橡膠塑煉與混煉

生膠的塑煉工藝TOC\o"1-5"\h\z一生膠的塑煉原理 0\o"CurrentDocument"一?塑煉的定義 0\o"CurrentDocument"塑煉的目的和要求 1\o"CurrentDocument"生膠的增塑方法和原理 1\o"CurrentDocument"塑煉方法及影響因素 2\o"CurrentDocument"準備工藝 2\o"CurrentDocument"開煉機塑煉工藝 2\o"CurrentDocument"密煉機塑煉工藝 3\o"CurrentDocument"螺桿塑煉機塑煉工藝 4\o"CurrentDocument"塑煉后的補充加工 4\o"CurrentDocument"常用橡膠的塑煉特性 A\o"CurrentDocument"橡膠塑煉難易的原因 4\o"CurrentDocument"幾種常用橡膠的塑煉特性 4\o"CurrentDocument"混煉工藝 6\o"CurrentDocument"混煉前的準備 6\o"CurrentDocument"原材料與配合劑的質(zhì)量檢驗 6\o"CurrentDocument"配合劑的補充加工 6油膏和母煉膠的制造 錯誤!未定義書簽。\o"CurrentDocument"稱量配合 6\o"CurrentDocument"混煉工藝 6\o"CurrentDocument"混煉膠的結(jié)構(gòu) 6\o"CurrentDocument"開煉機的混煉工藝 7\o"CurrentDocument"密煉機的混煉工藝 8\o"CurrentDocument"混煉膠后膠料的補充加工與處理 9\o"CurrentDocument"混煉膠的質(zhì)量檢查 9\o"CurrentDocument"膠料的快檢 9\o"CurrentDocument"物理機械性能測定 9\o"CurrentDocument"配合劑的分散度檢查 9\o"CurrentDocument"膠料硫化特性的檢查 9生膠的塑煉工藝生膠的塑煉原理塑煉的定義通過機械應(yīng)力、熱、氧或加入某些化學試劑等方式，使橡膠由強韌的高彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀乃苄誀顟B(tài)的過程。塑性（可塑性）：橡膠在發(fā)生變形后，不能恢復其原來狀態(tài)，或者說保持其變形狀態(tài)的性質(zhì)。塑煉的目的和要求塑煉的目的減小彈性，提高可塑性；降低粘度；改善流動性；提高膠料溶解性和成型粘著性。塑煉膠的質(zhì)量要求（1） 可塑度要適當應(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。過度塑煉會降低硫化膠的強度、彈性、耐磨性等，而且會增加動力消耗。塑煉程度：根據(jù)混煉膠工藝性能和制品性能的要求來確定。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：0.3?0.35；膠管內(nèi)層膠： 0.25?0.3；胎面膠： 0.22?0.24；胎側(cè)膠 0.35左右；海綿膠 0.5?0.6（2） 塑煉均勻生膠的增塑方法和原理（一） 增塑方法（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)過機械塑煉后，分子量降低，粘度下降，可塑性增大。由此可見，生膠在塑煉過程中，可塑性的提高是通過分子量的降低來實現(xiàn)的。%一聚合物熔體的最大粘度；A一特性常數(shù)；MW一聚合物的重均分子量機械塑煉過程機理在低溫下：在機械力作用下首先切斷橡膠大分子鏈生成大分子自由基。（機械力引發(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。）在高溫下：機械力切斷橡膠大分子生成自由基的幾率減少。橡膠大分子在機械力的活化作用下，氧引發(fā)橡膠大分子的斷鏈。（機械力起到應(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：橡膠氫過氧化物不穩(wěn)定，分解生成較小的大分子，連鎖反應(yīng)終止。影響塑煉的因素：（1） 機械力的作用根據(jù)理論分析，機械力對橡膠分子的斷鏈作用，可表示為：式中Q一分子鏈斷鏈的幾率；K1、^2—常數(shù)；E一分子鏈的化學鍵能；尸。一作用于分子鏈上的力；^一分子鏈斷鏈時伸長長度；F0^一分子鏈斷鏈時消耗的機械功；低溫塑煉要求盡可能地降低輥溫和膠溫。（2） 氧的作用實驗證明，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10萬降到5000。生膠塑煉時，隨著塑煉時間的延長，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，可見氧在塑煉過程中與橡膠分子起了某種加成作用，參與了橡膠的化學反應(yīng)。（3） 溫度的作用存在雙重影響：低溫區(qū)（＜110。0,隨著溫度升高，塑煉效果下降。一一機械力作用高溫區(qū)（＞110°C），隨著溫度升高，塑煉效果提高?！醯难趸饔茫?） 靜電作用塑煉過程中，膠料受到強烈的摩擦作用產(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） 化學塑解劑接受型塑解劑（低溫塑解劑）：苯硫酚、五氯硫酚等。引發(fā)型塑解劑（高溫塑解劑）：過氧化苯甲酰（BPO）、偶氮二異丁月青（AIBN）等?；旌闲退芙鈩ㄦ溵D(zhuǎn)移型塑解劑）：促進劑M、DM和2，2’-二苯甲酰胺二苯基二硫化物等。塑煉方法及影響因素一?準備工藝切膠用切膠機將生膠切成小塊，每塊重量視膠種而異。開煉機塑煉工藝（一） 開煉機塑煉的原理開煉機的兩個輥筒以不同的轉(zhuǎn)速相對回轉(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，使膠料通過輥距時的速度不同而受到摩擦剪切作用和擠壓作用，膠料反復通過輥距而被塑煉。（二） 開煉機塑煉的工藝方法薄通塑煉法輥距在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，這樣反復數(shù)次。優(yōu)點：膠料散熱快，冷卻效果較好，塑煉膠可塑度均勻，質(zhì)量高，能達到任意的塑煉程度。（三） 開煉機塑煉的影響因素裝膠容量裝膠容量取決于開煉機的規(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。合理的容量根據(jù)經(jīng)驗公式計算：Q一塑煉容量，L；K一經(jīng)驗系數(shù)，取值一般為0.0065?0.0085，L/cm3；D一輥筒直徑，cm；L一輥筒工作部分長度，cm合成橡膠塑煉時生熱大，裝膠容量應(yīng)比天然橡膠少。輥距輥距越小，機械塑煉效果越明顯。薄通時實際使用輥距一般為0.5?1mm。3.輥速和速比輻距一定，提高開煉機的輻速或速比會增大膠料的機械剪切作用，從而提高機械塑煉效果。開煉機的速比一般在1.15?1.27之間。速比過大，升溫加快。輥溫輻溫低，塑煉效果好。輻溫過低容易造成設(shè)備超負荷而受到損害。塑煉溫度與生膠膠種有關(guān)，天然橡膠通常控制前輻溫度在45?55°C，后輻溫度在40?50°C為宜。塑煉時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。密煉機塑煉工藝優(yōu)點：自動化程度高，生產(chǎn)效率高，節(jié)能，勞動強度低；缺點：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。（一） 密煉機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，被帶入兩個具有螺旋棱、有速比的、相對回轉(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進行的剪切、撕拉、攪拌和摩擦的強烈捏煉作用，從而達到塑煉的目的。物料在密煉室中主要受到幾種作用：轉(zhuǎn)子間及轉(zhuǎn)子與混煉室內(nèi)壁間的作用；轉(zhuǎn)子棱間的攪拌作用；3.轉(zhuǎn)子軸向的往復切割作用。（二） 密煉機塑煉的工藝方法密煉機塑煉的工藝方法有一次塑煉法、分段塑煉法和化學增塑塑煉法三種。（三） 影響密煉機塑煉的因素溫度密煉機塑煉屬高溫塑煉，生膠在密煉機內(nèi)受高溫及劇烈的機械剪切作用，以高溫氧化為主，可在短時間內(nèi)獲得所需要的可塑度，一般密煉機的塑煉溫度為120C以上，有的甚至可達到160C，但溫度過高會導致橡膠物理機械性能下降。一般天然橡膠塑煉時的溫度不超過155C為宜。采用密煉機塑煉合成橡膠，以免產(chǎn)生凝膠。溫度范圍要視膠種具體特性而定。對于SBR，溫度應(yīng)控制在155C以下，以免產(chǎn)生凝膠。使用塑解劑時，塑煉溫度可控制在160C。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)，塑煉時間從30min縮短到10min。轉(zhuǎn)速的提高必然會加速膠料生熱升溫，因此必須加強冷卻。時間用密煉機塑煉，膠料的可塑度隨塑煉時間的增加而增加。使用塑解劑進行塑煉時，塑煉效果會提高，塑煉時間可縮短30%?50%。上頂栓壓力上頂栓必須加壓，以增加轉(zhuǎn)子對膠料的剪切作用。壓力過小，不能壓緊膠料，但壓力過大，又會造成設(shè)備負荷過大。上頂栓壓力一般為0.5?0.8MPa。裝膠容量各種規(guī)格密煉機的裝膠容量為密煉室容積的48%?62%。化學塑解劑密煉機塑煉溫度高，采用化學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降低排膠溫度，提高塑煉膠質(zhì)量。螺桿塑煉機塑煉工藝（一）螺桿塑煉機工作原理在螺桿塑煉機中，生膠一方面受到螺桿的強烈的機械攪拌作用，另一方面，由于生膠受螺桿與機身內(nèi)壁的摩擦產(chǎn)生大量的熱，溫度高達150?180°C，從而加速氧化裂解，獲得塑煉效果。優(yōu)點：能連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)能力大，適用于大型輪胎廠。缺點：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。（二）影響螺桿塑煉機塑煉的因素塑煉溫度若溫度偏低，設(shè)備負荷偏大，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?shù)姆秶鷥?nèi)。天然橡膠塑煉溫度一般控制在機尾60C以下，機身80?90C，機頭90?100C，排膠溫度180C以下。喂料速度喂料速度要適當而均勻。速度過快，膠料在機筒內(nèi)的停留時間短，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。排膠孔隙大小排膠孔隙大小依膠料塑煉程度要求而定。孔隙小，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。塑煉后的補充加工壓片或造粒冷卻與干燥停放干燥后的膠片按規(guī)定堆放4?8h以上才能恭下道工序使用。質(zhì)量檢驗常用橡膠的塑煉特性橡膠塑煉難易的原因天然橡膠塑煉容易的原因：（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致大分子鏈斷裂破壞。二?幾種常用橡膠的塑煉特性NR（天然橡膠）NR比較容易進行塑煉，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），必須進行塑煉加工才能獲得適當?shù)目伤苄浴MR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用開煉機塑煉，通常采用低溫（40?50°C）,薄通塑煉效果好。用密煉機塑煉時，溫度宜在155°C以下。NR塑煉時，常加入化學塑解劑來提高塑煉效果。、8公（丁苯橡膠）軟SBR的初始門尼粘度一般在54~64之間，不需進行塑煉。SBR采用機械塑煉效果不大，比較有效的方法時采用高溫塑煉法，以130?140C溫度最好，溫度過高易生成凝膠。BR（順丁橡膠）BR一般不需要進行塑煉。CR（氯丁橡膠）CR的初始門尼粘度都較低，一般不需要進行塑煉。但在儲存過程中其可塑性會下降，因此CR仍需經(jīng)過塑煉加工，才能獲得所要求的可塑性。CR宜采用開煉機進行塑煉，低溫薄通塑煉效果最好。皿（丁基橡膠）門尼粘度在38~75之間的品種一般不需要塑煉。IIR采用機械塑煉效果不大，但用密煉機在120C以上，并且加入塑解劑進行高溫塑煉則可取得較好的塑煉效果。NBR（Tffi橡膠）NBR的塑煉應(yīng)采用開煉機在低溫（40C以下）、小輥距（1mm左右）、低容量（約為NR容量的1/2?1/3）。一般不宜用開煉機進行塑煉，NBR很易生成凝膠?；鞜捁に嚮鞜挘和ㄟ^適當?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?；鞜捛暗臏蕚湓牧吓c配合劑的質(zhì)量檢驗通常對配合劑檢驗的內(nèi)容主要有：純度、粒度及分布、機械雜質(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。配合劑的補充加工（一） 粉碎塊狀和粗粒狀配合劑必須經(jīng)過粉碎或磨細處理才能使用。（二） 篩選粉末狀固體軟化劑粒度及粒度分布達不到規(guī)定標準的，或已經(jīng)發(fā)生配合劑結(jié)團及含有機械雜質(zhì)的必須經(jīng)過篩選加工，去掉其中的機械雜質(zhì)、較大顆粒與結(jié)團。稱量配合要求稱量配合操作做到：精密、準確、不漏、不錯。稱量配合的操作方式有兩種：（1）手工操作；（2）機械化自動稱量配合?；鞜捁に嚮鞜捘z的結(jié)構(gòu)混煉膠是由粒狀配合劑（如炭黑、促進劑、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)成了混煉膠的復合分散介質(zhì)；（3） 粒狀配合劑（如炭黑合促進劑等）與橡膠在接觸界面上產(chǎn)生了一定的物理和化學結(jié)合，這對膠料和硫化膠的性能起著重要的影響。因此，可以認為混煉膠是一種具有復雜結(jié)構(gòu)特性的膠態(tài)分散體。炭黑與橡膠混煉后形成的補強結(jié)構(gòu)，對膠料和硫化膠的力學性能和流變性能等都有較大的影響。炭黑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)炭黑與橡膠混煉時，形成炭黑一橡膠聚集體，聚集體在剪切力的作用下逐步分散。當混煉膠中炭黑的用量較高時，炭黑通過鏈狀結(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電性。吸留橡膠結(jié)構(gòu)混煉時，形成吸留橡膠。在混煉過程中，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。但是，吸留橡膠多少都會部分地保留在炭黑聚集體中，成為混煉膠填料的一部分。炭黑結(jié)合橡膠炭黑結(jié)合橡膠對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?？扇苣z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。這兩部分橡膠對混煉膠的物理性能都有貢獻。開煉機的混煉工藝開煉機混煉原理開煉機混煉過程一般包括包輥、吃粉和翻煉三個階段。包輥圖1-3橡膠在開煉機中的幾種狀態(tài)1一橡膠不易進入車昆縫；2一緊包前車昆；3一脫車昆成袋囊狀；4一呈粘流包車昆吃粉在膠料包輥，加入配合劑之前，要使輥距上端保留適當?shù)亩逊e膠，適量的堆積膠是吃粉的必要條件。翻煉周向：混煉最均勻；軸向：不均勻；徑向：均勻性最差開煉機混煉的影響因素裝膠容量裝膠容量需依據(jù)開煉機的規(guī)格及膠料配方特性合理確定。容量過大，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；容量過小會降低生產(chǎn)效率。式中V一裝膠容量，L；D一車昆筒直徑，cm；L—車昆筒長度；⑵棍距輥距一般取4~8mm為宜。輥距減小，剪切效果增大，但生熱大。混煉溫度輥溫過低，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。輥溫一般通過冷卻的方法保持在50?60°C之間。但在混煉含有高熔點配合劑(高熔點古馬隆樹脂等)的膠料時，需要適當提高輥溫；而混煉順丁膠時，輥溫不得超過50C。混煉時間應(yīng)適當掌握配合劑的混入和分散時間，避免混煉時間過長，否則容易產(chǎn)生過煉現(xiàn)象。提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以下的開煉機。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-促進劑、活性劑、防老劑一補強、填充劑一液體軟化劑-硫黃、超速促進密煉機的混煉工藝優(yōu)點：混煉容量大，混煉時間短，效率高；投料、捏煉、加壓和排料操作易于機械化、自動化，勞動強度低，操作安全性大，配合劑損失、粉塵飛揚狀況得到改善，膠料質(zhì)量和環(huán)境衛(wèi)生條件好。缺點：混煉時溫度較高，對溫度敏感的膠料易發(fā)生焦燒，需要對排膠進行補充加工。（一） 密煉機混煉工藝操作方法一段混煉法（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）f硬脂酸-促進劑、活性劑、防老劑f補強填充劑f液體軟化劑f排膠f壓片機加硫黃和超速促進劑f下片一冷卻、停放（2） 分段投膠一段混煉法分批加入生膠，以強化炭黑的分散，達到改善合提高膠料的工藝性能及硫化較的物理機械性能。具體操作：投入60%?80%生膠和配合劑（硫化劑和超促進劑除外），在70?120°C混煉溫度下，混煉到總混煉時間的70?80%，再把其余生膠并同硫化劑和超促進劑一起投入，再混煉1?2min后，排膠下片。兩段混煉（1） 傳統(tǒng)兩段混煉法用高速高壓密煉機進行第一段的粗混煉，使橡膠與配合劑混煉制成母膠，下片后經(jīng)停放一段時間后，再送入低速密煉機加硫黃和促進劑進行混煉，再經(jīng)壓片機補充加工膠片。（2） 分段投膠兩段混煉法第一段混煉時，把80%左右的生膠投入進行與傳統(tǒng)兩段混煉法一樣的混煉，制備母膠。在第二段混煉時將剩余20%左右的生膠投入母膠中混煉，均勻后排膠。逆混（倒混）煉法先把除硫黃和促進劑以外的所有其它配合劑全部裝入密煉機中，然后再投入生膠進行混煉。優(yōu)點：充分利用裝料容積，改善分散性，縮短混煉時間。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。（二） 密煉機混煉的影響因素（1） 裝膠容量混煉容量必須適當，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，設(shè)備特征與磨損程度以及上頂栓壓力來確定。（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加大，上頂栓壓力提高會加速混煉過程中膠料生熱，并增加功率消耗。（3） 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和混煉時間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快，剪切速率大，混煉時間縮短。轉(zhuǎn)速增加一倍，混煉周期大約縮短30%?50%。如2