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1、橡胶混炼工艺控制,2004.6,培训目标,熟悉不同橡胶材料的混炼特性 影响混炼胶质量的因素 混炼胶质量的检验判定方法,培训系列内容,橡胶种类和性能（已作专题） 橡胶配合剂的基本知识 橡胶的塑炼 橡胶的混炼 混炼胶的判定检验项目 硫化原理及质量控制（将作专题）,橡胶加工过程,生胶,塑炼,配合剂,密炼机或开炼机混炼,开炼机加硫,硫化成型（压机或注塑机）,炼胶是重要工序！,生胶（原胶）部分,分类（已作为专题讲座） 通用橡胶（价格便宜，产量大） NR,IR,SBR,BR,NBR,CR,IIR,EPDM 等 特种橡胶（价格贵，要求高） FKM,ECO,CSM,CPE,ACM,PU，MVQ,MFQ 等,橡
2、胶配合剂,配合剂部分要求,熟悉橡胶配合剂的分类、性质、用途 懂得橡胶配合剂对工艺性能和成品性能的影响 简单了解配合剂的主要作用机理 配合剂种类繁多，包括以下几大体系： 采购部名称 炼胶部代号,（一）橡胶硫化体系,1.橡胶硫化剂 硫化剂在所有配合剂中最重要，是它通过化学反应使橡胶从塑性粘流状态变成高强度弹性状态 （啤塑时的高温条件使该反应发生）。硫化剂在混炼过程后期加入。 2.常用硫化剂（化学工程师根据微观结构分类） （1）硫磺（绝大部分通用胶采用） （2）过氧化物类（即俗称熟水类） （3）特种橡胶专用硫化剂（如硫化剂F，双酚AF）,3.促进剂（数十种以上） （1）促进剂的作用：使硫化剂反应加速
3、 （2）促进剂的类型和选用原则 化学家按结构分类，工艺人员按酸性、中性、碱性分类，或按超速、中速、慢速分类。 （3）常用促进剂：M,DM,TT,CZ,BZ,NOBS,NA-22等等 4.活性剂 （1）活性剂的作用：使促进剂反应加速 （2）活性剂种类：主要就是氧化锌(ZnO)氧化镁(MgO)和硬脂酸 5.防焦剂 （1）防焦剂的作用：使硫化开始时间延迟，又不影响总硫化时间 （2）常用防焦剂：常用只有PVI(或CTP),（二）橡胶防护体系,1.橡胶的老化：有的变硬、有的发粘、有的龟裂 （1）橡胶的热氧老化 （2）橡胶的臭氧老化 （3）橡胶的疲劳老化 2.橡胶防老剂 常用防老剂：A,D,4010,40
4、10NA,264,SP,MB,7F,石蜡等,（三）橡胶的补强和填充体系,橡胶必须加入一些非常微小的刚性粒子，才能有足够的强度，才能有好的加工性能，又可以降低成本。 1.黑色补强填料炭黑（乌烟） 到目前为止，所有填料中，炭黑对橡胶的补强加工性能最好，所以绝大部分橡胶制品都是黑色的。浅色制品和彩色制品综合性能一般都不如黑色制品。 塑料不加补强剂已有很高强度，只需要加填充剂降低成本，因此大多数塑料制品是彩色的。,炭黑的品种和分类 （1）主要根据微观粒经的大小（可通过仪器测出），用数字分类，如N220,3N30，N550，N990等数字越小，粒子越细，补强性能越好，但加工性能也越差，硬度上升也越快。
5、（2）还有一些专用炭黑，如导电炭黑等,2.白炭黑（白乌） 主要用于硅橡胶中，补强性能也很好，但加工性能差，加入量不能太多。 3.其它填充剂：基本不起补强作用，主要降低成本，还可通过加工性能。 （1）碳酸钙 （2）陶土 （3）碳酸镁 （4）硫酸钡 （5）立德粉等等,（四）橡胶的软化（增塑）体系,1.橡胶的软化（增塑）剂 在橡胶中加入后能改善加工性能，并能降低制品硬度的有机物质。 2.种类 （1）石油或煤焦油产品，如环烷油、芳烃油、沥青、石油树脂、古马隆树脂等 （2）植物油系，如松焦油、松香、大豆油等 （3）合成酯类，如DOP、DBP、DINP、TP-95等,（五）其它配合剂,1.着色剂（色粉）
6、（1）着色剂的作用和要求：耐热、耐日光要好 （2）无机着色剂 （3）有机着色剂 2.发泡剂 （1）发泡剂的作用和要求：发孔要均匀可控 （2）无机发泡剂 （3）有机发泡剂 （4）发泡助剂 3.隔离剂、脱模剂：不能影响产品表面 （1）无机隔离剂、脱模剂 （2）有机隔离剂、脱模剂 （3）聚合物隔离剂、脱模剂,（五）其它配合剂,4.阻燃剂 5.抗菌剂和防霉剂 6.偶联剂：提高橡胶和填料的结合 7.其它：现在越来越多功能性添加剂,对配合剂的要求,配合剂对橡胶制品质量有很大影响，必须满足以下要求： （1）具有高度分散性，配合剂易于与生胶混合均匀，橡胶制品质量也就越好； （2）容易被生胶湿润，与生胶有良好的
7、亲和力和相容性； （3）水分不能超标，否则会导致起泡、脱层等毛病； （4）不能含有外来杂质，或能对生胶加速老化的有害金属，如铜、锰等； （5）不应含有无机酸和能溶于水的盐类，这些对设备和模具有腐蚀作用。,基础配方1ABC,橡胶配方知识,（1）配方以上各种组分的比例 （2）胶料配方的表示方法及换算关系 （3）配方及物性指标的关系,基础配方1ABC,橡胶配料工艺,配方再好，也要通过配合工序的精确无误的计量来加以兑现，如果用错了配合剂，将造成不可补救的损失。 原材料配合的公差以及配料误差对混炼工艺、质量有很大影响，要保证精度要求。 保证原材料不吸潮，不变质。,基础配方1ABC,塑 炼,生胶的塑炼,橡
8、胶的弹性给工艺加工带来很大困难，必须把生胶由弹性状态变为可塑性状态，这个过程称为塑炼。 有开炼机低温塑炼，密炼机和螺杆挤出机高温塑炼，添加塑解剂塑炼。 橡胶的可塑性不宜太大，太大会使橡胶制品的机械强度降低，永久变形增大，耐老化性、耐磨性和弹性降低，因此要防止生胶塑炼过度， 要在满足工艺性能要求下，具有最适当的可塑度。,基础配方1ABC,橡胶加工过程,影响塑炼的因素,塑炼对后期的混炼、对混炼胶的门尼粘度影响非常大，为保持胶料的稳定性，必须严格执行工艺条件！ 开炼机塑炼 辊距、滚筒转速与速比、温度、时间和炼胶容量必须按照工艺要求，不可随意！ 密炼机塑炼 以高温氧化占优势，因此与温度的关系最为密切，
9、还取决于时间、转速、压力等因素。,塑炼工艺条件举例,22寸开炼机塑炼NR为例，其工艺条件：炼胶容量5055升；时间15min；辊温 前辊5560 ，后辊5055 ；速比1: 1.15；薄通7次（1.5mm辊距），辊距放宽至9mm后下片，冷却后备用。 塑炼胶经检验后可塑度为0.340.005。,橡胶可塑度的测定方法,物体加外力产生变形，当外力去掉后，变形一点也不恢复，这是完全的塑性体，变形完全恢复则是完全弹性体，橡胶介于二者之间，未硫化胶偏于塑性体，硫化胶偏于弹性体。 将来会从塑炼工序就开始进行控制，要保持可塑度和门尼粘度的稳定。 测定方法有： 1.压缩型可塑计 （1）威廉姆可塑计 （2）德弗可
10、塑计 2.旋转扭力型可塑计 门尼粘度计,几种合成胶的塑炼,NBR：粘度高，可塑度低，韧性大，生热多，塑炼困难，一般采用低温薄通的方法（3040 ），容量为NR的1/21/3左右。 IIR：塑炼困难，采用低温、小辊距操作，温度升高时，割下胶片，冷却后再塑炼。关键是必须注意清洁，塑炼前应清楚其它不饱和橡胶残余物，以免混入后影响质量。 保持操作条件的恒定！,混 炼 工 艺,混 炼 工 艺,就是将各种配合剂均匀地分散在橡胶中，使胶料成分完全均匀一致。 硫化剂分散不均，就会使硫化曲线相差很大； 炭黑分散不均就会使门尼粘度相差很大。 整体混炼不好也会在各种物理及物化指标上反应出来。 这些都可以检验出来，以
11、评价胶料性能的一致性。 混炼胶不稳定就会给啤塑工序带来严重影响。,开炼机混炼,开炼机混炼生产效率低、劳动强度大、操作安全性差、粉料飞扬损失大、污染环境、胶料质量不高,所以在大规模生产中已不采用。 但其灵活性大,适用于多品种、小批量生产,尤其适用于特种胶料和某些生热大的合成橡胶、硅橡胶和混炼型聚氨酯橡胶以及彩色胶料的混炼。所以开机混炼仍然占有一定的位置。,开炼机加料顺序,先加入生胶及固体软化剂，其次加入促进剂、活性剂、防老剂，再加补强填充剂、液体配合剂。如果补强填充剂和液体软化剂较多时，可以分批加入。最后加入硫磺。 想一想为什么？,开炼机混炼历程,开炼机混炼可分为包辊、吃粉、翻炼三个阶段。 包辊
12、是开炼机混炼前提。由于生胶的性质和混炼工条件不同,混炼时生胶在开炼机辊筒上的行为有四种状态。如下图所示。,1) 生胶不能进入辊距或强制压入则成碎块 2)紧包前辊,成为弹性胶带,不破裂 3)脱辊,胶带袋囊状或破裂 4)呈黏流态包辊,开炼机混炼方法,开炼机混炼有一段混炼和分段混炼两种工艺方法。对含胶率高或天然橡胶与少量合成橡胶,并且补强填充剂用量少的胶料,通常采用一段混炼法。对天然橡胶与较多合成橡胶并用,且补强填充剂较多的胶料,可采用两段混炼法,以便两种橡胶与配合混炼得更均匀。 无论是一段混炼还是两段混炼,在混炼操作时,都先沿驱动端加入生胶、母炼胶或并用胶,然后根据配方加入各种配合剂进行混炼。 在
13、吃粉时注意不要割刀,否则粉状配合剂会侵入前辊和胶层的内表面之间, 也会通过辊缝被挤压成硬片,造成混炼困难。,当所有配合剂吃凈后,加入余胶,进行翻炼,翻炼操作方法主要有： (1)薄通法 (2)三角包操作法 (3)斜刀法(八把刀法) (4)打扭操作法和割倒操作法 (5)打卷操作法,工艺条件对混炼效果的影响,有以下几个重要影响因素： (1)容量 (2)辊距 (3)辊速与速比 (4)辊温 (5)加料顺序 (6)混炼时间,开炼机混炼不同橡胶的最佳温度条件,密炼机混炼工艺参数,大批量生产胶料时，主要应用密炼机。 密炼机的基本参数：密炼机容量、转子转速、胶料承受的压力，功率。 混炼过程的特征取决于密炼室的体
14、积填充度、密炼机的上顶栓压力、转子的转速和温度。一般填充系数为0.6-0.8。,密炼机混炼工艺过程,普遍采用二段混炼法，在密炼机中一段混炼，不加硫化剂冷却下片，存放一段时间再在开炼机上加入硫化剂。 停放的时间对于二段混炼的质量非常重要。在较低的温度下，胶料变硬，在二段混炼时再次受到激烈的机械作用，将一段混炼时没有混炼均匀的配合剂粒子（主要是炭黑粒子）搓开。加入不把胶料冷透，二段混炼效果则失去意义。,密炼机混炼过程终点控制,通过下列参数控制 给定的混炼时间； 给定混炼室的最高温度，达到这一温度自动排料； 给定单位能耗，即达到给定能耗水平后自动排料。,几种橡胶的混炼工艺,丁腈橡胶混炼工艺(NBR)
15、,NBR在混炼时发热量大,配合剂难于分散。 NBR在开炼机上混炼时,应采取低温、小容量、小辊矩、慢加料的操作方法,以促进配合剂的均匀分散。 NBR若用密炼机混炼,应加强混炼室冷却,炭黑和酯类软化剂要分批交替加入,排胶温度不得高于130。,丁基橡胶混炼工艺(IIR),丁基橡胶的内聚强度低,自粘性差,包辊性差,与其它橡胶兼容性差,混炼丁基橡胶之前彻底清洗机台,以免混入其它生胶,影响胶料质量,丁基橡胶混炼时,配合剂分散困难。 开炼机焜炼时,采用引料法(即待引料胶包辊后再加生胶和配合剂)或薄通法，将配方中一半生胶以小辊矩反复薄通,待包辊后再加入另一半。 丁基胶包冷辊，粘辊要升高辊温，脱辊要降低辊温，速比不能超过1：1.25，否则空气易混入胶料中，引起产品起泡。,氯磺化聚乙烯橡胶(CSM),特种胶基本上都采用开炼机混炼。 氯磺化聚乙烯橡胶具有热塑性,加工中随着胶料温度上升,粘度迅速下降, 氯磺化聚乙烯橡胶采用开炼机混炼时,包辊性良好,但因生热大,应注意冷却,辊温保持在4070范围内。 若采用密炼机混炼时,装胶容量比其它橡胶大些,填充系数取70%75%,排胶温度在105110以下,胶片后要注意干燥,因为水会促进其交联,导致焦烧。,氯醚橡胶(EC
