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常见的橡胶混炼工艺有哪些?

更新时间:2022-12-15      点击次数:1554
  橡胶的混炼就是将各种配合剂借助炼胶机机械力的作用,将各种配合剂均匀地分散在橡胶中,以形成一个以橡胶为介质或者以橡胶与某些能和它相容的配合组分(配合剂、其它聚合物)的混合物为介质,以与橡胶不相容的配合剂(如粉体填料、氧化锌、颜料等)为分散相的多相胶体分散体系的过程。对混炼工艺的具体技术要求是:配合剂分散均匀,使配合剂特别是炭黑等补强性配合剂达到分散度,以保证胶料性能一致。混炼后得到的胶料称为“混炼胶”,其质量对进一步加工和制品质量有重要影响。
  1·天然橡胶的混炼
  天然橡胶是生胶塑炼的主要胶种,用开炼机和密炼机进行塑炼均能获得良好效果。用开炼机塑炼时,通常采用低温(40~50℃)薄通(辊距0.5~1 mm)塑炼法和分段塑炼法。用密炼机塑炼时,温度宜在155℃以下,时间约在13 min左右。塑炼时间增加,塑炼胶的可塑性随之增大。但不要过炼,否则可塑性变得过高而使物理机械性能下降。
  天然橡胶塑炼时常加入促进剂M作塑解剂,来提高塑炼效果。促进剂M对开炼机塑炼和密炼机塑炼都适用。天然橡胶塑炼后,为使橡胶分子链得到松弛(俗称恢复疲劳)和可塑性均匀,需停放一定时间(4~8 h),才能供下道工序使用。目前国内使用的天然橡胶主要品种有:国产烟片胶和标准胶,进口烟片胶和马来西亚标准胶等。
  由于上述胶种的初始门尼粘度不同,欲获得相同的可塑性,所需的塑炼时间当然不同。其塑炼时间按长短排列的顺序为:进口烟片胶>国产烟片胶>国产标准胶>马来西亚标准胶。恒粘和低粘标准马来西亚橡胶、充油天然橡胶、轮胎橡胶、易操作橡胶的初始门尼粘度较低(一般小于65),可不经塑炼直接混炼。
  天然混炼胶(NR)具有综合性好的物理机械性能,在常温下具有很高的弹性,弹回率可达50%~85%以上。天然胶还具有较高的机械强度,很好的耐屈挠疲劳性能,滞后损失小,多次变形下生热量低,撕裂强度高,耐磨性和耐寒性良好,以及良好的气密性、防水性、电绝缘性和绝热性。天然胶的耐碱性好,对一般酸的抗耐性也较好,但不耐浓强酸,并且天然胶还有很好的工艺加工性能。天然橡胶具有良好有混炼性能,包辊性良好,生胶强力和初粘性较高,塑性、并用性及对配合剂的浸润性都较好,胶料的塑性增加速度快而且生热量低。因此,对配合剂的湿润性好,吃粉快,分散也比较容易;混炼时间短,混炼操作工艺易于掌握。但天然胶对混炼时间较敏感,混炼时间过短,混炼胶表面会呈现颗粒状,造成压延挤出困难;混炼时间过长,又会导致过炼。开炼机混炼,辊温在45~55℃之间,前辊比后辊高5℃。密炼机混炼多采用一段混炼法,排胶温度在120℃以下。
  2·丁苯橡胶的混炼
  丁苯橡胶(SBR)又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理机构性能,加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶,有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良,可与天然橡胶及多种合成橡胶并用。
  丁苯橡胶在混炼时配合剂分散困难,电能消耗大,生热大,胶料质量受温度的影响较大,所以在制造丁苯橡胶胶料时,应针对其特点而规定混炼条件。在开炼机混炼时,较适宜的方法是将配方中的炭黑制成母炼胶直接加入,掺用丁苯橡胶的胶料,在未加配合剂以前,要求丁苯橡胶和天然橡胶先混合均匀后再加入。由于丁苯橡胶对配合剂的湿润性比天然橡胶差,故混炼时间较天然橡胶延长。以22 in(55.9 cm)开炼机混炼胎面胶为例,若采用炭黑母炼胶,混炼时间为25~30 min。不采用炭黑母炼胶,其混炼时间可适当延长。辊温不宜过高,一般前辊55℃以下,后辊50℃以下为宜。胶料温度在55~60℃左右。容量的选择视丁苯橡胶的掺用量而定,掺30%的丁苯橡胶,其容量与天然橡胶相同;掺50%的丁苯橡胶,其容量可适当减少。
  丁苯橡胶混炼时生热大,升温快,因此混炼温度应比天然橡胶适当低些。配合剂在丁苯橡胶中较难混合分散,故混炼时间要比天然橡胶长。用开炼机混炼包辊性较好,但易包冷辊,因此前辊温度应比后辊温度低5~10℃。需增加薄通次数和进行补充加工,以利配合剂的均匀分散,用密炼机混炼应采用两段混炼,容量应小些。混炼时间过长,可塑度变化不大,但会产生凝胶,影响物理机械性能。排胶温度要低于130℃。
  3·顺丁橡胶的混炼
  顺丁橡胶内聚强度低,粘附性自粘性较弱,在混炼过程中,生胶呈破碎状,配合剂分散不良,易发生脱辊。顺丁胶在开炼机上混炼不易压合成片,且容易脱辊,故宜采用小辊矩、低辊温(40~50℃)混炼。为使配合剂均匀分散,需进行补充加工,用密炼机混炼时,容量可增加10%,混炼温度也可稍高,以利于配合剂分散,排胶温度一般在130~140℃,采用两段混炼有利于分散均匀,也可采用逆混法混炼。这样能节省40%的炼胶时间。炭黑含量大或采用高结构细粒子炭黑时,必须采用两段混炼才能分散均匀,也可采用逆混法混炼。
  顺丁橡胶的工艺性能与其它合成橡胶有很大区别,在一般加工温度范围内(50~140℃)基本上不产生力化学降解和热氧化降解,与炭黑混合时会形成坚硬的结构,生胶及胶料内聚强度低,粘附性和自粘性较弱,在混炼过程中生胶呈破碎状,配合剂分散不良易发生脱辊,所以一般需与天然橡胶和丁苯橡胶等并用。顺丁橡胶品种不同,混炼特性也不同,高顺式类型的混炼特性较好,包括有较好的包辊性和分散性,开炼时的辊温宜低于天然橡胶,以40~50℃较为理想。中顺式要求温度更低一些。低顺式顺丁橡胶因无法结晶故加工性能较好。顺丁橡胶的硫磺用量要低于其它二烯类橡胶。这是因为硫磺在顺丁橡胶中的迁移较快,易产生喷霜现象。顺丁橡胶应以两段混炼法为主。采用两段混炼,能明显改善胶料工艺性能和硫化胶的物理机械性能。采用一段混炼时,输送带覆盖胶可塑度为0.33;采用两段混炼时为0.38,当可塑度为0.2~0.25时就会产生脱辊现象。用两段法制备的胶料,其硫化胶拉伸强度也有所提高。软化剂应在炭黑分散后加入,这样能提高硫化胶的拉伸强度和定伸应力。在密炼机中先将顺丁橡胶与丁苯橡胶混合,然后加入其它配合剂,并不能明显改善胶料和硫化胶性能。若将生胶和炭黑同时兑入,然后加软化剂,则可提高定伸应力和拉伸强度。
  4·丁基橡胶的混炼
  丁基橡胶在生产中进行混炼时,一般都采用引料法(即待引胶料包辊之后再加入生橡胶和配合剂)和薄通法(即将配方中的一半生橡胶用冷辊及小辊距反复薄通,待其包辊后再加入另一半生橡胶)。混炼胶的温度一般控制在40~60℃(前辊温度应比后辊温度低10~15℃);速比不宜超过1∶1.25,否则空气易于卷入胶料中引起制品起泡。配合剂应分批少量加入,在配合剂吃净混入之后才能切割。丁基橡胶采用密炼机混炼时,可采用一段混炼和二段混炼以及逆混法。装胶容量可比天然橡胶稍大一些(大5%~10%);混炼过程中,尽可能在初期就加入补强填充剂,以产生最大的剪切力和较好的混炼效果;混炼时间比天然橡胶长30%~50%;混炼的温度通常控制在:一段混炼排胶温度121℃以下,二段混炼排胶温度为155℃左右。高填充胶料在密炼机混炼时易出现压散现象,即粒化现象。其处理方法是增大装胶容量或者采用逆混法。为了改善丁基橡胶的混炼效果,提高结合橡胶的比例,可对混炼胶胶料进行“热处理”,即将“热处理”剂(如对二亚硝基苯)1.0~1.5份加入丁基橡胶之中,并使之均匀,然后在高温下进行处理。丁基橡胶的混炼胶的“热处理”分为动态和静态两种,前者是在密炼机上与第一段混炼同时进行,工艺温度为120~200℃;后者是直接置于蒸汽或热空气中2~4 h。
  丁基橡胶的内聚强度低,自粘性差,包辊性差。另外,其饱和度高,与其它橡胶在工艺上不相容,在没有专用混炼设备时混炼加工前后必须清洗机台,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。开炼机混炼时,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。用密炼机混炼时,装胶容量比天然橡胶大10%~20%,混炼温度在150℃为好,当填料多时也可采用两段混炼法和逆混炼法。丁基橡胶易包冷辊,因此后辊温度比前辊应高10℃左右。丁基橡胶的冷流性较大,配合剂分散困难,不易包辊,橡胶制品在开炼机混炼时可用引料法(即从前次炼好的同样胶料上取一小块包于辊筒上,然后加入丁基橡胶和配合剂)或用薄通法(即将配方中一半生胶以小辊距反复薄通,待包辊后再加入另一半)。
  5·氯丁橡胶的混炼
  氯丁橡胶均以乳液聚合法生产,生产工艺流程多为单釜间歇聚合。聚合温度多控制在40~60℃,转化率则在90%左右。聚合温度、最终转化率过高或聚合过程中进入空气均会导致产品质量下降。生产中用硫磺-秋兰姆(四烷基甲氨基硫羰二硫化物)体系调节相对分子质量。硫磺-秋兰姆体系的主要缺点在于硫键不够稳定,这是影响贮存性的重要原因之一。若用硫醇调节相对分子质量则可改善此种性能。氯丁橡胶与一般合成橡胶不同,它不用硫磺硫化,而是用氧化锌、氧化镁等硫化。
  氯丁橡胶的加工性能取决于未硫化胶的粘弹行为,而其粘弹行为与氯丁胶的品种及温度有关。由于混炼一般是在弹性状态下进行,以利用胶料弹性态的剪切力作用使填料分散良好。因此氯丁胶混炼时为避免高温的影响,应尽早加入填料,以便在弹性态下达到一定程度的混入。用开炼机混炼时,G型氯丁橡胶对温度变化敏感,辊温超过70℃时便严重粘辊,并呈粘流态,配合剂不易分散。用密炼机混炼时其容量要适当缩小,一般填充系数以0.6为宜,一般分两段混炼,以尽量降低混炼温度。排胶温度要低于100℃。
  氯丁橡胶在使用开炼机混炼时的缺点是生热大,比较容易粘辊,易焦烧,配合剂分散较慢,因此混炼温度不宜过高,容量宜小,辊筒速比也不宜大。由于对温度的敏感性强,通用型氯丁橡胶在常温到71℃时,便呈现粒状态,此时生胶内聚力减弱,不仅严重粘辊,配合剂分散也会很困难。非硫调节型氯丁橡胶的弹性状态温度在79℃以下,所以混炼工艺性能比硫磺调节型好,粘辊倾向和焦烧倾向较小。用开炼机混炼时,为避免粘辊,辊温一般控制在40~50℃以下(前辊比后辊温度低5~10℃),并且在生胶捏炼时,辊距要逐渐由大到小调节。混炼时先加入吸酸剂氧化镁,以防焦烧,最后加入氧化锌。为了减少混炼生热,炭黑和液体软化剂可分批次交替加入。硬脂酸和石蜡等操作助剂可分散的逐渐加入,这样既可帮助分散,又可防止粘辊。硫磺调节型氯丁橡胶在开炼机的混炼时间一般比天然橡胶长30%~50%,非硫磺调节型混炼时间可比硫磺调节型短20%左右。为了避免氯丁橡胶在开炼机混炼时的升温过快,速比小于1∶1.2以下,冷却效果会好些。减少炼胶容量也是保障操作安全,分散良好的办法。目前,国内硫磺调节型氯丁橡胶的炼胶容量比天然橡胶应少20%~30%,方可正常操作。由于氯丁橡胶易焦烧,故在使用密炼机混炼时通常采用二段混炼法。混炼温度应较低(排料温度一般控制在100℃以下),装胶容量比天然橡胶低(容量系数一般取0.50~0.55),氧化锌在第二段混炼时的压片机上加入。针对氯丁橡胶混炼易焦烧难分散的问题,利拿密炼机采用国内的四菱双转子同向运转,结合密炼机上顶栓呈“X”曲线运动,分散效果好,时间短,可有效降低氯丁橡胶在混炼加工时的焦烧现象。
  6·乙丙橡胶的混炼
  乙丙橡胶也可用普通炼胶设备加工,但因乙丙橡胶塑炼效果特别差,缺乏粘性,橡胶不易包辊,一般先采用窄辊距,待形成连续片状后再放宽辊距进行混炼加工。辊温为前辊50~60℃,后辊60~70℃为宜。三元乙丙橡胶的加料顺序一般为:生胶包辊—1/2炭黑—1/2炭黑—硬脂酸—氧化锌(或氧化镁)—促进剂—交联剂—薄通、下片。乙丙橡胶混炼时不易发生过炼,配合剂分散均匀,但自粘性差。乙丙橡胶用开炼机混炼,一般先采用小辊矩使其连续包辊后,再逐步放宽辊矩,加入配合剂,辊温在60~70℃之间。采用密炼机混炼宜采用高温,混炼温度在150~160℃有助于填充剂和软化剂的分散及力学性能的提高。装胶容量可比其它胶料高10%~15%。
  7·丁腈橡胶的混炼
  丁腈橡胶混炼工艺性能差,混炼时发热量大,易脱辊,对粉状配合剂的湿润能力差,配合剂难于分散。炭黑用量大时,会使胶料升温快而易于焦烧。丁腈橡胶在开炼机上混炼时,应采用低温、小容量、小辊距慢加料的操作方法,以促进配合剂的均匀分散。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℃。硫磺在丁腈胶中的溶解度比较低,混合分散困难,应在混炼开始时加入。丁腈橡胶中丙烯腈含量有42%~46%、36%~41%、31%~35%、25%~30%、18%~24%等5种。丙烯腈含量越多,耐油性越好,但耐寒性则相应下降。

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