橡胶混炼工艺控制培训.ppt

橡胶混炼工艺控制 2004 6 培训目标 熟悉不同橡胶材料的混炼特性影响混炼胶质量的因素混炼胶质量的检验判定方法 培训系列内容 橡胶种类和性能 已作专题 橡胶配合剂的基本知识 橡胶的塑炼 橡胶的混炼 混炼胶的判定检验项目 硫化原理及质量控制 将作专题 橡胶加工过程 生胶 塑炼 配合剂 密炼机或开炼机混炼 开炼机加硫 硫化成型 压机或注塑机 炼胶是重要工序 生胶 原胶 部分 分类 已作为专题讲座 通用橡胶 价格便宜 产量大 NR IR SBR BR NBR CR IIR EPDM等特种橡胶 价格贵 要求高 FKM ECO CSM CPE ACM PU MVQ MFQ等 橡胶配合剂 配合剂部分要求 熟悉橡胶配合剂的分类 性质 用途懂得橡胶配合剂对工艺性能和成品性能的影响简单了解配合剂的主要作用机理配合剂种类繁多 包括以下几大体系 采购部 名称炼胶部 代号 一 橡胶硫化体系 1 橡胶硫化剂硫化剂在所有配合剂中最重要 是它通过化学反应使橡胶从塑性粘流状态变成高强度弹性状态 啤塑时的高温条件使该反应发生 硫化剂在混炼过程后期加入 2 常用硫化剂 化学工程师根据微观结构分类 1 硫磺 绝大部分通用胶采用 2 过氧化物类 即俗称熟水类 3 特种橡胶专用硫化剂 如硫化剂F 双酚AF 3 促进剂 数十种以上 1 促进剂的作用 使硫化剂反应加速 2 促进剂的类型和选用原则化学家按结构分类 工艺人员按酸性 中性 碱性分类 或按超速 中速 慢速分类 3 常用促进剂 M DM TT CZ BZ NOBS NA 22等等4 活性剂 1 活性剂的作用 使促进剂反应加速 2 活性剂种类 主要就是氧化锌 ZnO 氧化镁 MgO 和硬脂酸5 防焦剂 1 防焦剂的作用 使硫化开始时间延迟 又不影响总硫化时间 2 常用防焦剂 常用只有PVI 或CTP 二 橡胶防护体系 1 橡胶的老化 有的变硬 有的发粘 有的龟裂 1 橡胶的热氧老化 2 橡胶的臭氧老化 3 橡胶的疲劳老化2 橡胶防老剂常用防老剂 A D 4010 4010NA 264 SP MB 7F 石蜡等 三 橡胶的补强和填充体系 橡胶必须加入一些非常微小的刚性粒子 才能有足够的强度 才能有好的加工性能 又可以降低成本 1 黑色补强填料 炭黑 乌烟 到目前为止 所有填料中 炭黑对橡胶的补强加工性能最好 所以绝大部分橡胶制品都是黑色的 浅色制品和彩色制品综合性能一般都不如黑色制品 塑料不加补强剂已有很高强度 只需要加填充剂降低成本 因此大多数塑料制品是彩色的 炭黑的品种和分类 1 主要根据微观粒经的大小 可通过仪器测出 用数字分类 如N220 3N30 N550 N990等数字越小 粒子越细 补强性能越好 但加工性能也越差 硬度上升也越快 2 还有一些专用炭黑 如导电炭黑等 2 白炭黑 白乌 主要用于硅橡胶中 补强性能也很好 但加工性能差 加入量不能太多 3 其它填充剂 基本不起补强作用 主要降低成本 还可通过加工性能 1 碳酸钙 2 陶土 3 碳酸镁 4 硫酸钡 5 立德粉等等 四 橡胶的软化 增塑 体系 1 橡胶的软化 增塑 剂在橡胶中加入后能改善加工性能 并能降低制品硬度的有机物质 2 种类 1 石油或煤焦油产品 如环烷油 芳烃油 沥青 石油树脂 古马隆树脂等 2 植物油系 如松焦油 松香 大豆油等 3 合成酯类 如DOP DBP DINP TP 95等 五 其它配合剂 1 着色剂 色粉 1 着色剂的作用和要求 耐热 耐日光要好 2 无机着色剂 3 有机着色剂2 发泡剂 1 发泡剂的作用和要求 发孔要均匀可控 2 无机发泡剂 3 有机发泡剂 4 发泡助剂3 隔离剂 脱模剂 不能影响产品表面 1 无机隔离剂 脱模剂 2 有机隔离剂 脱模剂 3 聚合物隔离剂 脱模剂 五 其它配合剂 4 阻燃剂5 抗菌剂和防霉剂6 偶联剂 提高橡胶和填料的结合7 其它 现在越来越多功能性添加剂 对配合剂的要求 配合剂对橡胶制品质量有很大影响 必须满足以下要求 1 具有高度分散性 配合剂易于与生胶混合均匀 橡胶制品质量也就越好 2 容易被生胶湿润 与生胶有良好的亲和力和相容性 3 水分不能超标 否则会导致起泡 脱层等毛病 4 不能含有外来杂质 或能对生胶加速老化的有害金属 如铜 锰等 5 不应含有无机酸和能溶于水的盐类 这些对设备和模具有腐蚀作用 基础配方1ABC 橡胶配方知识 1 配方以上各种组分的比例 2 胶料配方的表示方法及换算关系 3 配方及物性指标的关系 基础配方1ABC 橡胶配料工艺 配方再好 也要通过配合工序的精确无误的计量来加以兑现 如果用错了配合剂 将造成不可补救的损失 原材料配合的公差以及配料误差对混炼工艺 质量有很大影响 要保证精度要求 保证原材料不吸潮 不变质 基础配方1ABC 塑炼 生胶的塑炼 橡胶的弹性给工艺加工带来很大困难 必须把生胶由弹性状态变为可塑性状态 这个过程称为塑炼 有开炼机低温塑炼 密炼机和螺杆挤出机高温塑炼 添加塑解剂塑炼 橡胶的可塑性不宜太大 太大会使橡胶制品的机械强度降低 永久变形增大 耐老化性 耐磨性和弹性降低 因此要防止生胶塑炼过度 要在满足工艺性能要求下 具有最适当的可塑度 基础配方1ABC 橡胶加工过程 影响塑炼的因素 塑炼对后期的混炼 对混炼胶的门尼粘度影响非常大 为保持胶料的稳定性 必须严格执行工艺条件 开炼机塑炼辊距 滚筒转速与速比 温度 时间和炼胶容量必须按照工艺要求 不可随意 密炼机塑炼以高温氧化占优势 因此与温度的关系最为密切 还取决于时间 转速 压力等因素 塑炼工艺条件举例 22寸开炼机塑炼NR为例 其工艺条件 炼胶容量50 55升 时间15min 辊温前辊55 60 后辊50 55 速比1 1 15 薄通7次 1 5mm辊距 辊距放宽至9mm后下片 冷却后备用 塑炼胶经检验后可塑度为0 34 0 005 橡胶可塑度的测定方法 物体加外力产生变形 当外力去掉后 变形一点也不恢复 这是完全的塑性体 变形完全恢复则是完全弹性体 橡胶介于二者之间 未硫化胶偏于塑性体 硫化胶偏于弹性体 将来会从塑炼工序就开始进行控制 要保持可塑度和门尼粘度的稳定 测定方法有 1 压缩型可塑计 1 威廉姆可塑计 2 德弗可塑计2 旋转扭力型可塑计门尼粘度计 几种合成胶的塑炼 NBR 粘度高 可塑度低 韧性大 生热多 塑炼困难 一般采用低温薄通的方法 30 40 容量为NR的1 2 1 3左右 IIR 塑炼困难 采用低温 小辊距操作 温度升高时 割下胶片 冷却后再塑炼 关键是必须注意清洁 塑炼前应清楚其它不饱和橡胶残余物 以免混入后影响质量 保持操作条件的恒定 混炼工艺 混炼工艺 就是将各种配合剂均匀地分散在橡胶中 使胶料成分完全均匀一致 硫化剂分散不均 就会使硫化曲线相差很大 炭黑分散不均就会使门尼粘度相差很大 整体混炼不好也会在各种物理及物化指标上反应出来 这些都可以检验出来 以评价胶料性能的一致性 混炼胶不稳定就会给啤塑工序带来严重影响 开炼机混炼 开炼机混炼生产效率低 劳动强度大 操作安全性差 粉料飞扬损失大 污染环境 胶料质量不高 所以在大规模生产中已不采用 但其灵活性大 适用于多品种 小批量生产 尤其适用于特种胶料和某些生热大的合成橡胶 硅橡胶和混炼型聚氨酯橡胶以及彩色胶料的混炼 所以开机混炼仍然占有一定的位置 开炼机加料顺序 先加入生胶及固体软化剂 其次加入促进剂 活性剂 防老剂 再加补强填充剂 液体配合剂 如果补强填充剂和液体软化剂较多时 可以分批加入 最后加入硫磺 想一想为什么 开炼机混炼历程 开炼机混炼可分为包辊 吃粉 翻炼三个阶段 包辊是开炼机混炼前提 由于生胶的性质和混炼工条件不同 混炼时生胶在开炼机辊筒上的行为有四种状态 如下图所示 1 生胶不能进入辊距或强制压入则成碎块2 紧包前辊 成为弹性胶带 不破裂3 脱辊 胶带袋囊状或破裂4 呈黏流态包辊 开炼机混炼方法 开炼机混炼有一段混炼和分段混炼两种工艺方法 对含胶率高或天然橡胶与少量合成橡胶 并且补强填充剂用量少的胶料 通常采用一段混炼法 对天然橡胶与较多合成橡胶并用 且补强填充剂较多的胶料 可采用两段混炼法 以便两种橡胶与配合混炼得更均匀 无论是一段混炼还是两段混炼 在混炼操作时 都先沿驱动端加入生胶 母炼胶或并用胶 然后根据配方加入各种配合剂进行混炼 在吃粉时注意不要割刀 否则粉状配合剂会侵入前辊和胶层的内表面之间 也会通过辊缝被挤压成硬片 造成混炼困难 当所有配合剂吃凈后 加入余胶 进行翻炼 翻炼操作方法主要有 1 薄通法 2 三角包操作法 3 斜刀法 八把刀法 4 打扭操作法和割倒操作法 5 打卷操作法 工艺条件对混炼效果的影响 有以下几个重要影响因素 1 容量 2 辊距 3 辊速与速比 4 辊温 5 加料顺序 6 混炼时间 开炼机混炼不同橡胶的最佳温度条件 密炼机混炼工艺参数 大批量生产胶料时 主要应用密炼机 密炼机的基本参数 密炼机容量 转子转速 胶料承受的压力 功率 混炼过程的特征取决于密炼室的体积填充度 密炼机的上顶栓压力 转子的转速和温度 一般填充系数为0 6 0 8 密炼机混炼工艺过程 普遍采用二段混炼法 在密炼机中一段混炼 不加硫化剂冷却下片 存放一段时间再在开炼机上加入硫化剂 停放的时间对于二段混炼的质量非常重要 在较低的温度下 胶料变硬 在二段混炼时再次受到激烈的机械作用 将一段混炼时没有混炼均匀的配合剂粒子 主要是炭黑粒子 搓开 加入不把胶料冷透 二段混炼效果则失去意义 密炼机混炼过程终点控制 通过下列参数控制给定的混炼时间 给定混炼室的最高温度 达到这一温度自动排料 给定单位能耗 即达到给定能耗水平后自动排料 几种橡胶的混炼工艺 丁腈橡胶混炼工艺 NBR NBR在混炼时发热量大 配合剂难于分散 NBR在开炼机上混炼时 应采取低温 小容量 小辊矩 慢加料的操作方法 以促进配合剂的均匀分散 NBR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 丁基橡胶混炼工艺 IIR 丁基橡胶的内聚强度低 自粘性差 包辊性差 与其它橡胶兼容性差 混炼丁基橡胶之前彻底清洗机台 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 开炼机焜炼时 采用引料法 即待引料胶包辊后再加生胶和配合剂 或薄通法 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 丁基胶包冷辊 粘辊要升高辊温 脱辊要降低辊温 速比不能超过1 1 25 否则空气易混入胶料中 引起产品起泡 氯磺化聚乙烯橡胶 CSM 特种胶基本上都采用开炼机混炼 氯磺化聚乙烯橡胶具有热塑性 加工中随着胶料温度上升 粘度迅速下降 氯磺化聚乙烯橡胶采用开炼机混炼时 包辊性良好 但因生热大 应注意冷却 辊温保持在40 70 范围内 若采用密炼机混炼时 装胶容量比其它橡胶大些 填充系数取70 75 排胶温度在105 110 以下 胶片后要注意干燥 因为水会促进其交联 导致焦烧 氯醚橡胶 ECO ECO一般不经塑炼即可进行混炼 均聚型氯醚橡胶门尼粘度低 包辊性良好 但易粘辊造成混炼困难 共聚型氯醚橡胶门尼粘度高 虽无粘辊倾向 但不易包辊 开炼机混炼均聚型氯醚橡胶要添加防粘剂 硬脂酸 硬脂酸锌或硬脂酸锡 开炼机混炼共聚型氯醚橡胶时 可先将生胶薄通2 3次 促进其包辊 开炼机混炼 辊温比一般橡胶要高一些 前辊70 75 后辊85 90 密炼机混炼比开炼机容易 混炼均聚型胶时 可将一部份投入密炼机 另一部份则在压片机上与硫化剂同时加入 辊温在90 以下 混炼共聚型胶时 操作助剂在压片机上加入 效果更好 聚丙烯酸脂橡胶 ACM ACM橡胶门尼粘度较低 可不用塑炼就直接进行混炼 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 也有利配合剂分散该胶包快速辊或高温辊 故前辊温度高些 辊距在2 3mm左右 薄通1 2次 加配合剂 混炼中配合剂良好 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 氟橡胶混炼工艺 氟橡胶的加工过程和使用设备 加工方法和一般橡胶的相同 由于它的结构特点 其加工性能较差 1 塑炼生胶在辊距0 3 0 5mm的