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1、第六章生胶塑炼工艺,一塑炼的定义通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方式，使生胶由原来的强韧的高弹性状态转变为柔软而富有可塑性的状态的工艺过程。塑性（可塑性）：橡胶在发生变形后，不能恢复其原来状态，或者说保持其变形状态的性质。,第七章 生胶的塑炼,橡胶制品的基本工艺过程：,塑炼,压延挤出,混炼,成型,硫化,塑炼：指把具有弹性的生胶转变成可塑性胶料的工艺过程。,塑炼胶：指经过塑炼获得一定可塑性的胶料。,可塑性：指橡胶受外力作用产生变形，当外力消除后橡胶仍能保持其形变的能力。,通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方式,第一节 塑炼的目的和意义,一、塑炼的目的,1.减小弹性，提高可塑性；,2
2、降低粘度，改善流动性；,3提高胶料溶解性和成型粘着性,二塑炼胶的质量要求,（1）可塑度要适当,（2）塑炼均匀,1.应满足加工工艺要求，在此基础上应具有最小的可塑性。2.根据混炼胶工艺性能和制品性能的要求来确定。,可塑度的表示方法威廉氏可塑度P华莱士可塑度P0 门尼粘度 ML1+4100,按标准规定，威廉氏可塑性测定采用直径为16+0.5mm，高为10+0.3mm的圆柱形试样。为防止发粘，试样上下可各垫一层玻璃纸。实验时，先将试样预热3分钟，测量在负荷作用下的高度，然后去掉负荷，取出试样在室温下放至3分钟，测量恢复后的高度，压缩变形量由百分表指示。,门尼粘度计是一个标准的转子，以恒定的转速（一般
3、2转/分），在密闭室的试样中转动。转子转动所受到的剪切阻力大小与试样在硫化过程中的粘度变化有关，可通过测力装置显示在以门尼为单位的刻度盘上，以相同时间间隔读取数值可作出门尼硫化曲线，当门尼数先降后升，从最低点起上升5个单位时的时间称门尼焦烧时间，从门尼焦烧点再上升30个单位的时间称门尼硫化时间。,应用,门尼粘度高胶料不易混炼均匀及挤出加工，其分子量高、分布范围宽。门尼粘度低胶料易粘辊，其分子量低、分布范围窄。门尼粘度过低则硫化后制品抗拉强度低。,混炼工艺一般要求胶料的门尼粘度在60压延纺织物擦胶工艺要求胶料的门尼粘度在40,按照GB 1232标准规定，转动(门尼)粘度以符号Z100 1+4 表
4、示。其中Z转动粘度值；1预热时间为1min；4转动时间为4min；100试验温度为100。习惯上常以ML100 1+4 表示门尼粘度,三生胶的增塑方法和原理（一）增塑方法物理增塑法加入低分子增塑剂，利用低分子物质对橡胶的物理溶胀作用来减小大分子间的相互作用力，以降低胶料的粘度，提高其可塑性和流动性。化学增塑法利用某些化学物质对生胶大分子链的化学破坏作用来减小生胶的弹性和粘度，以提高其可塑性和流动性。机械增塑法利用机械的高剪切力作用，使橡胶大分子链破坏降解而获得可塑性。,（二）塑炼原理生胶的分子量与可塑性有着密切的关系。分子量越小，可塑性就越大。生胶经过机械塑炼后，分子量降低，粘度下降，可塑性增
5、大。由此可见，生胶在塑炼过程中，可塑性的提高是通过分子量的降低来实现的。0聚合物熔体的最大粘度；A特性常数；MW聚合物的重均分子量,1.生胶机械塑炼的增塑机理,在低温下（冷塑炼）：在机械力作用下首先切断橡胶大分子链生成大分子自由基。（机械力引发橡胶大分子的断链，氧作为自由基接受体，起着阻断自由基的作用。）,在高温下（热塑炼）：机械力切断橡胶大分子生成自由基的几率减少。橡胶大分子在机械力的活化作用下，氧引发橡胶大分子的断链。（机械力起到应力活化作用，氧作为自由基引发体，引发橡胶大分子的断链。）链终止：橡胶氢过氧化物不稳定，分解生成较小的大分子，连锁反应终止。,2影响塑炼的因素：（1）机械力的作用
6、根据理论分析，机械力对橡胶分子的断链作用，可表示为：式中 分子链断链的几率；K1、K2常数；E分子链的化学键能；F0作用于分子链上的力；分子链断链时伸长长度；F0 分子链断链时消耗的机械功；低温塑炼要求尽可能地降低辊温和胶温。（2）氧的作用实验证明，生胶结合0.03%的氧就能使分子量减少50%；结合0.5%的氧，分子量由10万降到5000。生胶塑炼时，随着塑炼时间的延长，橡胶质量和丙酮抽出物（其中含有氧化合物）的含量不断增加，可见氧在塑炼过程中与橡胶分子起了某种加成作用，参与了橡胶的化学反应。,塑炼效率,（3）温度的作用存在双重影响：低温区（110），随着温度升高，塑炼效果提高。氧的氧化作用,
7、（4）静电作用塑炼过程中，胶料受到强烈的摩擦作用产生静电。静电积累产生放电现象，使空气中的氧活化变为原子态氧和臭氧，加速橡胶分子的氧化断链作用。（5）化学塑解剂通过化学作用，增强生胶的塑炼效果，缩短塑炼时间的化学药品。它也是橡胶再生过程的再生活化剂。a接受型塑解剂（低温塑解剂）：苯硫酚、五氯硫酚等。b引发型塑解剂（高温塑解剂）：过氧化苯甲酰（BPO）、偶氮二异丁腈（AIBN）等。c混合型塑解剂（链转移型塑解剂）：促进剂M、DM和2，2-二苯甲酰胺二苯基二硫化物等。,11.2 塑炼方法及影响因素,一准备工艺1烘胶NR烘胶温度一般在5060，时间为2436h，冬季加热时间为3672h。CR烘胶温度
8、一般在2440，时间为46h。烘胶温度不宜过高，否则会影响橡胶的物理机械性能。2切胶用切胶机将生胶切成小块，每块重量视胶种而异，NR每块1020kg，CR每块不超过10kg。3破胶橡胶块需用破胶机破胶，以便塑炼。破胶辊距一般为23mm，辊温控制在45以下。,二开炼机塑炼工艺（一）开炼机塑炼的原理开炼机的两个辊筒以不同的转速相对回转，胶料放到两辊筒间的上方，在摩擦力的作用下被辊筒带入辊距中。由于辊筒表面的旋转线速度不同，使胶料通过辊距时的速度不同而受到摩擦剪切作用和挤压作用，胶料反复通过辊距而被塑炼。,开炼机技术特征 其规格通常以前辊的直径大小来表示。如 X K360 X橡胶用的设备 S塑料用设
9、备（S/M）K开炼机 M密炼机360前辊直径，mm 过去用英寸表示（14英寸）,后辊,前辊,后辊,前辊,后辊,前辊,后辊,前辊,后辊,前辊,（二）开炼机塑炼的工艺方法1包辊塑炼法把胶片包在前辊上，让其自然地反复过辊塑炼，直至达到规定的可塑度要求为止。缺点：塑炼时间长，效率低，最终获得的可塑度也较低。又分为：一段塑炼：塑炼时间长，效率低，不适用于可塑度要求较高的生胶塑炼。分段塑炼：包辊塑炼1015min，下片、冷却、停放48h后，再进行下一次塑炼，直至达到要求的可塑度为止。通常分为两段塑炼和三段塑炼，具体依可塑度要求而定。,2薄通塑炼法辊距在1mm以下，胶料通过辊距后不包辊而直接落到接胶盘，让胶
10、料返回到辊距上方重新通过辊距，这样反复数次。优点：胶料散热快，冷却效果较好，塑炼胶可塑度均匀，质量高，能达到任意的塑炼程度。3化学增塑塑炼法采用化学塑解剂增加塑炼效果，提高塑炼生产效率并节约能耗。化学塑解剂应以母胶的形式使用，并应适当提高开炼机的辊温。,（三）开炼机塑炼的影响因素1装胶容量装胶容量取决于开炼机的规格，容量大，散热困难，胶温升高，降低塑炼效果；容量过小则降低生产效率。合成橡胶塑炼时生热大，装胶容量应比NR少。2辊距辊距越小，机械塑炼效果越明显。薄通时实际使用辊距一般为0.51mm。3辊速和速比辊距一定，提高开炼机的辊速或速比会增大胶料的机械剪切作用，从而提高机械塑炼效果。开炼机的
11、速比一般在1.151.27之间。速比过大，升温加快。,4辊温辊温低，塑炼效果好。辊温过低容易造成设备超负荷而受到损害。塑炼温度与生胶胶种有关，NR通常控制前辊温度在4555，后辊温度在4050为宜。5塑炼时间在塑炼过程的最初1015min，胶料的门尼粘度迅速降低，此后渐趋缓慢。6化学塑解剂使用塑解剂能提高塑炼效果，缩短塑炼时间，减小弹性复原。使用化学塑解剂时，适当提高温度会提高塑炼效果，塑炼温度一般以7075为宜。塑解剂的用量，在NR中一般为生胶重量的0.10.3%，合成橡胶则应增大到23%。,开炼机塑炼的工艺条件*,辊温：4555以下 辊距：采用较小的辊距 塑炼时间：不超过20min 辊速和
12、速比：11.151.27 装胶容量：V=KDL,总之，若塑炼控制“低温，小辊距，不超20min，控制投料量”，则塑炼效率高。,三密炼机塑炼工艺优点：自动化程度高，生产效率高，节能，劳动强度低；缺点：温度高，冷却困难，易过炼，出料为无定形状，需要配备相应的压片机。（一）密炼机的工作原理物料从加料斗加入密炼室后，加料门关闭，压料装置的上顶栓降落，对物料加压。物料在上顶栓压力及摩擦力的作用下，被带入两个具有螺旋棱、有速比的、相对回转的两转子的间隙中，致使物料在由转子与转子，转子与密炼室壁、上顶栓、下顶栓组成的捏炼系统内，受到不断变化和反复进行的剪切、撕拉、搅拌和摩擦的强烈捏炼作用，从而达到塑炼的目的
13、。,密炼机,密炼机的主要工作部件：密炼室，转子，上顶栓，下顶栓，冷却系统，润滑系统，密封及传动装置等。,物料在密炼室中主要受到几种作用：1转子间及转子与混炼室内壁间的作用；2转子棱间的搅拌作用；3转子轴向的往复切割作用。（二）密炼机塑炼的工艺方法密炼机塑炼的工艺方法有一次塑炼法、分段塑炼法和化学增塑塑炼法三种。,三）影响密炼机塑炼的因素1温度密炼机塑炼属高温塑炼，生胶在密炼机内受高温及剧烈的机械剪切作用，以高温氧化为主，可在短时间内获得所需要的可塑度，一般密炼机的塑炼温度为120以上，有的甚至可达到160，但温度过高会导致橡胶物理机械性能下降。一般NR塑炼时的温度不超过155为宜。采用密炼机塑
14、炼合成橡胶，以免产生凝胶。温度范围要视胶种具体特性而定。对于SBR，温度应控制在155以下，以免产生凝胶。使用塑解剂时，塑炼温度可控制在160。2转速转速快，塑炼效率高。转速从25转提高到75转，塑炼时间从30min缩短到10min。转速的提高必然会加速胶料生热升温，因此必须加强冷却。,3时间用密炼机塑炼，胶料的可塑度随塑炼时间的增加而增加。使用塑解剂进行塑炼时，塑炼效果会提高，塑炼时间可缩短30%50%。4上顶栓压力上顶栓必须加压，以增加转子对胶料的剪切作用。压力过小，不能压紧胶料，但压力过大，又会造成设备负荷过大。上顶栓压力一般为0.50.8MPa。5装胶容量各种规格密炼机的装胶容量为密炼
15、室容积的48%62%。6化学塑解剂密炼机塑炼温度高，采用化学塑解剂增塑法合理有效，不仅能充分地发挥塑解剂的增塑效果，而且在同样条件下会降低排胶温度，提高塑炼胶质量。,四螺杆塑炼机塑炼工艺(一)螺杆塑炼机工作原理在螺杆塑炼机中，生胶一方面受到螺杆的强烈的机械搅拌作用，另一方面，由于生胶受螺杆与机身内壁的摩擦产生大量的热，温度高达150180，从而加速氧化裂解，获得塑炼效果。优点：能连续生产，生产能力大，适用于大型轮胎厂。缺点：排胶温度高，塑炼胶的热可塑性大，质量不均，排胶不规则。,螺杆塑炼机,（二）影响螺杆塑炼机塑炼的因素1塑炼温度若温度偏低，设备负荷偏大，塑炼胶可塑度偏低，且不均匀若温度太高，
16、易使大分子链过度氧化降解而损害胶料质量。因此，塑炼温度必须控制在适当的范围内。NR塑炼温度一般控制在机尾60以下，机身8090，机头90100，排胶温度180以下。2喂料速度喂料速度要适当而均匀。速度过快，胶料在机筒内的停留时间短，塑炼不均匀，出现夹生现象。速度太慢，不仅降低生产效率。3排胶孔隙大小排胶孔隙大小依胶料塑炼程度要求而定。孔隙小，排胶速度和排胶量减小，胶料可塑度偏大，生产效率降低。反之，出胶孔隙加大，排胶量大，生产能力提高，但塑炼胶的可塑度偏低且不均匀。,五塑炼后的补充加工1压片或造粒2冷却与干燥3停放干燥后的胶片按规定堆放48h以上才能供下道工序使用。4质量检验,常用橡胶的塑炼特
17、性,低温下塑炼，生胶必须具备条件：,大分子链中有较弱的化学键,大分子链中易受到机械力的作用,大分子链生成的自由基较稳定,大分子链生成的氢过氧化物分解时应导致大分子链断裂而不是交联,绝大多数SR的塑炼较NR困难 的原因：丁二烯合成胶分子链中不具备NR中的甲基共轭效应。合成胶的分子量一般都比较低，初始粘度低。多数合成胶在外力拉伸下结晶很小或根本不发生结晶。低温下丁二烯类橡胶大分子链被外力破坏生成的自由基的化学稳定性比NR低，缺氧时易发生再结合而失去机械塑炼效果。SR分子结构不如NR稳定，在贮存过程中易发生结构化反应使门尼增大。,常用生胶的塑炼特性：NR：低温、薄通 SBR：高温塑炼，严格控制温度和时间 BR：一般不需塑炼 CR：一般不需塑炼 IIR：密炼机120以上，加入塑解剂 DCP NBR：低温、薄通，分段塑炼,IR，CRSBR，BR，IIR NBR,
