常用典型橡胶的混炼工艺特点
资讯类型:橡胶信息 加入时间:2018年3月30日14:46
                          常用典型橡胶的混炼工艺特点
                                  洪桂香
                     (湖北武汉市神风化工材料公司, 武汉430055)
    摘要:阐述几种典型橡胶的混炼工艺特点, 包括天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶和丙烯酸酯橡胶。
    关键词:混炼; 混炼胶; 工艺过程; 述评
    文章编号:1673-9647 (2014) 11-0017-05 中图分类号:TQ330.1+1 文献标识码:A
    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最好的分散度, 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效果最好。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, 在配合剂完全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彻底清洗机台, 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最先进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。
    8· 硅橡胶的混炼
    硅橡胶分热硫化型( 高温硫化硅胶HTV) 、室温硫化型(RTV), 其中室温硫化型又分缩聚反应型和加成反应型。
    硅橡胶不经塑炼即可混炼, 一般均采用开炼机操作。混炼中要保持低辊温(不超过50 ℃),短时间。生胶加入时先包前(慢) 辊, 混炼吃粉时转包后辊, 所以宜两面操作。包辊后即可加入配合剂, 待混合均匀, 胶料全部包辊及表面光滑即可。硅橡胶质地柔软, 混炼切割时要用腻子刀。混炼后的胶料要经过一定时间(>24 h) 停放, 以利于配合剂分散, 使用前必须经过回炼。混炼胶宜随炼随用, 时间过久, 硫化胶性能会降低。
    9· 氟橡胶的混炼
    氟橡胶门尼粘度高、刚性大, 磨擦生热大,一般混炼加工比较困难。开炼机混炼氟橡胶时,要小辊距, 少容量, 辊温控制在50~60 ℃。混炼开始, 先使辊筒冷却, 加入生胶薄通10 次左右,形成均匀的包辊胶, 调节辊矩保持少量堆积胶,然后加入配合剂, 混炼时间通常不做严格规定,但要求尽可能快速。氟橡胶较难采用密炼机混炼,但啮合型密炼机冷却系统较强, 可以混炼氟橡胶。混炼的胶料要应停放24 h 后才能使用, 使用前必须经过回炼, 使配合剂分散均匀, 提高胶料的流动性和自粘性。
    10 ·丙烯酸酯橡胶的混炼
    聚丙烯酸脂橡胶门尼粘度较低, 可不塑炼直接进行混炼。开炼机混炼时易粘辊, 同时包前后辊造成操作困难。因此, 辊温较低(30~50 ℃)有利防粘辊, 也有利配合剂分散。因该胶包快速辊或高温辊, 故前辊温度高些。辊距在2~3 mm左右, 薄通1~2 次, 加配合剂, 混炼中配合剂分散良好。密炼机混炼时无粘辊之虞, 且能缩短混炼周期, 但宜采低速混炼。
    ACM 胶料不需塑炼, 直接进行混炼。混炼时有可能粘辊或脱辊。应避免辊温过高, 可开足冷却水。装胶量不可过高, 为额定量的一半左右较合适。把辊距打到最小位置, 把硬脂酸压在辊筒上, 然后调到正常炼胶辊距。加入生胶, 包辊并保持适当积胶; 加入防老剂等小料; 加入炭黑等填料, 把落入接料盘的填料等重新加到辊筒上,直到完全混入胶中。填料加完后, 可把胶割下翻炼, 打包卷。如果粘辊不好割下, 可停车割下,以后就不会粘辊了。胶料割下后薄通5~10 次, 尽量混合均匀。薄通完成后, 如果辊温和胶温都不太高, 把辊距调到合适位置, 使辊筒上有适量积胶, 再加入硫化剂。硫化剂加完后, 薄通打包,尽量混合均匀。加硫化剂时, 如果辊温过高, 胶料易焦烧(提前自硫化)。但如果辊温过低, 又不利于硫化剂硬脂酸钠、钾等融化分散。一般控制温度在40~70 ℃左右为宜。加入硫化剂混合均匀后,出片冷却。混炼胶存放1~24 h 后, 返炼一次, 即可使用。加有硬脂酸钠、钾的胶料存放期可在一个月左右。而加有硬脂酸钠、钾又加有0.5 份3 号硫化剂的胶料在3 天内用完为宜, 否则可能焦烧。胶料在硫化时装模要快, 以防胶料在高温模具中提前硫化, 造成缺胶或产生气泡、裂口。特别是组合模操作更应注意。装模完成后, 加压时可慢些, 以防加压太快胶料未充满模腔而被压出模外造成缺胶。加压后快速排气1~2 次。胶料在混炼时, 储存时或硫化操作时如果发生焦烧现象, 会使硫化胶在搭头部分产生裂口, 或在胶中间留下较大气泡, 严重时会在胶面出现流痕, 表面粗糙不平, 还会影响骨架粘结。用硅烷偶联剂处理白炭黑时, 可在混炼时加完白炭后再加硅烷, 也可把硅烷加入白炭中后再混炼。
    11· 结束语
    只要更多了解常用典型橡胶的独特性能, 充分利用其混炼的工艺特点, 更好地解决废橡胶的回收再生利用问题, 降低橡胶的生胶价格, 典型橡胶应用领域和需求量将会取得更大的发展。
文章来自:中国橡胶助剂网
文章作者:网络管理员
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