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四.混炼胶后胶料的补充加工与处理13
混炼胶的质量检查13
一.胶料的快检13
二.物理机械性能测定13
三.配合剂的分散度检查13
四.胶料硫化特性的检查14
生胶的塑炼原理
一.塑炼的定义
通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方式,使橡胶由强韧的高弹性状态转变为柔软的塑性状态的过程。
塑性(可塑性):
橡胶在发生变形后,不能恢复其原来状态,或者说保持其变形状态的性质。
二.塑炼的目的和要求
1.塑炼的目的
减小弹性,提高可塑性;
降低粘度;
改善流动性;
提高胶料溶解性和成型粘着性。
2.塑炼胶的质量要求
(1)可塑度要适当
应满足加工工艺要求,在此基础上应具有最小的可塑性。
过度塑炼会降低硫化胶的强度、弹性、耐磨性等,而且会增加动力消耗。
塑炼程度:
根据混炼胶工艺性能和制品性能的要求来确定。
如:
供胶、浸胶、刮胶、擦胶和制造海绵等用途的胶料,要求的可塑度较大,生胶的塑炼程度要高些。
供模压用的胶料,则要求可塑性宜小。
一般:
胶管外层胶可塑度:
0.3~0.35;
胶管内层胶:
0.25~0.3;
胎面胶:
0.22~0.24;
胎侧胶0.35左右;
海绵胶0.5~0.6
(2)塑炼均匀
三.生胶的增塑方法和原理
(一)增塑方法
(二)塑炼原理
生胶的分子量与可塑性有着密切的关系。
分子量越小,可塑性就越大。
生胶经过机械塑炼后,分子量降低,粘度下降,可塑性增大。
由此可见,生胶在塑炼过程中,可塑性的提高是通过分子量的降低来实现的。
η0—聚合物熔体的最大粘度;
A—特性常数;
MW—聚合物的重均分子量
1.机械塑炼过程机理
在低温下:
在机械力作用下首先切断橡胶大分子链生成大分子自由基。
(机械力引发橡胶大分子的断链,氧作为自由基接受体,起着阻断自由基的作用。
)
在高温下:
机械力切断橡胶大分子生成自由基的几率减少。
橡胶大分子在机械力的活化作用下,氧引发橡胶大分子的断链。
(机械力起到应力活化作用,氧作为自由基引发体,引发橡胶大分子的断链。
链终止:
橡胶氢过氧化物不稳定,分解生成较小的大分子,连锁反应终止。
2.影响塑炼的因素:
(1)机械力的作用
根据理论分析,机械力对橡胶分子的断链作用,可表示为:
式中ρ—分子链断链的几率;
K1、K2—常数;
E—分子链的化学键能;
F0—作用于分子链上的力;
δ—分子链断链时伸长长度;
F0δ—分子链断链时消耗的机械功;
低温塑炼要求尽可能地降低辊温和胶温。
(2)氧的作用
实验证明,生胶结合0.03%的氧就能使分子量减少50%;
结合0.5%的氧,分子量由10万降到5000。
生胶塑炼时,随着塑炼时间的延长,橡胶质量和丙酮抽出物(其中含有氧化合物)的含量不断增加,可见氧在塑炼过程中与橡胶分子起了某种加成作用,参与了橡胶的化学反应。
(3)温度的作用
存在双重影响:
低温区(<
110℃),随着温度升高,塑炼效果下降。
——机械力作用
高温区(>
110℃),随着温度升高,塑炼效果提高。
——氧的氧化作用
(4)静电作用
塑炼过程中,胶料受到强烈的摩擦作用产生静电。
静电积累产生放电现象,使空气中的氧活化变为原子态氧和臭氧,加速橡胶分子的氧化断链作用。
(5)化学塑解剂
a.接受型塑解剂(低温塑解剂):
苯硫酚、五氯硫酚等。
b.引发型塑解剂(高温塑解剂):
过氧化苯甲酰(BPO)、偶氮二异丁腈(AIBN)等。
c.混合型塑解剂(链转移型塑解剂):
促进剂M、DM和2,2’-二苯甲酰胺二苯基二硫化物等。
塑炼方法及影响因素
一.准备工艺
切胶
用切胶机将生胶切成小块,每块重量视胶种而异。
二.开炼机塑炼工艺
(一)开炼机塑炼的原理
开炼机的两个辊筒以不同的转速相对回转,胶料放到两辊筒间的上方,在摩擦力的作用下被辊筒带入辊距中。
由于辊筒表面的旋转线速度不同,使胶料通过辊距时的速度不同而受到摩擦剪切作用和挤压作用,胶料反复通过辊距而被塑炼。
(二)开炼机塑炼的工艺方法
薄通塑炼法
辊距在1mm以下,胶料通过辊距后不包辊而直接落到接胶盘,让胶料返回到辊距上方重新通过辊距,这样反复数次。
优点:
胶料散热快,冷却效果较好,塑炼胶可塑度均匀,质量高,能达到任意的塑炼程度。
(三)开炼机塑炼的影响因素
1.装胶容量
装胶容量取决于开炼机的规格,容量大,散热困难,胶温升高,降低塑炼效果;
容量过小则降低生产效率。
合理的容量根据经验公式计算:
Q—塑炼容量,L;
K—经验系数,取值一般为0.0065~0.0085,L/cm3;
D—辊筒直径,cm;
L—辊筒工作部分长度,cm
合成橡胶塑炼时生热大,装胶容量应比天然橡胶少。
2.辊距
辊距越小,机械塑炼效果越明显。
薄通时实际使用辊距一般为0.5~1mm。
3.辊速和速比
辊距一定,提高开炼机的辊速或速比会增大胶料的机械剪切作用,从而提高机械塑炼效果。
开炼机的速比一般在1.15~1.27之间。
速比过大,升温加快。
4.辊温
辊温低,塑炼效果好。
辊温过低容易造成设备超负荷而受到损害。
塑炼温度与生胶胶种有关,天然橡胶通常控制前辊温度在45~55℃,后辊温度在40~50℃为宜。
5.塑炼时间
在塑炼过程的最初10~15min,胶料的门尼粘度迅速降低,此后渐趋缓慢。
三.密炼机塑炼工艺
自动化程度高,生产效率高,节能,劳动强度低;
缺点:
温度高,冷却困难,易过炼,出料为无定形状,需要配备相应的压片机。
(一)密炼机的工作原理
物料从加料斗加入密炼室后,加料门关闭,压料装置的上顶栓降落,对物料加压。
物料在上顶栓压力及摩擦力的作用下,被带入两个具有螺旋棱、有速比的、相对回转的两转子的间隙中,致使物料在由转子与转子,转子与密炼室壁、上顶栓、下顶栓组成的捏炼系统内,受到不断变化和反复进行的剪切、撕拉、搅拌和摩擦的强烈捏炼作用,从而达到塑炼的目的。
物料在密炼室中主要受到几种作用:
1.转子间及转子与混炼室内壁间的作用;
2.转子棱间的搅拌作用;
3.转子轴向的往复切割作用。
(二)密炼机塑炼的工艺方法
密炼机塑炼的工艺方法有一次塑炼法、分段塑炼法和化学增塑塑炼法三种。
(三)影响密炼机塑炼的因素
1.温度
密炼机塑炼属高温塑炼,生胶在密炼机内受高温及剧烈的机械剪切作用,以高温氧化为主,可在短时间内获得所需要的可塑度,一般密炼机的塑炼温度为120℃以上,有的甚至可达到160℃,但温度过高会导致橡胶物理机械性能下降。
一般天然橡胶塑炼时的温度不超过155℃为宜。
采用密炼机塑炼合成橡胶,以免产生凝胶。
温度范围要视胶种具体特性而定。
对于SBR,温度应控制在155℃以下,以免产生凝胶。
使用塑解剂时,塑炼温度可控制在160℃。
2.转速
转速快,塑炼效率高。
转速从25转提高到75转,塑炼时间从30min缩短到10min。
转速的提高必然会加速胶料生热升温,因此必须加强冷却。
3.时间
用密炼机塑炼,胶料的可塑度随塑炼时间的增加而增加。
使用塑解剂进行塑炼时,塑炼效果会提高,塑炼时间可缩短30%~50%。
4.上顶栓压力
上顶栓必须加压,以增加转子对胶料的剪切作用。
压力过小,不能压紧胶料,但压力过大,又会造成设备负荷过大。
上顶栓压力一般为0.5~0.8MPa。
5.装胶容量
各种规格密炼机的装胶容量为密炼室容积的48%~62%。
6.化学塑解剂
密炼机塑炼温度高,采用化学塑解剂增塑法合理有效,不仅能充分地发挥塑解剂的增塑效果,而且在同样条件下会降低排胶温度,提高塑炼胶质量。
四.螺杆塑炼机塑炼工艺
(一)螺杆塑炼机工作原理
在螺杆塑炼机中,生胶一方面受到螺杆的强烈的机械搅拌作用,另一方面,由于生胶受螺杆与机身内壁的摩擦产生大量的热,温度高达150~180℃,从而加速氧化裂解,获得塑炼效果。
能连续生产,生产能力大,适用于大型轮胎厂。
排胶温度高,塑炼胶的热可塑性大,质量不均,排胶不规则。
(二)影响螺杆塑炼机塑炼的因素
1.塑炼温度
若温度偏低,设备负荷偏大,塑炼胶可塑度偏低,且不均匀若温度太高,易使大分子链过度氧化降解而损害胶料质量。
因此,塑炼温度必须控制在适当的范围内。
天然橡胶塑炼温度一般控制在机尾60℃以下,机身80~90℃,机头90~100℃,排胶温度180℃以下。
2.喂料速度
喂料速度要适当而均匀。
速度过快,胶料在机筒内的停留时间短,塑炼不均匀,出现夹生现象。
速度太慢,不仅降低生产效率。
3.排胶孔隙大小
排胶孔隙大小依胶料塑炼程度要求而定。
孔隙小,排胶速度和排胶量减小,胶料可塑度偏大,生产效率降低。
反之,出胶孔隙加大,排胶量大,生产能力提高,但塑炼胶的可塑度偏低且不均匀。
五.塑炼后的补充加工
1.压片或造粒
2.冷却与干燥
3.停放
干燥后的胶片按规定堆放4~8h以上才能恭下道工序使用。
4.质量检验
常用橡胶的塑炼特性
一.橡胶塑炼难易的原因
1.天然橡胶塑炼容易的原因:
(1)大分子中存在甲基和双键的共轭效应,键能降低,易断裂;
(2)分子量大,易断链;
(3)大分子断链后生成的自由基稳定性高;
(4)大分子氧化生成的氢过氧化物分解导致大分子链断裂破坏。
二.几种常用橡胶的塑炼特性
1.NR(天然橡胶)
NR比较容易进行塑炼,品种不同塑炼特性不同。
烟片胶初始门尼粘度较高(一般在95~120之间),必须进行塑炼加工才能获得适当的可塑性。
SMR系列的NR其初始门尼粘度较低(一般在40~75之间),一般不需要塑炼。
NR用开炼机塑炼,通常采用低温(40~50℃),薄通塑炼效果好。
用密炼机塑炼时,温度宜在155℃以下。
NR塑炼时,常加入化学塑解剂来提高塑炼效果。
2.SBR(丁苯橡胶)
软SBR的初始门尼粘度一般在54~64之间,不需进行塑炼。
SBR采用机械塑炼效果不大,比较有效的方法时采用高温塑炼法,以130~140℃温度最好,温度过高易生成凝胶。
3.BR(顺丁橡胶)
BR一般不需要进行塑炼。
4.CR(氯丁橡胶)
CR的初始门尼粘度都较低,一般不需要进行塑炼。
但在储存过程中其可塑性会下降,因此CR仍需经过塑炼加工,才能获得所要求的可塑性。
CR宜采用开炼机进行塑炼,低温薄通塑炼效果最好。
5.IIR(丁基橡胶)
门尼粘度在38~75之间的品种一般不需要塑炼。
IIR采用机械塑炼效果不大,但用密炼机在120℃以上,并且加入塑解剂进行高温塑炼则可取得较好的塑炼效果。
6.NBR(丁腈橡胶)
NBR的塑炼应采用开炼机在低温(40℃以下)、小辊距(1mm左右)、低容量(约为NR容量的1/2~1/3)。
一般不宜用开炼机进行塑炼,NBR很易生成凝胶。
混炼工艺
混炼:
通过适当的加工将配合剂与生胶均匀混合在一起,制成质量均一的混合物的工艺过程。
混炼胶的质量要求:
(1)胶料应具有良好的加工工艺性能;
(2)保证成品具有良好的使用性能。
混炼前的准备
一.原材料与配合剂的质量检验
通常对配合剂检验的内容主要有:
纯度、粒度及分布、机械杂质、灰分及挥发分含量、酸碱度等。
具体依配合剂类型不同而异。
二.配合剂的补充加工
(一)粉碎
块
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