生膠塑煉工藝

**節(jié) 概   述

  橡膠的*寶貴的性質(zhì)就是高彈性。但是，這種高彈性又給橡膠的加工和成型制造帶來(lái)了極大的困難。所以要對(duì)橡膠進(jìn)行加工制造，就必須設(shè)法使生膠的高彈性去掉或減小，使之由原來(lái)的強(qiáng)韌的高彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浂挥锌伤苄缘臓顟B(tài)，完成這一轉(zhuǎn)變的工藝加工過(guò)程就是生膠的塑煉工藝，簡(jiǎn)稱為塑煉。

  經(jīng)塑煉后的生膠原有的高彈性已大大減小，其熔體或溶液的粘度降低，硫化膠的力學(xué)性能和耐老化性能等都有所降低。但與此相反，其膠料的可塑性和加工流動(dòng)性大為改善，膠料在溶劑中的溶解度提高，成型時(shí)的粘著性增大?？傊軣捄蟮纳z工藝加工性能改善，而硫化膠的物理機(jī)械性能和使用性能卻受到了損害。因此，生膠的塑煉加工主要目的是獲得必要的可塑性和流動(dòng)性，以滿足混煉、壓延、壓出、成型、硫化、模壓、注射、膠漿和發(fā)泡膠料制造等各種加工過(guò)程的工藝性能要求。

  然而，生膠的塑煉程度或可塑度大小并不是任意確定的，朔煉膠的可塑度大小必須以滿足后序加工過(guò)程的加工性能要求為標(biāo)準(zhǔn)，膠料的可塑度過(guò)大和過(guò)小，以及可塑度的不均勻，都會(huì)影響加工操作和產(chǎn)品質(zhì)量。若膠料的可塑度過(guò)低，混煉時(shí)配合劑不易混入，混煉時(shí)間會(huì)加長(zhǎng)，壓出半成品表面不光滑，壓出和壓延半成品收縮率增大，壓延膠布半成品容易掉皮，成型時(shí)膠料的粘著性差，硫化時(shí)不易流動(dòng)充模，容易造成產(chǎn)品缺膠等。如果膠料的可塑度過(guò)高，混煉時(shí)配合劑也不易分散均勻，壓出半成品挺性不好，壓延時(shí)膠料易粘輥筒和墊布，硫化時(shí)皎料流失膠邊較多，特別是硫化脂成品的物理機(jī)械性能和使用性能會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p害。所以，膠料的塑煉程度主要根據(jù)膠料的加工過(guò)程要求和硫化膠的物理機(jī)械性能要求來(lái)決定。
般說(shuō)來(lái)，涂膠、浸膠、刮膠、壓延擦膠和制造發(fā)泡制品的膠料，其可塑度要求都比較高，而對(duì)物理機(jī)械性能要求較高，半成品挺性好及模壓硫化的膠料，其可塑度要求較低。壓出膠料的可塑度要求介于以上二者之間。

  混煉工藝一般要求塑煉膠的門尼粘度在60左右；壓延紡織物擦膠工藝要求膠料的門尼粘度在40左右，對(duì)于生膠的初始可塑度已能滿足加工性能要求的生膠，一般不需再行塑煉加：正，可以直接進(jìn)行混煉。例如，近年來(lái)，大多數(shù)合成橡膠和某些品種的天然生膠，如軟丁苯橡膠、軟了腈橡膠及恒粘和低粘標(biāo)準(zhǔn)天然橡膠，因在生膠制造過(guò)程中均控制了聚合度或門尼粘度，使其初始可塑度在混煉加工的可塑度要求范圍之內(nèi)，因而不必進(jìn)行塑煉便可直接混煉。至于混煉膠的可塑度大小則可以在混煉過(guò)程中加以適當(dāng)控制。如果對(duì)塑煉膠的可塑度要求較高時(shí)，也可以進(jìn)行適當(dāng)塑煉。
  總的來(lái)說(shuō)，隨著恒粘和低粘標(biāo)準(zhǔn)天然生膠品種的出現(xiàn)及合成橡膠的大量應(yīng)用，生膠塑煉加工的任務(wù)已經(jīng)大為減少。只是由于天然生膠的主要品種煙片膠和縐片膠以及某些品種的合成橡膠因初始門尼粘度較高，還必須經(jīng)過(guò)塑煉。因此，本章敘述的塑煉工藝主要以天然生膠的塑煉為基礎(chǔ)。

**節(jié) 塑煉方法

   一、生膠的增塑方法

   增加生膠可塑性的方法依其塑化機(jī)理的不同可以分為以下幾種：

   1．物理增塑法利用低分子增塑劑加入生膠中增加生膠的可塑性的方法，稱物理增塑法。其基本原理就是利用低分子物質(zhì)對(duì)橡膠的物理溶脹作用來(lái)減小大分子間的相互作用九從而降低了膠料的粘度，提高其可塑性和流動(dòng)性。但這種方法不能單獨(dú)用來(lái)塑煉生膠，只能作為生膠塑煉過(guò)程中的一種輔助增塑方法，用于提高塑化效果。

   2．化學(xué)增塑法利用某些化學(xué)物質(zhì)對(duì)生膠大分子鏈的化學(xué)破壞作用來(lái)減小生膠的彈性和粘度，提高其可塑性和流動(dòng)性，這種方法叫化學(xué)增塑法。從生膠塑化機(jī)理看，化學(xué)增塑是比較有效的增塑方法，但與物理增塑法一樣，也不能單獨(dú)用來(lái)塑化生膠，只能作為其他機(jī)械塑化方法中的一種輔助增塑法使用。

   3．機(jī)械增塑法利用機(jī)械的高剪切力作用使橡膠大分子鏈破壞降解而獲得可塑性的方法叫機(jī)械增塑法或機(jī)械塑煉法。這是目前生膠塑煉加工中使用*廣泛而又行之有效的增塑方法，可以單獨(dú)用于生膠塑煉加工，也可以與物理增塑法及化學(xué)增塑法配合使用，能進(jìn)一步提高機(jī)械塑煉效果和生產(chǎn)效率。

  機(jī)械塑煉法依據(jù)設(shè)備類型不同又分為三種，即開(kāi)煉機(jī)塑煉法、密煉機(jī)塑煉法和螺桿式塑煉機(jī)塑煉法。這都是生膠塑煉加工中*常用的塑煉方法。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)與工作原理上的差別，在具體應(yīng)用上又各有特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)依據(jù)具體情況適當(dāng)選用。

  另外，依據(jù)塑煉工藝條件的不同，機(jī)械塑煉方法又分為低溫機(jī)械塑煉法和高溫機(jī)械塑煉法。密煉機(jī)塑煉法和螺桿塑煉機(jī)塑煉法的塑煉溫度都在100℃以上，稱為高溫機(jī)械塑煉法；開(kāi)煉機(jī)塑煉溫度在100℃以下，故屬于低溫機(jī)械塑煉法。

第三節(jié) 機(jī)械塑煉工藝

  生膠在塑煉加工前需經(jīng)一些準(zhǔn)備加工，然后才能進(jìn)行塑煉，塑煉后的膠料還要經(jīng)過(guò)壓片、冷卻、停放和質(zhì)量檢查，質(zhì)量合格后方能供下一步加工使用。

   一、準(zhǔn)備工藝

  生膠塑煉前的準(zhǔn)備加工包括烘膠、切膠、選膠和破膠等處理過(guò)程。

   (一)烘膠

  天然生膠經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸和貯存之后，常溫下的粘度很高，容易硬化和產(chǎn)生結(jié)晶，尤其在氣溫較低的條件下，常會(huì)因結(jié)晶而硬化，使生膠難于切割和加工。因此，應(yīng)**行加熱軟化，這就是烘膠。烘膠的作用就是使硬度減小，結(jié)晶熔化，以便于進(jìn)行切割和塑煉加工，同時(shí)還能使水分揮發(fā)掉。

  烘膠一般在專用的烘膠房中進(jìn)行。烘膠房的下面和周邊設(shè)有蒸汽加熱器，生膠在烘房?jī)?nèi)按一定規(guī)則和順序堆放在存放架上，但不得與加熱器接觸。天然生膠室內(nèi)的溫度保持在50～60℃：，加熱時(shí)間依季節(jié)氣候和地區(qū)的溫度差異而不同。在夏季高溫季節(jié)，烘膠時(shí)間較短，一般為24—36h；在冬季低溫條件下，加熱時(shí)間一般為48～72h。氯丁橡膠的烘膠溫度要低些，一般為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。烘膠必須達(dá)到膠塊內(nèi)外溫均勻，否則影響塑煉質(zhì)量和效率。

   (二)切膠和選膠

  煙片膠的包裝方式都是ll0kg左右的大膠包。為便于使用，必須首先切成小塊。生膠經(jīng)加溫后自烘膠房取出，在切膠前應(yīng)先剝除膠包的外包皮或刷洗除去表面的砂粒其他雜物，然后才能進(jìn)行切割。  切膠用單刃立式切膠機(jī)或多刃立式及臥式切膠機(jī)，具體依生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件而定。
生膠切割后，須經(jīng)外觀檢查，并注明膠種。若膠包中有不符等級(jí)品種質(zhì)量規(guī)定的生，或有雜質(zhì)、霉?fàn)€等現(xiàn)象，應(yīng)加以挑選和分級(jí)處理，以便按質(zhì)量等級(jí)適當(dāng)選用。

   (三)破膠

  用開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行塑煉時(shí)，為了提高生產(chǎn)效率和保證質(zhì)量及設(shè)備**，在塑煉前有的還要切好的膠塊用破膠機(jī)進(jìn)行破膠。破膠時(shí)輥溫在45C以下，輥距保持在2—3mm，讓膠料逼輥距幾次即可，一般2～3次：破膠操作應(yīng)注意避免被彈出的膠塊打傷

   二、開(kāi)煉機(jī)塑煉工藝

  開(kāi)煉機(jī)塑煉是應(yīng)用*早的機(jī)械塑煉方法，至今還在使用。與其他機(jī)械塑煉方法相比，煉機(jī)塑煉法自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作危險(xiǎn)性大，所以不適于現(xiàn)代化規(guī)模生產(chǎn)。但由于開(kāi)煉機(jī)塑煉溫度低，塑煉膠可塑度均勻，膠料的耐老化性能和耐疲勞性較好，動(dòng)態(tài)下生熱性較小，機(jī)臺(tái)容易清洗，變換膠種靈活，另外設(shè)備投資較節(jié)省，所以適塑煉膠質(zhì)量要求高，膠料品種變化多和生產(chǎn)批量較小的加工。

 (一)開(kāi)煉機(jī)塑煉工藝方法  

   開(kāi)煉機(jī)塑煉的操作方法主要有包輥塑煉法、薄通塑煉法和化學(xué)增塑塑煉法。

   1．包輥塑煉法膠料通過(guò)輥距后，膠片包在前輥筒表面上，隨著輥筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)重新回到輥距的上方并再一次進(jìn)入輥距，這樣反復(fù)通過(guò)輥距受到捏煉，直至達(dá)到規(guī)定的可塑度要求為止，然后下片、冷卻。這就是一次完成的包輥塑煉法，又叫一段塑煉法。一段塑煉法的塑煉操作和膠料的停放管理比較簡(jiǎn)單方便，但塑煉時(shí)間長(zhǎng)，效率低，*終能獲得的可塑度也較低，不適用于塑煉膠可塑度要求較高的生咬塑煉。萬(wàn)客化工在線

  分段塑煉法是先將膠料包輥塑煉一定時(shí)間，通常10～15min，然后下片、冷卻和停放4一8h，再將停放后的膠料重新放到煉膠機(jī)上進(jìn)行**次包輥塑煉一定時(shí)間，并下片、冷卻和停放。這樣反復(fù)塑煉數(shù)次，直至達(dá)到要求的可塑度為止。通常分兩段塑煉法和三段塑煉法即可。具體依可塑度要求而定。
  分段塑煉法膠料管理比較麻煩，所需膠料停放面積較大，但塑煉溫度較低，塑煉效果較好，能達(dá)到任意的可塑度要求，適用于可塑度要求較高的生膠塑煉。
   2．薄通塑煉法薄通塑煉的輥距在imm以下，膠料通過(guò)輥距后不包輥而直接落在接料盤上，等膠料全都通過(guò)輥距后，再將膠料返回到輥距上方重新通過(guò)輥距，這樣反復(fù)數(shù)次，直至達(dá)到要求的可塑度為止。具體依可塑度要求而定。膠料的可塑度要求越高，需要通過(guò)輥距的次數(shù)也就越多。薄通塑煉法膠料散熱快，冷卻效果較好，機(jī)械塑煉效果大，塑煉膠可塑度均勻，質(zhì)量高，能達(dá)到任意的塑煉程度，是開(kāi)煉機(jī)塑煉中*普遍采用的和行之有效的塑煉方法。適用于各種生膠的塑煉加工，也可采用分段方法。
   3．化學(xué)增塑塑煉法開(kāi)煉機(jī)塑煉時(shí)，可采用化學(xué)塑解劑增加機(jī)械塑煉效果，提高塑煉生產(chǎn)效率并節(jié)約能耗。適用的化學(xué)塑解劑類型為游離基接受體型及混合型化學(xué)塑解劑，如國(guó)產(chǎn)的化學(xué)塑解劑SJ—103及進(jìn)口的RenacitV等，化學(xué)塑解劑應(yīng)以母膠形式使用，并應(yīng)適當(dāng)提高開(kāi)煉機(jī)的輥溫。

   (二)開(kāi)煉機(jī)塑煉的影響因素

  影響開(kāi)煉機(jī)塑煉的因素主要有容量、輥距、輥速與速比、輥溫、塑煉時(shí)間、化學(xué)塑解劑等。
   1．容量容量就是一次煉膠的膠料容積。塑煉容量的大小取決于設(shè)備規(guī)格與生膠種類，容量過(guò)大，輥距上方的積存膠數(shù)量過(guò)多，不僅使散熱困難，膠溫升高，降低塑煉效果，而且使單位時(shí)間內(nèi)膠料通過(guò)輥距的次數(shù)減少，生產(chǎn)效率下降，同時(shí)還會(huì)加大操作的勞動(dòng)強(qiáng)度；容量過(guò)小也會(huì)降低塑煉的生產(chǎn)效率
   合理的容量應(yīng)根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
   Q=K·D·L 

式中Q—塑煉容量，L；

  K—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取值范圍為0.0065～0.0085，L／cm2；

   D——前輥簡(jiǎn)直徑，cm；

  L——輥筒工作部分長(zhǎng)度，cm。

 合成膠塑煉時(shí)生熱量多，升溫快，應(yīng)適當(dāng)減小容量，如丁腈橡膠塑煉容量一般比天然橡膠低20％～25％。

 2．輥距輥速和速比一定時(shí)，輥距越小，機(jī)械塑煉效果越大，同時(shí)因膠片減薄，冷卻效果改善又進(jìn)一步提高了機(jī)械塑煉效果。例如，天然生膠開(kāi)煉機(jī)塑煉時(shí)的輥距從4mm減至0.5mm時(shí)，膠料的門尼粘度在同樣薄通次數(shù)內(nèi)迅速降低。
  由此可見(jiàn)，采用薄通塑煉法是比較合理的。這種方法對(duì)合成橡膠塑煉也很有效。例如難以塑煉的丁腈橡膠等只有采用薄通塑煉法才能獲得較好的塑煉效果。
   3．輥速和速比輥距一定，提高開(kāi)煉機(jī)輥筒的轉(zhuǎn)速或速比都會(huì)增大膠料的機(jī)械剪切作用，從而提高機(jī)械塑煉效果，因此，開(kāi)煉機(jī)塑煉時(shí)的速比較大，一般在1.15～1.27范圍內(nèi)。但速比過(guò)大又會(huì)使生膠升溫過(guò)快，反過(guò)來(lái)又會(huì)降低機(jī)械的塑煉效果，并加大塑煉過(guò)程的能耗；速比過(guò)小也會(huì)降低機(jī)械塑煉效果和生產(chǎn)效率。

   4．輥溫開(kāi)煉機(jī)塑煉溫度用輥筒的表面溫度表示。輥溫低，塑煉效果好。實(shí)驗(yàn)證明，塑煉膠的可塑度與輥溫的平方根成反比關(guān)系。由于膠料塑煉時(shí)的摩擦生熱會(huì)使輥溫升高而降低機(jī)械塑煉效果，所以在塑煉過(guò)程中必須不斷向輥筒內(nèi)腔通入冷卻水冷卻輥筒，使輥溫保持在較低的溫度范圍內(nèi)。但若輥溫過(guò)低又容易造成設(shè)備超負(fù)荷而受到損害天然橡膠通?？刂魄拜仠囟仍?5～55℃，后輥溫度在40～50℃為宜，采用分段塑煉法和薄通塑煉法有利于輥溫的控制。
   5．塑煉時(shí)間在塑煉過(guò)程的*初10—15min，膠料的門尼粘度迅速降低，此后則漸趨緩慢。這是由于塑煉過(guò)程中膠料因生熱軟化，分子鏈之間易產(chǎn)生相對(duì)滑移，降低了機(jī)械作用為的效果所致。所以要獲較大的可塑度，*好的辦法就是分段進(jìn)行塑煉。每次塑煉的時(shí)間在20min以內(nèi)，不僅塑煉效率高，*終達(dá)到的可塑度也大。\
   6．化學(xué)塑解劑開(kāi)煉機(jī)塑煉時(shí)，采用化學(xué)塑解劑增塑時(shí)，可塑度在0.5以內(nèi)的塑性隨塑煉時(shí)間增加呈線性增長(zhǎng)，故不需分段塑煉。
  適用于開(kāi)煉機(jī)塑煉的化學(xué)塑解劑種類有：β—萘硫酚，二苯?！蚧?，二鄰苯甲酰胺基二苯基二硫化物(Pepton22)，五氯硫酚(RenacitV)及其鋅鹽(RenacitⅣ)，促進(jìn)劑M 和DM等。
   塑解劑的用量，天然橡膠一般為生膠重量的0.1％～0.3％，合成膠則應(yīng)增大為2％一3％。
  化學(xué)塑解劑不僅能提高機(jī)械塑煉效果，提高塑煉效率，節(jié)約電能消耗，還能減小塑煉膠停放過(guò)程中的彈性復(fù)原性和膠料的收縮率。萬(wàn)客化工在線,
  采用化學(xué)塑解劑增塑時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高開(kāi)煉機(jī)的輥溫，一般控制在70～75C為宜。若輥溫過(guò)高，例如溫度升高到85℃時(shí)，反而會(huì)降低塑煉效果，因?yàn)檫@時(shí)的機(jī)械剪切效果顯著降低，而熱氧化作用尚未達(dá)到足夠的程度。