工程橡胶技术学习班讲义03-混炼课件.ppt

1、2009年橡胶技术学习班讲义年橡胶技术学习班讲义之三之三讲讲 义：义：橡胶的混炼橡胶的混炼 报告人：报告人：时时 间：间：地地 点：点：目目 录录 v1.胶料混炼的基本概念：v2.混炼前的准备工作：v3.混炼工艺流程 v4.开炼机混炼v5.密炼机混炼v6.混炼胶的后处理v7.各种橡胶的混炼特性v8.异常胶料的分析处理v9.小结1.胶料混炼的基本概念 v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v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。v混炼加工不好，会出现配合剂分散不均匀，胶料的可塑性

2、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v保证各种配合剂均匀分散，避免结团现象。v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。v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。v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 v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。v生橡胶的分布呈连续状态，称之为连续相，v各种配合剂的分布则呈现为非连续状态，

3、因此称之为分散相。结合橡胶 v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 v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；v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；v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

4、形成的；v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 v结合橡胶的形成对硫化胶的性能有正面影响，v在胶料的混炼初期所生成的适量适量的结合橡胶，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。v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。v但是，在加工初期，要避免生成大量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

5、，影响炭黑的分散。结合橡胶生成量的影响因素v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。v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。v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 v2.1.配合剂的加工和处理v2.2.配合剂的称量2.1 配合剂的加工和处理 v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。v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

6、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。v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。v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 v固体配合剂的粉碎；v粉状配合剂的干燥与筛选；v粘性配合剂的预热熔化和过滤；v液体配合剂的脱水；v膏状和母胶料的制备。粉碎 v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v盘式粉碎机v球磨机v气流粉碎机v锤式破碎机v

7、刨片机等。粉碎设备的选择v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。v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；v刨片机用于硬脂酸、石蜡等配合剂的切片和再粉碎；v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 v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。v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。v干燥的目的，

8、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v干燥室v真空干燥箱v螺旋式连续干燥机等。配合剂的干燥条件与干燥程度v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。v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2540，以防止熔化结块或变质。v硫磺在干燥时，通常是先在干燥盘上薄薄地铺一层，然后在3545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。v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 v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

9、本身的大顺粒与结团等物）。v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：v振动筛v鼓式筛选机v螺旋筛选机等。筛选时所需要的筛网规格v筛选时所需要的筛网规格，应根据工艺要求而定。v对粘附作用较强的炭黑，筛选时采用旋转筛选机。v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。v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。v如果液态配合体中水分的含量超过规

10、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 v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。v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 v母炼胶是在炼胶机上加工的。v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。v母炼胶中，配合剂的填充量可根据需要来确定。v对于炭黑母炼胶来说，炭黑的量大填充不得超过其

11、“临界浓度”。v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 v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。v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v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。v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。v如果配合剂称量的准确度差，或者错配、漏

12、配，都会给制品的性能与质量造成无法弥补的损失。v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v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。v称量时应根据配合剂用量的大小来合理地选择称量工具，v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。v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。v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。v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

13、，在混炼时，按照工艺要求依次进行手工投料。自动称量v自动称量和投料是利用自动称量设备完成的。v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。v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。v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1.02.0）。配合剂称量的允许误差v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 原材料名称原材料名称允许公差允许公差 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

14、1003.混炼工艺流程 v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v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：v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；v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v前一个过程就是通常所称的湿润阶段或叫做吃粉阶段。v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

15、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。v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v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。v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。v混炼的两个阶段，对于橡胶粘度的要求是相互矛盾的。为

16、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 v4.1.开炼机混炼的加料顺序v4.2.开炼机混炼阶段v4.3.开炼机混炼胶的质量影响因素v4.3.1.配合剂的分散程度对胶料的质量影响v4.3.2.加料的顺序v4.3.3.装胶容最与辊距v4.3.4.辊温v4.3.5.混炼的时间v4.3.6.辊筒的转速和速比开炼机混炼方法v开炼机混炼就是利用开炼机对胶料进行混炼。v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

17、。开炼机混炼特点v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。v从混炼胶的质量来看，并不是非常理想。v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 v一般原则：v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；v用量多、容易分散的配合剂要后加入；v液体软化剂对胶料有增塑作用，如果在补强剂之前加

18、入，则不利于补强剂的分散。因此，通常放在后边加入；v临界温度低、化学活性大、对温度敏感的配合剂，如硫磺和超速促进剂，应放在混炼的后期温度降低之后加入；v对于硬质橡胶这样的胶料，硫磺含量较多（可以高达3050 份），如果在混炼的量后阶段加入，则难以在较短的时间内混炼均匀，如果要延长混炼时间又会导致胶料焦烧。所以，混炼时应该先加入最后再加入促进剂。4.2 开炼机混炼阶段 v开炼机的混炼可分为三个阶段，即包辊、吃粉和翻炼。v在混炼时，首先沿着大牙轮一端加入塑炼胶料，然后按照配方设计的混炼工艺要求的顺序分别加入各种配合剂。v若塑炼胶含量较高时，配合剂可在辊筒中间加入并采用抽胶加料法；v如果塑炼胶含量较

19、低时，配合剂可在辊筒的一端加入，并采用换胶加料法；v用量较少的配合剂以及易于飞扬的炭黑，一般都是以母胶的形式加入。混炼的第一个阶段：包胶 v包胶是开炼机混炼的前提。由于混炼工艺条件的不同以及各种生胶的粘弹性不同，在混炼时，生胶在开炼机辊筒上的状态有四种情况，如图所示。橡胶不易进入辊筒紧包前辊脱辊成带囊状成粘流态包辊包胶过程中应控制在第二种情况v要使混炼的工艺过程能够顺利进行，对于一般橡胶来说，应该将胶料的状态控制在第二种情况；v聚氯乙烯高温塑化及与丁腈橡胶合炼过程则需要在第四种情况下进行。这是因为此种状态下温度适宜，此时的橡胶既有塑性流动，又有较高的弹性变形。因此，有利于配合剂的混入和分散。v

20、在混炼中，应当避免第一种和第三种情况。包辊应避免第一、三种状态v第一种情况发生在辊温太低或胶料较硬的条件下，橡胶停留在堆积胶处产生滑动而不能进入辊隙，或将其强制压入辊隙也只能成为碎块。v第三种状态发生在辊温过高、胶料流动性增加、分子间力减小、弹性和强度降低的条件下。此时胶片不能紧包辊筒，出现脱辊或破裂现象，使混炼操作发生困难。上述四种状态的影响因素v上述四种状态与辊温、切变速率、生橡胶的特性（如粘弹性、强度等）有关。v为了能够实现在第二种状态（包辊状态）下进行胶料的混炼，在操作中需要根据各种生橡胶的特性来选择适宜的混炼温度。v橡胶的粘弹性不仅受温度的影响，同时也受外力作用速率的影响。v当其切变

21、速率增加时，对于橡胶的粘弹性来说，就相当于降低温度，使胶料的强度和弹性提高，有利于实现弹性状态的包辊。脱辊现象的处理方法v在实际操作时，当出现脱辊现象，除了降低辊温之外，还可以通过减小辊距，加快转速或提高速比的方法予以解决，使胶料重新包辊，进行混炼。v对于包辊性差的合成橡胶，可以运用先加入部分炭黑的办法来改善胶料的脱辊现象，这是因为结合橡胶的生成可以提高胶料的强度。混炼的第二个阶段：吃粉 v胶料在混炼时包辊之后，为了使配合剂能够尽快混入胶料之中，在辊隙上端应当保留一定体积的堆积胶。v当加入配合剂时，由于堆积胶的不断翻滚和更替，便将配合剂逐步带进到堆积胶的皱纹沟槽中去，如图所示。胶料的沟槽将配合

22、剂带入胶料的内部，这种现象就称为吃粉。吃粉图解吃粉工艺中堆积胶的控制v在吃粉过程中，堆积于辊隙上方的胶量必须适中。如果没有堆积胶或堆积胶过少的话，有两种情况：v第一，配合剂仅依靠后辊筒与橡胶间的剪切力擦入胶料之中，则不能深入到胶料的内部而影响分散效果；v第二，未被擦入橡胶中的粉状配合剂会被后辊筒挤压成片状而掉落到接料盘中，假如配合剂是液体，则会粘附在后辊上或滴落到接料盘中，给混炼带来困难。v如果堆积胶料过多，则有一部分胶料会在辊隙上方旋转打滚，不能进入辊隙，使得配合剂不能混入，直接影响混炼效率。v堆积胶量的多少常用“接触角”（或叫做“咬胶角”）来评定，一般，“接触角”的取值范围为3245。混炼

23、的第三个阶段：翻炼 v由于橡胶粘度大，混炼时胶料只是沿着开炼机辊筒转动方向产生周向流动，而没有轴向流动，且沿粉周向流动的胶料也仅为层流。v因此，大约在胶片厚度1/3处的吸贴在前辊简表面上的胶层不能产生流动而成为“死层”或“呆滞层”。v此外，辊隙上方的堆积胶还会形成部分楔形“回流区”，这样，使大部分胶料所受到的剪切力很小，小到无法使配合剂进入胶料内部的程度。v因此，必须对胶料进行多次翻炼。翻炼的主要方法v左右斜刀法v三角包法v打扭法v捣胶法v薄通法左右斜刀法（割刀法）v在操作时，手持炼胶刀按照与辊筒水平线约成15的斜角，借助辊筒的旋转使胶料进行左右交叉打卷。v当堆积胶完全消失后，再将胶卷推入。v

24、这样从左到右，再从右到左反复进行操作。v视频请点击。三角包法v横向割断辊筒上的胶片后，将胶片从左右两边交替向中央折叠起来，形成胶料三角包。v当胶料完全通过后，再将三角包推入辊隙，如此反复多次进行混炼。v视频请点击打扭法v横向割断辊筒上的胶片后，附放在辊筒上，随辊筒的旋转而形成扇形。v这样从左向右或从右向左，以胶片的一边垂直放入辊隙进行混炼。捣胶法v该方法是使用割刀从左向右至右边一段距离，将刀刃转动90。v继续割开胶片，使胶料落入接料盘中，当堆积胶块快要消失时，则停止割胶。v落胶随着辊筒上的余胶被带入辊隙中继续翻炼。v然后再从右向左重复进行上述相同的操作，如此反复多次进行混炼。薄通法v该方法比较

25、简单，当胶料混炼到某种程度时，将辊距调整到1mm左右，对所炼胶料进行薄通，对薄通后的胶片进行叠合，然后再薄通。如此反复进行多次。v视频请点击翻炼的其他方法v除了上述各种方法之外，还有打卷法 （分斜卷法和横卷法）、割倒法以及操作者自己摸索的其他各种方法等。v在实际生产中，捣胶方法通常都不是单独进行的，常常是几种方法交替采用，相伴而行。4.3 开炼机混炼胶的质量影响因素v配合剂的分散程度对胶料的质量影响v加料的顺序v装胶容量与辊距v辊温v混炼的时间v辊筒的转速和速比4.3.1 配合剂的分散程度对胶料的质量影响v以炭黑为例，它在胶料中的分散程度对胶料性能的影响见下表。v表中所示分散率是指，被分散的炭

26、黑橡胶团块小于6m的百分比。v表中数据说明，随着炭黑分散率的提高，胶料的定伸应力、门尼粘度下降，而拉伸强度和扯断伸长率增加，裂口增长减慢。v因此，提高配合剂在胶料中的分散程度，是保证胶料质地均匀和制品性能优异的重要因素。炭黑分散程度对胶料性能的影响配合剂的表面性质v分散程度的提高与配合剂的表面性质有着重要的关系。配合剂的品种虽然很多，但从其表面性质来看，基本上可以分为两大类。v一类是亲水性配合剂，如碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、氧化锌、氧化镁、立德粉、陶土以及其他碱性无机化合物等。这类配合剂由于其粒子表面的极性与橡胶分子表面的极性相差较大，因而不易被橡胶所湿润，在橡胶胶料中易于结团而不易分散。v另一

27、类是疏水性（即亲胶性）配合剂，如各种炭黑等。这类配合剂的表面极性与橡胶表面的极性相似，所以容易被橡胶所湿润，容易分散。4.3.2 加料的顺序 v合理的加料顺序有利于提高混炼胶的质量和混炼效率。v如果加料顺序不合理，则会影响配合剂分散的均匀程度，在操作中还会导致脱辊、过炼、甚至发生焦烧等。v关于加料的顺序，已经在前面讲过。4.3.2 装胶容量与辊距装胶容量v在胶料的混炼中，装胶容量与混炼胶的质量有着密切的关系。v装胶容量过大，则会使堆积胶过多，易于产生混炼不均的现象，而且生产效率下降；装胶容量过小，不仅设备利用率低，而且还容易造成过炼。v合理的装胶容量可参照按炼胶机规格计算出的理论装胶容量，再按

28、照实际情况加以调整。v例如，对于填料含量较多、密度较大的胶料以及合成橡胶胶料，其装胶容量可以小一些；使用母炼胶的胶料，其装胶容量可以大一些。v在合理的装胶容量条件下，辊距一般以48为宜。v视频请点击。4.3.2 装胶容量与辊距 辊距v辊距小，剪切力则较大，这样虽然对配合剂的分散有利，但是，对性能所带来的负面影响却较大。v而且，辊距过小，还会使堆积胶增加，使胶料不能及时进入辊隙，反而降低了效率。v辊距大，则会导致配合剂分散不均匀。v在混炼过程中，为了使堆积胶的能够保持在较为合适的状态，一般，在配合剂不断混入、胶料总量不断增加的情况下，辊距应当随之逐渐增加，以便得到相适应的状态。4.3.4 辊温

29、v合适的辊温有利于胶料的流动，容易进行混炼加工。辊温过高，则会导致胶料软化而降低混炼效果，甚至会引起胶料的焦烧以及低熔点配合剂熔化结团而无法分散。辊温的控制v辊温一般应控制在5060范围内。v如果混炼含有高熔点配合剂（如高熔点古马隆树脂）的胶料时，辊温应当适当提高。v为了便于胶料包前辊，应使前、后辊温保持一定的温差。v天然橡胶包热辊，此时前辊温度应稍高于后辊温度；大多数合成橡胶是包冷辊，这样就应使前辊温度稍低于后辊。v由于大多数合成橡胶生热较大，或者对温度的敏感性较大，因此在混炼时，其辊温要低于天然橡胶的510以上。常用橡胶开炼机混炼的适用辊温4.3.5 混炼的时间v混炼的时间长短，是根据胶料

30、配方、装胶容量以及操作的熟炼程度，并通过试验而确定的。v在保证混炼均匀的前提下，尽可能地缩短混炼的时间，以免造成动力浪费、生产效率下降以及过炼等现象。v胶料如果过炼，天然橡胶的可塑性会增大，而大多数合成橡胶的可塑性会降低。这样，就会影响胶料的加工性能和硫化胶的物理、力学性能。v通常，混炼的时间一般为2030min,特殊胶料则可在40min以上。合成橡胶的混炼时间，一般比天然橡胶的时间长1/3左右。4.3.6 辊筒的转速和速比v使用开炼机在混炼时，辊筒的转速一般控制在16-18r/min,速比通常为1:1.1l:1.20，增加转速，可以缩短混炼的时间，提高生产效率，但操作的安全性较差。v速比越大

31、，剪切作用越大，混炼的工作效率越高。这样，虽然可以提高混合速度，但是摩擦生热也越多，胶料温度上升也越快，易于引起胶料的焦烧。v因此，使用开炼机混炼时，其速比应比塑炼时的速比小；合成橡胶混炼时，其速比应比天然橡胶混炼时的速比小。5.密炼机混炼 v5.1.密炼机的混炼特征v5.2.密炼机混炼阶段v5.3.密炼机混炼的工艺方法v5.4.密炼机混炼的影响因素5.1 密炼机的混炼特征 v将塑炼胶与各种配合剂投入高温、高压的密炼机机室内，经过短时间的捏炼、分散与混合就能获得质量较好的混炼胶。v捏炼即靠机械断链和热氧化断链，以增加可塑性；v分散即碾碎配合剂颗粒，并使其在胶料中分散均匀；v混合即使胶料与各种配

32、合剂混拌均匀。密炼机混炼的工艺过程 v上顶栓提起，v加料-上顶栓落下，v加压混炼-混炼结束，v下顶栓拉开或翻转下落，v出胶料-下顶栓关闭。密炼机混炼的优点v密炼机混炼所需时间短、生产效率高、混炼质量好；v密炼机装胶容量大，投料、混炼、加压、排胶等操作都是机械化、自动化；v劳动强度小，操作安全性大；v配合剂飞扬损失小，污染小，工作场地的卫生条件好。密炼机混炼的缺点v但是，密炼机散热慢，混炼温度不易准确控制，对温度敏感的胶料在密炼时易于出现焦烧现象，冷却水耗量较大；v排胶形状不规则，必须进行压片工序的补充加工。v对于浅色胶料、特殊胶料、品种变换频繁的胶料、对温度敏感的胶料等，不适合用密炼机进行混炼

33、加工。5.2 密炼机混炼阶段 v密炼机混炼阶段分为湿润、分散和捏炼三个阶段。v在这三个阶段中，可以在混炼时，对电动机的负荷大小进行测量，v对测量所得曲线进行分析，如图所示。图解v由图中可知，在密炼机混炼的过程中，随着捏炼时间的增加，电动机的输出功率出现了两次峰值（b点和d点）；v胶料的温度不断上升；胶料与配合剂的总容积在a点之后一直不断地减少，并逐渐趋于稳定。v这就从本质上反映了胶料和配合剂混合的全过程。湿润阶段（一）v以上图为例来分析，当在密炼机中加入胶料和全部的配合剂开始混炼时，功率曲线随即上升，然后又突然下降。从功率曲线开始上升至下降达到第一个低谷点（c 点）时，所经历的混炼过程，称之为

34、湿润阶段。和湿润阶段所对应的时间，称之为湿润时间。v在湿润阶段中，混炼主要表现在橡胶与炭黑相互混合，成为一个整体。在开始混炼时（a 点），由于所加入的炭黑中存在着大量空隙，并吸附有大量的空气，所以总容积很大，超过了装料容积的30左右。湿润阶段（二）v由于混炼的进行，上顶栓的压力和混炼作用力使胶料和配合剂的容积迅速编小。上顶栓落在量低位置时，功率曲线出现第一个高峰（b）点。之后，随着橡胶逐渐渗人到炭黑凝聚体的空隙中，胶料的容积继续缩小，功率曲线也随之下降。v当功率曲线下降到量低点（c点）时，表明橡胶已充分湿润了炭黑颗粒的表面，与炭黑混合成为一个整体，变成了包容橡胶，湿润阶段随即结束。此时，胶料的

35、容积开始趋于稳定。分散阶段（一）v胶料的混炼继续进行，见图。功率曲线由c点开始再次上升至第二个高峰（d点）,将c点到d点这一阶段称为分散阶段。v在分散阶段，混炼的作用主要是通过密炼机转子的突棱和炼室壁之间所产生的剪切作用，使炭黑凝聚体进一步搓碎变细，并分散到生胶中去，进一步与生胶结合成为结合橡胶。v由于搓碎凝聚体消耗能量，结合橡胶的生成使胶料弹性逐渐增大，所以功率曲线回升。分散阶段（一）v从另一方面分析，在炭黑凝聚体被搓开、分散之前，对胶料的流动性来说，包容橡胶分子也起着和炭黑相同的作用。因而炭黑的有效体积份数增大，胶料的粘度变大。v随着炭黑凝聚体被逐渐分开，炭黑的有效体积份数在逐渐地减少。所

36、以，胶料的粘度又开始逐渐下降。v当胶料的粘度下降至使剪切应力与炭黑顺粒内聚力相平衡时，即功率曲线表现出量大值时，可以认为是分散过程的结束，即功率曲线的cd段。捏炼阶段 v如图示，在功率曲线d点之后的阶段，称之为捏炼阶段，或称为塑化阶段。v在混炼过程中的捏炼阶段，配合剂的分散已基本完成，继续进行混炼可以进一步提高胶料的均匀化程度。v但是，继续混炼也会导致胶料的力-化学降解而使其粘度继续降低。因此，功率曲线呈缓慢下降状态。v在胶料的整个捏炼过程中，由于挤压、摩擦和剪切，胶料的温度不断地升高。v只是在功率量低值（c点）前后，胶料温度的上升暂时有所缓慢，在超过功率的第二个峰值后，温度的上升才逐渐地趋于

37、平稳。5.3 密炼机混炼的工艺方法 v5.3.1.一段混炼法 v5.3.2.二段混炼法v5.3.3.引料法v5.3.4.逆混法5.3.1.一段混炼法v所谓一段混炼法是指从加料、混炼，到混炼结束下片冷却，连续操作一次完成的工艺过程。采用此法进行混炼，很炼胶的制备时间短，可以省去二段混炼法中的胶片的中途停放和冷却，占地面积小。v其缺点是一次炼成，胶料在密炼机中混炼时间较长而易于过热，特别是在后期，此时，由于温度高而胶料的热可塑性增大，妨碍了配合剂的均匀分散，因此使混炼胶的质量受到影响，可塑度较低，并易于产生焦烧现象。一段混炼法的适用性和混炼胶v一段混炼法通常只适用于性能要求一般的制品（如工业胶板、

38、普通胶管及架件）胶料的制备。v在一般混炼时，为了使胶料的温度不过快地升高，通常采用慢速密炼机（转速为20r/min）混炼。一段混炼法混炼的程序 v生橡胶-硬脂酸-小料-大料（或1/2 炭黑1/2 炭黑）-油类软化剂-排料-压片机薄通散热加硫成超速促进剂（100以下，以防止硫磺液化结团而影响分散）-下片-冷却-停放。v或采用双速密炼机，在混炼的前期快速、短时间完成除硫磺和超速促进剂以外的母炼胶料的混炼，然后使用慢速混炼，使胶料降温后再加入硫磺和超速促进剂，混炼好后进行排胶料至压片机压片、冷却、停放。一段混炼法混炼技巧（一）v如果胶料需要炭黑多，一次加入炭黑会使密炼机负荷过重，影响混炼时间和质量，

39、那么，炭黑可以分为两次加入。v液体软化剂在补强填充剂加入之后再加入，这是因为混炼温度通常是在120左右，接近胶料的流动点，如果先加入液体软化剂，将会使胶料的流动性变大而降低其剪切作用，使炭黑结团，影响分散效果。一段混炼法混炼技巧（二）v投料时，先要提起上顶栓，加完料后放下加压。v加压的程度要根据所加配合剂组分而定。v如果是加生胶，为了使胶料温度上升并加强摩擦，则应施加较大的压力；v如果是加入配合剂，则应减少加压的强度，加入炭黑时，甚至可以不加压，以避免粉剂受压过大而结团或胶料升温过高面导致焦烧。一段混炼时间控制v20r/min 的慢速密炼机混炼时间通常为1012min，v混炼特殊胶料（如高填料

40、）时，混炼时间为1416min；v40r/min 的密炼机混炼时间一般为45min；v60r/min的快速密炼机混炼时间为23min。v排胶温度应控制在120140之间。5.3.2 二段混炼法 v通常，当合成橡胶的用量超过50时，为了改进并用胶的掺合和炭黑的分散，应采用二段混炼法。v所谓二段混炼法，就是将胶料的混炼过程分为两个阶段来进行。v在二段混炼法中，第一段是粗混炼，作业目的是制备含炭黑和软化剂的母胶料，并将母胶料排放到压片机上进行补充混炼和压片，下片之后进行冷却和干燥，停放8h后再次投放密炼机内进行二次混炼。v第二段是补充混炼以及加入硫磺和促进剂，均匀分散后再经压片机混炼加工，下片后再次

41、进行冷却。二段混炼法的优点v胶料经过第一段混炼后，因胶料在中间经过冷却和停放后粘度增加，使第二次混炼时的剪切作用与分散效果提高，从而改善了配合剂的分散程度，硫化胶的物理、力学性能也得到了明显地提高。v而且胶料的工艺性能良好。v减少了焦烧现象的产生。v二段混炼胶料的断面光亮、细腻、均匀。v且可塑性增加二段混炼的缺点 v胶料制备周期长、胶料冷却、停放占地面积大。v胶料停放的温度和时间对二段混炼的质量有着十分重要的意义。在较低温度下，橡胶分子在混炼过程中所产生的剩余应力可使其重新定向，胶料中结合橡胶的含量随停放时间在逐渐增加，胶料变硬，这就必须使其在第二段混炼时再次受到强烈的剪切作用，从而使一段混炼

42、中没有混炼均匀的炭黑粒子被搓开。v因此，二段混炼胶料的断面光亮、细腻、均匀，且可塑性增加。如果不将胶料充分冷却，那么，二段混炼也就失去了意义。二段混炼时间控制v通常，第一段排胶温度不高于140，第二段排胶温度不高于120。v为了提高胶料的混炼效率，第一段可采用40r/min密炼机进行，第二段混炼采用20r/min慢速密炼机或开炼机进行。v在生产中，常常将第一段混炼与生胶的塑炼合并在一个工序中进行，且采用较高的温度（160左右）。v这样可以简化工艺，缩短生产周期，提高生产效率，而且混炼胶的质量也能得到保证。5.3.3 引料法 v引料法也称作种子胶法。v在橡胶与配合剂之间湿润性差、吃粉困难时，可以

43、采用这种方法。v这种方法作业特点是，先在密炼机中加入预混好的胶料（不加入硫磺）1.52kg，然后再投料进行混炼。v该方法能提高吃粉速度，缩短混炼时间，并且有利于提高胶料的均匀性。v引料法常用于丁基橡胶的混炼。5.3.4 逆混法 v逆混法也称作倒混法，该方法的加料顺序与常规方法相反而得其名。v逆混法的作业顺序为：补强填充剂-橡胶胶料-小料、软化剂-加压混炼-排料。逆混法的特征v逆混法的特征是充分利用装料容量，减少混炼时间（配方中的所有配合剂全都一次加入，减少上顶栓的升降次数）。v例如，轮胎帘布胶采用逆混法进行混炼，其混炼速度比一般混炼法快。v在生产中，逆混法特别适用于大量添加补强填充剂的胶料（如

44、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶等胶料）的制备。逆混法时间控制5.4 密炼机混炼的影响因素 v5.4.1.混炼温度：v5.4.2.转子的转速与混炼时间的关系v5.4.3.装胶容量v5.4.4.上顶栓的压力5.4.1 混炼温度 v采用密炼机混炼，其混炼温度对胶料的性能有着很大的影响。v以天然胶为主的胶料，混炼温度一般掌握在100130之间；v采用慢速密炼机混炼，其排胶温度在120130之间；v采用快速密炼机混炼，其排胶温度可达160左右。混炼温度对工艺的影响v如果混炼温度过低，常常会造成胶料被压散，不能捏合；v如果过高则会使胶料变软，机械剪切作用降低，不利于填料团块的分散，还容易引起焦烧，并且会加速胶料的

45、热氧裂解，从而会降低胶料的物理力学性能或导致过量凝胶，不利于胶料的成形加工。v因此，在混炼过程中，必须对密炼机的密炼室和转子进行有效而适当的冷却。近些年来，也有采用高温（170190）、快速密炼机进行混炼的。v该方法具有混炼时间短，能耗少等优点。转子的转速与混炼时间的关系v在采用密炼机对胶料进行混炼时，提高密炼机转子的转速，则能按转速成比例地加大胶料的切变速度，从而缩短了混炼的工艺过程，即缩短了胶料混炼的时间，提高了密炼机的生产效率。v现在，密炼机的转速已由原先的20r/min提高到了40r/min，有的甚至于达到了80r/min以上，使混炼的周期缩短到了11.5min。密炼机转速的选择v随着

46、转子转速的提高，密炼机冷却系统的功能必须加强。v否则，会使胶料温度过离，胶料混炼的均匀程度和物理、力学性能下降。v为了获得量佳的混炼效果，应根据胶料的特性来选择合适的转速。v为了适应橡胶混炼工艺的要求，近年来，多速密炼机和变速密炼机已被采用。这是为了适应胶料的特性要求和工艺要求来随时变换转速，以便能够获得量佳混炼效果。变速密炼机调节v如在混炼初期可以采用高速、高压塑炼生胶，并迅速升高胶料温度，以便使炭黑及其他配合剂容易混入生胶之中，然后再适当地降低转速，以降低温度，达到有效地剪切作用，使配合剂分散均匀。v如果采用一段混炼方法，还可再次降低转速，进一步降低温度，以便加入硫磺和超速促进剂进行量终混

47、炼。混炼时间的影响v混炼的时间对于胶料的质量有较大的影响。v时间短，配合剂分散不均匀，胶料的可塑性也不会均匀；v混炼时间过长的话，容易产生“过炼”现象，从而使胶料的物理、力学性能严重下降。5.4.3 装胶容量 v在橡胶加工工艺中，装胶容量对混炼胶的质量有直接影响作用。v装胶容量过大或过小，都不能使胶料得到充分的剪切和捏炼，从而导致混炼不均匀，引起硫化胶物理、力学性能的波动。v通常，装胶容量可根据密炼机的容量系数来确定，容量系数一般为0.480.75。v塑性大的胶料流动性好，装胶容量可适当大一些。5.4.4 上顶栓的压力设计 v在密炼机混炼时，提高上顶栓的压力，不仅能够增大装胶容量，防止排料时发

48、生散料现象，而且还能使胶料与设备之间以及胶料内部更为迅速而有效地相互接触和挤压，加速配合剂混入橡胶中的过程，从而缩短了混炼的周期，提高了混炼的效率。v慢速密炼机上顶栓的压力控制在0.500.60MPa之间，而快速密炼机（即转子转速在40r/min以上）上顶栓的压力可在0.600.83MPa之间。上顶栓压力的影响v上顶栓的压力不足，上顶栓会在混炼过程中浮动，使上顶栓的下方、室壁上方加料口处形成死角，死角处的胶料得不到混炼。v如果上顶栓的压力过大，则会使混温度度急剧上升，不利于配合剂的分散，胶料性能下降，并且能耗增大。6.混炼胶的后处理 v6.1.冷却v6.2.停放v6.3.滤胶v6.4.混炼胶的

49、快检v6.4.1.可塑度v6.4.2.密度v6.4.3.硬度v6.4.4.初硫点 混炼胶后处理的目的v通常，对混炼后的胶料（即混炼胶）必须进行一系列补充加工，才能供下道工序使用。v其目的是为了进一步提高混炼胶的质量进一步改善硫化胶的物理、力学性能，进一步提高后续加工的工艺性。v在目前的生产过程中，一般的补充加工主要是指冷却、停放以及滤胶。6.1 冷却 v混炼胶料在经过混炼加工，再经压片（或造粒）后，其温度较高（一般在8090 左右），如果不及时对其进行冷却，胶料容易产生焦烧现象，并且在停放过程中易于产生粘连。因此，必须及时地对混炼胶进行强制而有效的冷却。v为了避免胶片（或胶粒）在停放时产生自粘

50、，需对其涂以隔离剂（如油酸钠液或陶土悬浮液等）进行隔离处理。冷却的几种方法v在冷却工艺中，最简单的方法是将开炼机下的胶片浸入加有隔离剂的水槽当中，然后取出晾干。这一工艺方法主要依靠手工操作完成，劳动卫生条件较差。v较好的工艺方法是，将胶片挂在有喷淋装里的悬挂式运输链上，然后以冷风吹干。这种工艺方法的缺点是悬挂式运输机的装料和卸料仍然要靠手工进行。v最好的工艺方法是将从开炼机或带有出片机头的螺杆机出来的连续胶片自动切割成块，然后通过辊道，用水或隔离液进行喷淋冷却。v胶片（或胶粒）必须冷却至35以下，方可堆垛停放。6.2 停放 v混炼胶的胶片或者胶粒冷却之后，必须放在铁桌上或者放于贮槽内，在室温条