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橡膠混煉工藝是什麽

橡膠的混煉就是將各種配合劑借助煉膠機機械力的作用, 將各種配合劑均勻地分散在橡膠中,以形成壹個以橡膠為介質或者以橡膠與某些能和它相容的配合組分(配合劑、其它聚合物) 的混合物為介質, 以與橡膠不相容的配合劑(如粉體填料、氧化鋅、顏料等) 為分散相的多相膠體分散體系的過程。對混煉工藝的具體技術要求是:配合劑分散均勻, 使配合劑特別是炭黑等補強性配合劑達到最好的分散度, 以保證膠料性能壹致。混煉後得到的膠料稱為“混煉膠”, 其質量對進壹步加工和制品質量有重要影響。

1· 天然橡膠的混煉

天然橡膠是生膠塑煉的主要膠種, 用開煉機和密煉機進行塑煉均能獲得良好效果。用開煉機塑煉時, 通常采用低溫(40~50 ℃) 薄通(輥距0.5~1 mm) 塑煉法和分段塑煉法效果最好。用密煉機塑煉時, 溫度宜在155 ℃以下, 時間約在13 min左右。塑煉時間增加, 塑煉膠的可塑性隨之增大。但不要過煉, 否則可塑性變得過高而使物理機械性能下降。

天然橡膠塑煉時常加入促進劑M 作塑解劑,來提高塑煉效果。促進劑M 對開煉機塑煉和密煉機塑煉都適用。天然橡膠塑煉後, 為使橡膠分子鏈得到松弛(俗稱恢復疲勞) 和可塑性均勻, 需停放壹定時間(4~8 h), 才能供下道工序使用。目前國內使用的天然橡膠主要品種有:國產煙片膠和標準膠, 進口煙片膠和馬來西亞標準膠等。

由於上述膠種的初始門尼粘度不同, 欲獲得相同的可塑性, 所需的塑煉時間當然不同。其塑煉時間按長短排列的順序為:進口煙片膠>國產煙片膠>國產標準膠>馬來西亞標準膠。恒粘和低粘標準馬來西亞橡膠、充油天然橡膠、輪胎橡膠、易操作橡膠的初始門尼粘度較低(壹般小於65),可不經塑煉直接混煉。

天然混煉膠(NR) 具有綜合性好的物理機械性能, 在常溫下具有很高的彈性, 彈回率可達50%~85%以上。天然膠還具有較高的機械強度,很好的耐屈撓疲勞性能, 滯後損失小, 多次變形下生熱量低, 撕裂強度高, 耐磨性和耐寒性良好,以及良好的氣密性、防水性、電絕緣性和絕熱性。天然膠的耐堿性好, 對壹般酸的抗耐性也較好,但不耐濃強酸, 並且天然膠還有很好的工藝加工性能。天然橡膠具有良好有混煉性能, 包輥性良好, 生膠強力和初粘性較高, 塑性、並用性及對配合劑的浸潤性都較好, 膠料的塑性增加速度快而且生熱量低。因此, 對配合劑的濕潤性好, 吃粉快, 分散也比較容易;混煉時間短, 混煉操作工藝易於掌握。但天然膠對混煉時間較敏感, 混煉時間過短, 混煉膠表面會呈現顆粒狀, 造成壓延擠出困難;混煉時間過長, 又會導致過煉。開煉機混煉, 輥溫在45~55 ℃之間, 前輥比後輥高5 ℃。密煉機混煉多采用壹段混煉法, 排膠溫度在120 ℃以下。

2 ·丁苯橡膠的混煉

丁苯橡膠(SBR) 又稱聚苯乙烯丁二烯***聚物。其物理機構性能, 加工性能及制品的使用性能接近於天然橡膠, 有些性能如耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度較天然橡膠更為優良, 可與天然橡膠及多種合成橡膠並用。

丁苯橡膠在混煉時配合劑分散困難, 電能消耗大, 生熱大, 膠料質量受溫度的影響較大, 所以在制造丁苯橡膠膠料時, 應針對其特點而規定混煉條件。在開煉機混煉時, 較適宜的方法是將配方中的炭黑制成母煉膠直接加入, 摻用丁苯橡膠的膠料, 在未加配合劑以前, 要求丁苯橡膠和天然橡膠先混合均勻後再加入。由於丁苯橡膠對配合劑的濕潤性比天然橡膠差, 故混煉時間較天然橡膠延長。以22 in (55.9 cm) 開煉機混煉胎面膠為例, 若采用炭黑母煉膠, 混煉時間為25~30 min。不采用炭黑母煉膠, 其混煉時間可適當延長。輥溫不宜過高, 壹般前輥55 ℃以下, 後輥50 ℃以下為宜。膠料溫度在55~60 ℃左右。容量的選擇視丁苯橡膠的摻用量而定, 摻30%的丁苯橡膠,其容量與天然橡膠相同;摻50%的丁苯橡膠, 其容量可適當減少。

丁苯橡膠混煉時生熱大, 升溫快, 因此混煉溫度應比天然橡膠適當低些。配合劑在丁苯橡膠中較難混合分散, 故混煉時間要比天然橡膠長。用開煉機混煉包輥性較好, 但易包冷輥, 因此前輥溫度應比後輥溫度低5~10 ℃。需增加薄通次數和進行補充加工, 以利配合劑的均勻分散, 用密煉機混煉應采用兩段混煉, 容量應小些。混煉時間過長, 可塑度變化不大, 但會產生凝膠, 影響物理機械性能。排膠溫度要低於130 ℃。

3· 順丁橡膠的混煉

順丁橡膠內聚強度低, 粘附性自粘性較弱,在混煉過程中, 生膠呈破碎狀, 配合劑分散不良,易發生脫輥。順丁膠在開煉機上混煉不易壓合成片, 且容易脫輥, 故宜采用小輥矩、低輥溫(40~50 ℃) 混煉。為使配合劑均勻分散, 需進行補充加工, 用密煉機混煉時, 容量可增加10%, 混煉溫度也可稍高, 以利於配合劑分散, 排膠溫度壹般在130~140 ℃, 采用兩段混煉有利於分散均勻, 也可采用逆混法混煉。這樣能節省40%的煉膠時間。炭黑含量大或采用高結構細粒子炭黑時, 必須采用兩段混煉才能分散均勻, 也可采用逆混法混煉。

順丁橡膠的工藝性能與其它合成橡膠有很大區別, 在壹般加工溫度範圍內(50~140 ℃) 基本上不產生力化學降解和熱氧化降解, 與炭黑混合時會形成堅硬的結構, 生膠及膠料內聚強度低,粘附性和自粘性較弱, 在混煉過程中生膠呈破碎狀, 配合劑分散不良易發生脫輥, 所以壹般需與天然橡膠和丁苯橡膠等並用。順丁橡膠品種不同,混煉特性也不同, 高順式類型的混煉特性較好,包括有較好的包輥性和分散性, 開煉時的輥溫宜低於天然橡膠, 以40~50 ℃較為理想。中順式要求溫度更低壹些。低順式順丁橡膠因無法結晶故加工性能較好。順丁橡膠的硫磺用量要低於其它二烯類橡膠。這是因為硫磺在順丁橡膠中的遷移較快, 易產生噴霜現象。順丁橡膠應以兩段混煉法為主。采用兩段混煉, 能明顯改善膠料工藝性能和硫化膠的物理機械性能。采用壹段混煉時,輸送帶覆蓋膠可塑度為0.33;采用兩段混煉時為0.38, 當可塑度為0.2~0.25 時就會產生脫輥現象。用兩段法制備的膠料, 其硫化膠拉伸強度也有所提高。軟化劑應在炭黑分散後加入, 這樣能提高硫化膠的拉伸強度和定伸應力。在密煉機中先將順丁橡膠與丁苯橡膠混合, 然後加入其它配合劑,並不能明顯改善膠料和硫化膠性能。若將生膠和炭黑同時兌入, 然後加軟化劑, 則可提高定伸應力和拉伸強度。

4 ·丁基橡膠的混煉

丁基橡膠在生產中進行混煉時, 壹般都采用引料法(即待引膠料包輥之後再加入生橡膠和配合劑) 和薄通法(即將配方中的壹半生橡膠用冷輥及小輥距反復薄通, 待其包輥後再加入另壹半生橡膠)。混煉膠的溫度壹般控制在40~60 ℃ (前輥溫度應比後輥溫度低10~15 ℃);速比不宜超過1∶1.25, 否則空氣易於卷入膠料中引起制品起泡。配合劑應分批少量加入, 在配合劑完全吃凈混入之後才能切割。丁基橡膠采用密煉機混煉時, 可采用壹段混煉和二段混煉以及逆混法。裝膠容量可比天然橡膠稍大壹些(大5%~10%);混煉過程中, 盡可能在初期就加入補強填充劑, 以產生最大的剪切力和較好的混煉效果;混煉時間比天然橡膠長30%~50%;混煉的溫度通常控制在:壹段混煉排膠溫度121 ℃以下, 二段混煉排膠溫度為155 ℃左右。高填充膠料在密煉機混煉時易出現壓散現象, 即粒化現象。其處理方法是增大裝膠容量或者采用逆混法。為了改善丁基橡膠的混煉效果, 提高結合橡膠的比例, 可對混煉膠膠料進行“熱處理”, 即將“熱處理” 劑(如對二亞硝基苯) 1.0~1.5 份加入丁基橡膠之中, 並使之均勻,然後在高溫下進行處理。丁基橡膠的混煉膠的“熱處理” 分為動態和靜態兩種, 前者是在密煉機上與第壹段混煉同時進行, 工藝溫度為120~200 ℃;後者是直接置於蒸汽或熱空氣中2~4 h。

丁基橡膠的內聚強度低, 自粘性差, 包輥性差。另外, 其飽和度高, 與其它橡膠在工藝上不相容, 在沒有專用混煉設備時混煉加工前後必須徹底清洗機臺, 以免混入其它生膠, 影響膠料質量。丁基橡膠混煉時, 配合劑分散困難。開煉機混煉時, 采用引料法(即待引料膠包輥後再加生膠和配合劑) 或薄法, 將配方中壹半生膠以小輥矩反復薄通, 待包輥後再加入另壹半。用密煉機混煉時, 裝膠容量比天然橡膠大10%~20%, 混煉溫度在150 ℃為好, 當填料多時也可采用兩段混煉法和逆混煉法。丁基橡膠易包冷輥, 因此後輥溫度比前輥應高10 ℃左右。丁基橡膠的冷流性較大, 配合劑分散困難, 不易包輥, 橡膠制品在開煉機混煉時可用引料法(即從前次煉好的同樣膠料上取壹小塊包於輥筒上, 然後加入丁基橡膠和配合劑) 或用薄通法(即將配方中壹半生膠以小輥距反復薄通, 待包輥後再加入另壹半)。

5 ·氯丁橡膠的混煉

氯丁橡膠均以乳液聚合法生產, 生產工藝流程多為單釜間歇聚合。聚合溫度多控制在40~60 ℃,轉化率則在90%左右。聚合溫度、最終轉化率過高或聚合過程中進入空氣均會導致產品質量下降。生產中用硫磺-秋蘭姆(四烷基甲氨基硫羰二硫化物) 體系調節相對分子質量。硫磺-秋蘭姆體系的主要缺點在於硫鍵不夠穩定, 這是影響貯存性的重要原因之壹。若用硫醇調節相對分子質量則可改善此種性能。氯丁橡膠與壹般合成橡膠不同,它不用硫磺硫化, 而是用氧化鋅、氧化鎂等硫化。

氯丁橡膠的加工性能取決於未硫化膠的粘彈行為, 而其粘彈行為與氯丁膠的品種及溫度有關。由於混煉壹般是在彈性狀態下進行, 以利用膠料彈性態的剪切力作用使填料分散良好。因此氯丁膠混煉時為避免高溫的影響, 應盡早加入填料,以便在彈性態下達到壹定程度的混入。用開煉機混煉時, G 型氯丁橡膠對溫度變化敏感, 輥溫超過70 ℃時便嚴重粘輥, 並呈粘流態, 配合劑不易分散。用密煉機混煉時其容量要適當縮小, 壹般填充系數以0.6 為宜, 壹般分兩段混煉, 以盡量降低混煉溫度。排膠溫度要低於100 ℃。

氯丁橡膠在使用開煉機混煉時的缺點是生熱大, 比較容易粘輥, 易焦燒, 配合劑分散較慢,因此混煉溫度不宜過高, 容量宜小, 輥筒速比也不宜大。由於對溫度的敏感性強, 通用型氯丁橡膠在常溫到71 ℃時, 便呈現粒狀態, 此時生膠內聚力減弱, 不僅嚴重粘輥, 配合劑分散也會很困難。非硫調節型氯丁橡膠的彈性狀態溫度在79 ℃以下, 所以混煉工藝性能比硫磺調節型好, 粘輥傾向和焦燒傾向較小。用開煉機混煉時, 為避免粘輥, 輥溫壹般控制在40~50 ℃以下(前輥比後輥溫度低5~10 ℃), 並且在生膠捏煉時, 輥距要逐漸由大到小調節。混煉時先加入吸酸劑氧化鎂,以防焦燒, 最後加入氧化鋅。為了減少混煉生熱,炭黑和液體軟化劑可分批次交替加入。硬脂酸和石蠟等操作助劑可分散的逐漸加入, 這樣既可幫助分散, 又可防止粘輥。硫磺調節型氯丁橡膠在開煉機的混煉時間壹般比天然橡膠長30%~50%,非硫磺調節型混煉時間可比硫磺調節型短20%左右。為了避免氯丁橡膠在開煉機混煉時的升溫過快, 速比小於1∶1.2 以下, 冷卻效果會好些。減少煉膠容量也是保障操作安全, 分散良好的辦法。目前, 國內硫磺調節型氯丁橡膠的煉膠容量比天然橡膠應少20%~30%, 方可正常操作。由於氯丁橡膠易焦燒, 故在使用密煉機混煉時通常采用二段混煉法。混煉溫度應較低(排料溫度壹般控制在100 ℃以下), 裝膠容量比天然橡膠低(容量系數壹般取0.50~0.55), 氧化鋅在第二段混煉時的壓片機上加入。針對氯丁橡膠混煉易焦燒難分散的問題, 利拿密煉機采用國內最先進的四菱雙轉子同向運轉, 結合密煉機上頂栓呈“X” 曲線運動, 分散效果好, 時間短, 可有效降低氯丁橡膠在混煉加工時的焦燒現象。

6 ·乙丙橡膠的混煉

乙丙橡膠也可用普通煉膠設備加工, 但因乙丙橡膠塑煉效果特別差, 缺乏粘性, 橡膠不易包輥, 壹般先采用窄輥距, 待形成連續片狀後再放寬輥距進行混煉加工。輥溫為前輥50~60 ℃, 後輥60~70 ℃為宜。三元乙丙橡膠的加料順序壹般為:生膠包輥—1 / 2 炭黑—1 / 2 炭黑—硬脂酸—氧化鋅(或氧化鎂) —促進劑—交聯劑—薄通、下片。乙丙橡膠混煉時不易發生過煉, 配合劑分散均勻, 但自粘性差。乙丙橡膠用開煉機混煉, 壹般先采用小輥矩使其連續包輥後, 再逐步放寬輥矩,加入配合劑, 輥溫在60~70 ℃之間。采用密煉機混煉宜采用高溫, 混煉溫度在150~160 ℃有助於填充劑和軟化劑的分散及力學性能的提高。裝膠容量可比其它膠料高10%~15%。

7 ·丁腈橡膠的混煉

丁腈橡膠混煉工藝性能差, 混煉時發熱量大,易脫輥, 對粉狀配合劑的濕潤能力差, 配合劑難於分散。炭黑用量大時, 會使膠料升溫快而易於焦燒。丁腈橡膠在開煉機上混煉時, 應采用低溫、小容量、小輥距慢加料的操作方法, 以促進配合劑的均勻分散。若用密煉機混煉, 應加強混煉室冷卻, 炭黑和酯類軟化劑要分批交替加入, 排膠溫度不得高於130 ℃。硫磺在丁腈膠中的溶解度比較低, 混合分散困難, 應在混煉開始時加入。丁腈橡膠中丙烯腈含量有42%~46%、36%~41%、31%~35%、25%~30%、18%~24%等5 種。丙烯腈含量越多, 耐油性越好, 但耐寒性則相應下降。

8· 矽橡膠的混煉

矽橡膠分熱硫化型( 高溫硫化矽膠HTV) 、室溫硫化型(RTV), 其中室溫硫化型又分縮聚反應型和加成反應型。

矽橡膠不經塑煉即可混煉, 壹般均采用開煉機操作。混煉中要保持低輥溫(不超過50 ℃),短時間。生膠加入時先包前(慢) 輥, 混煉吃粉時轉包後輥, 所以宜兩面操作。包輥後即可加入配合劑, 待混合均勻, 膠料全部包輥及表面光滑即可。矽橡膠質地柔軟, 混煉切割時要用膩子刀。混煉後的膠料要經過壹定時間(>24 h) 停放, 以利於配合劑分散, 使用前必須經過回煉。混煉膠宜隨煉隨用, 時間過久, 硫化膠性能會降低。

9· 氟橡膠的混煉

氟橡膠門尼粘度高、剛性大, 磨擦生熱大,壹般混煉加工比較困難。開煉機混煉氟橡膠時,要小輥距, 少容量, 輥溫控制在50~60 ℃。混煉開始, 先使輥筒冷卻, 加入生膠薄通10 次左右,形成均勻的包輥膠, 調節輥矩保持少量堆積膠,然後加入配合劑, 混煉時間通常不做嚴格規定,但要求盡可能快速。氟橡膠較難采用密煉機混煉,但嚙合型密煉機冷卻系統較強, 可以混煉氟橡膠。混煉的膠料要應停放24 h 後才能使用, 使用前必須經過回煉, 使配合劑分散均勻, 提高膠料的流動性和自粘性。

10 ·丙烯酸酯橡膠的混煉

聚丙烯酸脂橡膠門尼粘度較低, 可不塑煉直接進行混煉。開煉機混煉時易粘輥, 同時包前後輥造成操作困難。因此, 輥溫較低(30~50 ℃)有利防粘輥, 也有利配合劑分散。因該膠包快速輥或高溫輥, 故前輥溫度高些。輥距在2~3 mm左右, 薄通1~2 次, 加配合劑, 混煉中配合劑分散良好。密煉機混煉時無粘輥之虞, 且能縮短混煉周期, 但宜采低速混煉。

ACM 膠料不需塑煉, 直接進行混煉。混煉時有可能粘輥或脫輥。應避免輥溫過高, 可開足冷卻水。裝膠量不可過高, 為額定量的壹半左右較合適。把輥距打到最小位置, 把硬脂酸壓在輥筒上, 然後調到正常煉膠輥距。加入生膠, 包輥並保持適當積膠;加入防老劑等小料;加入炭黑等填料, 把落入接料盤的填料等重新加到輥筒上,直到完全混入膠中。填料加完後, 可把膠割下翻煉, 打包卷。如果粘輥不好割下, 可停車割下,以後就不會粘輥了。膠料割下後薄通5~10 次, 盡量混合均勻。薄通完成後, 如果輥溫和膠溫都不太高, 把輥距調到合適位置, 使輥筒上有適量積膠, 再加入硫化劑。硫化劑加完後, 薄通打包,盡量混合均勻。加硫化劑時, 如果輥溫過高, 膠料易焦燒(提前自硫化)。但如果輥溫過低, 又不利於硫化劑硬脂酸鈉、鉀等融化分散。壹般控制溫度在40~70 ℃左右為宜。加入硫化劑混合均勻後,出片冷卻。混煉膠存放1~24 h 後, 返煉壹次, 即可使用。加有硬脂酸鈉、鉀的膠料存放期可在壹個月左右。而加有硬脂酸鈉、鉀又加有0.5 份3 號硫化劑的膠料在3 天內用完為宜, 否則可能焦燒。膠料在硫化時裝模要快, 以防膠料在高溫模具中提前硫化, 造成缺膠或產生氣泡、裂口。特別是組合模操作更應註意。裝模完成後, 加壓時可慢些, 以防加壓太快膠料未充滿模腔而被壓出模外造成缺膠。加壓後快速排氣1~2 次。膠料在混煉時, 儲存時或硫化操作時如果發生焦燒現象, 會使硫化膠在搭頭部分產生裂口, 或在膠中間留下較大氣泡, 嚴重時會在膠面出現流痕, 表面粗糙不平, 還會影響骨架粘結。用矽烷偶聯劑處理白炭黑時, 可在混煉時加完白炭後再加矽烷, 也可把矽烷加入白炭中後再混煉。

11· 結束語

只要更多了解常用典型橡膠的獨特性能, 充分利用其混煉的工藝特點, 更好地解決廢橡膠的回收再生利用問題, 降低橡膠的生膠價格, 典型橡膠應用領域和需求量將會取得更大的發展。