橡胶混炼工艺介绍.ppt

混炼胶工艺介绍,作用及要求,混炼胶对胶料的后序加工和制品的质量起着决定性的作用,混炼不好,胶料会出现配合剂分散不均匀、可塑度过高或过低、焦烧、喷霜等现象,使后序加工难以正常进行,且会导致产品质量不均.所以,混炼工艺是橡胶制品生产中最重要的基本工艺过程之一.另外针对挤出制品尤其是外观件来说，混炼工艺的好坏尤其决定挤出产品的好坏，譬如表面麻点焦烧粒等,对混炼胶的质量要求:一是能保证硫化胶具有良好的物理机械性能;二是胶料应具有良好的工艺加工性能.因此对混炼工艺的要求是:a.各种配合剂要与生胶混合分散均匀,并达到一定的分散度;b.使补强性填料(特别是炭黑)表面与生胶产生一定的结合作用,以获得必要的补强效果;c.胶料应具有适当而均匀的可塑度,以保证后序加工操作的顺利进行;d.在保证胶料质量的前提下,尽可能缩短混炼时间,以提高生产效率,减少能量消耗.,内容简介:,混炼工艺是橡胶制品生产过程的第一步,它的任务就是将配方中的生胶与各种原材料混合均匀,制成符合性能要求的混炼胶胶料,包括生胶的塑炼加工和胶料的混炼加工两个主要过程.塑炼加工是为混炼加工做准备的.故塑炼和混炼通称为炼胶工艺.,混炼工艺,第一节 炼胶设备简介,炼 胶设备类型,开放式炼胶机密闭式炼胶机,一、开放式炼胶机,开放式炼胶机(简称开炼机)是橡胶工业应用中最早的炼胶设备，已有100多年的历史。既可单独用于胶料的塑炼和混炼加工，亦可与密炼机配套用作下辅机，对胶料进行补充加工；还可用作胶料的热炼供胶设备和用于制备胶片。作为炼胶设备来说，开炼机存在机械自动化程度低、劳动强度高、操作危险性大、配合剂飞扬损失大、工作环境条件差、混炼质量较差等缺点，不适于现代化大规模生产。但机台容易清洗，变换配方灵活方便，适合于胶料配方多变、批量少的生产和试验室加工炼胶温度较低，适于某些特殊配方胶料的混炼，故开炼机在炼 胶工艺中仍具有一定的作用。,二、密闭式炼胶机,密闭式炼胶机(简称密炼机)自1916年用于橡胶与炭黑混炼加工以来，已有近百年历史，至今仍是橡胶制品生产中最重要的炼胶设备，得到广泛的应用。密炼机炼胶作用的基本工作部分由密炼室、转子、上顶栓、下顶栓等组成。,混炼工艺,第二节 生胶塑炼工艺,塑炼的定义：,塑炼的目的：,经过适当的加工，使生胶由强韧的高弹性状态转变为柔软而富有可塑性的状态，这一工艺加工过程称为生胶塑炼工艺。,生胶塑炼的目的主要是使胶料的工艺性能得以改善。塑炼后的生胶弹性减小，可塑性增大；混炼时配合剂容易在胶料中混合分散均匀，压延挤出速度快，收缩率小，并改善胶料对骨架材料的渗透与结合作用；硫化时容易流动充满模型。随着塑炼程度的增加，其硫化胶的力学强度、耐磨耗和耐老化性能降低，永久变形增加，使硫化胶物理机械性能受到损害。塑炼程度越大，损害程度也越大。故生胶的塑炼 程度必须根据胶料的加工性能要求和硫化胶性能要求综合确定。,一、生胶的增塑方法和机理,1.物理增塑法 在生胶中加入物理增塑剂，利用其物理溶胀降低胶料的黏度，增加可塑性和流动性，这种方法称为物理增塑。,（一）、生胶的增塑方法,一、生胶的增塑方法和机理,2.化学增塑法 利用低分子物质对大分子的化学破坏作用降低其黏度，增加其塑性流动性，称为化学增塑法。以上两种方法都不能单独用来塑炼生胶，只能用其他塑炼方法配合使用，起到辅助增塑作用。,（一）、生胶的增塑方法,一、生胶的增塑方法和机理,3.机械增塑法 利用机械的剪切破坏作用增加生胶可塑性的方法叫机械增塑法。该方法使用最广泛，可以单独用于塑炼加工。若与物理增塑法或化学增塑法配合使用，可进一步提高机械塑炼效果和生产效率。,（一）、生胶的增塑方法,一、生胶的增塑方法和机理,1.机械力的作用 高分子链之间的整体相互作用远远超过其单个C-C键能。机械力作用尚未克服大分子链之间相互作用之前，早已超过了分子链中单个化学键的键能，从而使其断裂破坏。,（二）、生胶塑炼的增塑机理,一、生胶的增塑方法和机理,2.氧的作用 在一般的机械塑炼过程中，橡胶的周围都有氧存在，氧既可以使机械力破坏生成的大分子自由基的稳定性，又可以直接引发大分子氧化裂解，所以，氧起着极为重要的双重作用。,（二）、生胶塑炼的增塑机理,一、生胶的增塑方法和机理,3.温度的影响 天然橡胶在空气中塑炼 时，机械塑炼效果与塑炼温度之间的关系分为两个部分：低温机械塑炼效果随温度升高而减小，高温机械塑炼效果随温度升高而急剧增大，在110左右的温度范围内,机械塑炼效果最小。当温度在110附近时，机械力的破坏作用和氧的直接氧化裂解作用都很小，故总的机械塑炼效果最小。,（二）、生胶塑炼的增塑机理,一、生胶的增塑方法和机理,4.化学塑解剂 的作用 在生胶机械塑炼过程中，加入某些低分子化学物质可通过化学作用增加机械塑炼效果，这些物质称为化学塑解剂。,（二）、生胶塑炼的增塑机理,一、生胶的增塑方法和机理,5.电与臭氧的作用 用开炼机塑炼时因辊筒表面与胶料之间的剧烈摩擦会产生静电，并在胶料表面积累，到一定程度便产生静放电，生成臭氧和原子氧，对橡胶的氧化裂解作用更大。,（二）、生胶塑炼的增塑机理,二、机械塑炼工艺,(1).选胶 生胶进厂后在加工前需进行外观检查，并注明等级品种，对不符合等级质量要求的应加以挑选 和分级处理。(2).烘胶 生胶低温下长期贮存后会硬化和结晶，难以切割和进一步加工，需要预先进行加温软化并解除结晶。(3).切胶 生胶加温后需按工艺要求切成小块，对塑炼加工要求天然生胶每块1020kg，氯丁橡胶不超过10kg，以便于后序加工操作。,1、塑炼前的准备,二、机械塑炼工艺,(1).包辊塑炼法 胶料通过辊距后包于前辊表面，随辊筒转动重新回到辊筒上方并再次进入辊距，这样反复通过辊距，受到捏炼，直至达到可塑度要求为止。,2、开炼机塑炼工艺,二、机械塑炼工艺,(2).薄通塑炼法 薄通塑炼法的辊距在1mm以下，胶料通过辊距后不包辊，而直接落盘，等胶料全部通过辊距后，将其扭转90角推到辊筒上方再次通过辊距，这样反复捏炼，直至达到要求的可塑度为止。,2、开炼机塑炼工艺,二、机械塑炼工艺,(3).化学增塑塑炼法 开炼机塑炼时添加化学塑解剂可增加机械塑炼效果，提高生产效率，并改善塑炼胶质量、降低能耗。,2、开炼机塑炼工艺,二、机械塑炼工艺,(1).密炼机塑炼方法 密炼机塑炼的工艺方法有一段塑炼法、分段塑炼法和化学增塑塑炼法。若塑炼胶的可塑度要求较低时，采用一段塑炼法即可，如胶料的可塑度要求较高，采用一段塑炼时间太长，可采用分段塑炼法或化学增塑法塑炼。,3、密炼机塑炼工艺,影响开炼机塑炼的因素：,(1)容量 容量是每次炼胶的胶料体积(2)辊距 减小辊距会增大机械剪切作用(3)辊速和速比 提高辊筒的转速和速比都会提高机械塑炼效果(4)辊温 辊温低，胶料黏度高，机械塑炼效果增大(5)塑炼时间 塑炼开始的10-15min，胶料的门尼黏度迅速降低，此后则渐趋缓慢(6)化学塑解剂 开炼机塑炼采用化学塑解剂增塑时，可塑度在0.5以内时，胶料的可塑度随时间的增加呈线性增大，不需要分段塑炼,二、机械塑炼工艺,(1).影响密炼机塑炼的因素主要有容量、上顶栓压力、转子速度、塑炼温度和时间、化学塑解剂等,3、密炼机塑炼工艺,二、机械塑炼工艺,(a).容量 容量过小不仅降低机械塑炼效果和生产效率，塑炼胶质量也不均匀；容量过大，塑炼质量不均匀，且密炼室散热困难易使胶温过高。(b).上顶栓压力 塑炼时上顶栓要对胶料施加一定的压力作用，以增加设备对胶料的摩擦和剪切作用，提高机械塑炼效果。(c).转子速度 在同样的条件下，胶料达到相同的可塑度要求所需要的塑炼时间 与转速成反比。(d).塑炼温度 密炼机塑炼 温度以排胶温度表示，塑炼效果随温度升高急剧增大，但温度过高有可能出现过炼而损害硫化胶物理机械性能。(e).塑炼时间 排胶温度一定，密炼机塑炼效果最初随着塑炼时间线性增大，随后渐趋缓慢。(f).化学塑解剂 密炼机塑炼采用化学增塑法最合理有效。,(2).影响密炼机塑炼的因素,二、机械塑炼工艺,(1).压片 塑炼后的胶料必须压成厚度为10mm左右的规则胶片，以增加冷却散热面积，并便于堆放管理、输送和称量操作。(2).冷却 塑炼胶压片后应立即浸涂或喷洒隔离剂液进行冷却隔离，吹干，使胶片温度降到35 以下,防止贮存和停放中发生黏结.(3).停放 干燥后的塑炼胶必须经过停放4-8h后才能供下道工序使用.(4).质量检查 塑炼胶出片时,必须按规定逐车取样,检查其可塑度大小和均匀性.,4、塑炼后胶料的补充加工和处理,二、机械塑炼工艺,(1).天然生胶 无论哪种方法都比较容易获得可塑性.用开炼机塑炼时采用低辊温(40-50)、小辊距（0.51.0mm）薄通塑炼法和分段塑炼法效果最好。用密炼机塑炼时，温度宜在155 以下，塑炼 时间约在13min左右。(2).丁苯橡胶 一般不需塑炼，若适当塑炼可进一步改善工艺性能。用开炼机塑炼时，辊距，辊温30-45。用密炼 机塑炼时要严格控制塑炼温度和时间，若温度过高或时间过长容易产生凝胶，降低塑炼效果，故排胶温度一般不超过140。(3).顺丁橡胶 可直接混炼，适当塑炼有利于进一步改善工艺性能。用开炼机塑炼需采用小辊距（1mm)、低辊温（40）操作；密炼机塑炼时胶料黏度可显著下降。(4).氯丁橡胶 开炼机塑炼辊温要低，一般30-40，升高温度会降低塑炼效果用密炼机塑炼排胶温度不超过85。(5).丁腈橡胶 门尼在65以下一般不塑炼，适当塑炼可进一步改善工艺性能。用开炼机塑炼时采用温度（40 以下）薄通（辊距1mm以下）法和分段塑炼，并减小容量才能获得较好的塑炼；随分子中丙烯腈含量的增多塑炼效果增大，但在高温时会生成凝胶，故不能用密炼机塑炼。(6).丁基橡胶 分子链短,具有冷流性,化学结构稳定，很难获得机械塑炼效果。用开炼机塑炼时应采用低辊温25-30，密炼机塑炼效果较好，排胶温度在120 左右。,5、合成橡胶的机械塑炼特性,混炼工艺,第三节 胶料混炼工艺,一、混炼前的准备,1.原材料的质量检验与加工生胶的门尼，炭黑筛余物测试，水分含量测试等直接影响混炼胶的质量2.称量配合操作有些大批量生产的胶料因为需要称量的药剂太多，有些公司采用混料灌搅拌均匀后再分包称量，这样解决了称量生产效率，但是切记有些大颗粒的药剂尽量不要使用混料灌搅拌，防止不均匀,1.开炼机的混炼过程,(1)胶料包辊性 胶料包辊是开炼机混炼的前提，不包辊的胶料不能用开炼机进行混炼。(2)吃粉 胶料包辊后，辊筒 上方必须留有适量的堆积胶，再向堆积胶上面添加配合剂，利用堆积胶的绉缩夹带配合剂进入辊距并产生径向混合作用，加快配合剂的混合吃粉。(3)切割翻炼 必须注意切割翻炼操作只能在配合剂混入胶料之后才能进行，否则会造成胶料脱辊而无法正常进行操作。,二、开炼机混炼工艺,开炼机混炼的一般操作方法是：先投加生胶通过辊距后包于前辊，并在辊距上方留有适量的堆积胶，将多余的胶料割下，并按规定的加料顺序往堆积胶上面投加配合剂。在生胶夹带配合剂通过辊距时受到剪切混合作用，使配合剂进入胶料内部，叫作吃粉。当吃粉完毕后要立即进行切割翻炼，最后必须再经薄通3-5遍，以保证混合分散均匀，然后放大辊距下片，整个混炼过程分为包辊、吃粉、翻炼三个阶段。,1.开炼机的混炼过程,2.开炼机混炼的工艺条件和影响因素,(1)容量 根据设备规格及胶料配方特性合理确定。(2)辊距 合理为4-8mm(3)辊筒的转速和速比 适宜范围为1:(1.1-1.2)(4)混炼温度和时间(见下表),2.开炼机混炼的工艺条件和影响因素,(5)加料顺序 混炼时配合剂的添加次序是影响混炼操作和混炼质量的最重要的因素之一。加料顺序不当有可能引起胶料脱辊，无法顺利操作，使混炼时间延长，易发生焦烧和过炼，降低混炼胶质量。加料顺序的一般原则是：用量少而作用大的配合剂，如促进剂、活性剂、防老剂和防焦剂应先加，因为对其混合均匀度要求高，先加有利于混合均匀，防老剂早加还可抑制混炼胶料的老化；在胶料中难分散的配合剂，如ZnO和 固体软化剂，也应早加；临界温度低、化学活性大、对温度敏感性较大的配合剂，如硫黄和超速促进剂应在混炼后期降温添加；硫化剂和促进剂必须分开添加，若混炼开始加入促进剂，则硫化剂放在最后添加，或者相反。天然胶配方开炼机混炼加料次序为：生胶、塑炼胶、母炼胶、再生胶 固体软化剂（如古马降树脂、松香、固体石蜡等）促进剂、活性剂、防老剂和防焦剂 填料（炭黑、陶土、碳酸钙等）液体油料（石蜡、环烷油和芳烃油等）硫黄,三、密炼机混炼工艺,密炼机混炼操作是开始提起上顶栓，将配方的各种原材料按规定加料顺序依次投入密炼室中，每次投料后都必须放下上顶栓加压混炼一定时间，然后再提起上顶栓投加下一批物料，直到混炼完毕，打开下顶栓，排料至下片机出片、冷却、停放。密炼机混炼分为一段胶混炼和二段胶混炼甚至多段混炼。多段混炼胶料比一段胶混炼要均匀，测试数据性能稳定.,开炼机混炼的操作方法：,混炼前先核对配合剂的品种用量是否正确，检查设备部件及辊筒上面无异物，空车运行试刹车，调节辊距(3-4mm)，然后按下列步骤操作：a.在开炼机辊筒靠近驱动一端投入生胶或塑炼胶、母炼胶，捏炼3-4min，使其形成光滑的包辊胶后将胶料割下;b.放宽辊距至810mm，将胶料投入辊距压炼1min并抽取余胶，使辊筒上面只留包辊胶和适量积存胶，其余胶料全部取下，按规定加料顺序向积存胶上投加配合剂(小料)，待小料全部吃粉后将填料和油类分批交替加入，等配合剂全部吃入胶料后，再将抽取的生胶全部投入混炼4-5min，其间不得切割翻炼;c.切割取下余胶，加入硫黄继续混炼，待吃粉完毕再将余胶投入翻炼1-2min;d.将辊距调至1mm以下薄通3-4次并90调头;e.最后调整辊距至10mm左右下片，并割取快检试样，胶片经浸涂隔离剂液冷却1-2min，取出挂架风吹干，冷却至40 以下再叠放8h以上方可供下道工序使用。,三、密炼机混炼工艺,密炼机混炼的胶料质量好坏，除了加料顺序外，主要取决于混炼温度、装料容量、转子转速、混炼时间和上顶栓压力。现在国内最好的混炼方法是通过温度，时间和功率一起配合控制.密炼机排胶温度范围在90-160以下，不加促进剂的母胶温度可以达到160，投加硫黄促进剂时的排胶温度控制在90-125。,1.密炼机混炼工艺条件和影响因素,三、密炼机混炼工艺,(1)时间标准用密炼时间长短来控制(2)温度标准用排胶温度控制(3)混炼效应标准密炼时间，温度和功率相互配合控制,2.密炼机混炼过程和质量控制,三、密炼机混炼工艺,(1)天然橡胶 密炼机混炼生热性小，多采用一段混炼法，排胶温度控制在140 以下。(2)丁苯橡胶 分两段混炼，炭黑分批投加，容量适当减小，排料温度要低于130，防止高温产生凝胶。(3)顺丁橡胶 密炼机混炼温度和容量可适当增大，排料温度控制在130140 以下。(4)丁基橡胶 密炼机混炼容量可比天然胶大5%10%，要尽可能早加补强填充剂，增加机械剪切效果，以高温150 混合分散效果较好。配方填充量高时可用分段法和逆混法混炼。(5)氯丁橡胶 密炼机混炼通常采用分段混炼法，排料温度控制在100 以下，氧化锌在第二段混炼时的压片机投加。(6)乙丙橡胶 密炼机混炼有助于填料及软化剂的分散和硫化胶物理机械性能的提高，密炼温度一般150160，乙丙胶配方填充量高，混炼容量应比其他胶种提高10%15%。,3.几种橡胶的混炼特性,混炼胶注意事项,(1)混炼不均匀炭黑粒子硬度高/氧化锌分散/过滤机未清理干净/排料门未清理干净/硫磺分散/生胶未烘透等等(2)挤出制品生产问题胶料门尼波动大引起形状变化/T5短引起焦烧/门尼偏高引起焦烧或麻面/混炼不均匀引起表面瑕疵或者麻面(3)胶料混炼质量控制硫变/门尼/焦烧/小挤出机挤薄片观察胶料混炼均匀度,谢谢！,