实验2 密炼开炼混炼

实验二 PP/PE/EPDM的密炼开炼混炼一、实验目的1、主要目的是了解密炼机的结构，熟练掌握密炼机混炼的操作方法和加料顺序，熟悉密炼机混炼的工艺条件，了解影响密炼机混炼效果的因素，2、使学生熟悉并掌握橡胶配合方法，熟练掌握开炼机混炼的操作方法、加料顺序，了解开炼机混炼的工艺条件及影响因素，培养学生独立进行混炼操作的能力。

二、实验设备及工作原理（一）密炼机实验设备为湖南益阳橡胶机械有限公司制造的1.7 升小型密炼机。

图2-1 1.7 升小型密炼机A、密炼机的结构密炼机一般由密炼室、两个相对回转的转子、上顶栓、下顶栓、测温系统、加热和冷却系10统、排气系统、安全装置、排料装置和记录装置组成。

转子的表面有螺旋状突棱，突棱的数目有二棱、四棱、六棱等，转子的断面几何形状有三角形、圆筒形或椭圆形三种，有切向式和啮合式两类。

测温系统是由热电偶组成，主要用来测定混炼过程中密炼室内温度的变化；加热和冷却系统主要是为了控制转子和混炼室内腔壁表面的温度。

密炼机密炼室结构示意图如图2-2所示。

B、密炼机混炼工作原理密炼机工作时，两转子相对回转，将来自加料口的物料夹住带入辊缝受到转子的挤压和剪切，穿过辊缝后碰到下顶拴尖棱被分成两部分，分别沿前后室壁与转子之间缝隙再回到辊隙上方。

在绕转子流动的一周中，物料处处受到剪切和摩擦作用，使物料的温度急剧上升，粘度降低，增加了橡胶在配合剂表面的湿润性，使橡胶与配合剂表面充分接触。

配合剂团块随物料一起通过转子与转子间隙、转子与上、下顶拴、密炼室内壁的间隙，受到剪切而破碎，被拉伸变形的橡胶包围，稳定在破碎状态。

同时，转子上的凸棱使物料沿转子的轴向运动，起到搅拌混合作用，使配合剂在物料中混合均匀。

配合剂如此反复剪切破碎，物料反复产生变形和恢复变形，转子凸棱的不断搅拌，使配合剂在物料中分散均匀，并达到一定的分散度。

由于密炼机混炼时物料受到的剪切作用比开炼机大得多，炼胶温度高，使得密炼机炼胶的效率大大高于开炼机。

（二）开炼机ф160×320mm 双辊筒开炼机，上海机械技术研究所产品，主要由机座、温控系统、前后辊筒、紧急刹车装置、挡胶板、调节辊距大小的手轮、电机等部件组成。

开炼机的结构图如图1所示。

图1-2ф160×320mm双辊筒开炼机开炼机混炼的工作原理是利用两个平行排列的中空辊筒，以不同的线速度相对回转，加胶包辊后，在辊距上方留有一定量的堆积胶，堆积胶拥挤、绉塞产生许多缝隙，配合剂颗粒进入到缝隙中，被橡胶包住，形成配合剂团块，随物料一起通过辊距时，由于辊筒线速度不同产生速度梯度，形成剪切力，橡胶分子链在剪切力的作用下被拉伸，产生弹性变形，同时配合剂团块也会受到剪切力作用而破碎成小团块，物料通过辊距后，由于流道变宽，被拉伸的橡胶分子链恢复卷曲状态，将破碎的配合剂团块包住，使配合剂团块稳定在破碎的状态，配合剂团块变小。

物料再次通过辊距时，配合剂团块进一步减小，物料多次通过辊距后，配合剂在物料中逐渐分散开来。

采取左右割刀、薄通、打三角包等翻胶操作，配合剂在物料中进一步分布均匀，从而制得配合剂分散均匀并达一定分散度的混炼胶。

三、操作方法（一）密炼机操作1、按照密炼机密炼室的容量和合适的填充系数（0.6～0.7），计算一次炼物量和实际配方；2、根据实际配方，准确称量配方中各种原材料的用量，将PP、PE、EPDM 混合在一起，（把EPDM切成小块的）放置，在置物架上。

3、打开密炼机电源开关及加热开关，给密炼机预热，同时检查风压、水压、电压是否符合工艺要求，检查测温系统、计时装置、功率系统指示和记录是否正常；4、密炼机预热好后，稳定一段时间，准备混炼；5、提起上顶栓，将PP、PE、EPDM的混合物料从加料口投入密炼机，落下上顶栓，混炼一段时间；8、混炼一段时间，提起上顶栓，用手工将熔融的物料进行撬起混合，落下上顶栓混炼一段时间；9、排料，用热电偶温度计测物料的温度，记录密炼室初始温度、混炼结束时密炼室温度及排料温度，最大功率、转子的转速；密炼机每批混炼工艺试验报表，应记录：开始混炼时温度、混炼时间、转子转速、上顶栓压力、排胶温度、功率消耗、混炼物料质量与原材料总质量的差值及密炼机类型。

注意：开始混炼实验时，可先混炼一个与试验物料配方相同的物料调整密炼机的工作状态，再正式混炼；对同一批混炼物料，密炼机的控制条件和混炼时间应保持相同。

（二）开炼机操作1、根据实验配方，准确称量生胶和除液体软化剂以外的各种配合剂的量，观察物料和各种配合剂的颜色与形态；2、检查开炼机辊筒及接料盘上有无杂物，如有先清除杂物；3、开动机器，检查设备运转是否正常，通热水预热辊筒至规定的温度（由物料确定）；4、将辊距调至规定大小（根据物料量确定），调整并固定挡胶板的位置；5、将塑炼好的物料沿辊筒的一侧放入开炼机辊缝中，采用捣胶、打卷、打三角包等方法使胶均匀连续的包于前辊，在辊距上方留适量的堆积物料，经过2—3 分钟的滚压、翻炼，形成光滑无隙的包辊胶；6、按下列加料顺序依次沿辊筒轴线方向均匀加入各种配合剂，每次加料后，待其全部吃进去后，左右3/4 割刀各两次，两次割刀间隔20 秒钟；加料顺序：小料（固体软化剂、活化剂、促进剂、防老剂、防焦剂等）→大料（炭黑、填充剂等）→液体软化剂→硫黄和超速级促进剂。

7、割断并取下物料，将辊距调整到0.5mm，加入物料薄通，并打三角包，薄通5 遍；8、按试样要求，将物料压成所需厚度，下片称量质量并放置于平整、干燥的存板上(记好压延方向、配方编号)待用。

9、关机，清洗机台。

注：本实验由于物料较少，只是对物料压扁冷却定型，没有多少混合作用，所以很多步骤没有。

四、现象记录1、在密炼过程中，有时需要提起上顶栓，用铁撬进行人工翻宣，改变原来物料的“均匀性”，使得再次用转子混合时，使得靠近上顶栓的物料以及其他死角的地方加入到整个体系，能得到更均匀的混合。

但表层的物料与空气接触，冷却得快，所以要很快的操作，否则冷却变硬后很难撬起。

混合融融物料在密炼机中成白色。

2、开炼时，按操作进行开炼，但开炼前，熔融物料成白色，开炼后，物料成块状，表面带有纹路，且颜色变成棕灰色。

这可能是由于物料强大的应力以及迅速的降温（开炼机没有加热系统）所致。

开炼后的块状物料变脆。

3、将开炼后的到得的块状物人工掰成小块，放在粉碎机中进行粉碎，制成粒料，以便进行后面的注射实验。

五、思考题1、简述影响密炼机混炼效果的因素密炼机混炼的物料质量好坏，主要取决于混炼温度、装料容量、转子转速、混炼时间、上顶拴压力和转子的类型等。

A、装料容量即混炼容量，容量不足会降低对物料的剪切作用和捏炼作用，甚至出现物料打滑和转子空转现象，导致混炼效果不良。

反之，容量过大，物料翻转困难，使上顶拴位置不当，使一部分物料在加料口颈处发生滞留，从而使物料混合不均匀，混炼时间长，并容易导致设备超负荷，能耗大。

因此，混炼容量应适当，通常取密闭室总有效容积的60%～70%为宜。

密炼机混炼时装料容量可用下列经验公式计算：Q——装料容量，Kg；K——填充稀疏，通常取0.6～07；V——密闭室的总有效容积，L；ρ——物料的密度，g/cm3。

填充系数K 的选取与确定应根据物料种类和配方特点，设备特征与磨损程度、上顶拴压力来确定。

（NR 及含胶率高的配方，K 应适当加大；合成胶及含胶率低的配方，K 应适当减小；磨损程度大的旧设备，K 应加大；新设备要小些；啮合型转子密炼机的K 应小于剪切型转子密炼机；上顶拴压力增大，K 也应相应增大。

另外逆混法的K 必须尽可能大。

）B、上顶拴压力密炼机混炼时，物料都必须受到上顶栓的一定压力作用。

一般认为上顶栓压力在0.3~0.6MPa为宜。

当转子转速恒定时，进一步提高压力效果也不大。

当混炼容量不足时，上顶栓压力也不能充分发挥作用。

提高上顶栓压力可以减少密闭室内的非填充空间，使其填充程度提高约10%。

随着容量和转速的提高，上顶栓的压力必须使用增大。

上顶栓压力提高会加速混炼过程物料生热，并增加混炼时的功率消耗。

C、转子结构和类型转子工作表面的几何形状和尺寸在很大程度上决定了密炼机的生产能力和混炼质量。

密炼机转子的基本构型有两种：剪切型转子和啮合型转子。

一般说来，剪切型转子密炼机的生产效率较高，可以快速加料、快速混合与快速排胶。

啮合型转子密炼机具有分散效率高、生热率低等特性，适用于制造硬物料和一段混炼。

啮合型转子密炼机的分散和均化效果比剪切型转子密炼机要好，混炼时间可缩短30~50%。

D、转速提高密炼机转子的速度是强化混炼过程的最有效的措施之一。

转速增加一倍，混炼周期大约缩短30%~50%。

提高转速会加速生热，导致物料粘度降低，机械剪切效果降低，不利于分散。

E、混炼温度混炼温度高有利于物料的塑性流动和变形，有利于橡胶对固体配合剂粒子表面的湿润和混合吃粉，但又使物料的粘度下降，不利于配合剂粒子的破碎与分散混合。

混炼温度过高还会加速物料的热氧老化，使物料的物理机械性能下降，即出现过炼现象；还会使物料发生焦烧现象，所以密炼机混炼过程中必须采取有效的冷却措施；但温度不能太低，否则会出现物料压散现象。

F、混炼时间在同样条件下采用密炼机混炼物料所需的混炼时间比开炼机短得多。

混炼质量要求一定时，所需混炼时间随密炼机转速和上顶栓压力提高而缩短。

加料顺序不当，混炼操作不合理都会延长混炼时间。

延长混炼时间能提高配合剂在物料中的分散度，但也会降低生产效率。

混炼时间过长又容易造成物料过炼而使硫化胶的物理机械性能受到损害，还会造成物料的“热历史”增长而容易出现焦烧现象，因此应尽可能缩短物料的混炼时间。

影响开炼机混炼效果的因素主要有物料的包辊性、装胶容量、辊温、辊距、辊筒的速比、加料顺序、加料方式及混炼时间等。

G、对于助剂较多的配方，加料顺序也有较大的影响（特别是橡胶而言）密炼机混炼中，生胶、炭黑和液体软化剂的投加顺序与混炼时间特别重要，一般都是生胶先加，再加炭黑，混炼至炭黑在物料中基本分散后再加入液体软化剂，这样有利于混炼，提高混炼效果，缩短混炼时间。

液体软化剂过早加入或过晚加入，均对混炼不利，易造成分散不均匀，混炼时间延长，能耗增加。

液体软化剂的加入时间可由分配系数K 确定。

硫黄和超速促进剂通常在混炼的后期加入，或排料到压片机上加，减少焦烧危险。

小药（固体软化剂、活化剂、促进剂、防老剂、防焦剂等）通常在生胶后，炭黑前加入。

2、简述影响开炼的因素。

a、物料的包辊性物料的包辊性好坏会影响混炼时吃粉快慢、配合剂分散，如果包辊性太差，甚至无法混炼。

物料的包辊性与生胶的性质（如格林强度、断裂拉伸比、最大松弛时间等）、辊温和剪切速率有关，格林强度高、断裂拉伸比大、最大松弛时间长的生胶包辊性好，如NR；格林强度低、断裂拉伸比小、最大松弛时间短的生胶包辊性差，如BR。