橡胶混炼工艺

• （2）分散阶段 • 在第一阶段形成的大胶团在很大的剪切力作用下 又被重新细化，混入橡胶内的配合剂聚集体被搓 碎成为微小尺寸的细粒，并均匀分散到生胶中， 逐渐变成新的大胶块，直到形成连续相，完成均 化过程，即配合剂在生胶中的分散过程。 • （3）捏炼阶段 在胶料基本完成混和后，混炼若继续进行，则生 胶大分子链受破坏逐渐明显，分子量下降，表现 为粘度下降，弹性恢复效应降低。
• （3）转子转速和混炼时间 • 转子转速快，剪切速率大，混炼时间缩短。转速 增加一倍，混炼周期大约缩短30%~50%。 • 如20r/min密炼机混炼一车料需要10~12min，改 用40r/min密炼机只需要4~5min，如用 60~80r/min密炼机，则混炼时间可缩短至 1~1.5min。 • 常用的转速范围在40~60r/min。 • 延长混炼时间能提高配合剂在胶料中的分散度， 但会降低生产效率，混炼时间过长，会使硫化胶 的物理机械性能受损。在保证质量的前提下，尽 可能地缩短混炼时间。
连续混炼
• 连续混炼是指采用连续混炼机进行连续加料、 连续混合、连续排胶的混炼方法。连续混炼过程 与间断式混炼的区别在于功率和温度不发生激烈 的周期性变化，可将剧烈生热区散发的热量用来 预热加料区的生胶和配合剂，从而大大提高设备 的有效利用系数，并保证稳定的混炼条件，获得 性能一致的胶料。因此，连续混炼具有生产效率 高、工序简单、占地面积小、投资节省及脚料质 量好等一系列优点。但连续混炼技术高、难度大， 必须与可靠的配合剂连续称量系统相配套；并且， 由于重新调整设备手续复杂，故只适用于配方组 分较少、填充量较少的单一胶料的大规模生产。
开炼机混炼
• • • • 一．开炼机的混炼工艺 （一）开炼机混炼原理 开炼机混炼过程一般包括包辊、吃粉和翻炼三个阶段。 1．包辊
• 1-橡胶不易进入辊缝；2-紧包前辊；3-脱辊成袋囊状；4-呈粘流包辊 • 图1-3 橡胶在开炼机中的几种状态 2．吃粉 • 在胶料包辊，加入配合剂之前，要使辊距上端保留适当的堆积胶，适 量的堆积胶是吃粉的必要条件。 • 3．翻炼 • 周向：混炼最均匀；轴向：不均匀；径向：均匀性最差
三、开炼机混炼的工艺条件
• （1）装胶容量 • 装胶容量需依据开炼机的规格及胶料配方特性合理确定。容量过大， 使混炼分散效果降低，混炼温度升高，容易产生焦烧现象而影响胶料 质量；容量过小会降低生产效率。
Q K D L
• • • • • 式中 V—装胶容量，L；D—辊筒直径，cm；L—辊筒长度； （2）辊距 辊距一般取4~8mm为宜。辊距减小，剪切效果增大，但生热大。 （3）混炼温度 辊温过低，胶料硬度太大，容易损坏设备。辊温提高有利于降低胶料 的粘度，加快混炼吃粉速度，但温度太高，容易使胶料产生脱辊现象 和焦烧现象，难以操作。 • 辊温一般通过冷却的方法保持在50~60℃之间。但在混炼含有高熔点 配合剂（高熔点古马隆树脂等）的胶料时，需要适当提高辊温；而混 炼顺丁胶时，辊Fra Baidu bibliotek不得超过50℃。
•
• 胶料的另一种运动形式是轴向流动。由于 转子表面有螺旋短突棱，当两个转子相对 回转时，胶料不仅随转子作周向运动，同 时还沿着转子螺旋沟槽顺着转子的轴向在 流动，使胶料得以从转子两端向转子中部 汇合。这种轴向的流动可以起到自动翻胶 和糅合的混炼作用。
二、密炼机混炼历程
• （1）湿润阶段 • 强烈机械作用首先将较大的胶块和配合剂粉碎。 • 无数松散的橡胶颗粒被挤进配合剂粒子的间隙并 向配合剂粒子的表面渗透，这时配合剂附着在小 块橡胶表面上， • 在机械力作用和温度下，小块橡胶又相互接触压 紧，逐渐变成大胶块，使配合剂颗粒被生胶包围 和湿润，生胶和配合剂的接触面积不断增大。
密炼机混炼
一、胶料在密炼机中的受力及流动特点
• （1）胶料在密炼机中的受力情况 • 使用开炼机混炼时，真正起混炼作用的只是在辊 隙上方的堆积胶部分，而在辊筒表面的胶料呈现 的是稳定的层流，所起的混炼作用并不大。使用 密炼机混炼，全部胶料则同时受到捏炼，发挥混 炼作用不仅是在两个相对转动的转子间隙之间， 而且胶料在转子与混炼室壁的间隙中以及在转子 与上下顶栓的间隙中都在不断地受到剪切、挤压 而起到了混炼的作用。从胶料运动的特点来看， 密炼机中的胶料混炼过程与流动状态要比开炼机 混炼的要复杂得多。
• （4）混炼时间 • 应适当掌握配合剂的混入和分散时间，避免混炼 时间过长，否则容易产生过炼现象。 • （5）辊速和速比 • 辊速控制在16~18r/min内。辊速快，操作不安全 且温度控制困难；辊速慢，混炼效率低。 • 速比一般为1：1.1~1：1.2。生热高的胶料应选择 速比在1：1.15以下的开炼机。 • （6）加料顺序 • 一般的加料原则是：用量少、难分散的配合剂先 加；用量大、易分散的后加；为了防止焦烧，硫 黄和超速促进剂一般最后加入。通常采用的加料 顺序如下： • 塑炼胶、再生胶、母炼胶 → 促进剂、活性剂、防 老剂 →补强、填充剂→液体软化剂 → 硫黄、超 速促进剂
• 2．二段混炼 • （1）传统二段混炼法 • 用高速高压密炼机进行第一段的粗混炼，使橡胶与配 合剂混炼制成母胶，下片后经停放一段时间后，再送入低 速密炼机加硫黄和促进剂进行混炼，再经压片机补充加工 胶片。 • （2）分段投胶二段混炼法 • 第一段混炼时，把80%左右的生胶投入进行与传统两 段混炼法一样的混炼，制备母胶。在第二段混炼时将剩余 20%左右的生胶投入母胶中混炼，均匀后排胶。 • 3.引料混炼法 • 引料混炼法在投料的同时投入少量（1.5～2㎏）预混 好的未加硫黄的胶料，作为“引胶”或“种子胶”，再加 其他配合剂。 • 当生胶和配合剂之间侵润性差、粉状配合剂混入有困 难时，采用引料法可大大加快粉状配合剂（填充补强剂） 的混合分散速度。例如，丁基橡胶即可采取此法。而且不 论是在一段、二段混炼法或是逆炼法中，加入“引胶”均 可获得良好的分散效果。
• 4．逆混（倒混）炼法
• 先把除硫黄和促进剂以外的所有其它配合 剂全部装入密炼机中，然后再投入生胶进 行混炼。 • 优点：充分利用装料容积，改善分散性， 缩短混炼时间。适用于生胶挺性差和高炭 黑合高油量配合胶料的混炼，如BR、 EPDM等。
• 四、密炼机混炼的工艺条件
• （1）装胶容量 • 混炼容量必须适当，通常取密炼室总有效 容积的60~70%。合理的容量或装填系数应 根据生胶种类、配方特点，设备特征与磨 损程度以及上顶栓压力来确定。 • （2）上顶栓压力 • 上顶栓压力控制在0.3~0.6MPa。随着容量 和转速的提高，上顶栓的压力需适当加大， 上顶栓压力提高会加速混炼过程中胶料生 热，并增加功率消耗。
混炼胶后胶料的补充加工与处理
1．压片与冷却 • 压片后立即浸涂隔离剂液进行冷却与隔离，并经进一步吹 风干燥，使胶片温度降低到50℃以下。 • 2．滤胶 • 对于质量和性能要求比较严格的某些胶料，特别是气密性 要求严格的内胎胶料、气囊胶和其他气动薄膜制品的胶料， 混炼后鼻息滤胶。 • 3．停放与管理 • 一般需要停放4~8小时以上才能使用。 • 停放的目的是：a．使胶料进行松弛，减小收缩； • b．使配合剂继续扩散，促使胶料进一步均匀； • c．使橡胶与炭黑进一步相互作用，生成更多的结合橡胶。 • 在储存期间注意胶料的通风和散热，以防焦烧。
• （2）胶料在密炼机中的流动情况 • 胶料的一种运动形式是周向流动。装入密 炼室的生橡胶和配合剂等，在两个相对旋 转的转子转动下，通过转子的间隙被挤压 到炼室的底部，碰到下顶栓的突棱时被分 割成两部分。然后，两部分胶料分别随着 两个转子的转动挤向室壁，再回到密炼室 的上部，在转子不同转速的影响下，两部 分胶料以不同的速度再重新汇合。因此， 胶料在密炼室中形成了两个方向相反的周 向流动。
• （4）混炼温度 • 混炼温度高有利于生胶的塑性流动和变形，有利 于混合吃粉，但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橡胶的热氧老化， 使硫化胶的物理机械性能下降。温度太低会出现 胶料压散现象。 • 通常用混炼机的排胶温度来表征混炼温度。一般 采用的排胶温度低于130℃。 • （5）加料顺序 • 生胶 → 活性剂、固体软化剂、防老剂、普通促进 剂→炭黑→液体软化剂→硫磺和超速促进剂 • 分配系数K为生胶与炭黑的最佳混炼时间tc同炭 黑母胶与液体软化剂的最佳混炼时间tm之比。
• 三、工艺方法
• 1．一段混炼法
• （1）传统一段混炼法 • 把塑炼胶和各种配合剂逐步分次加入，每次加料后，放下 上顶栓，加压程度视具体情况而定。 • 传统一段混炼法的混炼程序一般为：橡胶（生胶、塑炼胶、 再生胶等）→ 硬脂酸 → 促进剂、活性剂、防老剂 → 补 强填充剂 → 液体软化剂 → 排胶 →压片机加硫黄和超速 促进剂 → 下片 → 冷却、停放 • （2）分段投胶一段混炼法 • 分批加入生胶，以强化炭黑的分散，达到改善合提高胶料 的工艺性能及硫化较的物理机械性能。 • 具体操作：投入60%~80%生胶和配合剂（硫化剂和超促 进剂除外），在70~120℃混炼温度下，混炼到总混炼时 间的70~80%，再把其余生胶并同硫化剂和超促进剂一起 投入，再混炼1~2min后，排胶下片。
配合剂进入处
活层
死层
堆积胶断面图 （黑色部分表示配合剂随皱纹 沟进入胶料内部的情况）
混炼胶吃粉时的断面图
二、开炼机混炼的工艺方法
• 开炼机混炼有一段混炼和分段混炼两种工艺方法。对 含胶率高或天然橡胶与少量合成橡胶并用，且补强填充剂 用量少的胶料，通常采用一段混炼法。对天然橡胶与较多 合成橡胶并用，且补强填充剂用量较多的胶料，可采用两 段混炼方法，以便两种橡胶与配合剂混炼得更均匀。 打卷操作法 无论是一段混炼还是两段混炼，在混炼操作时，都先 沿大牙轮一侧加入生胶、母炼胶或并用胶，然后依据配方 加入各种配合剂进行混炼。当所有配合剂吃净后，加入余 胶，进行翻炼，翻炼操作方法主要有：两面两刀操作法、 三角包操作法、打大卷操作法、打小卷操作法、取样操作 法、下片操作法。 • 上述几种翻炼方法，在生产中往往不是单独进行的， 通常是几种方法相伴进行。
• 混炼胶体系的比容为生胶、配合剂和空隙
比容之和，空隙比容逐渐趋于0，混合过程
实质是橡胶分子渗入配合剂聚集体空隙，
排出其表面所吸附的空气的结果。 • 当配合剂的所有空隙都充满橡胶，比容达 到一恒定值时，可以认为配合剂已经被混 合，形成掺有配合剂的较为密实的大胶团。 • 第一阶段的吃粉过程已完成，此时配合剂 尚未被分散，其粒子的初始尺寸并未减少。