混炼硅橡胶的配合技术_一

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由表 2 可以看出 , 采用两种混炼工艺制得的 硅橡胶胶料的性能基本一致 。 112 混炼硅橡胶的连续配制工艺
连续配制工艺是将硅橡胶生胶 、无机填料 、 结构化控制剂等先用高速搅拌器在 100～200 ℃ 下混合 , 制成能自由流动的粒状混合物 ; 再连续 进入双螺杆混炼挤出机或多段剪切单螺杆混炼挤 出机中 , 在高剪切力下混炼热处理 , 连续配制硅 橡胶胶料的工艺[4 ,5 ] 。该工艺可实现高效批量生
开放口排出低沸物 ; 在 L / D = 38～40 处 , 由于 采用了 - 10 ℃的冷冻液冷却 , 排出的胶料温度 约 90 ℃。胶料在双螺杆混炼挤出机中的停留时 间约 75 min 。
为比较 , 按上述配方将各组分在 100 L 的捏 合机中混炼均一 , 再于 150 ℃下混炼 4 h ; 冷却 后用单螺杆挤出机过滤 , 制得硅橡胶胶料 。操作 时间约 8 h 。
技术讲座
, 2006 , 20 (1) : 42～47 SIL ICON E MA TERIAL
混炼硅橡胶的配合技术 (一)
黄文润
(中蓝晨光化工研究院 , 成都 610041)
摘要 : 介绍了混炼硅橡胶的基本配合过程和硫化体系 , 着重比较了间歇法和连续法两种混炼工艺的生
产效率及对硅橡胶硫化胶性能的影响 , 讨论了 6 种过氧化物Leabharlann Baidu化剂的特点及适应范围 。
将制得的胶料用双辊炼胶机塑炼 , 取样 , 测 初期塑度及放置 3 天后的塑度 ; 另将 100 份胶料 与 013 份2 ,5 - 二甲基 - 2 ,5 - 二叔丁基过氧化 己烷在双辊炼胶机上混合均一 , 于 170 ℃下热压 硫化 10 min , 制成 2 mm 厚的试片 , 再于 200 ℃ ×4 h 条件下二次硫化 。测其性能 , 结果见表 3 。
将 100 份胶料与 015 份2 ,5 - 二甲基 - 2 ,5 - 二叔丁基过氧化己烷在双辊炼胶机上混炼均 一 , 在 165 ℃×10 min 条件下热压硫化 ; 然后 在 200 ℃×4 h 条件下二次硫化 , 制得 2 mm 厚 的试片 。测其物理机械性能 , 结果见表 1 。
表 1 密炼机与捏合机组合混炼工艺与 单用捏合机混炼工艺的比较
例如 : 在 75 L 的密炼机中加入 50 kg 硅橡 胶生胶 [ ( CH3 ) 2 SiO 链节摩尔分数为 99185 %、
(CH2 CH) (CH3) SiO 链节摩尔分数为 0115 % , (CH2 CH) ( CH3 ) 2 SiO1/ 2 链节封端 , 平均聚合 度约 8000 ] , 再 加 入 2015 kg 比 表 面 积 为 200 m2/ g 的沉淀法白炭黑 (Niponsil L P) 、2 kg 聚合 度为 3 ～ 4 的α, ω - 二 羟 基 聚 二 甲 基 硅 氧 烷 、
75 mm的单螺杆挤出机 、以 70 kg/ h 的速度向 捏合机连续供料 2 h ; 同时以相同的速度 , 通过 捏合机底部的排料螺杆连续排出经过热处理的硅 橡胶胶料 2 。胶料在捏合机中的停留时间为 1 h 。
作为比较 , 按上述配方加料 , 在捏合机中 , 在 5 m3/ h 的通氮速度下 、于 50～100 ℃混炼约 115 h ; 然后 , 升温至 170～190 ℃, 热处理 1 h , 制得硅橡胶胶料 3 。其连续作业时间为 4 h 。
收稿日期 : 2005 - 10 - 11 。
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第1期
黄文润. 混炼硅橡胶的配合技术 (一)
表 3 2 种工艺配制的混炼硅橡胶的性能比较
测试项目
连续工艺 间歇工艺
塑度 初期 3 天后 邵尔 A 硬度/ 度 拉伸强度/ MPa 伸长率/ %
表 2 密炼机与挤出机组合混炼工艺 与单用捏合机混炼工艺的比较
测试项目 邵尔 A 硬度/ 度 热压硫化后 二次硫化后 二者之差 拉伸强度/ MPa 伸长率/ %
胶料 4
48 51 3 810 360
胶料 5
48 51 3 710 300
混炼设备
加压密炼机 、 双螺杆混炼挤出机
捏合机
操作时间/ min
在捏合 机 中 配 制 混 炼 硅 橡 胶 可 提 高 生 产 效 率 , 并改善作业环境 , 其基本配合工艺见图 1 。 为除掉白炭黑中的水分及其它挥发分 , 促进硅橡 胶生胶与白炭黑之间的分散和浸润 , 在加入白炭 黑和结构化控制剂后 , 需在 150～180 ℃下热处 理 1～6 h ; 然后 , 在双辊机上进一步混炼 , 并添 加改性剂 ; 最后过滤 , 除去胶料中的杂质 。
也可以按上述配方 , 采用密炼机混炼 3 次 , 得到约 210 kg 混合物 。将其中的 70 kg 混合物加 入底部装有排料螺杆 、容量为 200 L 的捏合机 中 , 在 5 m3/ h 的通氮速度下 、于 170～190 ℃热 处理 1 h ; 再 将 其 余 的 混 合 物 在 加 热 下 、用
例如 :在加压式密炼机中加入 100 份硅橡胶 生胶 、41 份沉淀法白炭黑 、3 份α,ω- 二羟基聚 二甲基硅氧烷 (所有原料的规格均与硅橡胶胶料 1 相 同) , 混 炼 约 10 min , 混 合 物 的 温 度 升 至 60 ℃; 将混合物连续以 120 g/ min 的速度向双 螺杆混炼挤出机 ( KC K 80 ×22 - 35 E ×7 型 , 日 本 KC K 公司) 供料 , 由挤出机挤出 , 得混炼硅 橡胶胶料 4 。双螺杆混炼挤出机混炼部分的温度 为 200 ℃, 螺杆转速20 r/ min , 胶料在混炼机中 的停留时间约 10 min 。作为比较 , 采用同样配 方 , 在捏合机中混炼后 , 在 180～190 ℃下处理 约 1 h , 制得混炼硅橡胶胶料 5 。将 100 份胶料 与 015 份2 ,5 - 二甲基 - 2 ,5 - 二叔丁基过氧化 己烷在双辊炼胶机上混合均一后 , 于 165 ℃下热 压硫化 10 min , 再于 200 ℃×4 h 条件下二次硫 化 , 制成 2 mm 厚的试片 。测其性能 , 结果见 表 2。
关键词 : 混炼硅橡胶 , 捏合机 , 密炼机 , 挤出机 , 过氧化物 , 硫化剂
中图分类号 : 文献标识码 : A
文章编号 : 1009 - 4369 (2006) 01 - 00042 - 06
1 混炼硅橡胶的基本配制工艺
混炼硅橡胶一般可在通用型橡胶混炼机上配 制 , 大规模生产则在捏合机或密闭式混炼设备中 进行 。
1 约 75
4 约 17
表 1 结果表明 , 密炼机与捏合机组合的混炼 工艺较单用捏合机的工艺生产效率显著提高 , 且 硅橡胶的性能基本一致 。
将密炼机中制得的混合物直接或用输送螺杆 连续送入同向双螺杆挤出机中 , 在 150～200 ℃
下强力剪切热处理 , 并通过挤出机的减压排气段 脱除胶料中的挥发分 , 也可高效 、大批量地制取 混炼硅橡胶[3 ] 。
由填料供料泵 P2 将 21 000 份比表面积 300 m2/ g 的气相法白炭黑输入计量罐 T1 中 , 同时将 50 000 份硅橡胶生胶经供料泵 P1 通过装有旋转 刀的出口切成直径 3 mm 、长 5 mm 的粒状进入 T1 , 将 3 000 份粘度 (25 ℃, 下同) 15 mPa·s 的α,ω - 二甲氧基聚二甲基硅氧烷与 3 000 份粘 度 30 mPa·s 的α,ω - 二甲氧基聚甲基苯基硅氧 烷 [ ( CH3 ) 2 SiO 链 节 摩 尔 分 数 67 % , (C6 H5) 2 SiO 链节摩尔分数 33 %] 的混合物经供 料泵 P3 送入 T1 。将全部组分移入容量 500 L 、 装有搅 拌 桨 、半 径 约 48 cm 的 高 速 搅 拌 器 M1 中 , 以 800 r/ min 的转速混合 , 读取初期运转时 的定常电流值 ; 当电流值升高 115 倍后 , 停止搅 拌 , 制得粉体 , 排入混合物料斗 T2 中 。从启动 M1 的 搅 拌 器 至 粉 体 混 合 物 排 入 T2 , 时 间 约 7 min ; 其间 M1 用水冷却 。制得的粉体温度为 39 ℃, 平均粒径 60 μm , 具有流动性 。粉体经 粒料加料器 F1 定量送入同向双螺杆混炼挤出机 M2 , 加料速度为 1 000 份/ min , 用螺杆转速调 节加料速度 。M2 的螺杆直径 ( D ) 为 50 mm 、 螺杆长度 (L ) 为 2 400 mm , L / D = 48 , 螺杆 转速为 0～1 000 r/ min 。在螺杆套筒 L / D = 1～5 处有粉料供料口 , 在 L / D = 22～22 及 L / D = 36 ～38 处有第 1 及第 2 开放口 , L / D = 48 处为浓 缩物出料口 。在开放口接真空泵 , 减压脱气 ; 也 可以在第 1 开放口加入颜料或其它添加剂 。在 L / D = 0～10 处用水冷却 ; 在 L / D = 10～38 处 用电加热器加热至 300 ℃; 在 L / D = 38～40 处 用 - 10 ℃的冷冻液冷却 。运转中 , L / D = 36～ 38 处的胶料温度保持在 270 ℃, 减压下从第 2
采用间歇配制工艺配制混炼硅橡胶多在捏合 机及密炼机中进行 。在工业化生产中 , 为大批制 取混炼硅橡胶 , 常使用装有 2 个混合桨的大型捏 合机 , 捏合机的容量达数立方米 ; 为使原料混合 均一 , 需要较长的混炼时间 。采用槽内装有 2 个 旋桨 、上部装有加压块 、能使原料在压缩状态下 混炼的密炼机可在较短时间内制得混合均匀的混 炼硅橡胶[1 ] 。但这种加压式密炼机的有效容积 最大仅数百升 , 不能满足大批量生产的要求 。采 取先在密炼机中混炼 、再在捏合机中热处理的方 法 , 可高 效 、大 批 量 生 产 混 炼 硅 橡 胶 胶 料[2 ] 。 即先将硅橡胶生胶 、补强填料白炭黑 、结构化控 制剂等在 150 ℃下用密炼机混合均匀 , 再在氮气 保护下或减压的捏合机中于 150～200 ℃下处理 。
图 1 中 , 硅橡胶生胶 : 聚合度 5 000 ～ 10 000 , 乙 烯 基 摩 尔 分 数 0103 %～ 015 % ; 填 料 :
气相法白炭黑 、沉淀法白炭黑 、硅藻土 、石英粉 等 ; 浸润剂 (结构化控制剂) : 末端带反应性基 团的聚硅氧烷或硅烷 。混炼设备 : 密闭混炼机 、 双辊机 、捏合机等 ; 热处理工艺 : 150～180 ℃ 下 1～6 h ; 过滤网 : 100～250 目不锈钢网 。 111 混炼硅橡胶的间歇配制工艺
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第 20 卷
产 。其工艺过程如图 2 所示 。
图 2 混炼硅橡胶的连续配制工艺流程示意图
测试项目
胶料 1
胶料 2
邵尔 A 硬度/ 度
热压硫化后 51
48
二次硫化后 53
50
拉伸强度/ MPa
813
810
伸长率/ %
340
320
混炼设备
密炼机 、 密炼机 、底部 捏合机 排料式捏合机
胶料 3
51 53 815 350 捏合机
在捏 合 机 中 的 停
留时间/ h
2
生产效率/ kg·h - 1 约 35
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0105 kg 乙烯基三甲氧基硅烷 , 在浮动压块加压 下混炼约 5 min , 使混合物分散均一 , 混合物的 温度升至 105 ℃; 将混合物移至事先预热的 200 L 捏合机中 , 在 5 m3/ h 的通氮速度下 、于 170～ 190 ℃混炼 1 h (升温时间 1 h) , 得硅橡胶胶料 1 。