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橡膠的混煉及混煉工藝
日期：2024-09-01 00:27
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摘要：
橡膠的混煉及混煉工藝
混煉就是將各種配合劑借助煉膠機機械力的作用均勻分散于橡膠中的工藝過程?；鞜掃^程就是將各種配合劑均勻地分散在橡膠中，以形成一個以橡膠為介質(zhì)或者以橡膠與某些能和它相容的配合組分（配合劑、其它聚合物）的混合物為介質(zhì)，以與橡膠不相容的配合劑（如粉體填料、氧化鋅、顏料等）為分散相的多相膠體分散體系的過程。對混煉工藝的具體技術(shù)要**：配合劑分散均勻，使配合劑特別是炭黑等補強性配合劑達到*好的分散度，以保證膠料性能一致?；鞜捄蟮玫降哪z料稱為“混煉膠”，其質(zhì)量對進一步加工和制品質(zhì)量有重要影響。
混煉常用的設(shè)備是開煉機和密煉機。
①開煉機混煉開煉機混煉的必要條件是根據(jù)各種橡膠的粘彈性、松弛時間和轉(zhuǎn)變溫度等基本性質(zhì)，選擇合適的輥溫（下表），使之處于包輥狀態(tài)，以便進行混煉。
表1各種橡膠開煉機混煉的適用溫度
混煉就是將各種配合劑借助煉膠機機械力的作用均勻分散于橡膠中的工藝過程?；鞜掃^程就是將各種配合劑均勻地分散在橡膠中，以形成一個以橡膠為介質(zhì)或者以橡膠與某些能和它相容的配合組分（配合劑、其它聚合物）的混合物為介質(zhì)，以與橡膠不相容的配合劑（如粉體填料、氧化鋅、顏料等）為分散相的多相膠體分散體系的過程。對混煉工藝的具體技術(shù)要**：配合劑分散均勻，使配合劑特別是炭黑等補強性配合劑達到*好的分散度，以保證膠料性能一致?；鞜捄蟮玫降哪z料稱為“混煉膠”，其質(zhì)量對進一步加工和制品質(zhì)量有重要影響。
混煉常用的設(shè)備是開煉機和密煉機。
①開煉機混煉開煉機混煉的必要條件是根據(jù)各種橡膠的粘彈性、松弛時間和轉(zhuǎn)變溫度等基本性質(zhì)，選擇合適的輥溫（下表），使之處于包輥狀態(tài)，以便進行混煉。
表1各種橡膠開煉機混煉的適用溫度
膠種 | 輥筒溫度/℃ | 膠種 | 輥筒溫度/℃ | ||
前輥 | 后輥 | 前輥 | 后輥 | ||
天然橡膠 | 55~60 | 50~55 | 氯醇橡膠 | 70~75 | 85~90 |
丁苯橡膠 | 45~50 | 50~60 | 氯磺化聚乙烯 | 40~70 | 40~70 |
丁腈橡膠 | 35~45 | 40~50 | 氟橡膠 | 23-37 77~87 | 77~87 |
氯丁橡膠 | ≤40 | ≤45 | 氟橡膠 | 23-11 49~55 | 47~55 |
丁基橡膠 | 40~45 | 55~60 | 丙烯酸酯橡膠 | 40~55 | 30~50 |
順丁橡膠 | 40~60 | 40~60 | 聚氨酯橡膠 | 50~60 | 55~60 |
三元乙丙橡膠 | 60~75 | 80左右 | 聚硫橡膠 | 45~60 | 40~50 |
加料順序是提高開煉機混煉質(zhì)量的一個重要因素。加料順序不當會導(dǎo)致分散不均勻，脫輥、過煉，甚至發(fā)生早期硫化（焦燒）等質(zhì)量問題。原則上應(yīng)根據(jù)配方中配合劑的特性和用量來決定加料順序，宜先加量少、難分散者。后加量大，易分散者；硫黃或者活性大、臨界溫度低的促進劑（如超速促進劑）則在*后加入，以防止出現(xiàn)早期硫化（焦燒）。液體軟化劑一般在補強填充劑等粉劑混完后再加入，以防止粉劑結(jié)團、膠料打滑、膠料變軟致使剪切力小而不易分散。
橡膠包輥后，按下列一般的順序加料：橡膠、再生膠、各種母煉膠→固體軟化劑（如較難分散的松香、硬脂酸、固體古馬隆樹脂等）→小料（促進劑、活性劑、防老劑）→補強填充劑→液體軟化劑→硫黃→超促進劑→薄通→倒膠下片。
對于某些特殊膠料（如硬質(zhì)膠、海綿膠等），則需采取與上述一般加料順序不同的混煉方法。
除了輥溫和加料順序影響開煉機混煉質(zhì)量之外，在操作上尚需注意：填膠容量不宜過多，否則不易混煉均勻，一般合成膠容量應(yīng)比天然橡膠小一些。在保證混煉質(zhì)量的前提下，混煉時間應(yīng)盡量縮短，以防止膠料因過煉而導(dǎo)致物理機械性能下降和影響生產(chǎn)效率。輥筒速度和速比要適宜，既要有利于混合、分散，又不致因生熱過快導(dǎo)致早期硫化（焦燒）。
②密煉機混煉密煉機通過轉(zhuǎn)子、上下頂栓在密煉室中產(chǎn)生復(fù)雜的流動方式和高剪切力，使橡膠配合劑和粒狀添加劑很快粉碎和均勻分散，是一種高效的混煉方法。但是高剪切力會使物料溫度在混煉中迅速上升，一般會達到130℃。這已超過了大多數(shù)硫化系統(tǒng)的活化溫度，會使膠料發(fā)生早期硫化（焦燒）。一般的做法是將大部分物料在密煉機中混煉，然后將膠料從密煉機排放到開煉機上，在開煉機上加硫化劑或超速促進劑。由于開煉機實際上只在輥縫線上對膠料有擠壓作用，而提供了很大的冷卻面積，致物料的溫度降低。在這一階段加入硫化劑可以避免膠料發(fā)生早期硫化（焦燒）。
密煉機混煉方法主要有一段混煉法、二段混煉法、引料法和逆混法：
（1）一段混煉法 指經(jīng)密煉機和壓片機一次混煉制成混煉膠的方法。通常加料順序為：生膠→小料→填充劑或1／2→1／2炭黑→油料軟化劑→排料。膠料直接排入壓片機，薄通數(shù)次后，使膠料降至100℃以下，再加入硫黃和超促進劑，翻煉均勻后下片冷卻。此法的優(yōu)點是比二段混煉法的膠料停放時間短和占地面積小，其缺點是膠料可塑性偏低，填充補強劑不易分散均勻，而且膠料在密煉機中的煉膠時間長，易產(chǎn)生早期硫化（焦燒）。此法較適用于天然橡膠膠料和合成橡膠比例不超過50％的膠料。
(2)二段混煉法 將混煉過程分為兩個階段，其中**段同一段混煉法一樣，只是不加硫黃和活性較大的促進劑，首先制成一段混煉膠（炭黑母煉膠），然后下片冷卻停放8小時以上。**段是對**段混煉膠進行補充加工，待捏煉均勻后排料至壓片機加硫化劑、超促進劑，并翻煉均勻下片。為了使炭黑更好地在橡膠中分散，提高生產(chǎn)效率，通常**段在快速密煉機（40r／min以上）中進行，**段則采用慢速密煉機，以便在較低的溫度加入硫化劑。一般當合成膠比例超過50％時，為改進并用膠的摻合和炭黑的分散，提高混煉膠的質(zhì)量和硫化膠的物理機械性能，可以采用二段混煉法。
(3)引料法 在投料同時投入少量（1.5～2Kg）預(yù)混好的未加硫黃的膠料，作為“引膠”或“種子膠”，當生膠和配合劑之間浸潤性差、粉狀配合劑混入有困難時，這樣可大大加快粉狀配合劑（填充補強劑）的混合分散速度。例如，丁基橡膠即可采取此法。而且不論是在一段、二段混煉法或是逆混法中，加入“引膠”均可獲得良好的分散效果。
(4)逆混法 加料順序與上述諸法加料順序相反的混煉方法，即先將炭黑等各種配合劑和軟化劑按一定順序投入混煉室，在混煉一段時間后再投入生膠（或塑煉膠）進行加壓混煉。其優(yōu)點是可縮短混煉時間。還可提高膠料的性能。該法適合于能大量添加補強填充劑（特別是炭黑）的膠種，如順丁橡膠、乙丙橡膠等，也可用于丁基橡膠。逆混法還可根據(jù)膠料配方特點加以改進，例如抽膠改進逆混法及抽油改進逆混法等等。
橡膠包輥后，按下列一般的順序加料：橡膠、再生膠、各種母煉膠→固體軟化劑（如較難分散的松香、硬脂酸、固體古馬隆樹脂等）→小料（促進劑、活性劑、防老劑）→補強填充劑→液體軟化劑→硫黃→超促進劑→薄通→倒膠下片。
對于某些特殊膠料（如硬質(zhì)膠、海綿膠等），則需采取與上述一般加料順序不同的混煉方法。
除了輥溫和加料順序影響開煉機混煉質(zhì)量之外，在操作上尚需注意：填膠容量不宜過多，否則不易混煉均勻，一般合成膠容量應(yīng)比天然橡膠小一些。在保證混煉質(zhì)量的前提下，混煉時間應(yīng)盡量縮短，以防止膠料因過煉而導(dǎo)致物理機械性能下降和影響生產(chǎn)效率。輥筒速度和速比要適宜，既要有利于混合、分散，又不致因生熱過快導(dǎo)致早期硫化（焦燒）。
②密煉機混煉密煉機通過轉(zhuǎn)子、上下頂栓在密煉室中產(chǎn)生復(fù)雜的流動方式和高剪切力，使橡膠配合劑和粒狀添加劑很快粉碎和均勻分散，是一種高效的混煉方法。但是高剪切力會使物料溫度在混煉中迅速上升，一般會達到130℃。這已超過了大多數(shù)硫化系統(tǒng)的活化溫度，會使膠料發(fā)生早期硫化（焦燒）。一般的做法是將大部分物料在密煉機中混煉，然后將膠料從密煉機排放到開煉機上，在開煉機上加硫化劑或超速促進劑。由于開煉機實際上只在輥縫線上對膠料有擠壓作用，而提供了很大的冷卻面積，致物料的溫度降低。在這一階段加入硫化劑可以避免膠料發(fā)生早期硫化（焦燒）。
密煉機混煉方法主要有一段混煉法、二段混煉法、引料法和逆混法：
（1）一段混煉法 指經(jīng)密煉機和壓片機一次混煉制成混煉膠的方法。通常加料順序為：生膠→小料→填充劑或1／2→1／2炭黑→油料軟化劑→排料。膠料直接排入壓片機，薄通數(shù)次后，使膠料降至100℃以下，再加入硫黃和超促進劑，翻煉均勻后下片冷卻。此法的優(yōu)點是比二段混煉法的膠料停放時間短和占地面積小，其缺點是膠料可塑性偏低，填充補強劑不易分散均勻，而且膠料在密煉機中的煉膠時間長，易產(chǎn)生早期硫化（焦燒）。此法較適用于天然橡膠膠料和合成橡膠比例不超過50％的膠料。
(2)二段混煉法 將混煉過程分為兩個階段，其中**段同一段混煉法一樣，只是不加硫黃和活性較大的促進劑，首先制成一段混煉膠（炭黑母煉膠），然后下片冷卻停放8小時以上。**段是對**段混煉膠進行補充加工，待捏煉均勻后排料至壓片機加硫化劑、超促進劑，并翻煉均勻下片。為了使炭黑更好地在橡膠中分散，提高生產(chǎn)效率，通常**段在快速密煉機（40r／min以上）中進行，**段則采用慢速密煉機，以便在較低的溫度加入硫化劑。一般當合成膠比例超過50％時，為改進并用膠的摻合和炭黑的分散，提高混煉膠的質(zhì)量和硫化膠的物理機械性能，可以采用二段混煉法。
(3)引料法 在投料同時投入少量（1.5～2Kg）預(yù)混好的未加硫黃的膠料，作為“引膠”或“種子膠”，當生膠和配合劑之間浸潤性差、粉狀配合劑混入有困難時，這樣可大大加快粉狀配合劑（填充補強劑）的混合分散速度。例如，丁基橡膠即可采取此法。而且不論是在一段、二段混煉法或是逆混法中，加入“引膠”均可獲得良好的分散效果。
(4)逆混法 加料順序與上述諸法加料順序相反的混煉方法，即先將炭黑等各種配合劑和軟化劑按一定順序投入混煉室，在混煉一段時間后再投入生膠（或塑煉膠）進行加壓混煉。其優(yōu)點是可縮短混煉時間。還可提高膠料的性能。該法適合于能大量添加補強填充劑（特別是炭黑）的膠種，如順丁橡膠、乙丙橡膠等，也可用于丁基橡膠。逆混法還可根據(jù)膠料配方特點加以改進，例如抽膠改進逆混法及抽油改進逆混法等等。
