生膠的塑煉混煉工藝
§11.1 生膠的塑煉原理
一．塑煉的定義
通過(guò)機(jī)械應(yīng)力、熱、氧或加入某些化學(xué)試劑等方式，使橡膠由強(qiáng)韌的高彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀乃苄誀顟B(tài)的過(guò)程。
塑性（可塑性）：橡膠在發(fā)生變形后，不能恢復(fù)其原來(lái)狀態(tài)，或者說(shuō)保持其變形狀態(tài)的性質(zhì)。
二．塑煉的目的和要求
1．塑煉的目的
減小彈性，提高可塑性；降低粘度；改善流動(dòng)性；提高膠料溶解性和成型粘著性。
2．塑煉膠的質(zhì)量要求
（1）可塑度要適當(dāng)
應(yīng)滿足加工工藝要求，在此基礎(chǔ)上應(yīng)具有最小的可塑性。過(guò)度塑煉會(huì)降低硫化膠的強(qiáng)度、彈性、耐磨性等，而且會(huì)增加動(dòng)力消耗。
塑煉程度：根據(jù)混煉膠工藝性能和制品性能的要求來(lái)確定。
如：供膠、浸膠、刮膠、擦膠和制造海綿等用途的膠料，要求的可塑度較大，生膠的塑煉程度要高些。供模壓用的膠料，則要求可塑性宜小。
一般：膠管外層膠可塑度：0.3~0.35；
膠管內(nèi)層膠： 0.25~0.3；
胎面膠： 0.22~0.24；
胎側(cè)膠 0.35左右；
海綿膠 0.5~0.6
（2）塑煉均勻
三．生膠的增塑方法和原理
（一）增塑方法
（二）塑煉原理
生膠的分子量與可塑性有著密切的關(guān)系。分子量越小，可塑性就越大。生膠經(jīng)過(guò)機(jī)械塑煉后，分子量降低，粘度下降，可塑性增大。由此可見(jiàn)，生膠在塑煉過(guò)程中，可塑性的提高是通過(guò)分子量的降低來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
η0—聚合物熔體的最大粘度；A—特性常數(shù)；MW—聚合物的重均分子量
1．機(jī)械塑煉過(guò)程機(jī)理
在低溫下：在機(jī)械力作用下首先切斷橡膠大分子鏈生成大分子自由基。
（機(jī)械力引發(fā)橡膠大分子的斷鏈，氧作為自由基接受體，起著阻斷自由基的作用。）
在高溫下：機(jī)械力切斷橡膠大分子生成自由基的幾率減少。橡膠大分子在機(jī)械力的活化作用下，氧引發(fā)橡膠大分子的斷鏈。
（機(jī)械力起到應(yīng)力活化作用，氧作為自由基引發(fā)體，引發(fā)橡膠大分子的斷鏈。）
鏈終止：橡膠氫過(guò)氧化物不穩(wěn)定，分解生成較小的大分子，連鎖反應(yīng)終止。
2．影響塑煉的因素：
（1）機(jī)械力的作用
根據(jù)理論分析，機(jī)械力對(duì)橡膠分子的斷鏈作用，可表示為：
式中 ρ—分子鏈斷鏈的幾率；K1、K2—常數(shù)；E—分子鏈的化學(xué)鍵能；F0—作用于分子鏈上的力；δ—分子鏈斷鏈時(shí)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度；F0 δ—分子鏈斷鏈時(shí)消耗的機(jī)械功；
低溫塑煉要求盡可能地降低輥溫和膠溫。
（2）氧的作用
實(shí)驗(yàn)證明，生膠結(jié)合0.03%的氧就能使分子量減少50%；結(jié)合0.5%的氧，分子量由10萬(wàn)降到5000。生膠塑煉時(shí)，隨著塑煉時(shí)間的延長(zhǎng)，橡膠質(zhì)量和丙酮抽出物（其中含有氧化合物）的含量不斷增加，可見(jiàn)氧在塑煉過(guò)程中與橡膠分子起了某種加成作用，參與了橡膠的化學(xué)反應(yīng)。
（3）溫度的作用
存在雙重影響：低溫區(qū)（110℃），隨著溫度升高，塑煉效果提高。——氧的氧化作用
（4）靜電作用
塑煉過(guò)程中，膠料受到強(qiáng)烈的摩擦作用產(chǎn)生靜電。靜電積累產(chǎn)生放電現(xiàn)象，使空氣中的氧活化變?yōu)樵討B(tài)氧和臭氧，加速橡膠分子的氧化斷鏈作用。
（5）化學(xué)塑解劑
a．接受型塑解劑（低溫塑解劑）：苯硫酚、五氯硫酚等。
b．引發(fā)型塑解劑（高溫塑解劑）：過(guò)氧化苯甲酰（BPO）、偶氮二異丁腈（AIBN）等。
c．混合型塑解劑（鏈轉(zhuǎn)移型塑解劑）：促進(jìn)劑M、DM和2，2’-二苯甲酰胺二苯基二硫化物等。
§11.2 可塑性的測(cè)定方法
生膠和混煉膠可塑度的測(cè)定通常有三種方法：壓縮法、旋轉(zhuǎn)扭力法和壓出法。它們均需在恒溫下進(jìn)行，因?yàn)榭伤芏入S溫度變化而變化。
一．壓縮法
這種類型的測(cè)定方法常用的有：威廉氏法、華萊氏快速可塑度法和德弗可塑度法三種。
1．威廉氏法（Williams）
在恒溫、定負(fù)荷下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后根據(jù)試樣高度的變化來(lái)評(píng)定可塑度。將Φ=16mm，h0=10mm的圓柱試樣在T=70±1℃或100±1℃下預(yù)熱3min，壓縮3min，除去負(fù)荷取出試樣在室溫下恢復(fù)3min，測(cè)量試樣高度的壓縮變形量及去掉負(fù)荷后的變形量，計(jì)算可塑度P。
h0 —試樣原始高度，mm；h1—試樣壓縮3min后的高度，mm；h2—恢復(fù)3min后的高度，mm
如果試樣為絕對(duì)流體，即h1=h2=0，P=1；
若試樣為絕對(duì)彈性體，即h2=h0，P=0；
生膠和混煉膠為粘彈體，它們的可塑度在0~1之間，數(shù)值越大表示可塑性越大。
2．華萊氏（Wallace）快速可塑度法
其原理與Williams法相同，以定溫、定負(fù)荷、定時(shí)間下膠片厚度的變化表示可塑度。
該法操作方便，多用于工業(yè)生產(chǎn)中作快速檢驗(yàn)。
3．德弗法
以在定溫和定時(shí)間內(nèi)試樣壓縮至規(guī)定高度時(shí)所需負(fù)荷值來(lái)表示。
二．旋轉(zhuǎn)扭力法—門尼（Mooney）粘度法
原理是：在一定溫度、時(shí)間和壓力下，根據(jù)試樣在活動(dòng)面（轉(zhuǎn)子）與固定面（模腔）之間變形時(shí)所受扭力來(lái)確定膠料可塑度。
試驗(yàn)時(shí)，將試樣按要求放入模腔里，在100℃下預(yù)熱1min，使轉(zhuǎn)子在2r/min速度轉(zhuǎn)動(dòng)4min，所測(cè)的扭力值即為門尼粘度，一般用 表示，L表示用大轉(zhuǎn)子（直徑為38.1±0.03mm）。
門尼粘度法比壓縮法迅速簡(jiǎn)便，且表示的動(dòng)態(tài)流動(dòng)性更接近于工藝實(shí)際情況。
三．壓出法
用毛細(xì)管流變儀來(lái)測(cè)定。
在一定溫度、壓力、口型下，于一定時(shí)間內(nèi)用毛細(xì)管流變儀測(cè)定膠料的壓出速度，以每分鐘壓出的毫克數(shù)表示可塑度。
優(yōu)點(diǎn)：此法與壓出機(jī)口型的工作狀況相似，可更具體地了解混煉膠可塑性對(duì)壓出性能的影響。
缺點(diǎn)：壓出法試樣需要較多的膠料，且試樣必須經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱。
§11.3 塑煉方法及影響因素
一．準(zhǔn)備工藝
1．烘膠
NR烘膠溫度一般在50~60℃，時(shí)間為24~36h，冬季加熱時(shí)間為36~72h。
CR烘膠溫度一般在24~40℃，時(shí)間為4~6h。
烘膠溫度不宜過(guò)高，否則會(huì)影響橡膠的物理機(jī)械性能。
2．切膠
用切膠機(jī)將生膠切成小塊，每塊重量視膠種而異，NR每塊10~20kg，CR每塊不超過(guò)10kg。
3．破膠
橡膠塊需用破膠機(jī)破膠，以便塑煉。破膠輥距一般為2~3mm，輥溫控制在45℃以下。
二．開(kāi)煉機(jī)塑煉工藝
（一）開(kāi)煉機(jī)塑煉的原理
開(kāi)煉機(jī)的兩個(gè)輥筒以不同的轉(zhuǎn)速相對(duì)回轉(zhuǎn)，膠料放到兩輥筒間的上方，在摩擦力的作用下被輥筒帶入輥距中。由于輥筒表面的旋轉(zhuǎn)線速度不同，使膠料通過(guò)輥距時(shí)的速度不同而受到摩擦剪切作用和擠壓作用，膠料反復(fù)通過(guò)輥距而被塑煉。
（二）開(kāi)煉機(jī)塑煉的工藝方法
1．包輥塑煉法
把膠片包在前輥上，讓其自然地反復(fù)過(guò)輥塑煉，直至達(dá)到規(guī)定的可塑度要求為止。
缺點(diǎn)：塑煉時(shí)間長(zhǎng)，效率低，最終獲得的可塑度也較低。
又分為：一段塑煉：塑煉時(shí)間長(zhǎng)，效率低，不適用于可塑度要求較高的生膠塑煉。
分段塑煉：包輥塑煉10~15min，下片、冷卻、停放4~8h后，再進(jìn)行下一次塑煉，直至達(dá)到要求的可塑度為止。通常分為兩段塑煉和三段塑煉，具體依可塑度要求而定。
2．薄通塑煉法
輥距在1 mm以下，膠料通過(guò)輥距后不包輥而直接落到接膠盤，讓膠料返回到輥距上方重新通過(guò)輥距，這樣反復(fù)數(shù)次。
優(yōu)點(diǎn)：膠料散熱快，冷卻效果較好，塑煉膠可塑度均勻，質(zhì)量高，能達(dá)到任意的塑煉程度。
3．化學(xué)增塑塑煉法
采用化學(xué)塑解劑增加塑煉效果，提高塑煉生產(chǎn)效率并節(jié)約能耗。化學(xué)塑解劑應(yīng)以母膠的形式使用，并應(yīng)適當(dāng)提高開(kāi)煉機(jī)的輥溫。
（三）開(kāi)煉機(jī)塑煉的影響因素
1．裝膠容量
裝膠容量取決于開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格，容量大，散熱困難，膠溫升高，降低塑煉效果；容量過(guò)小則降低生產(chǎn)效率。
合理的容量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
Q—塑煉容量，L；K—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值一般為0.0065~0.0085，L/cm3；D—輥筒直徑，cm；L—輥筒工作部分長(zhǎng)度，cm
合成橡膠塑煉時(shí)生熱大，裝膠容量應(yīng)比NR少。
2．輥距
輥距越小，機(jī)械塑煉效果越明顯。薄通時(shí)實(shí)際使用輥距一般為0.5~1mm。
3．輥速和速比
輥距一定，提高開(kāi)煉機(jī)的輥速或速比會(huì)增大膠料的機(jī)械剪切作用，從而提高機(jī)械塑煉效果。開(kāi)煉機(jī)的速比一般在1.15~1.27之間。速比過(guò)大，升溫加快。
4．輥溫
輥溫低，塑煉效果好。輥溫過(guò)低容易造成設(shè)備超負(fù)荷而受到損害。塑煉溫度與生膠膠種有關(guān)，NR通常控制前輥溫度在45~55℃，后輥溫度在40~50℃為宜。
5．塑煉時(shí)間
在塑煉過(guò)程的最初10~15min，膠料的門尼粘度迅速降低，此后漸趨緩慢。
6．化學(xué)塑解劑
使用塑解劑能提高塑煉效果，縮短塑煉時(shí)間，減小彈性復(fù)原。使用化學(xué)塑解劑時(shí)，適當(dāng)提高溫度會(huì)提高塑煉效果，塑煉溫度一般以70~75℃為宜。
塑解劑的用量，在NR中一般為生膠重量的0.1~0.3%，合成橡膠則應(yīng)增大到2~3%。
三．密煉機(jī)塑煉工藝
優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，節(jié)能，勞動(dòng)強(qiáng)度低；
缺點(diǎn)：溫度高，冷卻困難，易過(guò)煉，出料為無(wú)定形狀，需要配備相應(yīng)的壓片機(jī)。
（一）密煉機(jī)的工作原理
物料從加料斗加入密煉室后，加料門關(guān)閉，壓料裝置的上頂栓降落，對(duì)物料加壓。物料在上頂栓壓力及摩擦力的作用下，被帶入兩個(gè)具有螺旋棱、有速比的、相對(duì)回轉(zhuǎn)的兩轉(zhuǎn)子的間隙中，致使物料在由轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與密煉室壁、上頂栓、下頂栓組成的捏煉系統(tǒng)內(nèi)，受到不斷變化和反復(fù)進(jìn)行的剪切、撕拉、攪拌和摩擦的強(qiáng)烈捏煉作用，從而達(dá)到塑煉的目的。
物料在密煉室中主要受到幾種作用：
1．轉(zhuǎn)子間及轉(zhuǎn)子與混煉室內(nèi)壁間的作用；
2．轉(zhuǎn)子棱間的攪拌作用；
3．轉(zhuǎn)子軸向的往復(fù)切割作用。
（二）密煉機(jī)塑煉的工藝方法
密煉機(jī)塑煉的工藝方法有一次塑煉法、分段塑煉法和化學(xué)增塑塑煉法三種。

標(biāo)簽：助劑步驟橡膠