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橡膠的混煉及混煉工藝
日期：2024-12-25 10:59
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摘要：
橡膠的混煉及混煉工藝
混煉就是將各種配合劑借助煉膠機(jī)機(jī)械力的作用均勻分散于橡膠中的工藝過(guò)程?；鞜掃^(guò)程就是將各種配合劑均勻地分散在橡膠中，以形成一個(gè)以橡膠為介質(zhì)或者以橡膠與某些能和它相容的配合組分（配合劑、其它聚合物）的混合物為介質(zhì)，以與橡膠不相容的配合劑（如粉體填料、氧化鋅、顏料等）為分散相的多相膠體分散體系的過(guò)程。對(duì)混煉工藝的具體技術(shù)要**：配合劑分散均勻，使配合劑特別是炭黑等補(bǔ)強(qiáng)性配合劑達(dá)到*好的分散度，以保證膠料性能一致?；鞜捄蟮玫降哪z料稱為“混煉膠”，其質(zhì)量對(duì)進(jìn)一步加工和制品質(zhì)量有重要影響。
混煉常用的設(shè)備是開(kāi)煉機(jī)和密煉機(jī)。
①開(kāi)煉機(jī)混煉開(kāi)煉機(jī)混煉的必要條件是根據(jù)各種橡膠的粘彈性、松弛時(shí)間和轉(zhuǎn)變溫度等基本性質(zhì)，選擇合適的輥溫（下表），使之處于包輥狀態(tài)，以便進(jìn)行混煉。
表1各種橡膠開(kāi)煉機(jī)混煉的適用溫度
混煉就是將各種配合劑借助煉膠機(jī)機(jī)械力的作用均勻分散于橡膠中的工藝過(guò)程?；鞜掃^(guò)程就是將各種配合劑均勻地分散在橡膠中，以形成一個(gè)以橡膠為介質(zhì)或者以橡膠與某些能和它相容的配合組分（配合劑、其它聚合物）的混合物為介質(zhì)，以與橡膠不相容的配合劑（如粉體填料、氧化鋅、顏料等）為分散相的多相膠體分散體系的過(guò)程。對(duì)混煉工藝的具體技術(shù)要**：配合劑分散均勻，使配合劑特別是炭黑等補(bǔ)強(qiáng)性配合劑達(dá)到*好的分散度，以保證膠料性能一致?；鞜捄蟮玫降哪z料稱為“混煉膠”，其質(zhì)量對(duì)進(jìn)一步加工和制品質(zhì)量有重要影響。
混煉常用的設(shè)備是開(kāi)煉機(jī)和密煉機(jī)。
①開(kāi)煉機(jī)混煉開(kāi)煉機(jī)混煉的必要條件是根據(jù)各種橡膠的粘彈性、松弛時(shí)間和轉(zhuǎn)變溫度等基本性質(zhì)，選擇合適的輥溫（下表），使之處于包輥狀態(tài)，以便進(jìn)行混煉。
表1各種橡膠開(kāi)煉機(jī)混煉的適用溫度
膠種 | 輥筒溫度/℃ | 膠種 | 輥筒溫度/℃ | ||
前輥 | 后輥 | 前輥 | 后輥 | ||
天然橡膠 | 55~60 | 50~55 | 氯醇橡膠 | 70~75 | 85~90 |
丁苯橡膠 | 45~50 | 50~60 | 氯磺化聚乙烯 | 40~70 | 40~70 |
丁腈橡膠 | 35~45 | 40~50 | 氟橡膠 | 23-37 77~87 | 77~87 |
氯丁橡膠 | ≤40 | ≤45 | 氟橡膠 | 23-11 49~55 | 47~55 |
丁基橡膠 | 40~45 | 55~60 | 丙烯酸酯橡膠 | 40~55 | 30~50 |
順丁橡膠 | 40~60 | 40~60 | 聚氨酯橡膠 | 50~60 | 55~60 |
三元乙丙橡膠 | 60~75 | 80左右 | 聚硫橡膠 | 45~60 | 40~50 |
加料順序是提高開(kāi)煉機(jī)混煉質(zhì)量的一個(gè)重要因素。加料順序不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致分散不均勻，脫輥、過(guò)煉，甚至發(fā)生早期硫化（焦燒）等質(zhì)量問(wèn)題。原則上應(yīng)根據(jù)配方中配合劑的特性和用量來(lái)決定加料順序，宜先加量少、難分散者。后加量大，易分散者；硫黃或者活性大、臨界溫度低的促進(jìn)劑（如超速促進(jìn)劑）則在*后加入，以防止出現(xiàn)早期硫化（焦燒）。液體軟化劑一般在補(bǔ)強(qiáng)填充劑等粉劑混完后再加入，以防止粉劑結(jié)團(tuán)、膠料打滑、膠料變軟致使剪切力小而不易分散。
橡膠包輥后，按下列一般的順序加料：橡膠、再生膠、各種母煉膠→固體軟化劑（如較難分散的松香、硬脂酸、固體古馬隆樹(shù)脂等）→小料（促進(jìn)劑、活性劑、防老劑）→補(bǔ)強(qiáng)填充劑→液體軟化劑→硫黃→超促進(jìn)劑→薄通→倒膠下片。
對(duì)于某些特殊膠料（如硬質(zhì)膠、海綿膠等），則需采取與上述一般加料順序不同的混煉方法。
除了輥溫和加料順序影響開(kāi)煉機(jī)混煉質(zhì)量之外，在操作上尚需注意：填膠容量不宜過(guò)多，否則不易混煉均勻，一般合成膠容量應(yīng)比天然橡膠小一些。在保證混煉質(zhì)量的前提下，混煉時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以防止膠料因過(guò)煉而導(dǎo)致物理機(jī)械性能下降和影響生產(chǎn)效率。輥筒速度和速比要適宜，既要有利于混合、分散，又不致因生熱過(guò)快導(dǎo)致早期硫化（焦燒）。
②密煉機(jī)混煉密煉機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)子、上下頂栓在密煉室中產(chǎn)生復(fù)雜的流動(dòng)方式和高剪切力，使橡膠配合劑和粒狀添加劑很快粉碎和均勻分散，是一種高效的混煉方法。但是高剪切力會(huì)使物料溫度在混煉中迅速上升，一般會(huì)達(dá)到130℃。這已超過(guò)了大多數(shù)硫化系統(tǒng)的活化溫度，會(huì)使膠料發(fā)生早期硫化（焦燒）。一般的做法是將大部分物料在密煉機(jī)中混煉，然后將膠料從密煉機(jī)排放到開(kāi)煉機(jī)上，在開(kāi)煉機(jī)上加硫化劑或超速促進(jìn)劑。由于開(kāi)煉機(jī)實(shí)際上只在輥縫線上對(duì)膠料有擠壓作用，而提供了很大的冷卻面積，致物料的溫度降低。在這一階段加入硫化劑可以避免膠料發(fā)生早期硫化（焦燒）。
密煉機(jī)混煉方法主要有一段混煉法、二段混煉法、引料法和逆混法：
（1）一段混煉法 指經(jīng)密煉機(jī)和壓片機(jī)一次混煉制成混煉膠的方法。通常加料順序?yàn)椋荷z→小料→填充劑或1／2→1／2炭黑→油料軟化劑→排料。膠料直接排入壓片機(jī)，薄通數(shù)次后，使膠料降至100℃以下，再加入硫黃和超促進(jìn)劑，翻煉均勻后下片冷卻。此法的優(yōu)點(diǎn)是比二段混煉法的膠料停放時(shí)間短和占地面積小，其缺點(diǎn)是膠料可塑性偏低，填充補(bǔ)強(qiáng)劑不易分散均勻，而且膠料在密煉機(jī)中的煉膠時(shí)間長(zhǎng)，易產(chǎn)生早期硫化（焦燒）。此法較適用于天然橡膠膠料和合成橡膠比例不超過(guò)50％的膠料。
(2)二段混煉法 將混煉過(guò)程分為兩個(gè)階段，其中**段同一段混煉法一樣，只是不加硫黃和活性較大的促進(jìn)劑，首先制成一段混煉膠（炭黑母煉膠），然后下片冷卻停放8小時(shí)以上。**段是對(duì)**段混煉膠進(jìn)行補(bǔ)充加工，待捏煉均勻后排料至壓片機(jī)加硫化劑、超促進(jìn)劑，并翻煉均勻下片。為了使炭黑更好地在橡膠中分散，提高生產(chǎn)效率，通常**段在快速密煉機(jī)（40r／min以上）中進(jìn)行，**段則采用慢速密煉機(jī)，以便在較低的溫度加入硫化劑。一般當(dāng)合成膠比例超過(guò)50％時(shí)，為改進(jìn)并用膠的摻合和炭黑的分散，提高混煉膠的質(zhì)量和硫化膠的物理機(jī)械性能，可以采用二段混煉法。
(3)引料法 在投料同時(shí)投入少量（1.5～2Kg）預(yù)混好的未加硫黃的膠料，作為“引膠”或“種子膠”，當(dāng)生膠和配合劑之間浸潤(rùn)性差、粉狀配合劑混入有困難時(shí)，這樣可大大加快粉狀配合劑（填充補(bǔ)強(qiáng)劑）的混合分散速度。例如，丁基橡膠即可采取此法。而且不論是在一段、二段混煉法或是逆混法中，加入“引膠”均可獲得良好的分散效果。
(4)逆混法 加料順序與上述諸法加料順序相反的混煉方法，即先將炭黑等各種配合劑和軟化劑按一定順序投入混煉室，在混煉一段時(shí)間后再投入生膠（或塑煉膠）進(jìn)行加壓混煉。其優(yōu)點(diǎn)是可縮短混煉時(shí)間。還可提高膠料的性能。該法適合于能大量添加補(bǔ)強(qiáng)填充劑（特別是炭黑）的膠種，如順丁橡膠、乙丙橡膠等，也可用于丁基橡膠。逆混法還可根據(jù)膠料配方特點(diǎn)加以改進(jìn)，例如抽膠改進(jìn)逆混法及抽油改進(jìn)逆混法等等。
橡膠包輥后，按下列一般的順序加料：橡膠、再生膠、各種母煉膠→固體軟化劑（如較難分散的松香、硬脂酸、固體古馬隆樹(shù)脂等）→小料（促進(jìn)劑、活性劑、防老劑）→補(bǔ)強(qiáng)填充劑→液體軟化劑→硫黃→超促進(jìn)劑→薄通→倒膠下片。
對(duì)于某些特殊膠料（如硬質(zhì)膠、海綿膠等），則需采取與上述一般加料順序不同的混煉方法。
除了輥溫和加料順序影響開(kāi)煉機(jī)混煉質(zhì)量之外，在操作上尚需注意：填膠容量不宜過(guò)多，否則不易混煉均勻，一般合成膠容量應(yīng)比天然橡膠小一些。在保證混煉質(zhì)量的前提下，混煉時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以防止膠料因過(guò)煉而導(dǎo)致物理機(jī)械性能下降和影響生產(chǎn)效率。輥筒速度和速比要適宜，既要有利于混合、分散，又不致因生熱過(guò)快導(dǎo)致早期硫化（焦燒）。
②密煉機(jī)混煉密煉機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)子、上下頂栓在密煉室中產(chǎn)生復(fù)雜的流動(dòng)方式和高剪切力，使橡膠配合劑和粒狀添加劑很快粉碎和均勻分散，是一種高效的混煉方法。但是高剪切力會(huì)使物料溫度在混煉中迅速上升，一般會(huì)達(dá)到130℃。這已超過(guò)了大多數(shù)硫化系統(tǒng)的活化溫度，會(huì)使膠料發(fā)生早期硫化（焦燒）。一般的做法是將大部分物料在密煉機(jī)中混煉，然后將膠料從密煉機(jī)排放到開(kāi)煉機(jī)上，在開(kāi)煉機(jī)上加硫化劑或超速促進(jìn)劑。由于開(kāi)煉機(jī)實(shí)際上只在輥縫線上對(duì)膠料有擠壓作用，而提供了很大的冷卻面積，致物料的溫度降低。在這一階段加入硫化劑可以避免膠料發(fā)生早期硫化（焦燒）。
密煉機(jī)混煉方法主要有一段混煉法、二段混煉法、引料法和逆混法：
（1）一段混煉法 指經(jīng)密煉機(jī)和壓片機(jī)一次混煉制成混煉膠的方法。通常加料順序?yàn)椋荷z→小料→填充劑或1／2→1／2炭黑→油料軟化劑→排料。膠料直接排入壓片機(jī)，薄通數(shù)次后，使膠料降至100℃以下，再加入硫黃和超促進(jìn)劑，翻煉均勻后下片冷卻。此法的優(yōu)點(diǎn)是比二段混煉法的膠料停放時(shí)間短和占地面積小，其缺點(diǎn)是膠料可塑性偏低，填充補(bǔ)強(qiáng)劑不易分散均勻，而且膠料在密煉機(jī)中的煉膠時(shí)間長(zhǎng)，易產(chǎn)生早期硫化（焦燒）。此法較適用于天然橡膠膠料和合成橡膠比例不超過(guò)50％的膠料。
(2)二段混煉法 將混煉過(guò)程分為兩個(gè)階段，其中**段同一段混煉法一樣，只是不加硫黃和活性較大的促進(jìn)劑，首先制成一段混煉膠（炭黑母煉膠），然后下片冷卻停放8小時(shí)以上。**段是對(duì)**段混煉膠進(jìn)行補(bǔ)充加工，待捏煉均勻后排料至壓片機(jī)加硫化劑、超促進(jìn)劑，并翻煉均勻下片。為了使炭黑更好地在橡膠中分散，提高生產(chǎn)效率，通常**段在快速密煉機(jī)（40r／min以上）中進(jìn)行，**段則采用慢速密煉機(jī)，以便在較低的溫度加入硫化劑。一般當(dāng)合成膠比例超過(guò)50％時(shí)，為改進(jìn)并用膠的摻合和炭黑的分散，提高混煉膠的質(zhì)量和硫化膠的物理機(jī)械性能，可以采用二段混煉法。
(3)引料法 在投料同時(shí)投入少量（1.5～2Kg）預(yù)混好的未加硫黃的膠料，作為“引膠”或“種子膠”，當(dāng)生膠和配合劑之間浸潤(rùn)性差、粉狀配合劑混入有困難時(shí)，這樣可大大加快粉狀配合劑（填充補(bǔ)強(qiáng)劑）的混合分散速度。例如，丁基橡膠即可采取此法。而且不論是在一段、二段混煉法或是逆混法中，加入“引膠”均可獲得良好的分散效果。
(4)逆混法 加料順序與上述諸法加料順序相反的混煉方法，即先將炭黑等各種配合劑和軟化劑按一定順序投入混煉室，在混煉一段時(shí)間后再投入生膠（或塑煉膠）進(jìn)行加壓混煉。其優(yōu)點(diǎn)是可縮短混煉時(shí)間。還可提高膠料的性能。該法適合于能大量添加補(bǔ)強(qiáng)填充劑（特別是炭黑）的膠種，如順丁橡膠、乙丙橡膠等，也可用于丁基橡膠。逆混法還可根據(jù)膠料配方特點(diǎn)加以改進(jìn)，例如抽膠改進(jìn)逆混法及抽油改進(jìn)逆混法等等。
