑煉的目的和要求二塑煉的目的和要求1塑煉的目的塑煉的目的減小彈性，提高可塑性；降低粘度；改善流動(dòng)性；提高膠料溶解性和成型粘著性。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝2塑煉膠的質(zhì)量要求塑煉膠的質(zhì)量要求（1）可塑度要適當(dāng)應(yīng)滿足加工工藝要求，在此基礎(chǔ)上應(yīng)具有最小的可塑性。過(guò)度塑煉會(huì)降低硫化膠

2、的強(qiáng)度、彈性、耐磨性等，而且會(huì)增加動(dòng)力消耗。塑煉程度：塑煉程度：根據(jù)混煉膠工藝性能和制品性能的要求來(lái)確定。如：供膠、浸膠、刮膠、擦膠和制造海綿等用途的膠料，要求的可塑度較大，生膠的塑煉程度要高些。供模壓用的膠料，則要求可塑性宜小。一般：膠管外層膠可塑度：0.30.35；膠管內(nèi)層膠： 0.250.3；胎面膠： 0.220.24；胎側(cè)膠 0.35左右；海綿膠 0.50.6（2）塑煉均勻第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝三生膠的增塑方法和原理三生膠的增塑方法和原理（一）增塑方法（一）增塑方法物理增塑法：加入增塑劑化學(xué)增塑法： 化學(xué)塑解劑機(jī)械增塑法：開煉機(jī)塑煉密煉機(jī)塑煉螺桿塑煉機(jī)塑煉第十一

3、章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（二）塑煉原理（二）塑煉原理 生膠的分子量與可塑性有著密切的關(guān)系。分子量越小，可塑性就越大。生膠經(jīng)過(guò)機(jī)械塑煉后，分子量降低，粘度下降，可塑性增大。由此可見(jiàn)，生膠在塑煉過(guò)程中，可塑性的提高是通過(guò)分子量的降低來(lái)實(shí)現(xiàn)的。0聚合物熔體的最大粘度；A特性常數(shù)；MW聚合物的重均分子量4 . 30WMA第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝1機(jī)械塑煉過(guò)程機(jī)理機(jī)械塑煉過(guò)程機(jī)理在低溫下：在低溫下：在機(jī)械力作用下首先切斷橡膠大分子鏈生成大分子自由基。（機(jī)械力引發(fā)橡膠大分子的斷鏈，氧作為自由基接受體，起著阻斷自由基的作用。）RRRRROOROORROOHROOHRHO

4、22+分解成穩(wěn)定的較小的大分子第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝在高溫下：在高溫下：機(jī)械力切斷橡膠大分子生成自由基的幾率減少。橡膠大分子在機(jī)械力的活化作用下，氧引發(fā)橡膠大分子的斷鏈。（機(jī)械力起到應(yīng)力活化作用，氧作為自由基引發(fā)體，引發(fā)橡膠大分子的斷鏈。）鏈終止：橡膠氫過(guò)氧化物不穩(wěn)定，分解生成較小的大分子，連鎖反應(yīng)終止。RRROOO2+RHO2HOOROORROOHRH+鏈引發(fā)：鏈增長(zhǎng)：HOORHHOOHRRO2ROO第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝2影響塑煉的因素影響塑煉的因素（1）機(jī)械力的作用）機(jī)械力的作用根據(jù)理論分析，機(jī)械力對(duì)橡膠分子的斷鏈作用，可表示為：式中 分子

5、鏈斷鏈的幾率；K1、K2常數(shù)；E分子鏈的化學(xué)鍵能；F0作用于分子鏈上的力；分子鏈斷鏈時(shí)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度；F0 分子鏈斷鏈時(shí)消耗的機(jī)械功；低溫塑煉要求盡可能地降低輥溫和膠溫 RTFEeK/ )(101220MMKF第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（2）氧的作用）氧的作用實(shí)驗(yàn)證明，生膠結(jié)合0.03%的氧就能使分子量減少50%；結(jié)合0.5%的氧，分子量由10萬(wàn)降到5000。生膠塑煉時(shí)，隨著塑煉時(shí)間的延長(zhǎng)，橡膠質(zhì)量和丙酮抽出物（其中含有氧化合物）的含量不斷增加，可見(jiàn)氧在塑煉過(guò)程中與橡膠分子起了某種加成作用，參與了橡膠的化學(xué)反應(yīng)。（3）溫度的作用）溫度的作用存在雙重影響：低溫區(qū)（110），隨著溫度

6、升高，塑煉效果提高。氧的氧化作用第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（4）靜電作用）靜電作用塑煉過(guò)程中，膠料受到強(qiáng)烈的摩擦作用產(chǎn)生靜電。靜電積累產(chǎn)生放電現(xiàn)象，使空氣中的氧活化變?yōu)樵討B(tài)氧和臭氧，加速橡膠分子的氧化斷鏈作用。（5）化學(xué)塑解劑）化學(xué)塑解劑a接受型塑解劑（低溫塑解劑）：苯硫酚、五氯硫酚等。b引發(fā)型塑解劑（高溫塑解劑）：過(guò)氧化苯甲酰（BPO）、偶氮二異丁腈（AIBN）等。c混合型塑解劑（鏈轉(zhuǎn)移型塑解劑）：促進(jìn)劑M、DM和2，2-二苯甲酰胺二苯基二硫化物等。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝11.2 可塑性的測(cè)定方法可塑性的測(cè)定方法 生膠和混煉膠可塑度的測(cè)定通常有三

7、種方法：壓縮法、旋轉(zhuǎn)扭力法和壓出法。它們均需在恒溫下進(jìn)行，因?yàn)榭伤芏入S溫度變化而變化。一壓縮法一壓縮法 這種類型的測(cè)定方法常用的有：威廉氏法、華萊氏快速可塑度法和德弗可塑度法三種。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝1威廉氏法（威廉氏法（Williams）在恒溫、定負(fù)荷下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后根據(jù)試樣高度的變化來(lái)評(píng)定可塑度。將=16mm，h0=10mm的圓柱試樣在T=701或1001下預(yù)熱3min，壓縮3min，除去負(fù)荷取出試樣在室溫下恢復(fù)3min，測(cè)量試樣高度的壓縮變形量及去掉負(fù)荷后的變形量，計(jì)算可塑度P。h0 試樣原始高度，mm；h1試樣壓縮3min后的高度，mm；h2恢復(fù)3min后的

8、高度，mm如果試樣為絕對(duì)流體，即h1=h2=0，P=1；若試樣為絕對(duì)彈性體，即h2=h0，P=0；生膠和混煉膠為粘彈體，它們的可塑度在01之間，數(shù)值越大表示可塑性越大。1020hhhhP第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝2華萊氏（華萊氏（Wallace）快速可塑度法）快速可塑度法其原理與Williams法相同，以定溫、定負(fù)荷、定時(shí)間下膠片厚度的變化表示可塑度。該法操作方便，多用于工業(yè)生產(chǎn)中作快速檢驗(yàn)。3德弗法德弗法以在定溫和定時(shí)間內(nèi)試樣壓縮至規(guī)定高度時(shí)所需負(fù)荷值來(lái)表示。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝二旋轉(zhuǎn)扭力法二旋轉(zhuǎn)扭力法門尼（門尼（Mooney）粘度法）粘度法原理

9、是：在一定溫度、時(shí)間和壓力下，根據(jù)試樣在活動(dòng)面（轉(zhuǎn)子）與固定面（模腔）之間變形時(shí)所受扭力來(lái)確定膠料可塑度。試驗(yàn)時(shí)，將試樣按要求放入模腔里，在100下預(yù)熱1min，使轉(zhuǎn)子在2r/min速度轉(zhuǎn)動(dòng)4min，所測(cè)的扭力值即為門尼粘度，一般用 表示，L表示用大轉(zhuǎn)子（直徑為38.10.03mm）。門尼粘度法比壓縮法迅速簡(jiǎn)便，且表示的動(dòng)態(tài)流動(dòng)性更接近于工藝實(shí)際情況。CoML10041第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝三壓出法三壓出法用毛細(xì)管流變儀來(lái)測(cè)定。在一定溫度、壓力、口型下，于一定時(shí)間內(nèi)用毛細(xì)管流變儀測(cè)定膠料的壓出速度，以每分鐘壓出的毫克數(shù)表示可塑度。優(yōu)點(diǎn)：此法與壓出機(jī)口型的工作狀況相似，可

10、更具體地了解混煉膠可塑性對(duì)壓出性能的影響。缺點(diǎn)：壓出法試樣需要較多的膠料，且試樣必須經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝11.3 塑煉方法及影響因素塑煉方法及影響因素一準(zhǔn)備工藝一準(zhǔn)備工藝1烘膠烘膠NR烘膠溫度一般在5060，時(shí)間為2436h，冬季加熱時(shí)間為3672h。CR烘膠溫度一般在2440，時(shí)間為46h。烘膠溫度不宜過(guò)高，否則會(huì)影響橡膠的物理機(jī)械性能。2切膠切膠用切膠機(jī)將生膠切成小塊，每塊重量視膠種而異，NR每塊1020kg，CR每塊不超過(guò)10kg。3破膠破膠橡膠塊需用破膠機(jī)破膠，以便塑煉。破膠輥距一般為23mm，輥溫控制在45以下。第十一章第十一章 生膠的塑煉工

11、藝生膠的塑煉工藝二開煉機(jī)塑煉工藝二開煉機(jī)塑煉工藝第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（一）開煉機(jī)塑煉的原理（一）開煉機(jī)塑煉的原理 開煉機(jī)的兩個(gè)輥筒以不同的轉(zhuǎn)速相對(duì)回轉(zhuǎn)，膠料放到兩輥筒間的上方，在摩擦力的作用下被輥筒帶入輥距中。由于輥筒表面的旋轉(zhuǎn)線速度不同，使膠料通過(guò)輥距時(shí)的速度不同而受到摩擦剪切作用和擠壓作用，膠料反復(fù)通過(guò)輥距而被塑煉。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（二）開煉機(jī)塑煉的工藝方法（二）開煉機(jī)塑煉的工藝方法1包輥塑煉法包輥塑煉法把膠片包在前輥上，讓其自然地反復(fù)過(guò)輥塑煉，直至達(dá)到規(guī)定的可塑度要求為止。缺點(diǎn)：塑煉時(shí)間長(zhǎng)，效率低，最終獲得的可塑度也較低。又分為：一

12、段塑煉：塑煉時(shí)間長(zhǎng)，效率低，不適用于可塑度要求較高的生膠塑煉。 分段塑煉：包輥塑煉1015min，下片、冷卻、停放48h后，再進(jìn)行下一次塑煉，直至達(dá)到要求的可塑度為止。通常分為兩段塑煉和三段塑煉，具體依可塑度要求而定。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝2薄通塑煉法薄通塑煉法 輥距在1mm以下，膠料通過(guò)輥距后不包輥而直接落到接膠盤，讓膠料返回到輥距上方重新通過(guò)輥距，這樣反復(fù)數(shù)次。優(yōu)點(diǎn)：膠料散熱快，冷卻效果較好，塑煉膠可塑度均勻，質(zhì)量高，能達(dá)到任意的塑煉程度。3化學(xué)增塑塑煉法化學(xué)增塑塑煉法 采用化學(xué)塑解劑增加塑煉效果，提高塑煉生產(chǎn)效率并節(jié)約能耗?；瘜W(xué)塑解劑應(yīng)以母膠的形式使用，并應(yīng)適當(dāng)提

13、高開煉機(jī)的輥溫。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（三）開煉機(jī)塑煉的影響因素（三）開煉機(jī)塑煉的影響因素1裝膠容量裝膠容量裝膠容量取決于開煉機(jī)的規(guī)格，容量大，散熱困難，膠溫升高，降低塑煉效果；容量過(guò)小則降低生產(chǎn)效率。合理的容量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Q塑煉容量，L；K經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值一般為0.00650.0085，L/cm3；D輥筒直徑，cm；L輥筒工作部分長(zhǎng)度，cm合成橡膠塑煉時(shí)生熱大，裝膠容量應(yīng)比NR少。2輥距輥距輥距越小，機(jī)械塑煉效果越明顯。薄通時(shí)實(shí)際使用輥距一般為0.51mm。LDKQ第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝3輥速和速比輥速和速比輥距一定，提高開煉機(jī)的輥速或速比

14、會(huì)增大膠料的機(jī)械剪切作用，從而提高機(jī)械塑煉效果。開煉機(jī)的速比一般在1.151.27之間。速比過(guò)大，升溫加快。4輥溫輥溫輥溫低，塑煉效果好。輥溫過(guò)低容易造成設(shè)備超負(fù)荷而受到損害。塑煉溫度與生膠膠種有關(guān)，NR通?？刂魄拜仠囟仍?555，后輥溫度在4050為宜。5塑煉時(shí)間塑煉時(shí)間在塑煉過(guò)程的最初1015min，膠料的門尼粘度迅速降低，此后漸趨緩慢。6化學(xué)塑解劑化學(xué)塑解劑使用塑解劑能提高塑煉效果，縮短塑煉時(shí)間，減小彈性復(fù)原。使用化學(xué)塑解劑時(shí)，適當(dāng)提高溫度會(huì)提高塑煉效果，塑煉溫度一般以7075為宜。塑解劑的用量，在NR中一般為生膠重量的0.10.3%，合成橡膠則應(yīng)增大到23%。第十一章第十一章 生膠的塑

15、煉工藝生膠的塑煉工藝三密煉機(jī)塑煉工藝三密煉機(jī)塑煉工藝優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，節(jié)能，勞動(dòng)強(qiáng)度低；缺點(diǎn)：溫度高，冷卻困難，易過(guò)煉，出料為無(wú)定形狀，需要配備相應(yīng)的壓片機(jī)。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（一）密煉機(jī)的工作原理（一）密煉機(jī)的工作原理 物料從加料斗加入密煉室后，加料門關(guān)閉，壓料裝置的上頂栓降落，對(duì)物料加壓。物料在上頂栓壓力及摩擦力的作用下，被帶入兩個(gè)具有螺旋棱、有速比的、相對(duì)回轉(zhuǎn)的兩轉(zhuǎn)子的間隙中，致使物料在由轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與密煉室壁、上頂栓、下頂栓組成的捏煉系統(tǒng)內(nèi)，受到不斷變化和反復(fù)進(jìn)行的剪切、撕拉、攪拌和摩擦的強(qiáng)烈捏煉作用，從而達(dá)到塑煉的目的。物料在密煉室中主要

16、受到幾種作用：1轉(zhuǎn)子間及轉(zhuǎn)子與混煉室內(nèi)壁間的作用；2轉(zhuǎn)子棱間的攪拌作用；3轉(zhuǎn)子軸向的往復(fù)切割作用。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（二）密煉機(jī)塑煉的工藝方法（二）密煉機(jī)塑煉的工藝方法 密煉機(jī)塑煉的工藝方法有一次塑煉法、分段塑煉法和化學(xué)增塑塑煉法三種。（三）影響密煉機(jī)塑煉的因素（三）影響密煉機(jī)塑煉的因素1溫度溫度 密煉機(jī)塑煉屬高溫塑煉，生膠在密煉機(jī)內(nèi)受高溫及劇烈的機(jī)械剪切作用，以高溫氧化為主，可在短時(shí)間內(nèi)獲得所需要的可塑度，一般密煉機(jī)的塑煉溫度為120以上，有的甚至可達(dá)到160，但溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致橡膠物理機(jī)械性能下降。 一般NR塑煉時(shí)的溫度不超過(guò)155為宜。采用密煉機(jī)塑煉合成橡膠，以

17、免產(chǎn)生凝膠。溫度范圍要視膠種具體特性而定。對(duì)于SBR，溫度應(yīng)控制在155以下，以免產(chǎn)生凝膠。使用塑解劑時(shí)，塑煉溫度可控制在160。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝2轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速快，塑煉效率高。轉(zhuǎn)速?gòu)?5轉(zhuǎn)提高到75轉(zhuǎn)，塑煉時(shí)間從30min縮短到10min。轉(zhuǎn)速的提高必然會(huì)加速膠料生熱升溫，因此必須加強(qiáng)冷卻。3時(shí)間時(shí)間用密煉機(jī)塑煉，膠料的可塑度隨塑煉時(shí)間的增加而增加。使用塑解劑進(jìn)行塑煉時(shí)，塑煉效果會(huì)提高，塑煉時(shí)間可縮短30%50%。4上頂栓壓力上頂栓壓力上頂栓必須加壓，以增加轉(zhuǎn)子對(duì)膠料的剪切作用。壓力過(guò)小，不能壓緊膠料，但壓力過(guò)大，又會(huì)造成設(shè)備負(fù)荷過(guò)大。上頂栓壓力一般為0.50.8

18、MPa。5裝膠容量裝膠容量各種規(guī)格密煉機(jī)的裝膠容量為密煉室容積的48%62%。6化學(xué)塑解劑化學(xué)塑解劑密煉機(jī)塑煉溫度高，采用化學(xué)塑解劑增塑法合理有效，不僅能充分地發(fā)揮塑解劑的增塑效果，而且在同樣條件下會(huì)降低排膠溫度，提高塑煉膠質(zhì)量。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝四螺桿塑煉機(jī)塑煉工藝四螺桿塑煉機(jī)塑煉工藝(一一)螺桿塑煉機(jī)工作原理螺桿塑煉機(jī)工作原理 在螺桿塑煉機(jī)中，生膠一方面受到螺桿的強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌作用，另一方面，由于生膠受螺桿與機(jī)身內(nèi)壁的摩擦產(chǎn)生大量的熱，溫度高達(dá)150180，從而加速氧化裂解，獲得塑煉效果。優(yōu)點(diǎn)：能連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)能力大，適用于大型輪胎廠。缺點(diǎn)：排膠溫度高，塑煉膠的

19、熱可塑性大，質(zhì)量不均，排膠不規(guī)則。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝（二）影響螺桿塑煉機(jī)塑煉的因素（二）影響螺桿塑煉機(jī)塑煉的因素1塑煉溫度塑煉溫度 若溫度偏低，設(shè)備負(fù)荷偏大，塑煉膠可塑度偏低，且不均勻若溫度太高，易使大分子鏈過(guò)度氧化降解而損害膠料質(zhì)量。因此，塑煉溫度必須控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。NR塑煉溫度一般控制在機(jī)尾60以下，機(jī)身8090，機(jī)頭90100，排膠溫度180以下。2喂料速度喂料速度 喂料速度要適當(dāng)而均勻。速度過(guò)快，膠料在機(jī)筒內(nèi)的停留時(shí)間短，塑煉不均勻，出現(xiàn)夾生現(xiàn)象。速度太慢，不僅降低生產(chǎn)效率。3排膠孔隙大小排膠孔隙大小 排膠孔隙大小依膠料塑煉程度要求而定?？紫缎?，排膠速度和排膠量減小，膠料可塑度偏大，生產(chǎn)效率降低。反之，出膠孔隙加大，排膠量大，生產(chǎn)能力提高，但塑煉膠的可塑度偏低且不均勻。第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝五塑煉后的補(bǔ)充加工五塑煉后的補(bǔ)充加工1壓片或造粒壓片或造粒2冷卻與干燥冷卻與干燥3停放停放 干燥后的膠片按規(guī)定堆放48h以上才能供下道工序使用。4質(zhì)量檢驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn)第十一章第十一章 生膠的塑煉工藝生膠的塑煉工藝11.4 常用橡膠的塑煉特性常用橡膠的塑煉特性一橡膠塑煉難易的原因一橡膠塑煉難易的原因1NR塑煉容易的原因：塑煉容易的原因：（1）大分子中存在甲基和雙鍵的共軛效