第八章 混炼工艺

六、配合剂的 称量与配合
⑴要求： 精密、准确、不漏、不错
⑵称量操作 手工称量 ；自动称量
第二节 混炼工艺
• 一 混炼胶的结构
• 混炼胶是由粒状配合剂（如炭黑、促进剂、填充 剂等）分散于生胶中组成的分散体系。在分散体 系中，生胶的分散呈连续状态，称为分散质，粒 状配合剂为分散相。
• 混炼胶不同于一般的胶体分散体系：
剂
• （一）密炼机混炼工艺操作方法 • 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
5.混炼时间：应根据胶料的配方和操作的 熟练程度而定。
二、开炼机混炼的工艺条件
6.加料顺序 • 一般原则：
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 般都放在最后加入。 • NR胶料通常采用的加料顺序：
塑炼胶，再生胶，母炼胶→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
• 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， 混炼后必须滤胶。
• 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。
干燥的目的是除去或减少配 合剂中的水分及其他挥发分 含量。
干燥设备：干燥室，真空干 燥箱，烘箱及螺旋式连续干 燥机等 。
三、粉状 配合剂的筛选
四、软化剂 的预热和过滤
其目的是除去混夹在配合剂 中的机械杂质，配合剂本身的 大颗粒及结团等。
筛选设备有振动筛、鼓式筛 选机和螺旋式筛选机等。
低熔点固体软化剂可将其加 热熔化，达到干燥脱水和降低 粘度作用，再经过滤去掉其中 的机械杂质。
• （1）橡胶的粘度很高，胶料的热力学不稳定性在 一般情况下不太显著；
• （2）某些组分（如再生胶、增塑剂等）与橡胶能 互容，从而构成了混炼胶的复合分散介质；
• （3）粒状配合剂（如炭黑合促进剂等）与橡胶在 接触界面上产生了一定的物理和化学结合，这对 胶料和硫化胶的性能起着重要的影响。
二、生胶的混炼性
C
Re
炭黑：粒子大，结构性高。
• 炭黑在胶料中的分散程度对性能的影响
混炼时间/min
2 4 8 16
分散率/% 300%定伸应力/MPa 拉伸强度/MPa 拉断伸长率/%
磨耗/（cm3/106转）
71.4 99.3 100 100 14.3 12.6 12 11.7 21.6 25.5 26 25 460 530 540 530 289 142 136 —
全塑性流动所需要的时间。
2. 温度 3.切变速率（外力作用速率）
二、配合剂的混炼性及表面活性剂的作用
1.亲水性 的配合剂
2.疏水性 的配合剂
3.添加表 面活性剂
其粒子表面的分子特性与生胶 不同，两者界面极性相差较大， 不易被橡胶所湿润。
其表面张力与油相近，能与油亲和， 易为橡胶所湿润，混炼时易分散。
㈠生胶混炼时常出现的流动状态
第一种状态：不能紧包前辊 原因：混炼温度低，胶料的可塑性小。
第二种状态：紧包前辊 原因：温度适宜，胶料的可塑性中。
第三种状态：脱辊——出兜 原因：温度略高，胶料的可塑性略大。
第四种状态：粘流态包辊 原因：温度太高，可塑度太大
（二）影响因素
1.生胶本身的粘弹性能
τm ——表示橡胶由粘弹性变形转为完
– 混炼过程分为包辊、吃粉和翻炼
– 翻炼时，周向：混炼最均匀；轴向：不均匀； 径向：均匀性最差
一、开炼机混炼过程
1.包辊
2.吃粉
周向：混炼最均匀； 轴向：不均匀； 径向：均匀性最差
3.翻炼
即湿润阶段。 四种包辊状态： 咬胶角（接触角α） 不能包辊 控制条件：
（1）斜刀法 （八把刀法）
（2）三角包法
分散系按分散质颗粒大小分类
类型
分散质颗粒直径
粗分散体（悬浮液，乳浊液）
>100nm
溶胶（胶体溶液）
1～100nm
分子分散体系（高分子溶液，真溶液） <1nm
混炼胶与一般悬浮液不同的特征 混炼胶具有动力学稳定性，不具有热力学稳定性
第三节开炼机的混炼工艺
• 一般操作方法是先让生胶包于前辊，并在 辊距的上方留有适量的存胶，再按规定加 料顺序往存胶上依次加入配合剂。当配合 剂完全混入生胶后立即进行切割翻炼，以 保证混合均匀，再经薄通后下片。
第八章 混 炼工艺
指在炼胶机上将各种配合剂加入 一、定义 到橡胶中制成混炼胶的工艺过程
二、混炼的 目的和意义
1.保证产品的质量 2.适合于进一步的加工 3.高效节能
第一节 配合剂的加工和准备
一、固体 配合剂的粉碎
配合剂粉碎以便在胶料中分散 粉碎设备：盘式粉碎机，球磨
机刨片机，锤式破碎机
二、粉状 配合剂的干燥
• 3．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．混炼胶后胶料的补充加工与处理 • 1．压片与冷却
• 三．密炼机的混炼工艺
• 优点：混炼容量大，混炼时间短，效率高； 投料、捏炼、加压和排料操作易于机械化、 自动化，劳动强度低，操作安全性大，配 合剂损失、粉尘飞扬状况得到改善，胶料 质量和环境卫生条件好。
• 缺点：混炼时温度较高，对温度敏感的胶 料易发生焦烧，需要对排胶进行补充加工。
三、密炼机的混炼工艺
• 分散率：橡胶颗粒团块小于6um的百分数
四、结合橡胶
• 混炼时，橡胶分子能与活性填料（主要是炭 黑）的粒子结合生成不溶性的炭黑—橡胶凝胶， 称为结合橡胶。
1. 形成结合橡胶的原因
①橡胶分子通过范德华力吸附在炭黑表面颗粒上。 ②炼胶时橡胶分子断裂形成的游离基与炭黑粒子表面的活 性部位结合而成。 ③炼胶时炭黑附聚物破裂后生成活性的新表面直接与橡胶 分子反应而结合。 ④橡胶分子缠结在已与炭黑粒子结合的橡胶分子中，或与 之发生交联作用，形成结构复杂的结合橡胶。
密炼机混炼 的特点
周向流动 轴向流动
密炼机的 混炼历程
•湿润阶段 •分散阶段 •捏炼阶段 （塑化阶段）
密炼机混炼 的工艺条件
装胶容量：可根据填充系数f值来确定 上顶栓压力：一般控制在6×105Pa以上 转子转速与混炼时间：40~60r/min， 4~5min 混炼温度： 100～130℃。 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
五、膏剂与母炼胶的制造
• 1. 定义 ①膏剂：液体软化剂与易飞扬配合剂混合制成 的膏状混合物。 ②母炼胶：某些配合剂以较大的剂量预先与生 胶混炼在一起制成简单组分的混合物料，称为 该配合剂的母炼胶。最常见的有促进剂母胶、 炭黑母胶、化学塑解剂母胶等。
• 2.膏剂的制造 配合剂：软化剂=2.5：1
• 3.母炼胶的制造 干法 ；湿法
比重 可塑度
有高 有高 有低 有低 正常 正常
大 小 正常
小 大 正常
正常 正常
硬度
有高 有低 有高 有低
高 低 硫化 不熟 低
可能 原因
混炼不均 匀
硫化剂分 散不均
处理方法
补充 混炼 补充 混炼
填料多加
生胶或软 化剂多加 少加或漏 加硫化剂
少加硫化 剂
实验室进 一Leabharlann 检验同上同上同上
三、用硫化仪进行快速检验 （实验室、定性、实用）
• （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。
四、结合橡胶 • 2.影响结合橡胶生成量的因素 ①填料性质 a .表面性质 b. 粒子大小 c . 结构性 ②生胶的化学活性 ③混炼时间 ④混炼温度
四、结合橡胶
• 3.结合橡胶的作用 ①有利于配合剂在胶料中分散 ②有利于填料与橡胶作用
五、混炼胶的结构
混炼胶是由粉状配合剂分散于生胶中组成的多相 混合分散体系 。
紧包前辊 脱辊
紧包前辊，辊筒上方有 适量的堆积胶.
（3）走刀法 （捣胶法）
粘流态包辊 （理论上要堆到32~45°之间）
吃粉时，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。
Nα
Q
P
O’
O
τα
N’
后辊 要使T＞Q
前辊
二、开炼机混炼的工艺条件*
1.装胶容量：理论量 V=0.0065DL 2.辊距：4~8mm为宜，实验室2~3mm 3.辊速和速比 辊速一般为16~18 r/min 适宜速比：1：1.1~1.2 4.辊温：一般控制50~60℃， 前后辊温度差ΔT=5~10℃
• 2．两段混炼
• （1）传统两段混炼法
• 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）分段投胶两段混炼法
• 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。
提高亲水性的配合剂与橡胶的 亲和性，改善其分散性能。此外， 表面活性剂又是一种良好的稳定剂。
三、填料混炼的工艺过程 • 1.湿润阶段（吃粉） • 要求： 生胶：可塑度大，门尼粘度低，
流动性好。 炭黑：粒子大（比表面积小），
结构性低。
附聚物
三、填料混炼的工艺过程 • 2.分散阶段
• 要求：
生胶：可塑度小
第四节 混炼胶的质量检查及质量毛病
一、意义
二、混炼胶 的快速检验
保证胶料在以后各工序中的工 艺性能和最终产品的质量,以及发 现问题能及时补救。
1.测试项目 ★可塑度测定
★比重测定 ★ 硬度测定
2.检验结果 及原因分析举例
序 料重 号 1 正常
2 正常
3 增大 4 增大 5 偏低
6 偏低
检验结果及原因分析举例
硫化仪是一种测量胶料流动性能和硫化特性 的新型仪器，可连续地测出生胶料的初始粘度， 焦烧时间，正硫化时间，硫化速度，硫化平坦性 等工艺参数。
四、混炼胶分散程度的测定（实验室、定性）
五、混炼胶的物理机械性能测定（实验室）
六、常见的质量毛病及其产生原因
配合剂结团 喷霜 焦烧 欠硫