工程橡胶技术学习班讲义03-混炼

2009年橡胶技术学习班讲义之三讲义：橡胶的混炼报告人：时间：地点：目录1.胶料混炼的基本概念：2.混炼前的准备工作：3.混炼工艺流程4.开炼机混炼5.密炼机混炼6.混炼胶的后处理7.各种橡胶的混炼特性8.异常胶料的分析处理9.小结1.胶料混炼的基本概念在炼胶机上将各种配合剂均匀地加人到其有一定塑性的生橡胶中的工艺过程，称之为橡胶的混炼：经过混炼加工而制成的胶料，称之为混炼胶。混炼的作用混炼对于胶料的成形加工工艺和制品的质量起着决定性的作用。混炼加工不好，会出现配合剂分散不均匀，胶料的可塑性过高或者过低、焦烧、喷霜等现象，从而会使后续的压延、压出、滤胶、硫化等工序不能正常进行，并会使制品的物理、力学性能不稳定或是下降。混炼加工工艺要求保证各种配合剂均匀分散，避免结团现象。要使补强剂与生橡胶进行有效的结合，即产生一定数量的结合橡胶，以达到良好的补强效果，有利于制品物理、力学性能的提高。使胶料具有一定的可塑性，保证其后各种加工工艺的顺利实现。在保证混炼胶质最的前提条件下，尽可能缩短很炼加工的时间，减少动力消耗，降低生产成本。分散相和连续相混炼橡胶是各种配合剂分散于生橡胶之中，共同组成的分散体系。生橡胶的分布呈连续状态，称之为连续相，各种配合剂的分布则呈现为非连续状态，因此称之为分散相。结合橡胶在橡胶的混炼过程中，部分橡胶分子与活性填料（主要是炭黑和白炭黑）粒子表面，产生了化学的与物理的牢固结合并成为不溶性的炭黑——橡胶结合体，这就叫做结合橡胶或叫做炭黑凝胶。结合橡胶的形成其中部分是由于炭黑粒子小，表面面积大，通过范德华力把橡胶分子吸附在炭黑较子表面上而形成的；另一部分是由于炭黑的表面活性和化学性质，有许多活性点．有可能与橡胶通过化学吸附作用而形成；还有一部分是混炼过程中，橡胶大分子断链生成的大分子游离基与高结构炭黑在混炼时受到了较大的剪切作用而断裂，产生了活性很大的新表面结合而形成的，或者是炭黑凝聚体破裂，生成活性较高的新表面直接与橡胶分子反应而结合形成的；此外，就是一部分橡胶大分子缠结在已与炭黑较子结合在一起的橡胶分子上，或与之发生交联作用等。结合橡胶对胶料的加工作用结合橡胶的形成对硫化胶的性能有正面影响，在胶料的混炼初期所生成的适量的结合橡胶，还有助于提高胶料的粘度和剪切应力。对克服炭黑聚集体的内聚力（即进一步分散的阻力）也是有利的。在胶料的混炼过程中，当炭黑-橡胶团块被搓开时，炭黑粒子所产生的新表面能与其他的橡胶分子进行结合，从而炭黑凝聚体不断地变小而最终达到良好的分散。但是，在加工初期，要避免生成大量的结合橡胶，尤其要避免生成结合力较强的、颗粒较大的炭黑凝胶硬块。这是因为这样的凝胶硬块不易被切应力所搓开，影响炭黑的分散。结合橡胶生成量的影响因素结合橡胶的生成量与补强填充剂的粒子大小、用量及其表面的活性、橡胶的品种（即橡胶分子的活性）、捏炼加工的条件等因素有关。一般来讲，较度小、表面活性高的炭黑与生胶混炼时，易于生成结合橡胶。炭黑用最增加，生成结合橡胶的数量也增加；粒度大、表面活性低的炭黑几乎不能生成结合橡胶。2混炼前的准备工作2.1.配合剂的加工和处理2.2.配合剂的称量2.1配合剂的加工和处理混炼胶的质量除了与多种配合剂分散均匀程度有关、与混炼加工工艺有关之外，而且还与各种配合剂本身的质量指标及性能有关。各种配合剂的质量必须完全符合国家规定的有关技术标准的指标要求，如配合剂的纯度、粒径，水分、杂质含量、灰分以及液体配合剂的粘度等。但是，由于在长期的储存和运输过程中，有许多不利因素都会引起或者影响配合剂质量的变化，使其性能或某项性能不符合标准要求。对于质量不符合标准要求的配合剂，需要进行补充加工，检验合格后才能使用。常用检验方法配合剂的补充加工主要包括固体配合剂的粉碎；粉状配合剂的干燥与筛选；粘性配合剂的预热熔化和过滤；液体配合剂的脱水；膏状和母胶料的制备。粉碎对于块状或粗粒状的配合剂在混炼加工之前需要进行粉碎，磨细处理或者刨成薄片（如硬脂酸、蜡等），以便于在胶料中进行分散。粉碎加工常用的设备盘式粉碎机球磨机气流粉碎机锤式破碎机刨片机等。粉碎设备的选择粉碎设备的选择与被粉碎加工的物料的硬度、湿度、粒度大小以及工艺要求的粉碎标准有关。锤式破碎机主要用于粉碎沥青、松香、防老剂等脆性块状配合剂；刨片机用于硬脂酸、石蜡等配合剂的切片和再粉碎；气流粉碎机将配合剂粒子粉碎的过程是将大粒子配合剂由螺杆送入粉碎室内，借助于高速气流的冲击，使其粗大粒子相互碰撞而破碎，使细度达到要求的进入旋风集料器中，而细度达不到要求的沿粉碎室内壁落下，进入第二次粉碎。干燥配合剂中的水分含量过大时，易于结团，不仅筛选困难，而且在混炼时还容易被压成大块难以分散。水分含量过大，胶料或半成品在硫化时则容易产生气泡，造成次品或废品。干燥的目的，是除去或减少配合剂中的水分或者低挥发物杂质。干燥设备干燥室真空干燥箱螺旋式连续干燥机等。配合剂的干燥条件与干燥程度配合剂的干燥条件与干燥程度，应根据配合剂和含水量实际情况来确定。例如硫磺、促进剂和防老剂等熔点低的配合剂，其干燥温度应比它的熔点低25～40℃，以防止熔化结块或变质。硫磺在干燥时，通常是先在干燥盘上薄薄地铺一层，然后在35～45℃的条件下进行干燥，这样做，除了能够除去水分之外，还能除去其中的亚硫酸。氧化镁和氧化钙等配合剂在遇到水分之后，会发生化学变化而失效，故在储存时应放置在干燥之处。筛选目的是为了除去配合剂中的机械类杂质（如砂粒、木屑，树叶、小的金属器件、绳头以及配合剂本身的大顺粒与结团等物）。因为这些杂质的混入，会直接影响胶料的成形加工和硫化胶的物理、力学性能，还容易破坏成形设备，甚至引发人身事故等严重后果。筛选常用的设备配合剂在筛选时，常用的设备有：振动筛鼓式筛选机螺旋筛选机等。筛选时所需要的筛网规格筛选时所需要的筛网规格，应根据工艺要求而定。对粘附作用较强的炭黑，筛选时采用旋转筛选机。这种筛选机在转鼓内安装了一个与转鼓转动方向相反的毛刷，使炭黑不致粘附在筛网上，易于使其通过筛孔。熔点较低、易于熔化的固体软化剂以及黏性较大的液体软化剂，可将其加热熔化或者通过加热降低其粘度，趁热进行过滤，滤出各种机械杂质。如果液态配合体中水分的含量超过规定的技术指标时，那么，则应对其进行加热蒸发脱水处理后，再进行过滤除去杂质。部分配合剂的加工处理条件制备母炼胶和膏剂为了使配合剂易于分散，防止结团，减少它在混炼过程中的飞扬损失，改善混炼加工环境，在混炼前，可将部分配合剂（如炭黑、促进剂、着色剂等）制成母炼胶或者膏剂，以这样的形式加入进行混炼。在工程应用中，常将炭黑、促进剂等制备成母炼胶，将氧化锌、硫磺、促进剂、着色剂等制成膏剂来使用。母炼胶的制备母炼胶是在炼胶机上加工的。制备时，按照一定的比例将所用的配合剂和生橡胶一起在炼胶机上混炼均匀即可。母炼胶中，配合剂的填充量可根据需要来确定。对于炭黑母炼胶来说，炭黑的量大填充不得超过其“临界浓度”。制备高耐磨炉黑母炼胶时，其“临界浓度”为85％。如果超过这个“临界浓度”，母炼胶的胶料中就会出现较大的团块及其分散不良的现象。膏剂的制备膏剂通常是将配合剂与软化剂一起起先用加热混合器搅拌均匀，然后再用精研机研成细腻的膏状物。在制造膏剂时，所用软化剂的品种以及配合剂和软化剂的配比，可根据制品胶料的配方而定。通常，以2.5：1左右的配比为好。2.2配合剂的称量配合剂在选用时，必须严格按照配方设计的要求，使用有效称量工具，并且正确使用称量工具对配合剂进行称配操作，以确保用量的精确度。配合剂的称量对于橡胶的性能和制品的质量要求至关重要。如果配合剂称量的准确度差，或者错配、漏配，都会给制品的性能与质量造成无法弥补的损失。配合剂的称量和投料方式有两种：一种是手工称量和投料，另一种是自动称量和投料。手工称量手工称量可分别使用磅秤、台秤或天平等，称量好的配合剂按一定的工艺顺序要求手工投入。称量时应根据配合剂用量的大小来合理地选择称量工具，在选用磅秤或台秤时，必须注意所称量的质量不得小于其量大容量的10％，否则会增大称量的误差。对于用量很少而又很重要的配合剂，如促进剂等则使用天平进行称量。在粉料配合剂中，炭黑储料斗的卸料、装料以及把炭黑输送到配料工序等，均应采用密闭式装置。炭黑的称量多采用电子圈盘称等来完成。对称量好的配合剂要按照一定的规则进行存放，并做好标识，在混炼时，按照工艺要求依次进行手工投料。自动称量自动称量和投料是利用自动称量设备完成的。自动称量设备由输送装置和称量装置两个部分组成。这种方式适用于大规模橡胶制品生产企业。粉状配合剂可用电磁振动输送装置控制送料速度，液体配合剂则可采用有保温的管道输送装置，以保证液体的流动性。自动称量有定量式和联动式两种，定量式的精确度高（可达0.10％)，而联动式装置精确度较低（误差是1.0％～2.0％）。配合剂称量的允许误差一般，在炼胶设备的装胶容量在25kg以上时，配合剂称量的允许误差见下表原材料名称允许公差g生胶±200硫磺±5促进剂±0.5氧化锌、油料±50炭黑、碳酸钙±200小料总量±1003.混炼工艺流程混炼的目的是获得质量均匀的混炼胶，为后续的成形加工（如压延、压出以及各种模压成形等）作好准备。混炼的工艺流程如图：胶料混炼的过程胶料混炼的过程是配合剂（以炭黑为主）在生橡胶中均匀分散的过程。橡胶的混炼过程是通过以下两个阶段来完成的：第一阶段，是橡胶渗入到炭黑凝聚体（二次结构）的空隙中，形成浓度很高的炭黑一橡胶团块，分布在不含炭黑的橡胶中；第二阶段，是这些浓度很高的炭黑一橡胶团块，被很大的剪切力搓开，团块逐渐变小，直至达到充分分散。胶料混炼的第一个过程前一个过程就是通常所称的湿润阶段或叫做吃粉阶段。在此阶段中，由于炭黑的粒径一般都较小，比表面积很大，橡胶与炭黑的接触面积就非常巨大。要使想能够全部有效地包围炭黑颗粒表面，而且还要渗入到炭黑凝聚体的空隙中形成高浓度的炭黑-橡胶团块，就要求橡胶具有很好的流动性。橡胶的粘度越低，对炭黑的湿润性就越好，吃粉也就越快。炭黑粒子越粗，结构性越低，也就越容易被橡胶所湿润。胶料混炼的第二个过程后一个过程就是分散阶段。在此阶段的混炼过程中，增加胶料粘度和提高切变速率，都能够相应地提高胶料的剪切应力，以克服炭黑聚集体内聚力对分散的障碍，从而提高分散的效果。高结构炭黑可以使胶料获得较高的粘度，从而具有较高的剪切应力，粗粒炭黑由于其比表面积小而内聚力低，所以较易分散。混炼的两个阶段，对于橡胶粘度的要求是相互矛盾的。为此，正确地选择橡胶的可塑性和混炼温度，对于确保混炼胶的质量是至关重要的。4.开炼机混炼4.1.开炼机混炼的加料顺序4.2.开炼机混炼阶段4.3.开炼机混炼胶的质量影响因素4.3.1.配合剂的分散程度对胶料的质量影响4.3.2.加料的顺序4.3.3.装胶容最与辊距4.3.4.辊温4.3.5.混炼的时间4.3.6.辊筒的转速和速比开炼机混炼方法开炼机混炼就是利用开炼机对胶料进行混炼。开炼机混炼是应用量早的混炼工艺方法，该混炼方法是先将塑炼胶压软，然后按照一定的顺序（按照工艺要求）加入各种配合剂，经过多次的反复捣胶翻炼，使塑炼胶与配合剂相互混合，以得到所需要的质地均匀的混炼胶。开炼机混炼特点开炼机混炼，其生产效率较低、劳动强度大、安全性较差，而且环境污染严重。从混炼胶的质量来看，并不是非常理想。但是，使用开炼机进行加工的灵活性大，适宜于橡胶品种变换频繁而生产用量又不是很大的制品企业，特别是对于海绵橡胶、硬质橡胶、硅橡胶等特种橡胶的混炼以及部分生热较大的合成橡胶（例如高丙烯腈含量的硬丁腈橡胶）与彩色橡胶的混炼更为适宜。4.1开炼机混炼的加料顺序一般原则：用量少，难以分散的配合剂先加，促进剂、活性剂、防老剂等用里较少，所起的作用较大，要求分胜的均匀性又高，因此应该先加入；用量