橡胶工艺学第11章

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1、 1 第十一章第十一章 生胶的塑炼工艺生胶的塑炼工艺 11.1 生胶的塑炼原理生胶的塑炼原理 一塑炼的定义一塑炼的定义 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）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二塑炼的目的和要求 1 1塑炼的目的塑炼的目的 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 2塑炼胶的质量要求塑炼胶的质量要求 （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、

2、弹性、耐 磨性等，而且会增加动力消耗。 塑炼程度：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：0.30.35； 胶管内层胶： 0.250.3； 胎面胶： 0.220.24； 胎侧胶 0.35 左右； 海绵胶 0.50.6 （2）塑炼均匀 三生胶的增塑方法和原理三生胶的增塑方法和原理 （一）增塑方法（一）增塑方法 物理增塑法：加入增塑剂化学增塑法： 化学塑解剂机械增塑法：开炼机塑炼 密炼机塑炼 螺杆塑炼机塑炼（二）塑炼原理（二）塑炼原理

3、 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2 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。 4 . 3_0WMA 0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机械塑炼过程机理机械塑炼过程机理 在低温下：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。 ） RRRRROOROORROOH ROOHRHO22+分解成稳定的较小的大分子 在高温下：在高温下：机械力切断橡胶大分子生成自由基的几率减

4、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。 ） RRROOO2+RHO2HOOROORROOHRH+链引发：链增长：HOORHHOOHRRO2ROO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：影响塑炼的因素： （1）机械力的作用）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： RTFEeK/ )(101 220 MMKF 式中 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； 分子链断链时伸长长度；F0 分子链断链

5、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）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 （3）温度的作用）温度的作用 存在双重影响：低温区（110） ，随着温度升高，塑炼效果提高。氧的氧化作用 （4）静电作用）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

6、氧，加速橡胶分子的氧化断链作用。 （5）化学塑解剂）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。 11.2 可塑性的测定方法可塑性的测定方法 生胶和混炼胶可塑度的测定通常有三种方法：压缩法、旋转扭力法和压出法。它们均需在恒温下进 行，因为可塑度随温度变化而变化。 一压缩法一压缩法 这种类型的测定方法常用的有：威廉氏法、华莱氏快速可塑度法和德弗可塑度法三种。 1威廉氏法（威廉氏法（William

7、s） 在恒温、定负荷下，经过一定时间后根据试样高度的变化来评定可塑度。将 =16mm，h0=10mm 的圆柱试样在 T=701或 1001下预热 3min，压缩 3min，除去负荷取出试样在室温下恢复 3min， 测量试样高度的压缩变形量及去掉负荷后的变形量，计算可塑度 P。 1020 hhhhP h0 试样原始高度，mm；h1试样压缩 3min 后的高度，mm；h2恢复 3min 后的高度，mm 如果试样为绝对流体，即 h1=h2=0，P=1； 若试样为绝对弹性体，即 h2=h0，P=0； 生胶和混炼胶为粘弹体，它们的可塑度在 01 之间，数值越大表示可塑性越大。 2华莱氏（华莱氏（Wall

8、ace）快速可塑度法）快速可塑度法 其原理与 Williams 法相同，以定温、定负荷、定时间下胶片厚度的变化表示可塑度。 该法操作方便，多用于工业生产中作快速检验。 3德弗法德弗法 以在定温和定时间内试样压缩至规定高度时所需负荷值来表示。 二旋转扭力法二旋转扭力法门尼（门尼（Mooney）粘度法）粘度法 原理是：在一定温度、时间和压力下，根据试样在活动面（转子）与固定面（模腔）之间变形时所 受扭力来确定胶料可塑度。 试验时，将试样按要求放入模腔里，在 100下预热 1min，使转子在 2r/min 速度转动 4min，所测4 的扭力值即为门尼粘度，一般用oCML10041表示，L 表示用大转

9、子（直径为 38.10.03mm） 。 门尼粘度法比压缩法迅速简便，且表示的动态流动性更接近于工艺实际情况。 三压出法三压出法 用毛细管流变仪来测定。 在一定温度、压力、口型下，于一定时间内用毛细管流变仪测定胶料的压出速度，以每分钟压出的 毫克数表示可塑度。 优点：此法与压出机口型的工作状况相似，可更具体地了解混炼胶可塑性对压出性能的影响。 缺点：压出法试样需要较多的胶料，且试样必须经较长时间预热。 11.3 塑炼方法及影响因素塑炼方法及影响因素 一准备工艺一准备工艺 1烘胶烘胶 NR 烘胶温度一般在 5060，时间为 2436h，冬季加热时间为 3672h。 CR 烘胶温度一般在 2440，

10、时间为 46h。 烘胶温度不宜过高，否则会影响橡胶的物理机械性能。 2切胶切胶 用切胶机将生胶切成小块，每块重量视胶种而异，NR 每块 1020kg，CR 每块不超过 10kg。 3破胶破胶 橡胶块需用破胶机破胶，以便塑炼。破胶辊距一般为 23mm，辊温控制在 45以下。 二开炼机塑炼工艺二开炼机塑炼工艺 （一）开炼机塑炼的原理（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

11、法（二）开炼机塑炼的工艺方法 1包辊塑炼法包辊塑炼法 把胶片包在前辊上，让其自然地反复过辊塑炼，直至达到规定的可塑度要求为止。 缺点：塑炼时间长，效率低，最终获得的可塑度也较低。 又分为：一段塑炼：塑炼时间长，效率低，不适用于可塑度要求较高的生胶塑炼。 分段塑炼：包辊塑炼 1015min，下片、冷却、停放 48h 后，再进行下一次塑炼，直至达 到要求的可塑度为止。通常分为两段塑炼和三段塑炼，具体依可塑度要求而定。 2薄通塑炼法薄通塑炼法 辊距在 1 mm 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5 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

12、度均匀，质量高，能达到任意的塑炼程度。 3化学增塑塑炼法化学增塑塑炼法 采用化学塑解剂增加塑炼效果，提高塑炼生产效率并节约能耗。化学塑解剂应以母胶的形式使用， 并应适当提高开炼机的辊温。 （三）开炼机塑炼的影响因素（三）开炼机塑炼的影响因素 1装胶容量装胶容量 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： LDKQ Q塑炼容量，L；K经验系数，取值一般为 0.00650.0085，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 NR 少。 2辊距辊距 辊距越小，机械塑

13、炼效果越明显。薄通时实际使用辊距一般为 0.51mm。 3辊速和速比辊速和速比 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 1.151.27 之间。速比过大，升温加快。 4辊温辊温 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，NR 通常控制前辊温度在 4555，后辊温度在 4050为宜。 5塑炼时间塑炼时间 在塑炼过程的最初 1015min，胶料的门尼粘度迅速降低，此后渐趋缓慢。 6化学塑解剂化学塑解剂 使用塑解剂能提高塑炼效果，缩短塑炼时间，减小弹性复原。使用化学塑解剂时，适当提高温度会 提高塑炼

14、效果，塑炼温度一般以 7075为宜。 塑解剂的用量，在 NR 中一般为生胶重量的 0.10.3%，合成橡胶则应增大到 23%。 三密炼机塑炼工艺三密炼机塑炼工艺 优点：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（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

15、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。 6 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（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（三）影响密炼机塑炼的因素 1温度温度 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 NR 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 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