任务橡胶的混炼

项目二橡胶加工工艺学习目标知识目标1.熟悉橡胶加工的基本工艺过程2.掌握物料的配制对加工及制品性能的影响3.掌握橡胶的塑炼和混炼的原理及工艺参数4.掌握橡胶压延挤出的特点、工艺原理及工艺过程5.掌握橡胶硫化工艺历程及各阶段的特点6.掌握正硫化点的概念及其与制品性能的关系能力目标1.会根据配方及制品要求确定加工工艺过程2.能根据橡胶配方准确称量原材料3.能进行橡胶的塑炼、混炼操作并合理选择工艺条件4.能进行橡胶压延挤出操作并进行工艺参数的设定5.能进行橡胶硫化操作以及会确定硫化工艺条件6.会初步判断加工过程中出现的质量问题及解决方法项目二橡胶加工工艺任务1：原材料的加工与配合任务2：橡胶的塑炼任务3：橡胶的混炼任务4：橡胶的压延挤出任务5：橡胶的硫化任务3：橡胶的混炼1.开炼机混炼2.密炼机混炼学习内容

1.混炼概念和目的2.混炼的原理及影响因素

3.混炼工艺方法、特性、工艺条件

4.混炼的操作技能

5.各种橡胶的混炼特性学习要求专业能力目标

1.能制定混炼工艺规程（工艺方法、工艺条件、选择设备、工艺操作过程）。2.能进行混炼设备操作、维护。3.具有具体混炼操作的能力。方法能力目标1.初步具有系统分析、设计、实施、评价的能力。2.初步具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力。3.具有一定的自学能力、理解能力与表达能力。社会能力目标1.具有良好的职业道德和敬业精神。2.具有团队意识及妥善处理人际关系的能力。3.具有沟通与交流能力。学习指导

依据预先学习混炼的基本知识及混炼工艺，结合本组学习项目任务单和胶料生胶的混炼特性及所添加的配合剂的工艺特性，查阅有关资料，小组讨论确定胶料的混炼加工方法(加工设备、混炼段数、加料顺序)，同时确定具体混炼条件(辊距、辊温、速度、速比、加料顺序、操作过程等)。经班级发言讨论、修订后，最后确定具体实施方案。混炼炼的的目目的的、、意意义义和和要要求求为了了提提高高橡橡胶胶使用用性性能能、改进进工工艺艺性性能能和降低低成成本本，要要在在橡橡胶胶中中添添加加各各种种配配合合剂剂。。在炼炼胶胶机机上上将将各各种种配配合合剂剂加加入入生生胶胶中中制制成成混混炼炼胶胶的的工工艺艺过过程程称称之之为为混炼炼。混炼炼的内内涵涵混炼炼中中发发生生复杂杂的的物物理理、、化化学学变变化化，绝绝不不仅仅仅仅是是简简单单的的混混合合。。炭黑黑被生生胶胶和和软软化化剂剂浸浸润润和和分分散散炭黑黑与生生胶胶之之间间产产生生强强的的相相互互作作用用（（物物理理吸吸附附为为主主））表面面活活性性剂剂、、偶偶联联剂剂等与与填填料料发发生生物物化化作作用用，，促促进进其其在在基基体体中中的的分分散散和和界界面面结结合合、、稳稳定定分分散散状状态态软化化剂剂、、增增塑塑剂剂等溶溶胀胀橡橡胶胶，，降降低低橡橡胶胶分分子子缠缠结结和和相相互互作作用用机械械剪剪切切力力导致橡胶胶大分子子断裂、、分子量量降低，，可塑度度提高。。对混炼工工艺的要要求：使各种配配合剂全全部均匀匀地分散散于生胶胶中，保保证胶料料性能均均匀一致致。使配合剂剂（特别别是补强强剂）达达到最好好的分散散度，并并与生胶胶结合，，以获得得良好的的补强效效果。使胶料具具有一定定的可塑塑度，保保证各项项加工操操作顺利利进行。。在保证混混炼均匀匀的基础础上，尽尽可能缩缩短混炼炼时间，，提高生生产效率率，降低低能耗。。项目实施施橡胶混炼炼工艺流流程为：：生胶和和配合剂剂→原材材料加工工处理→→配合→→混炼→→冷却→→停放→→混炼胶胶。混炼方法法：①按混炼设设备有XK混炼法、、XM混炼法、、XJ混炼法三三种；②按混炼次次数可分分为一段段混炼法法、二段段混炼法法、多段段混炼法法；③按混炼时时的加料料顺序可可分为普普通加料料混炼法法（顺料料法）、、逆混炼炼法、引引料法（（种子胶胶法）。。开炼机和和密炼机机混炼方方法应用用最早，，至今仍仍在广泛泛使用，，并正在在向着采采用高压压、高速速密炼机机进行快快速混炼炼的方向向发展。。螺杆混混炼机混混炼是近近年来国国外刚刚刚发展起起来的一一种混炼炼方法，，目前国国内只有有个别厂厂家使用用。橡胶制品品生产的的工艺流流程塑炼成型硫化后处理混炼工艺性能使用性能混炼工艺艺对硫化化胶料的的最终质量量和后续加工工具有决定性的影响，，是最容易易产生质质量波动动的工序序。理想的混混炼是：：①配合剂分分散均匀匀，无喷霜和焦烧现象；②补强剂分分散度高高，且界面面结合良良好；③具有有合适的的可塑度；；④混炼速度度快、生产效效率高、、能耗低低、无污污染、劳劳动强度度低。混炼方法法1.按混炼设设备：有XK混炼法、、XM混炼法、、XJ混炼法；；2.按混炼次次数：可分为一一段混炼炼法、二二段混炼炼法、多多段混炼炼法；3.按加料顺顺序：可分为普普通加料料混炼法法（顺料料法）、、逆混炼炼法、引引料法（（种子胶胶法）。。子任务1开炼机混混炼使用开放式式双辊辊炼胶胶机(简称：：开炼炼机)进行混混炼工工艺。。优点：：灵活机机动性性强，，适合合多品品种、、小规规模、、小批批量生生产。。缺点：：生产效效率低低、劳劳动强强度高高、造造成环环境污污染、、易发发生工工伤事事故。。1.混炼过过程（1）包辊辊堆积胶包辊胶橡胶在在开炼炼机中中的几几种状状况1－不易易进入入辊缝缝；2－紧包包前辊辊；3－脱辊辊成袋袋囊状状；4－呈粘粘流态态包辊辊（2）吃粉粉料堆积胶胶断面面图（黑色色部分分表示示配合合剂随随皱纹纹沟进进入胶胶料内内部的的情况况）（3）翻炼炼混炼胶胶吃粉粉时断断面图图混炼的的第三三个阶阶段为为翻炼炼。由由于橡橡胶黏黏度大大，混混炼时时胶料料只沿沿着开开炼机机辊筒筒转动动方向向产生生周向向流动动，而而没有有轴向向流动动，而而且沿沿周向向流动动的橡橡胶也也仅为为层流流，因因此大大约在在胶片片厚度度约1／3处的紧紧贴前前辊筒筒表面面的胶胶层不不能产产生流流动而而成为为“死死层””或““呆滞滞层””，见见图4－3所示。。此外外，辊辊缝上上部的的堆积积胶还还会形形成部部分楔楔形““回流流区””。以以上原原因都都使胶胶料中中的配配合剂剂分散散不均均。因此此，，必必须须经经多多次次翻翻炼炼，，左右右割割刀刀、打卷卷或三角角包包，薄通通等，，才才能能破破坏坏死死层层和和回回流流区区，，使使混混炼炼均均匀匀，，确确保保质质地地均均一一。。2.开炼炼机机混混炼炼的的工工艺艺条条件件开炼炼机机混混炼炼依依胶胶料料种种类类、、用用途途和和性性能能要要求求不不同同，，工工艺艺条条件件也也各各有有差差别别。。但但对对整整个个混混炼炼过过程程，，需需考考虑虑工工艺艺条条件件。。（1）加加料料顺顺序序适合合的的加加料料顺顺序序有有利利于于混混炼炼的的均均匀匀性性。。加加料料顺顺序序不不当当，，轻轻则则影影响响分分散散均均匀匀性性，，重重则则导导致致脱脱辊辊、、过过炼炼，，甚甚至至发发生生焦焦烧烧。。以天天然然橡橡胶胶为为主主的的混混炼炼加加料料顺顺序序如如下下：：塑炼炼胶胶（（再再生生胶胶、、合合成成胶胶））或或母母炼炼胶胶→→固固体体软软化化剂剂→→小小料料（（促促进进剂剂、、活活性性剂剂、、防防老老剂剂））→→大大料料（（补补强强剂剂、、填填充充剂剂））→→液液体体软软化化剂剂→→硫硫黄黄、、超超促促进进剂剂加料料顺顺序序是是根根据据配配方方中中配配合合剂剂的的特特性性和和用用量量而而定定的的。。①一般般原原则则是是：a.固体体软软化化剂剂（（如如古古马马隆隆树树脂脂））较较难难分分散散，，所所以以先先加加；；b.小料料用用量量少少、、作作用用大大，，为为提提高高分分散散效效果果，，较较先先加加入入；；c.液体体软软化化剂剂一一般般待待补补强强填填充充剂剂吃吃净净以以后后再再加加，，以以免免补补强强填填充充剂剂结结团团和和胶胶料料打打滑滑；；d.若补补强强填填充充剂剂和和液液体体软软化化剂剂用用量量较较多多时时，，可可分分批批（（通通常常为为两两批批））交交替替加加入入，，以以提提高高混混炼炼速速度度；；e.最后后加加入入硫硫化化剂剂、、超超促促进进剂剂，，以以防防焦焦烧烧。。②当混混炼炼特殊殊胶胶料料时，，需需特特定定的的加加料料顺顺序序。。a.制备备硬质质胶胶胶料料，，由由于于硫硫黄黄用用量量高高（（30~50份）），，因因此此先先加加硫硫黄黄后后加加促促进进剂剂；；b.制备备海绵绵胶料料，，生生胶胶可可塑塑性性特特别别大大，，软软化化剂剂用用量量又又特特别别多多，，为为避避免免因因胶胶料料流流动动性性太太大大而而影影响响其其它它配配合合剂剂的的分分散散，，软软化化剂剂应应最最后后加加入入；；c.内胎胶料和胶布胶料应在在滤胶后后、压出出或压延延前在热热炼机上上加硫黄黄和超速速促进剂剂，以防防滤胶时时发生焦焦烧。（2）装胶容容量装胶容量量：与混混炼胶质质量有密密切关系系。容量量过大，，会使堆堆积胶量量过多，，容易产产生混炼炼不均的的现象；；容量过过小，不不仅设备备利用率率低，而而且容易易造成过过炼。（3）辊距：合理的装胶胶容量下，，辊距一般般以4~8㎜为宜。辊距距小，剪切切力较大，，这虽对配配合剂分散散有利，但但对橡胶的的破坏作用用大。而且且辊距过小小，会导致致堆积胶过过量，胶料料不能及时时进入辊缝缝，反而降降低混炼效效果。辊距距大，则导导致配合剂剂分散不均均匀。混炼炼过程中，，为了保持持堆积胶量量适当，配配合剂不断断混入、胶胶料总容量量不断递增增的情况下下，辊距应逐渐渐增大，以求相适适应。（4）辊温适当的辊温温有助于胶胶料流动，，容易混炼炼。辊温过过高，则导导致胶料软软化而降低低混炼效果果，甚至引引起胶料焦焦烧和低熔熔点配合剂剂熔化结团团无法分散散。辊温一一般应控制制在50~60℃。但在混炼炼含高熔点点配合剂（（如高熔点点的古马隆隆树脂）的的胶料时，，辊温应适适当提高。。表常用用橡胶开炼炼机混炼的的实用辊温温胶种辊温℃胶种辊温℃前辊后辊前辊后辊天然橡胶55~6050~55丁基橡胶40~4555~60丁苯橡胶45~5550~60顺丁橡胶40~5040~50丁腈橡胶35~4540~50三元乙丙橡胶60~7585左右氯丁橡胶≤40≤45聚氨酯橡胶50~6055~60（5）混炼时间混炼时间是是根据胶料料配方、装装胶容量及及操作熟练练程度，并并通过试验验而确定的的。在保证证混炼均匀匀的前提下下，可尽量量缩短混炼炼时间，以以免造成动动力浪费、、生产效率率下降以及及过炼现象象。过炼时时，胶料可可塑性会增增大（天然然橡胶）或或降低（大大多数合成成橡胶），，从而影响响胶料的加加工性能和和硫化胶物物理机械性性能。混炼时间一一般为20~30min，特殊胶料料可在40min以上。另外外，合成橡橡胶混炼时时间约比天天然橡胶长长1／3左右。（6）辊筒转速和和速比开炼机混炼炼时，辊筒筒转速一般般控制在16~18r／min，速比一般般为1:1.1~1.2。增加转速速，虽可缩缩短混炼时时间，提高高生产效率率，但操作作不安全。。速比越大大，剪切作作用越大，，虽可提高高混合速度度，但摩擦擦生热越多多，胶料升升温越快，，易于焦烧烧。因此开开炼机混炼炼时的速比比都应比塑塑炼小，合合成橡胶混混炼时的速速比应比天天然橡胶胶胶料小。3.开炼机机混炼炼工艺艺（1）混炼炼方法法：有一段混炼和和分段混炼两两种工工艺方方法。。①对含胶胶率高高或天天然橡橡胶与与少量量合成成橡胶胶并用用，且且补强强填充充剂用用量少少的胶胶料，，通常常采用用一段混炼法法。②对天然然橡胶胶与较较多合合成橡橡胶并并用，，且补补强填填充剂剂用量量较多多的胶胶料，，可采采用两段混炼方方法，，以便便两种种橡胶胶与配配合剂剂混炼炼得更更均匀匀。无论是是一段段混炼炼还是是两段段混炼炼，在在混炼炼操作作时，，都先先沿大牙牙轮一一侧加入生生胶、、母炼炼胶或或并用用胶，，然后后依据据配方方加入入各种种配合合剂进进行混混炼。。（2）开炼炼机混混炼加加料方方式：：有抽胶胶加料料和换换胶加加料两两种方方法。。抽胶加加料：：就是在在加料料过程程中加加完一一批配配合剂剂后抽抽出一一部份份胶料料保持持堆积积胶量量在一一定范范围内内再加加入下下一批批配合合剂，，依次次加完完配合合剂，，最后后一起起翻炼炼均匀匀。适适用于于生胶含含量高高者，配配合剂剂在辊辊筒中中间加加入。。换胶加加料：：就是加加料前前先将将胶料料分为为几部部分，，先加加入一一块包包辊加加胶，，加入入一批批配合合剂吃吃完后后，割割下全全部或或大部部，再再加另另一块块胶料料，加加入另另一批批配合合剂，，依次次加完完全部部配合合剂，，最后后一起起翻炼炼均匀匀。一一般适适用于于生胶含量量低者，配合剂剂在辊筒筒一端加加入。操作注意意事项：在吃粉粉时注意意不要割割刀，否否则粉状状配合剂剂会侵入入前辊和和胶层的的内表面面之间，，使胶料料脱辊，，也会通通过辊缝缝被挤压压成硬片片，掉落落在接料料盘上，，造成混混炼困难难。当所所有配合合剂吃净净后，加加入余胶胶，进行行翻炼。。（3）翻炼操操作方方法主主要有有：两面两两刀操操作法法三角包包操作作法打大卷卷操作作法打小卷卷操作作法取样操操作法法下片操操作法法子任务务2密炼机机混炼炼1.密炼机机混炼炼特点点优点：：安全性性好、、环境境污染染大大大减少少、自自动化化程度度高、、劳动动强度度低、、减少少混炼炼时间间、提提高生生产效效率（（5-10t/小时））。缺点：：密炼室室内温温度高高（控控制温温度是是关键键）；；需要要与其其他机机械（（挤出出机、、开炼炼机））一起起实现现连续续化生生产、、投资资大。。剪切型型啮合型型剪切型型：效率高高、快快速混混合、、适合合多段段混炼炼。啮合型型：分散效效果好好、生生热低低、适适合混混炼硬硬胶和和一段段混炼炼。2.密炼机机与开开炼机机的区区别：：（1）密炼炼机转转子比比开炼炼机辊辊筒转转速高高，转转子的的断面面结构构复杂杂，转转子之之间的的速比比变化化在1：0.91-1.47的范围围。另另外，，混炼炼室壁壁是固固定的的，与与转子子间的的速度度梯度度很大大，更更促使使胶料料本身身受到到强烈烈的摩摩擦、、撕裂裂和搅搅拌作作用。。（2）胶料料在密密炼室室中受受力作作用面面较开开炼机机大。。（3）密炼炼机转转子表表面有有棱面面花纹纹，使使胶料料翻转转并沿沿着转转子的的轴向向中心心翻动动，起起到了了开炼炼机手手工捣捣胶的的作用用。（4））密炼炼室内内炼胶胶时摩摩擦生生热大大，温温度较较高，，一般般为120-140℃，，随着着转子子转速速的提提高，，上顶顶栓压压力增增大，，温度度可达达到160℃以以上，，是橡橡胶受受到剧剧烈的的氧化化裂解解作用用，促促使生生胶塑塑性增增大。。3.胶料在在密炼炼机中中受力力及流流动特特点（1）胶料在密密炼机中受受力情况开炼机混炼炼时，真正正起混炼作作用的只是是在堆积胶胶部分和辊辊缝处，胶胶料在辊筒筒表面呈稳稳定的层流流。而密炼机中中则全部胶胶料同时受受到捏炼，，炼胶作用用不仅发生生在两个相相对回转的的转子间隙隙间，而且且胶料在转转子与混炼炼室壁的间间隙中，以以及转子与与上下顶栓栓的间隙中中都不断地地受到剪切切、挤压而而起到捏炼炼作用。由由此可见，，密炼机中中的胶料混混炼过程与与流动状态态要比开炼炼机混炼复复杂得多。。（2）胶胶料料在在密密炼炼机机中中的的流流动动特特点点①轴轴向向流流动动②周周向向流流动动3.密炼炼机机混混炼炼历历程程密炼炼机机混混炼炼历历程程分分湿润润、分散散及捏炼炼三个个阶阶段段。。这这三三个个阶阶段段可可以以用用混混炼炼时时测测得得的的电电机机负负荷荷功功率率曲曲线线加加以以分分析析，，如如图图所所示示。。密炼炼时时容容积积、、功功率率、、和和温温度度的的变变化化曲曲线线图图a-加入入配配合合剂剂、、落落下下上上顶顶栓栓；；b-上顶顶栓栓稳稳定定；；c-功率率低低值值；；d-功率率二二次次峰峰值值；；e-排料料；；f-过炼炼及及温温度度平平坦坦密炼炼机机混混炼炼历历程程随随混混炼炼时时间间的的增增加加，，功功率率出出现现两两次次峰峰值值（（b点及d点），胶料温温度不断上升升、容积从a点之后不断下下降。这就从从本质上反映映了橡胶和配配合剂混合的的全过程。判断一种生胶胶混炼性能的的优劣，常以以被混炼到均均匀分散所需需的时间来衡衡量。一般以以混炼时间一一功率图上出出现第二功率率峰的时间作作为分散终结结时间，称为为炭黑混入时时间BIT值，此值越小小，表示混炼炼越容易。有有时第二功率率峰值较为平平坦，BIT值不易精确测测定，亦可用用测定混炼胶胶的挤出物达达到最大膨胀胀值的时间来来表征炭黑一一生胶的混炼炼性能。4.密炼机混炼工工艺方法①密炼机混炼方方法按混炼次数主要有一段段混炼法、、二段混炼炼法、多段段混炼法；；②按加料顺序主要有普通通加料法、、引料法和和逆混法三三种。（1）一段混炼炼法一段混炼法法指经密炼炼机和压片片机一次混混炼制成混混炼胶的方方法。混炼作业一一次完成，，无中间停停放工序。。通常采用普普通加料法法，加料顺顺序为：生生胶→小料料→填充剂剂或1/2→1/2炭黑→油料料软化剂→→排料。胶胶料直接排排入压片机机，薄通数数次后，使使胶料降至至100℃以下，再加加入硫黄和和超促进剂剂，翻炼均均匀后下片片冷却、停停放。优点：省去停放胶胶料所占用用的厂房。。缺点：胶料可塑度度低、填充充剂分散不不易均匀，，分散周期期长，容易易发生焦烧烧。一段混炼方方式也可分分为传统法法和分段投投放法。（2）二段混炼法法随着合成橡橡胶用量的的增大及高高补强性炭炭黑的应用用，对生胶胶的互容性性以及炭黑黑在胶料中中的分散性性要求更为为严格。因因此，当合合成橡胶用用量超过50％时，为改改进并用胶胶的掺合和和炭黑的分分散，应采采用二段混混炼法。二段混炼是是先在密炼炼机上进行行除硫黄和和促进剂以以外的母炼炼胶混炼、、压片（或或造粒）、、冷却停放放一定时间间（一般在在8h以上），然然后再重新新投入密炼炼机（或开开炼机）中中进行补充充加工、加加入硫黄和和促进剂。。工艺方法：：混炼作业分分为两（多多）个阶段段完成，在在两段之间间，胶料要要经过出片片（或造粒粒）、冷却却与停放。。优点：a.显著提高胶胶料的分散散均匀性和和硫化胶料料的力学性性能；b.缩短混炼时时间——混炼时间较较一段混炼炼几乎减少少一；c.减少焦烧倾倾向。二段混炼的的两种方法：传统两段混混炼和分段段投放两段段混炼。一段与两段段混炼的性性能对比混炼方法300%定神应力，MPa拉伸强度，MPa伸长率，100%永久变形，%一段7.811.245113两段7.114.454714轮胎胶料一一段、两段段、三段密密炼机混炼炼时间对比比混炼方法一段两段橡胶、炭黑、分散剂（一段）；三段：软化剂、活性剂（两段）；硫黄、促进剂、防老剂（三段）混炼时间，min1196①传统两段混混炼第一段粗混：采用高速（40r/min）高压密炼机快速混合制备含炭黑和软化剂的母胶第二段慢速、控制胶温密炼或开炼出片、冷却停放母炼胶片＋硫黄和促进剂出片＋补充加工终炼胶上顶栓操作②分段投放两两段混炼该方法的基基本特征是是分段加入入橡胶，第一段母炼炼胶中炭黑黑含量较高高。这样使胶胶料形成微微观多相结结构，提高高硫化胶料料的力学性性能。第一段：80%左右生胶+所有配合剂剂（不包含硫硫黄和促进进剂）第二段：稀释分散出片、冷却却、停放高炭黑含量量母胶片（100：100）出片、冷却却、停放＋剩余20%生胶混入硫黄和和促进剂得到终炼胶用不同混炼炼方法制备备的丁腈橡橡胶CKH-18M硫化胶性能能对比指标传统两次混炼法新两段混炼法指标传统两次混炼法新两段混炼法200%定神应力，MPa7.07.4永久变形，%96拉伸强度，MPa2327.4耐久强度（多次伸长100%），千次78.2144.9伸长率，%305382用不同混炼炼方法制备备的三元乙乙丙橡胶橡橡胶CK3HT-40硫化胶性能能对比指标传统两次混炼法新两段混炼法指标传统两次混炼法新两段混炼法门尼粘度（ML1+4，100℃）5864硬度（THP）6460胶料内聚破坏力，N3952回弹率，%4143100%定神应力，MPa32.8耐寒系数（-50℃），KB0.050.2拉伸强度，MPa1621.8抗撕强度，KN/m2832伸长率，%270300耐久强度（多次伸长150%），千次2.616永久变形，%56（3）引料法方法：引料混炼法法在投料同同时投入少少量（1.5~2Kg）预混好的的未加硫黄黄的胶料，，作为“引引胶”或““种子胶””，再加其其它配合剂剂。优点：当生胶和配配合剂之间间浸润性差差、粉状配配合剂混入入有困难时时，采用引引料法可大大大加快粉粉状配合剂剂（填充补补强剂）的的混合分散散速度。应用：丁基橡胶即即可采取此此法。而且且不论是在在一段、二二段混炼法法或是逆混混法中，加加入“引胶胶”均可获获得良好的的分散效果果。（4）逆混法方法：加料顺序与与普通加料料法加料顺顺序相反的的混炼方法法，即先将将炭黑等各各种配合剂剂和软化剂剂按一定顺顺序投入混混炼室，在在混炼一段段时间后再再投入生胶胶（或塑炼炼胶）进