第8章混煉工藝

第十二章混煉工藝混煉：通過(guò)適當(dāng)?shù)募庸⑴浜蟿┡c生膠均勻混合在一起，制成質(zhì)量均一的混合物的工藝過(guò)程?；鞜捘z的質(zhì)量要求：（1）膠料應(yīng)具有良好的加工工藝性能；（2）保證成品具有良好的使用性能。第十二章混煉工藝§12.1混煉前的準(zhǔn)備一．原材料與配合劑的質(zhì)量檢驗(yàn)通常對(duì)配合劑檢驗(yàn)的內(nèi)容主要有：純度、粒度及分布、機(jī)械雜質(zhì)、灰分及揮發(fā)分含量、酸堿度等。具體依配合劑類型不同而異。生膠一般檢驗(yàn)化學(xué)成分、門(mén)尼粘度及物理機(jī)械性能。第十二章混煉工藝二．配合劑的補(bǔ)充加工（一）粉碎塊狀和粗粒狀配合劑必須經(jīng)過(guò)粉碎或磨細(xì)處理才能使用，如瀝青、松香和古馬隆等固體用粉碎機(jī)粉碎。（二）干燥干燥的目的是減少配合劑中的水分和其他揮發(fā)分含量，防止粉末狀配合劑結(jié)團(tuán)，便于篩選和混煉分散，避免某些配合劑遇水變質(zhì)和膠料內(nèi)部產(chǎn)生氣泡和海綿。干燥方式可采用真空干燥箱、干燥室或螺旋式連續(xù)干燥機(jī)等。（三）熔化與過(guò)濾及加溫低熔點(diǎn)固體軟化劑如石蠟和松香等須進(jìn)行加熱熔化，達(dá)到干燥脫水和降低粘度作用后，再經(jīng)過(guò)濾去掉其中的機(jī)械雜質(zhì)。（四）篩選粉末狀固體軟化劑粒度及粒度分布達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的，或已經(jīng)發(fā)生配合劑結(jié)團(tuán)及含有機(jī)械雜質(zhì)的必須經(jīng)過(guò)篩選加工，去掉其中的機(jī)械雜質(zhì)、較大顆粒與結(jié)團(tuán)。第十二章混煉工藝三．油膏和母煉膠的制造油膏：為了使配合劑易于在膠料中混合分散，減少飛揚(yáng)損失造成環(huán)境污染，保證膠料的混煉質(zhì)量，將某些配合劑、促進(jìn)劑等事先以較大比例與液體軟化劑混合制成膏狀混合物。母煉膠：將在通?；鞜挆l件下短時(shí)間內(nèi)難以混合均勻且混煉生熱量多，能耗較大的某些配合劑以較大的比例事先與生膠單獨(dú)混合制成組分比較簡(jiǎn)單的混合物料。最常見(jiàn)的有促進(jìn)劑母膠、炭黑母膠、化學(xué)塑解劑母膠等。第十二章混煉工藝四．稱量配合要求稱量配合操作做到：精密、準(zhǔn)確、不漏、不錯(cuò)。稱量配合的操作方式有兩種：（1）手工操作；（2）機(jī)械化自動(dòng)稱量配合。第十二章混煉工藝§12.2混煉工藝一．混煉膠的結(jié)構(gòu)混煉膠是由粒狀配合劑（如炭黑、促進(jìn)劑、填充劑等）分散于生膠中組成的分散體系。在分散體系中，生膠的分散呈連續(xù)狀態(tài)，稱為分散質(zhì)，粒狀配合劑為分散相?；鞜捘z不同于一般的膠體分散體系：（1）橡膠的粘度很高，膠料的熱力學(xué)不穩(wěn)定性在一般情況下不太顯著；（2）某些組分（如再生膠、增塑劑等）與橡膠能互容，從而構(gòu)成了混煉膠的復(fù)合分散介質(zhì)；（3）粒狀配合劑（如炭黑合促進(jìn)劑等）與橡膠在接觸界面上產(chǎn)生了一定的物理和化學(xué)結(jié)合，這對(duì)膠料和硫化膠的性能起著重要的影響。因此，可以認(rèn)為混煉膠是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)特性的膠態(tài)分散體。炭黑與橡膠混煉后形成的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，對(duì)膠料和硫化膠的力學(xué)性能和流變性能等都有較大的影響。第十二章混煉工藝1．炭黑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)炭黑與橡膠混煉時(shí)，形成炭黑—橡膠聚集體，聚集體在剪切力的作用下逐步分散。當(dāng)混煉膠中炭黑的用量較高時(shí)，炭黑通過(guò)鏈狀結(jié)構(gòu)相互連結(jié)，構(gòu)成炭黑網(wǎng)絡(luò)。炭黑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)：（a）Payne效應(yīng)；（b）混煉膠比純膠具有較高的導(dǎo)電性。2．吸留橡膠結(jié)構(gòu)混煉時(shí)，形成吸留橡膠。在混煉過(guò)程中，受剪切力的作用，吸留橡膠的一部分或大部分被重新釋放出來(lái)。但是，吸留橡膠多少都會(huì)部分地保留在炭黑聚集體中，成為混煉膠填料的一部分。3．炭黑結(jié)合橡膠炭黑結(jié)合橡膠對(duì)膠料的性能影響很大，可提高硫化膠的模量、耐磨性以及減少滯后生熱等。4．可溶膠結(jié)合橡膠在混煉膠中只占一小部分。而大部分橡膠未與炭黑結(jié)合，稱為可溶膠。這兩部分橡膠對(duì)混煉膠的物理性能都有貢獻(xiàn)。第十二章混煉工藝二．開(kāi)煉機(jī)的混煉工藝第十二章混煉工藝（一）開(kāi)煉機(jī)混煉原理開(kāi)煉機(jī)混煉過(guò)程一般包括包輥、吃粉和翻煉三個(gè)階段。1．包輥圖1-3橡膠在開(kāi)煉機(jī)中的幾種狀態(tài)1-橡膠不易進(jìn)入輥縫；2-緊包前輥；3-脫輥成袋囊狀；4-呈粘流包輥2．吃粉在膠料包輥，加入配合劑之前，要使輥距上端保留適當(dāng)?shù)亩逊e膠，適量的堆積膠是吃粉的必要條件3．翻煉周向：混煉最均勻；軸向：不均勻；徑向：均勻性最差第十二章混煉工藝（二）開(kāi)煉機(jī)混煉的影響因素（1）裝膠容量裝膠容量需依據(jù)開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格及膠料配方特性合理確定。容量過(guò)大，使混煉分散效果降低，混煉溫度升高，容易產(chǎn)生焦燒現(xiàn)象而影響膠料質(zhì)量；容量過(guò)小會(huì)降低生產(chǎn)效率。式中V—裝膠容量，L；D—輥筒直徑，cm；L—輥筒長(zhǎng)度；（2）輥距輥距一般取4~8mm為宜。輥距減小，剪切效果增大，但生熱大。（3）混煉溫度輥溫過(guò)低，膠料硬度太大，容易損壞設(shè)備。輥溫提高有利于降低膠料的粘度，加快混煉吃粉速度，但溫度太高，容易使膠料產(chǎn)生脫輥現(xiàn)象和焦燒現(xiàn)象，難以操作。輥溫一般通過(guò)冷卻的方法保持在50~60℃之間。但在混煉含有高熔點(diǎn)配合劑（高熔點(diǎn)古馬隆樹(shù)脂等）的膠料時(shí)，需要適當(dāng)提高輥溫；而混煉順丁膠時(shí)，輥溫不得超過(guò)50℃。第十二章混煉工藝常用橡膠開(kāi)煉機(jī)混煉的適用輥溫膠種輥溫，℃膠種輥溫，℃前輥后輥前輥后輥天然橡膠丁苯橡膠丁腈橡膠氯丁橡膠55~6045~5535~45≤4050~5550~6040~5045≤丁基橡膠順丁橡膠三元乙丙橡膠聚氨酯橡膠40~4540~5060~7550~6055~6040~5085左右55~60第十二章混煉工藝（4）混煉時(shí)間應(yīng)適當(dāng)掌握配合劑的混入和分散時(shí)間，避免混煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，否則容易產(chǎn)生過(guò)煉現(xiàn)象。（5）輥速和速比輥速控制在16~18r/min內(nèi)。輥速快，操作不安全且溫度控制困難；輥速慢，混煉效率低。速比一般為1：1.1~1：1.2。生熱高的膠料應(yīng)選擇速比在1：1.15以下的開(kāi)煉機(jī)。第十二章混煉工藝（6）加料順序一般的加料原則是：用量少、難分散的配合劑先加；用量大、易分散的后加；為了防止焦燒，硫黃和超速促進(jìn)劑一般最后加入。通常采用的加料順序如下：塑煉膠、再生膠、母煉膠→促進(jìn)劑、活性劑、防老劑→補(bǔ)強(qiáng)、填充劑→液體軟化劑→硫黃、超速促進(jìn)劑當(dāng)用開(kāi)煉機(jī)混煉下述配方時(shí)，其加藥順序如何?NR∶100；ZnO：5.0；S：2.7；松焦油∶3.5；促進(jìn)劑∶0.9；防老劑D∶1.5；促進(jìn)劑TMTD∶0.5；SRF∶35.0；硬脂酸∶2.5第十二章混煉工藝三．密煉機(jī)的混煉工藝第十二章混煉工藝優(yōu)點(diǎn)：混煉容量大，混煉時(shí)間短，效率高；投料、捏煉、加壓和排料操作易于機(jī)械化、自動(dòng)化，勞動(dòng)強(qiáng)度低，操作安全性大，配合劑損失、粉塵飛揚(yáng)狀況得到改善，膠料質(zhì)量和環(huán)境衛(wèi)生條件好。缺點(diǎn)：混煉時(shí)溫度較高，對(duì)溫度敏感的膠料易發(fā)生焦燒，需要對(duì)排膠進(jìn)行補(bǔ)充加工。第十二章混煉工藝（一）密煉機(jī)混煉工藝操作方法1．一段混煉法（1）傳統(tǒng)一段混煉法把塑煉膠和各種配合劑逐步分次加入，每次加料后，放下上頂栓，加壓程度視具體情況而定。傳統(tǒng)一段混煉法的混煉程序一般為：橡膠（生膠、塑煉膠、再生膠等）→硬脂酸→促進(jìn)劑、活性劑、防老劑→補(bǔ)強(qiáng)填充劑→液體軟化劑→排膠→壓片機(jī)加硫黃和超速促進(jìn)劑→下片→冷卻、停放（2）分段投膠一段混煉法分批加入生膠，以強(qiáng)化炭黑的分散，達(dá)到改善合提高膠料的工藝性能及硫化較的物理機(jī)械性能。具體操作：投入60%~80%生膠和配合劑（硫化劑和超促進(jìn)劑除外），在70~120℃混煉溫度下，混煉到總混煉時(shí)間的70~80%，再把其余生膠并同硫化劑和超促進(jìn)劑一起投入，再混煉1~2min后，排膠下片。第十二章混煉工藝2．兩段混煉（1）傳統(tǒng)兩段混煉法用高速高壓密煉機(jī)進(jìn)行第一段的粗混煉，使橡膠與配合劑混煉制成母膠，下片后經(jīng)停放一段時(shí)間后，再送入低速密煉機(jī)加硫黃和促進(jìn)劑進(jìn)行混煉，再經(jīng)壓片機(jī)補(bǔ)充加工膠片。（2）分段投膠兩段混煉法第一段混煉時(shí)，把80%左右的生膠投入進(jìn)行與傳統(tǒng)兩段混煉法一樣的混煉，制備母膠。在第二段混煉時(shí)將剩余20%左右的生膠投入母膠中混煉，均勻后排膠。3．逆混（倒混）煉法先把除硫黃和促進(jìn)劑以外的所有其它配合劑全部裝入密煉機(jī)中，然后再投入生膠進(jìn)行混煉。優(yōu)點(diǎn)：充分利用裝料容積，改善分散性，縮短混煉時(shí)間。適用于生膠挺性差和高炭黑合高油量配合膠料的混煉，如BR、EPDM等。第十二章混煉工藝（二）密煉機(jī)混煉的影響因素（1）裝膠容量混煉容量必須適當(dāng)，通常取密煉室總有效容積的60~70%。合理的容量或裝填系數(shù)應(yīng)根據(jù)生膠種類、配方特點(diǎn)，設(shè)備特征與磨損程度以及上頂栓壓力來(lái)確定。（2）上頂栓壓力上頂栓壓力控制在0.3~0.6MPa。隨著容量和轉(zhuǎn)速的提高，上頂栓的壓力需適當(dāng)加大，上頂栓壓力提高會(huì)加速混煉過(guò)程中膠料生熱，并增加功率消耗。第十二章混煉工藝（3）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和混煉時(shí)間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快，剪切速率大，混煉時(shí)間縮短。轉(zhuǎn)速增加一倍，混煉周期大約縮短30%~50%。如20r/min密煉機(jī)混煉一車料需要10~12min，改用40r/min密煉機(jī)只需要4~5min，如用60~80r/min密煉機(jī)，則混煉時(shí)間可縮短至1~1.5min。常用的轉(zhuǎn)速范圍在40~60r/min。延長(zhǎng)混煉時(shí)間能提高配合劑在膠料中的分散度，但會(huì)降低生產(chǎn)效率，混煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使硫化膠的物理機(jī)械性能受損。在保證質(zhì)量的前提下，盡可能地縮短混煉時(shí)間。第十二章混煉工藝（4）混煉溫度混煉溫度高有利于生膠的塑性流動(dòng)和變形，有利于混合吃粉，但不利于配合劑粒子的破碎與分散混合?；鞜挏囟冗^(guò)高還會(huì)加速橡膠的熱氧老化，使硫化膠的物理機(jī)械性能下降。溫度太低會(huì)出現(xiàn)膠料壓散現(xiàn)象。通常用混煉機(jī)的排膠溫度來(lái)表征混煉溫度。一般采用的排膠溫度低于130℃。（5）加料順序生膠→活性劑、固體軟化劑、防老劑、普通促進(jìn)劑→炭黑→液體軟化劑→硫磺和超速促進(jìn)劑分配系數(shù)K為生膠與炭黑的最佳混煉時(shí)間tc同炭黑母膠與液體軟化劑的最佳混煉時(shí)間tm之比。第十二章混煉工藝四．混煉膠后膠料的補(bǔ)充加工與處理1．壓片與冷卻壓片后立即浸涂隔離劑液進(jìn)行冷卻與隔離，并經(jīng)進(jìn)一步吹風(fēng)干燥，使膠片溫度降低到50℃以下。2．濾膠對(duì)于質(zhì)量和性能要求比較嚴(yán)格的某些膠料，特別是氣密性要求嚴(yán)格的內(nèi)胎膠料、氣囊膠和其他氣動(dòng)薄膜制品的膠料，混煉后鼻息濾膠。3．停放與管理一般需要停放4~8小時(shí)以上才能使用。停放的目的是：a．使膠料進(jìn)行松弛，減小收縮；b．使配合劑繼續(xù)擴(kuò)散，促使膠料進(jìn)一步均勻；c．使橡膠與炭黑進(jìn)一步相互作用，生成更多的結(jié)合橡膠。在儲(chǔ)存期間注意膠料的通風(fēng)和散熱，以防焦燒。第十二章混煉工藝§12.3混煉膠的質(zhì)量檢查一．膠料的快檢混煉膠質(zhì)量的傳統(tǒng)快檢項(xiàng)目有：可塑度、密度、硬度。（一）可塑度測(cè)定（二）密度測(cè)定反映：配合劑少加、多加或漏加；配合劑的分散不均。（三）硬度二．物理機(jī)械性能測(cè)定常規(guī)的物理機(jī)械性能檢測(cè)項(xiàng)目：拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和硬度等；根據(jù)膠料的不同性能要求選擇專門(mén)性能項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，如胎面膠測(cè)定磨耗性能等。第十二章混煉工藝三．配合劑的分散度檢查目測(cè)：借助10倍放大鏡或低倍雙目顯微鏡觀測(cè)膠料表面，粗略判斷膠料的分散程度；顯微鏡測(cè)定：利用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡來(lái)觀察膠料切片，能真實(shí)地反映混煉膠的分散程度。四．膠料硫化特性的檢查近年來(lái)，廣泛采用各種類型的儀器來(lái)進(jìn)行膠料質(zhì)量的檢驗(yàn)，如硫化儀。第十二章混煉工藝§12.4混煉膠質(zhì)量問(wèn)題及處理方法

1．配合劑結(jié)團(tuán)造成配合劑結(jié)團(tuán)的原因很多，主要有生膠塑煉不充分；粉狀配合劑中含有粗粒子或結(jié)團(tuán)物；生膠及配合劑含水率過(guò)大；混煉時(shí)裝膠容量過(guò)大、輥距過(guò)大、輥溫過(guò)高；粉狀配合劑落到輥筒上被壓成片狀；混煉前期輥溫過(guò)高形成炭黑凝膠硬粒太多等。對(duì)配合劑結(jié)團(tuán)的膠料可通過(guò)補(bǔ)充加工(如低溫多次薄通)，以改善其分散性。第十二章混煉工藝2．可塑性過(guò)大、過(guò)小或不均勻形成混煉膠料可塑性過(guò)大、過(guò)小或不均勻的主要原因有塑煉膠可塑性不適當(dāng)；混煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短；混煉溫度不當(dāng)；混煉不均勻，軟化增塑劑多加或少加；炭黑少加或多加以及炭黑錯(cuò)配等。對(duì)于可塑性過(guò)大、過(guò)小或不均勻的膠料，若料重正常，硬度、密度基本正常時(shí)，可少量摻入正常膠料中使用(摻合量10%～30％)，或?qū)⒖伤苄赃^(guò)大與過(guò)小的膠料摻合使用，也可將可塑性過(guò)小的膠料進(jìn)行補(bǔ)充加工。若不符合料重、硬度、密度等指標(biāo)，則作廢料處理。第十二章混煉工藝3．密度過(guò)大、過(guò)小或不均勻混煉膠料密度過(guò)大、過(guò)小或不均的主要原因是配合劑稱量不準(zhǔn)確、錯(cuò)配或漏配；混煉加料時(shí)錯(cuò)加或漏加；混煉不均等。對(duì)因混煉和硬度不均的膠料可以經(jīng)補(bǔ)充加工解決之。第十二章混煉工藝4．初硫點(diǎn)慢或快造成混煉膠料初硫點(diǎn)慢或快的主要原因是硫化體系配合劑稱量不準(zhǔn)確、錯(cuò)配和漏配；補(bǔ)強(qiáng)劑錯(cuò)配以及混煉工藝條件(如輥溫、時(shí)間、加料順序等)掌握不當(dāng)?shù)?。?duì)初硫點(diǎn)慢或快的膠料，不能簡(jiǎn)單地采用摻合使用的處理方法。必須查清原因，交技術(shù)部門(mén)處理。第十二章混煉工藝5．噴霜現(xiàn)象噴霜是一種由于配合劑噴出膠料表面而形成一層類似“白霜”的現(xiàn)象，多數(shù)情況是噴硫，但也有是某些配合劑(如某些品種防老劑、促進(jìn)劑TMTD或石蠟、硬脂酸等)的噴出，還有是白色填料超過(guò)其最大填充量而噴出(噴粉)。引起噴霜的主要原因是生膠塑煉不充分；混煉溫度過(guò)高；混煉膠停放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；硫黃粒子大小不均、稱量不準(zhǔn)