工程橡胶技术学习班讲义02-塑炼

2009年橡胶技术学习班讲义之二讲义：橡胶的塑炼报告人：时间：地点：目录1.橡胶塑炼的基本概念：2.橡胶塑炼的机理：3.塑炼工艺的目的：4.可塑性不当时的工艺影响：5.塑炼工艺方法：5.1.塑炼前的准备5.1.1.烘胶5.1.2.切胶5.1.3.破胶5.2.开炼机塑炼方法：5.3.影响开炼机塑炼的因素5.4.密炼机塑炼工艺方法5.5.影响密炼机塑炼的因素6.螺杆机塑炼7.各种橡胶的塑炼特性7.1.天然橡胶的塑炼特性7.2.合成橡胶的塑炼特性8.塑炼胶质量问题处理：9.小结：橡胶塑炼的基本概念生橡胶的相对分子量很高．分子间的作用力也很大，质地强韧坚硬、弹性很高，给加工及成形带来了很大的困难。在由生橡胶到制成品的各个加工过程中（如混炼、压延、压出等），都要求橡胶材料具有一定的塑性变形能力。增大橡胶的塑性变形能力，改善其加工性能，关键在于降低生橡胶的相对分子质量。通常，在橡胶的加工中，使用机械力、热、氧或加入某些化学药剂来使生橡胶由强韧质硬及高弹性的状态转变为柔软而富有可塑性的状态。这种将生橡胶加工成具有适当可塑性的工艺过程就叫做橡胶的塑炼。将经过塑炼后的生橡胶称为塑炼胶。一般的，门尼粘度在60以下时，不需要塑炼。相关概念弹性：物体受外力变形，当外力除去后，能恢复原状的性质。塑性：物体受外力变形，当外力除去后，不能恢复原状的性质。可塑度：表示橡胶流动性大小的物理指标。门尼粘度：表示橡胶流动阻力大小的物理指标。热可塑性（假可塑性）：在生产工艺过程中由于捏炼时间，温度升高等因素使橡胶具有的临时的、较高的可塑性，随着停放时间延长，会产生回复。橡胶塑炼的机理橡胶经塑炼以增加其可塑性，其实质乃是使橡胶分子链断裂，降低大分子长度。断裂作用既可发生于大分子主链，又可发生于侧链。由于橡胶在塑炼时，遭受到氧、电、热、机械力和增塑剂等因素的作用，所以塑炼机理与这些因素密切相关，其中起重要作用的则是氧和机械力，而且两者相辅相成。通常可将塑炼区分为低温塑炼和高温塑炼，前者以机械降解为主，氧起到稳定游离基的作用；后者以自动氧化降解作用为主，机械作用可强化橡胶与氧的接触。塑炼中氧的作用氧是塑炼中不可缺少的因素，缺氧时，就无法获得预期的效果。生胶塑炼时，设备与橡胶之间的摩擦显然使得胶温升高。热对塑炼效果极为重要，而且在不同温度范围内的影响也不同。低温塑炼由于低温塑炼时，主要依靠机械力使分子链断裂，所以在一定温度区域内（天然胶低于110℃）随温度升高，生胶粘度下降，塑炼时受到的作用力较小，以致塑炼效果反而下降。高温塑炼高温塑炼时，主要是氧化裂解反应起主导作用，因而塑炼效果在高温区（天然胶高于110℃）将随温度的升高而增大，所以温度对塑炼起着促进作用。化学塑解剂由前已知，不论低温塑炼还是高温塑炼，使用化学增塑剂皆能提高塑炼效果。接受剂型增塑剂，如苯醌和偶氮苯等，它们在低温塑炼时起游离基接受剂作用，能使断链的橡胶分子游离基稳定，进而生成较短的分子；引发剂型增塑剂，如过氧化二苯甲酰和偶氮二异丁腈等，它们在高温下分解成极不稳定的游离基，再引发橡胶分子生成大分子游离基，并进而氧化断裂。此外，如硫醇类及二邻苯甲酰胺基苯基二硫化物类物质，它们既能使橡胶分子游离基稳定，又能在高温下引发橡胶形成游离基加速自动氧化断裂，所以，这类化学增塑剂称为混合型增塑剂或链转移型增塑剂。塑炼工艺的目的使生橡胶的可塑性增大，以利于混炼时配合剂的混入和均匀分散。改善胶料的流动性，便于压延、压出、模压与注射成形等成型操作，使胶坯的形状和尺寸稳定、胶料便于流动成型等。增大胶料的粘着性，方便成型操作。改善胶料的充模性，使模型制品表面的花纹、图案以及文字清晰、饱满。可塑性不当时的工艺影响——可塑性偏小将导致混炼时粉状配合剂不易混入，而且要延长混炼时间；挤出的半成品表面粗糙、收缩率大；压延胶布容易掉皮；半成品硫化时流动性差，易产生缺胶、气孔等缺陷；可塑性不当时的工艺影响——可塑性偏大将导致混炼时易造成颗粒极小的配合剂分散不均；压延时胶料易粘辊和垫布；成型时变形大、挺性差；模压硫化时容易卷气硫化时流失胶量较多；产品物理机械性能下降。生橡胶的可塑性在满足加工工艺要求的条件下，以具有最小的可塑性为宜。5塑炼工艺方法5.1塑炼前的准备：为了便于加工，生胶塑炼前需进行烘胶、切胶、选胶和破胶等处理。5.1.1烘胶生胶在常温下粘度很高，难于切割和进一步加工，所以需要烘胶。在冬季，进厂的生胶常会冻结、硬化和结晶，在这种情况下，加温不仅便于切割，还能解除结晶，否则在塑炼时会增加加工时间，消耗大量电能，甚至损坏机器。天然橡胶和氯丁橡胶的烘胶工艺天然橡胶在低于25℃会产生结晶，并以小块形式(结晶体)分布于无定型生胶中。随着温度下降，结晶度提高，但一般不超过35%。橡胶熔点比其结晶点高5℃。40℃时晶体可全部熔化解晶；使天然橡胶解晶，须加热到45℃。烘胶在烘房中进行。橡胶在烘房中需顺序堆放，为避免过热变坏，不应与加热器接触。天然橡胶烘胶温度一般为50～60℃，时间为24～36小时；冬季一般在36～72小时左右。氯丁橡胶烘胶温度一般在24～40℃，时间为4～6小时。5.1.2切胶生胶加温后从烘房取出，用切胶机切成小块，每块重量视胶种而异。通常切胶前要去除杂质和外包皮。请参看切胶视频5.1.3破胶切胶后，橡胶块需用破胶机破胶，以便塑炼。破胶辊距一般为2～3mm，，辊温控制在45℃以下，在必要时需用开炼机破胶时，应将挡板适当调窄，并在靠大牙轮的一端操作。辊距可为1.5～2mm，温度控制在45～55℃。氯丁橡胶破胶宜用30～35℃辊温，先在5～6mm辊距下通过两次，再在2～3mm辊距下通过两次。破胶时要连续投料，中断，以免弹出伤人。破胶容量应适当控制，以免损坏设备。请参看破胶视频5.2开炼机塑炼方法——开炼机塑炼原理开炼机的主要工作部分是安装在机架上的两个中空辊筒，两辊筒以不同的速度相对回转；前辊转速一般为13～18r/min(线速度为22～34m/min),后辊转速比前辊快15～25%左右。前后两辊的转速之比称为速比，一般为1：1.15～1：1.2，回转时对生胶产生剪切力。塑炼时一般要求较大的速比。开炼机塑炼简介使用开炼机对胶料进行塑炼，是最早应用的一种塑炼方法。它是将生胶块置于两辊筒之间，借助于辊筒的剪切力作用使橡胶的分子链受到拉伸而断裂，从而获得可塑性。使用开炼机塑炼，其塑炼温度通常控制在100℃以下，这种塑炼属于低温机械式塑炼。开炼机塑炼的优缺点采用开炼机塑炼的优点是塑炼胶的可塑性均匀、热可塑性小；所得胶料的收缩性能小；设备的工艺灵活性较强，适用面宽，投资较小。因此，开炼机适用于胶种变化多、生产胶料用量较少的橡胶制品企业。开炼机塑炼的缺点是操作劳动强度大、生产效率较低、工作条件差。开炼机塑炼的方法通常分为：薄通塑炼法化学塑解剂塑炼法分段塑炼法薄通塑炼法薄通塑炼法是将生胶在辊距为05～1mm的条件下通过辊距，不进行胶料包辊操作，直接薄通落盘，重复操作至规定次数或规定时间．直到获得所需要的可塑性为止。请参看薄通塑炼法视频化学塑解剂塑炼法添加化学顺解剂塑炼法是在薄通塑炼法的基础上添加化学塑解剂进行塑炼的方法。该塑炼法能够提高生胶的塑炼效率，缩短塑炼时间（例如天然橡胶使用0.5份促进剂M，塑炼时间可以缩短50％左右），降低期炼胶的弹性复原和收缩。一般塑解剂的用最为生胶的0.5%～1.0%，塑炼温度为70～75℃。通常，为避免塑解剂的飞扬很大及提高其分散性．先将塑解剂预先制成母胶，在塑炼时按一定比例加入。请参看化学塑解剂塑炼法视频分段塑炼法分段塑炼法是指当塑炼胶的可塑性要求较高，采用薄通塑炼法不能达到工艺要求时而采用二次塑炼或三次塑炼的工艺方法。一般先将生胶塑炼一定的时间（约为15min)，然后下片冷却并停放4～8h，再进行第二次塑炼．如此反复数次，直到达到可顺性的要求为止。根据各种胶料的不同的可塑度要求，分段塑炼可分为两段塑炼和三段塑炼。分段塑炼法——天然橡胶的分段塑炼对于天然橡胶来说，一段塑炼胶的成氏可塑度可达0.3左右，二段塑炼胶则可达到0,45左右，三段塑炼胶则可达到0.55左右。分段塑炼法的优缺点优点：这种方法塑炼胶的可塑性高而且均匀，在实际生产中应用较为广泛。缺点：这种塑炼法使得生产管理较为麻烦，半成品占地面积大，不适合连续化生产要求。塑炼胶的威氏可塑度要求在0.5以内时，一般不需要进行分段塑炼。请参看分段塑炼法视频5.3影响开炼机塑炼的因素用开炼机塑炼属低温塑炼，温度一般在55℃以下，关键是降低橡胶的温度，温度低，剪切力大，塑炼效果大。因此与温度和机械作用力有关的设备特性和工艺条件都是影响塑炼效果的重要因素。这些因素主要有:辊温、辊距、时间、辊速、速比、装胶容量、塑解剂和操作熟练程度等。影响开炼机塑炼的主要因素辊温越低，塑炼效果越大。辊距越小，塑炼效果越好。塑炼时间的影响。在一定的时间范围内，塑炼时间越长，塑炼的效果就越好。超过这个时间范围之后，趋于平稳。辊速与速比对塑炼程度影响。装胶容量对塑炼的影响。化学塑解剂对塑炼的影响。影响开炼机塑炼的主要因素——辊温一般开炼机塑炼时，温度越低塑炼的效果就越好。当温度较低时，生橡胶的弹性较大，所受到的机械作用力也就较大。因此，塑炼效率就较高。反之，温度高时，生胶变软，所受到的机械作用力就小，塑炼效率也就较低。塑炼温度与可塑性的关系如图所示。影响开炼机塑炼的主要因素——辊距当开炼机辊筒的转动速度恒定时．辊距减小，则会使生橡胶通过辊距时所受到的剪切力增大。同时，胶片变薄则易于冷却，冷却后的胶片变硬，再次通过辊隙，则受到的机械剪切力增大。于是，塑炼效果就随之提高。辊距与塑炼效果的关系如图所示。影响开炼机塑炼的主要因素——塑炼时间在一定的时间范围内，塑炼时间越长，塑炼的效果就越好。超过这个时间范围之后，趋于平稳。天然橡胶可塑性的变化与时间的关系如图所示。图示表明，在塑炼周期最初的10～15min内塑炼胶的可塑性增加比较快。但是，在超过2Omin之后，可塑性刻增加得非常慢，并且逐渐趋于平缓。影响开炼机塑炼的主要因素——塑炼时间影响的原因产生这种现象的原因是，在经过一段时间的塑炼后，生胶的温度逐渐升高而软化，这时分子链易于滑移，不易被机械作用力所破坏，从而使塑炼效果降低。由于塑炼胶可塑性的增加与塑炼时间有上述的关系，因此，在采用开炼机进行塑炼时，一般期炼时间不宜超过2Omin。如果想获得更大的可塑性时，则需采取分段塑炼的工艺方法。影响开炼机塑炼的主要因素——辊速与速比橡胶在塑炼时，辊简转速高，单位时间内橡胶通过辊隙的次数就多，所受机械力的作用机会就多，塑炼效果就好，见图。但是，如果转速过高，升温则快，反而会使效果下降，同时塑炼操作也不安全。因此，辊筒转速不宜过高，通常为13～18r/min。影响开炼机塑炼的主要因素——辊速与速比影响的原因辊简之间的速度比越大，则速度梯度就越大，剪切力也越大，塑炼效率也就越好。但是，速度比太大时，过分激烈的摩擦作用会导致胶料温度上升很快。此时，反而降低了塑炼效果，而且设备负荷过大，增加了不安全的因素。所以，在塑炼操作时．必须在工艺要求的范围内合理地选择速度比。通常，辊筒速度比应当控制在l:1.5～l:3.5之间。例如，XK-160开炼机速比为l:1.25～l:1.35;XK-550为l:1.15～1:1.25之间。影响开炼机塑炼的主要因素——装胶容量在橡胶塑炼时，装胶的多少主要取决于开炼机的型号规格，同时还要看生胶的种类。当开炼机的规格一定时，装胶量过大，会使胶料堆积过多，而在辊筒上浮动，不易散热，塑炼效果差。同时，劳动强度也大。如果装胶容最过小，则生产效率太低。由于合成像胶在塑炼时生热性较大，所以装胶容最要比夭然胶少20％～25％。～～影响开炼机塑炼的主要因素——常用开炼机装胶容量开炼机类型装胶容量