第十章 炼胶工艺

2、密炼机塑炼工艺方法及影响因素
（1）密炼机塑炼工艺方法
一段塑炼法 时间长，效率低，胶料的可 塑度低，可塑度不均匀。 效率高，可塑度高，均匀性 好，但管理不方便
密炼机塑炼方法
分段塑炼法
效率最高，可塑度高，时 化学增塑塑炼法 间短，但均匀性欠佳。
塑解剂要以母炼胶的形式加入。
（2）影响因素
容量 填充系数为0.75合适。 上顶栓压力 0.5~0.8MPa，压力能提高塑炼效果和生产 效率。 转子转速 增大转速能提高塑炼效果和生产效率，但过快 生热高，可塑度难控制，应加强冷却，防止过炼。 温度 随排胶温度升高，塑炼效果急剧增大，但易过炼。 NR塑炼排胶温度以140~160 ℃为宜；SBR应低于 140℃。 塑炼时间 排胶温度一定，塑炼效果随塑炼时间线性增大， 后趋缓。挥发份增多， 化学塑解剂 时间短，效率高，温度低，能耗低，塑炼胶 质量好。
V带线绳浸胶塑炼胶 压延胶片用塑炼胶
胶片厚度≥0.1mm 胶片厚度＜0.1mm
0.50左右
胎面胶用塑炼胶 胎侧胶用塑炼胶
0.22~0.24 0.35左右
0.42左右 0.50左右
0.35~0.45 0.47~0.56
内胎胶用塑炼胶 缓冲帘布胶用塑炼胶
（二）塑炼机理 理论依据：η a=A*Mw3.4
3、开炼机混炼特点
（1）优点
混炼胶质量好，配合剂分散性好；
变换配方容易，易清洗； 适合特种橡胶或特种配合时炼胶 （2）缺点 质量波动大，过程难控制；
混炼时间长，效率低；
劳动强度大，操作不安全； 配合剂易飞扬，造成质量损失，污染环境
（二）密炼机混炼工艺 1、工艺过程
（1）吃粉 （2）分散 （3）捏炼
（4）掌握开炼机混炼的加料顺序及影响因素；
（5）掌握密炼机混炼的工艺方法及影响因素； （6）掌握炼胶过程的控制方法 （7）掌握混炼胶配合剂分散性的测定方法
第一节 概述
一、炼胶的内容及要求 1、内容
炼胶 塑炼：使生胶由强韧的高弹状态转变为柔软而富有 可塑性状态的加工工艺过程。
2、要求
混炼：将生胶与配合剂混合均匀，制备符合性能要 求的混炼胶的工艺过程。
开炼机炼胶
密炼机炼胶 液相连续混炼法 连续式炼胶 螺杆机炼胶 低温一次连续混炼法
第二节 炼胶准备工艺
开炼机塑炼 包辊法 薄通法 爬高法 化学增塑法 一段塑炼 分段塑炼 冷却
生胶的塑炼
选胶 破胶
螺杆机塑炼 密炼机塑炼
下片
烘胶
切胶
化学增塑塑炼
粉碎 筛选 加热 油膏 母炼胶的制备
停放
原材料的质量检验 炼胶准备工艺 原材料的补充加工
常用塑炼胶的可塑度要求（威氏）
塑炼胶种类
胶布胶浆用塑炼胶 含胶率≥45% 含胶率＜45% 传动带擦布用塑炼胶 0.52~0.56 0.56~0.60 0.49~0.55
可塑度要求
塑炼胶种类
海绵胶用塑炼胶 挤出胶料用塑炼胶 胶管外层胶 胶管内层胶
可塑度要求
0.50~0.60
0.30~0.35 0.25~0.30
（三）塑炼准备工艺
生胶 选胶 烘胶 切胶 破胶 塑炼
剔除杂质、 烘透，温 发霉胶包 度均匀
带花纹 辊筒
烘胶在烘胶房中进行，温度不宜过高，否则会影响橡
胶的物理机械性能。 NR一般在50~60℃，时间为4~36h， 冬季加热时间为36~72h。CR一般在24~40℃，时间为 4~6h。
（四）塑炼工艺方法
1、开炼机塑炼的原理
机械力作用：使橡胶分子链断裂 氧气作用：使分子链稳定在断裂的状态 一般不加塑解剂。
2、密炼机塑炼原理
物料从加料斗加入密炼室后，加料门关闭，压料装置 的上顶栓降落，对物料加压。
物料在上顶栓压力及摩擦力的作用下，被带入两个具 有螺旋棱、有速比的、相对回转的两转子的间隙中，致使物 料在由转子与转子，转子与密炼室壁、上顶栓、下顶栓组成 的捏炼系统内，受到不断变化和反复进行的剪切、撕拉、搅 拌和摩擦的强烈捏炼作用，使胶料温度升高，发生热氧化断 链，使胶料的平均分子量减小，从而达到塑炼的目的。 机械力作用：初期起剪切、摩擦，使胶料升温作用 后期起搅拌，增加与氧接触面积作用 氧气作用：既是大分子自由基引发剂，又是大分子自由 基终止剂 塑解剂作用：同氧气，增塑效果好，一般均加入。
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第十章 炼胶工艺
（Chapter 10:பைடு நூலகம்Mixing process）
4学时
本章主要内容
1 2 3 4 5 炼胶内容与要求
混炼设备及其工作原理
生胶塑炼工艺 混炼理论及工艺方法 混炼控制及混炼胶的检验
本章要求
（1）掌握炼胶的要求及常用的炼胶设备，了解其工作原理； （2）掌握生胶塑炼的目的、工艺方法、塑炼机理； （3）掌握炼胶的工艺过程、了解混炼理论；
4、塑炼后橡胶分子结构的变化
平均分子量：不断减小 分子量分布：变窄 分子量级分：高分子量分子链减少，中等分子量 级分增多，低分子量级分变化不大 分子链数目：增多
5、影响因素
①机械力：机械力增大，塑炼效果变好。 ②氧气：氧气是最好的塑解剂，分子链上结合0.3％的氧，可 使橡胶分子量由10万降到5千。 ③温度：低温区（<110℃），随着温度升高， 塑炼效果下降； 高温区（>110℃），随着温度升高，塑炼效果提高。 ④静电的作用：塑炼过程中，胶料受到强烈的摩擦作用产生静 电。静电积累产生放电现象，使空气中的氧活化变为原 子态氧和臭氧，加速橡胶分子的氧化断链作用。 ⑤化学塑解剂 终止型（低温塑解剂）：苯硫酚、五氯硫酚。 引发型（高温塑解剂）：过氧化苯甲酰（BPO）、偶氮二异 丁腈（AIBN）等。 混合型（链转移型塑解剂）：促进剂M、DM和2，2’-二苯甲 酰胺二苯基二硫化物。
胶料弹性收缩
配合剂小团块与橡胶混合
开炼机采用翻炼、薄通打三角包；密炼机利用转子突棱的混 合作用。
4、结合橡胶的作用
结合橡胶的生成有利于混炼过程中炭黑附聚体的破碎和 均匀分散，防止已分散炭黑的再聚结，保持稳定。
在炭黑橡胶团块破碎之前生成过多的结合橡胶，不利于炭
黑团块的破碎，分散性变差； 混炼后期生成更多的结合橡胶，有利于提高橡胶的强度。
剪切速率：增大能改善包辊性
（2）吃粉 影响因素：胶料的黏度(低易吃粉） 辊筒温度（高易吃粉） 配合剂粒径和结构性（粒径大，结构性低易吃粉） 堆积胶的量（合适易吃粉）
加料方式（摆动加料易吃粉）
（3）翻炼（捣胶） 切割翻炼 薄通，打三角包
2、加料顺序
（1）加料顺序遵循的一般原则： a.用量少，作用大的先加 ； b.在胶料中难分散的先加； c.临界温度低，化学活性大，对温度敏感的应在混炼降 温后加； d.硫黄与促进剂分开加； e.软化剂与补强填充剂分开加。 （2)特殊情况： 硬质胶（硫黄30～50份）先加硫黄后加促进剂； 海绵胶：软化剂用量多，先加一部分，或放在最后加； 内胎胶：滤胶后再加硫黄。 （3）一般加料顺序： 生胶或塑炼胶 固体软化剂 促进剂、活性剂、防老剂、 防焦剂 补强填充剂 液体软化剂 硫黄 超速促进剂
① 可塑度大小合适且均匀； ② 配合剂分散均匀并达一定分散度； ③ 混炼胶的性能要符合要求；
④ 时间短，能耗低。
二、炼胶设备
开炼机
炼胶主要设备
密炼机
螺杆机
1、开炼机
工作原理示意图：
速比：f=V1/V2 剪切速率：γ＝V2(f -1）/e
2、密炼机组
密炼机炼胶工艺流程示意图 炭黑斗
四楼
炭黑贮仓
a－加入配合剂，落下上顶栓； b－上顶栓稳定
c－功率最低值
d－功率二次峰值 e－排料
f—过炼及温度平坦
混炼过程： （1）湿润
混炼时间/min
（2）分散 （3）捏炼
混炼时的容积、功率、温度变化曲线
3、混炼机理
（1）吃粉 开炼机吃粉：返回胶与堆积胶拥挤产生狭缝，配合剂进入 狭缝，被胶料包围。过程慢，时间长。 密炼机吃粉：返回胶与上顶栓的包围。过程快，时间短。 （2）分散 必要条件：①有速比 ②有流道变化 分散过程：胶料和配合剂团块破碎 简单混合 （3）分散均匀 配合剂分散
三、配合剂的补充加工
粉碎、筛选、干燥、母胶和油膏的制备等。
四、称量配合
手工称量、全自动称量
第三节、炼胶工艺及理论 一、混炼理论 1、混炼胶微观结构
混炼胶为多相分散体系，其中连续相为橡胶分子链，分散
相为配合剂颗粒。橡胶平均分子量大小及分布，配合剂分散相 尺寸及分布构成了混炼胶的微观结构。
△
2、炭黑橡胶混炼过程
小料秤
三楼
微机室
炭黑秤
胶料秤
二楼
油秤
一楼
密炼机 流片机 冷却
双管气体输送
油管路
上辅机
炭黑自动称量与输送系统 油料自动称量与输送系统
密炼机组
密炼机
下辅机
小料自动称量系统 胶料称量系统 密炼室 转子 上顶栓 1台开炼机 下顶栓 辊筒机头挤出机 流片机 2台开炼机 隔离剂槽 多台开炼机 挂片架
折叠停放装置（带裁断）
炭黑自动称量与输送系统（示意图）
炭黑自动称量系统
油料自动称量与输送系统 通密炼机
小料自动称量系统（投料口）
小料自动称量系统
胶料称量系统
GK400型密炼机
二棱转子
四棱转子
密炼机控制中心
流片机（开炼机）
胶料输送装置
流片机（辊筒机头螺杆挤出机）
冷却装置
风冷
冷却槽（水冷）
叠放
三、炼胶过程及方法
称量配合
手工称量 半自动称量 全自动称量
一、生胶的塑炼 （一）塑炼的目的与要求
塑炼是指通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方式， 使橡胶由强韧的高弹性状态转变为柔软的塑性状态的过程。 塑性（可塑性）：橡胶在发生变形后，不能恢复其原来状态， 或者说保持其变形状态的性质。 目的：（1）减小弹性，提高可塑性；降低粘度，改善流动性； （2）提高胶料溶解性和成型粘着性。 要求：（1）可塑度要适当 （2）塑炼均匀
2、工艺方法
（1）一段混炼法： 适用：粘度低、填充量少、生热低的胶料，如以NR为主的胶料。 优点：胶料管理方便，节省停放面积。 缺点：可塑度低，不易分散均匀，混炼周期长，易焦烧和过炼。 具体方法： 传统一段混炼法：按顺序加料。采用慢速或变速密炼 分段投胶一段混炼法：分批投加生胶。
工艺过程： 准备工艺 胶 选胶 烘胶 筛选 破胶 干燥 塑炼 混炼 配合剂 粉碎 称量 停放 压延或挤出 压片 冷却 混炼工艺 后处理工艺
混炼方法：
乳液混炼法：液相连续混炼法 按炼胶设备分 机械混炼法 开炼机炼胶
密炼机炼胶
螺杆机炼胶
低温一次连续混炼法 低温炼胶：开炼机炼胶、液相连续混炼 按温度分 高温炼胶：密炼机炼胶、螺杆机炼胶 间歇式炼胶 按过程连续性分
3、螺杆机塑炼原理
在螺杆塑炼机中，生胶一方面受到螺杆的强烈的机械搅 拌作用，另一方面，由于生胶受螺杆与机身内壁的摩擦产生 大量的热，温度高达150~180℃，从而加速氧化裂解，获 得塑炼效果。 优点： 能连续生产，生产能力大，适用于大型轮胎厂。 缺点： 排胶温度高，塑炼胶的热可塑性大，质量不均，排胶不 规则。
5、表面活性剂的作用
（1）提高橡胶在固体配合剂表面的湿润性，提高分散效果；
（2）使配合剂稳定的分散在胶料中，防止配合剂重新聚结。 如防止炭黑、氧化锌的聚结。
二、混炼工艺 （一）开炼机混炼工艺
1、工艺过程 （1）包辊 影响因素：生胶的性质（格林强度、断裂拉伸比、最大松弛
时间等）
辊筒的温度：
破碎不包辊 包辊 脱辊 粘辊
因素
（五）塑炼补充工艺
（1）压片或造粒 （2）冷却与干燥 （3）停放 干燥后的胶片按规定堆放4~8h以上才能恭下道工序使用。
（4）质量检验
二、原材料的质量检验
1、生胶的检验 元素组成、杂质含量、门尼黏度、挥发份含量、含水率等。
2、配合剂的检验 固体配合剂的粒度、纯度、酸碱度、吸油值、金属离子含 量、熔点、分解温度、挥发份含量等； 液体配合剂的苯胺点、倾点、闪点、沸点、含水率、挥发份 含量等。
1、开炼机塑炼的工艺方法及影响因素
（1）开炼机塑炼工艺方法 包辊法 薄通法 爬高法 化学增塑法 二段塑炼 分段塑炼 三段塑炼 四段塑炼
一段塑炼
开炼机塑炼工艺方法
（2）开炼机塑炼的影响因素 ①容量 过多，堆积胶多，不易进入辊距，散热困难，降低塑 炼效果；过少，生产效率低。容量由胶种和设备规格决定。 ②辊距 减小辊距，增大剪切，有利于提高塑炼效果； ③辊速和速比 提高辊速和速比，能提高塑炼效果；过大，生 热高，需加强冷却； ④辊温 辊温升高，塑炼效果下降。（实验中发现辊温对门尼 黏度影响不大） ⑤塑炼时间 开始胶料门尼迅速下降，15min后趋缓；分段塑 炼可进一步提高可塑度； ⑥化学塑解剂 能提高生产效率，节省能耗，减小弹性复原性 和加工收缩性，适当提高塑炼温度，以70~75℃为宜。