塑煉材料工程梁爽

塑煉材料工程梁爽第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五一、生膠塑煉的意義將生膠經(jīng)過機(jī)械加工、熱處理或加入某些化學(xué)助劑，使其由強(qiáng)韌的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浂阌诩庸さ乃苄誀顟B(tài)，這種借助機(jī)械功或熱能使橡膠軟化為據(jù)有一定可塑性的均勻物的工藝過程稱之為塑煉。經(jīng)塑煉而得到的據(jù)有一定可塑性的生膠稱為塑煉膠。第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五塑煉膠的目的：1。生膠的可塑性增大，以利混煉時(shí)配合劑的混入和均勻分散；2.改善膠料的流動(dòng)性，便于壓延、壓出操作，使膠坯形狀和尺寸穩(wěn)定；3.增大膠料黏著性，方便成型操作；4.提高膠料在熔劑中的溶解性，便于制造膠漿，并降低膠漿黏度，使之易于滲入纖維孔眼，增加附著力；5.改善膠料的沖模型，是模型制品的花紋飽滿清晰。第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五塑煉機(jī)理

生膠塑煉是使生膠由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤苄誀顟B(tài)的工藝過程，而生膠可塑性提高的實(shí)質(zhì)就是橡膠的長鏈分子斷裂，變成分子量較小的、鏈長較短的分子結(jié)構(gòu)。第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五影響橡膠分子鏈斷裂的因素（1）機(jī)械力的作用橡膠置于煉膠機(jī)中塑煉時(shí)，會(huì)受到煉膠機(jī)輥筒間剪切力作用，分子鏈會(huì)被拉直，并使分子鏈在中間部位發(fā)生斷裂。（2）氧的作用沒有氧的作用，塑煉是不能得到預(yù)期效果的。（3）溫度的作用溫度對(duì)橡膠的塑煉效果有著重要的影響，不同溫度范圍對(duì)塑煉的作用是不同的。（4）化學(xué)塑解劑的作用化學(xué)塑解劑在塑煉過程中的增塑作用一是增塑劑本身受熱、氧的作用分解生成自由基，而導(dǎo)致橡膠分子發(fā)生氧化降解；另一個(gè)作用是封閉塑煉時(shí)橡膠分子連斷裂的端基，使其失去活性，阻止其重新結(jié)聚。因此，化學(xué)塑解劑實(shí)在上可看作是一種氧化催化劑，其生成自由基能力越大，塑解能力也越大?；瘜W(xué)增塑劑的增塑作用隨溫度增高而增大。（5）靜電的作用塑煉時(shí)，生膠受到煉膠機(jī)的劇烈摩擦而產(chǎn)生靜電。這種放電作用促使生膠表面的氧激發(fā)活化，生成原子態(tài)氧和臭氧，從而提高氧對(duì)橡膠分子鏈的斷鏈作用。第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五二、準(zhǔn)備工藝1．烘膠

NR烘膠溫度一般在50~60℃，時(shí)間為24~36，冬季加熱時(shí)間為36~72h。

CR烘膠溫度一般在24~40℃，時(shí)間為4~6h。烘膠溫度不宜過高，否則會(huì)影響橡膠的物理機(jī)械性能。2．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10~20kg，CR每塊不超過10kg。3．破膠橡膠塊需用破膠機(jī)破膠，以便塑煉。破膠輥距一般為2~3mm，輥溫控制在45℃以下。第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五三、開煉機(jī)塑煉工藝（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)通過輥距而被塑煉。第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五（二）開煉機(jī)塑煉的工藝方法1．包輥塑煉法把膠片包在前輥上，讓其自然地反復(fù)過輥塑煉，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，效率低，最終獲得的可塑度也較低。又分為：一段塑煉：塑煉時(shí)間長，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10~15min，下片、冷卻、停放4~8h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。第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五2．薄通塑煉法輥距在1mm以下，膠料通過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)提高開煉機(jī)的輥溫。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五（三）開煉機(jī)塑煉的影響因素

1．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；容量過小則降低生產(chǎn)效率。2．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0.5~1mm。3．輥速和速比輥距一定，提高開煉機(jī)的輥速或速比會(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1.15~1.27之間。速比過大，升溫加快。4．輥溫輥溫低，塑煉效果好。輥溫過低容易造成設(shè)備超負(fù)荷而受到損害。塑煉溫度與生膠膠種有關(guān)，如NR通?？刂魄拜仠囟仍?5~55℃，后輥溫度在40~50℃為宜。第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五5．塑煉時(shí)間在塑煉過程的最初10~15min，膠料的門尼粘度迅速降低，此后漸趨緩慢。6．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70~75℃為宜。塑解劑的用量，在NR中一般為生膠重量的0.1~0.3%，合成橡膠則應(yīng)增大到2~3%第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五三．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，易過煉，出料為無定形狀，需要配備相應(yīng)的壓片機(jī)第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五（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。第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五（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。第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五（三）影響密煉機(jī)塑煉的因素1．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155℃為宜。采用密煉機(jī)塑煉合成橡膠，以免產(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℃第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五2．轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速快，塑煉效率高。轉(zhuǎn)速從25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%。第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五4．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。壓力過小，不能壓緊膠料，但壓力過大，又會(huì)造成設(shè)備負(fù)荷過大。上頂栓壓力一般為0.5~0.8MPa。5．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。第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五四．螺桿塑煉機(jī)塑煉工藝

（一）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)150~180℃，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，塑煉膠的熱可塑性大，質(zhì)量不均，排膠不規(guī)則。第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五（二）影響螺桿塑煉機(jī)塑煉的因素1．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80~90℃，機(jī)頭90~100℃，排膠溫度180℃以下。第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五2．喂料速度喂料速度要適當(dāng)而均勻。速度過快，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。第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五常用橡膠的塑煉特性第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五一．橡膠塑煉難易的原因1．NR塑煉容易的原因（1）大分子中存在甲基和雙鍵的共軛效應(yīng)，鍵能降低，易斷裂；（2）分子量大，易斷鏈；（3）大分子斷鏈后生成的自由基穩(wěn)定性高；（4）大分子氧化生成的氫過氧化物分解導(dǎo)致大分子鏈斷裂破壞。第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五二．幾種常用橡膠的塑煉特性1．NRNR比較容易進(jìn)行塑煉，品種不同塑煉特性不同。煙片膠初始門尼粘度較高（一般在95~120之間），必須進(jìn)行塑煉加工才能獲得適當(dāng)?shù)目伤苄?。SMR系列的NR其初始門尼粘度較低（一般在40~75之間），一般不需要塑煉。

NR用開煉機(jī)塑煉，通常采用低溫（40~50℃），薄通塑煉效果好。用密煉機(jī)塑煉時(shí)，溫度宜在155℃以下。NR塑煉時(shí)，常加入化學(xué)塑解劑來提高塑煉效果。第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五2．SBR（丁苯橡膠）軟SBR的初始門尼粘度一般在54~64之間，不需進(jìn)行塑煉。

SBR采用機(jī)械塑煉效果不大，比較有效的方法時(shí)采用高溫塑煉法，以130~140℃溫度最好，溫度過高易生成凝膠。3．BR（順丁橡膠）

BR一般不需要進(jìn)行塑煉。4．CR（氯丁橡膠）

CR的初始門尼粘度都較低，一般不需要進(jìn)行塑煉。但在儲(chǔ)存過程中其可塑性會(huì)下降，因此CR仍需經(jīng)過塑煉加工，才能獲得所要求的可塑性。

CR宜采用開煉機(jī)進(jìn)行塑煉，低溫薄通塑煉效果最好。第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五5．IIR（丁基橡膠）