橡胶的成型加工原理

橡胶的常用配合剂防老剂补强剂/填充剂硫化剂软化剂/增塑剂橡胶配合剂作用机理种类作用机理种类种类作用机理作用机理种类7.3橡胶的加工PlasticationMixingCalenderingExtrusion塑炼混炼一、生胶的塑炼1、塑炼的目的与要求定义：橡胶加工过程中，把高弹性生胶转变为可塑性胶料的工艺过程，叫塑炼（1）塑炼生胶塑炼胶塑炼（2）塑炼的目的使生胶具有一定的可塑性，使其适合于后续工艺操作（3）塑炼的要求满足其它工艺要求为前提，避免过度的塑炼2、塑炼的原理橡胶分子量大，分子链相对位移难，粘度高，难加工机械剪切力、氧分子链断裂，可塑性↑↑降低分子量，力－化学反应低温塑炼高温塑炼威氏可塑度P：指试样在一定外力作用下产生压缩形变的大小和除去外力后保持形变的能力可塑性用可塑度表征快速确定生胶的塑炼程度及评价加工性能的好坏可塑度越高，胶料的流动性越好低温塑炼3、塑炼的方法开炼密炼密闭开放（1）开炼机塑炼（2）密炼机塑炼高温塑炼4、塑炼的影响因素（1）分子量的影响分子量大的易切断分子量小的难切断天然胶70万顺丁胶40万丁苯胶30万密炼，T↑，氧活性↑，塑炼效率↑（2）温度的影响开炼，T↓，粘度↑，分子链伸直，剪切力↑，效率↑（3）氧的影响氧↑，塑炼效率↑（4）化学塑解剂的影响化学塑解剂会加速橡胶塑炼过程5、常用橡胶的塑炼特性（1）天然橡胶开炼，低温（40～50℃）薄通（辊距0.5～1mm）密炼，温度~155℃（2）丁苯橡胶软丁苯胶，不塑炼或轻微塑炼顺丁橡胶，一般不需塑炼（3）顺丁橡胶（4）丁腈橡胶软丁腈胶一般不需要塑炼硬丁腈胶需充分塑炼，开炼，低温（40℃）、薄通、低容量（5）氯丁橡胶通用型的氯丁橡胶，一般不需进行塑炼若塑炼，温度要控制70℃Tr～70℃时为弹性体，易包辊，不粘辊在70～94℃，严重粘辊，不能塑炼、混炼、压延氯丁胶小知识PlasticationMixingCalenderingExtrusion塑炼混炼二、胶料的混炼1、混炼的定义及目的定义：通过机械剪切力和挤压作用，使塑炼胶与各种配合剂均匀混合而分散的过程目的：提高橡胶产品的使用性能、改善橡胶工艺性能、降低生产成本橡胶是粘度很大的热塑性的粘流体，处于流动状态2、混炼的机理塑炼胶与配合剂的混合、分散和产生结合等过程，同时也包含橡胶发生的各种流动过程炭黑的均匀分散过程（1）炭黑颗粒的润湿炭黑颗粒被生胶润湿→包容橡胶，炭黑空隙体积减小直至零，体系比体积减到最小，润湿过程结束V比＝V生胶+V炭黑+V空隙（2）炭黑颗粒的分散结合橡胶充分分散生胶混炼性能好坏，用炭黑混入时间BIT表示BIT（BlackIncorporationTime炭黑在生胶中被混炼到均匀分散程度所需要的时间炭黑混入时间BIT值↓，生胶越容易混炼（1）开炼机混炼加料顺序：塑炼胶→小料（促进剂、活性剂、防老剂等）→液体软化剂→补强剂、填充剂→硫磺优点：胶料品种多，可以制造特殊胶料缺点：粉剂飞扬，劳动强度大，效率低，规模小生产中，各种配合剂与橡胶混炼成母炼胶，提高混炼均匀性，减少粉剂飞扬，提高生产效率3、混炼的方法开炼机混炼、密炼机混炼（2）密炼机混炼生胶和配合剂在混炼室中混合，在压延机上压制成片；然后加入硫化剂和需低温加入的配合剂，压炼2种混炼工艺一段混炼：通过密炼机和压延机的一次混炼就得到均匀混炼胶两段混炼：通过密炼机和压延机的两次混炼而得到均匀混炼胶加料顺序：塑炼胶→小料（促进剂、活性剂、防老剂等）→补强填充剂→液体增塑剂密炼机优点：机械化程度高，劳动强度小，混炼时间短，效率高，减少粉剂的飞扬疏水性配合剂，表面特性与橡胶同，易被橡胶润湿，好混炼，如各种炭黑亲水性配合剂，表面特性与橡胶不同，不易被橡胶润湿，如碳酸钙、陶土、氧化锌、锌钡白等加入表面活性剂，改善无机填料与橡胶之间界面（2）配合剂的尺寸与结构粒子越小，越难分散结构性强（二次结构），空隙大，易分散（1）配合剂的种类4、混炼的影响因素5、常用橡胶的混炼特性（1）天然橡胶天然橡胶塑性增加快，发热量少，配合剂易分散混炼时间长，对胶料性能影响比合成橡胶大开炼机混炼，辊温50～60℃，前辊比后辊高~5℃密炼机混炼，多一段混炼（2）丁苯橡胶混炼生热大、升温快，温度应比天然橡胶低；对粉剂的润湿能力差，粉剂难分散，混炼时间长密炼机混炼，二段混炼，混炼要注意温度控制开炼机混炼，需增加薄通次数（3）氯丁橡胶开炼机混炼，辊温在40～50℃，温度高易粘辊密炼机混炼，二段混炼，ZnO第二段混炼加加料时先加MgO，后加ZnO，可避免焦烧；或掺入10％的天然橡胶或顺丁橡胶，能改善工艺性能PlasticationMixingCalenderingExtrusion塑炼混炼三、橡胶的压延橡胶压延过程胶料热炼、供胶压延半成品冷却、卷取、截断、放置橡胶压延的用途将胶料制成一定厚度和宽度的胶片在胶片上压出某种花纹在骨架织物上覆上一层薄胶（贴胶、擦胶）（A）胶片压延1、压延的方法天然橡胶不积胶，丁苯橡胶要积胶积胶（B）压型使胶料压制成具有一定断面形状或表面有某种花纹（1）压型的原理据胶料流动性的变化，急速冷却，使花纹定型（2）压型的要求压型要求规格准确、花纹清晰、胶料致密性好在骨架织物上覆上一层薄胶（贴胶、擦胶）（1）挂胶目的使织物的线与线、层与层之间互相紧密的贴合成整体，共同承受外力的作用；提高织物弹性、防水性，保证制品有良好的使用性能（C）织物挂胶（2）贴胶用压延机上两个辊筒的压力，将一定厚度的胶片贴在织物上的过程（3）压力贴胶用积胶的压力，将胶料挤压到布缝中，与贴胶共用（4）擦胶用压延机辊筒转速不同产生的剪切力和辊筒的压力，将胶料擦入到布缝中的过程。一般只适于帆布（1）胶料热炼热炼目的：2、压延的影响因素胶料的热炼、可塑度、辊温、辊速使胶料柔软而有流动性，易于通过辊筒而压延提高胶料中填料分散的均匀性，尤其热可塑性可塑度↑↑，易粘辊可塑性↓，压片不光滑，收缩率大一般0.25～0.35（2）胶料的可塑度可塑度↑，流动性↑，容易得到光滑的胶片（3）压延机的辊温含胶率高的或弹性大的胶料，辊温应高些含胶率低的或弹性小的胶料，辊温应低些（4）压延机的辊速与辊速比可塑度大的胶料，辊速可以高些可塑度小的胶料，辊速要低些辊筒之间有一定速比，有利于气泡排除，对胶片光滑度不利通常在三辊压延机中采用中、下辊等速，中、上辊采用低速比的方法3、压延效应定义：压延后的胶片，纵向扯断强度比横向大，伸长率比横向小，收缩率则比横向大，此纵横向性能差异的现象，叫做“压延效应”产生原因：胶料中橡胶和配合剂分子经压延产生定向排列应用：对球胆制品不利对需要高纵向扯断强度的制品有利4.常用橡胶的压延特性（1）天然橡胶热塑性大，收缩率小，易压延收缩率大，需充分塑炼（2）丁苯橡胶收缩快而裹入的气泡多，难排除（3）氯丁橡胶对温度敏感，需控制辊温在70～94℃时因胶粘辊不易压延（4）丁腈橡胶热塑性小，收缩性大，需加入填充剂或软化剂，减少收缩率粘性小，易粘冷辊上辊温度要高些，中辊温度应低些，下辊温度比中辊略低（最低）PlasticationMixingCalenderingExtrusion塑炼混炼四、橡胶的挤出胶料通过挤出机，连续不断地制成各种不同半成品的过程1、挤出的目的（1）初步造型在挤出机中对胶料进行加热、塑化，通过螺杆旋转，借助口模挤出各种断面的半成品，初步造型轮胎胎面、内胎、胶管内外层胶、电线电缆外套（2）上下工序的联动化可使上、下工序之间联动热炼与压延之间加装一台挤出机，可使前后工序衔接得好，还可提高胶料致密性，使胶料均匀、紧密胶料热炼、供胶→挤出→半成品→冷却/裁断/称量（2）挤出优点补充混炼和热炼，胶料质量↑↑适用面广，可以通过口型的变换而挤出各种半成品，例如管、板、棒、片、条等占地小，质轻、结构简单，价低，使用灵活2、挤出的特点（1）挤出工艺3、挤出的影响因素冷却挤出速度挤出温度挤出机的特征胶料的可塑性与生热性能胶料中的含胶量胶料的组成与性质（1）胶料的组成与性质顺丁橡胶接近天然橡胶氯丁橡胶类似天然橡胶，但易焦烧丁苯橡胶、丁腈橡胶和丁基橡胶膨胀和收缩性能大，挤出操作困难，制品表面粗糙（2）胶料中的含胶量含胶量↑，粘弹性↑，挤出速度↓，收缩↑，表面不光滑（3）胶料的可塑性与生热性能可塑性↑，挤出过程内摩擦↓，生热↓，不易焦烧；挤出速度较快，挤出物表面光滑可塑性↑↑，挤出物易变形，尺寸稳定性差螺杆有适当的长径比和螺槽深度（4）挤出机特征氯丁橡胶，要求冷却效果好；丁基橡胶，要求螺杆L/D=7～10，螺槽浅，螺杆与机筒间隙小，才会有较大的挤出速度实心或圆形中空半成品，口型为螺杆直径0.3～0.75胎面胶扁平半成品，口型为螺杆直径的2.5～3.5倍小机大断面，增加螺杆转速或适当提高机头温度大机小断面，加开流胶孔口型处温度最高，机头次之，机身最低（6）挤出速度正常挤出情况下，保持一定的挤出速度挤出速度改变，会导致机头内压力改变，挤出物断面尺寸和长度收缩的差异（5）挤出温度目的：减少胶存放时焦烧的危险，使形状尽快稳定下来冷却方法：胶进入冷却水槽，水流方向应与挤出方向相反，避免挤出物因骤冷引起突然收缩挤出大型的半成品（胎面），需在室温下预缩后，再进入水槽中冷却，以减少半成品进入水槽后的变形为防粘，在水槽中加入滑石粉等防粘剂；挤出中空半成品，应由机头芯型喷射隔离液或隔离粉进行冷却和防粘（7）冷却小结橡胶加工塑炼压延混炼挤出力化学降解开/密炼分子量/温度/氧/化学塑解剂常用胶塑炼特性造型/联动螺杆挤出胶性质/挤出机/温度/速度常用胶挤出特性混合/分散/结合开/密炼配合剂种类/大小常用胶混炼特性辊挤压成型压片/纹/贴胶热炼/可塑度/辊温/辊速常用胶压延特性HOMEWORK原理加工条件影响因素加工方法塑炼混炼压延挤出完成下表