配合与塑混炼操作技术 课件 3.4 塑炼原理

《配合与塑混炼操作技术》塑炼原理薄通可塑度（威氏）门尼粘度（ML1+4100℃）粘均分子量（×106）时间/min次数000.08883.091.605150.10481.251.4322110.14576.601.1103160.33769.400.8906310.40758.000.6289480.51842.300.43815900.64629.300.298241340.70421.900.248362000.72416.500.212天然橡胶薄通塑炼时可塑度、粘度及分子量的变化高弹性来源：高分子量

高弹性是橡胶最宝贵的性能，却给加工工艺带来极大的困难，这是因为在加工过程中施加的机械功会无效地消耗在橡胶的可逆变形上。

生胶塑炼是使生胶由弹性状态转变成可塑性状态的工艺过程，生胶可塑性提高的本质就是橡胶的长链分子断裂，变成分子量较小的、链长较短的分子结构。一、塑炼的原理

1、机械力的作用2、氧的作用3、温度的作用4、化学塑解剂的作用5、静电的作用一、塑炼的原理

影响橡胶塑炼的因素1、机械力的作用●橡胶大分子链长径比大，自由状态下呈无规卷曲状态。一、塑炼的原理

●如果应力集中正好处在键能较低的弱键部位并超过其键能时，便会造成大分子链的断裂，周围空气中的氧稳定由机械力扯断所产生的橡胶自由基。机械力作用越大，大分子链被破坏的机会就越多，机械塑炼效果就越大。无规卷曲状态●当大分子链受到剪切作用时，分子链会沿着流动方向伸展，中央部位受力最大，伸展程度也最大，分子链的两端仍保持一定的卷曲状态。一、塑炼的原理

应力集中，机械力大于化学键键能分子链延展●当外力作用达到一定程度时，大分子链中央部位首先断裂。分子链越长，中央部位受力也越大，分子链也容易断裂。1、机械力的作用扯断：R-R→R·+R·

氧封端：R·+O→R分子量变化规律：

分子量大的含量缩小，中间处含量增加，低分子量变化小。平均分子量下降少，分子量分布变窄。机械力作用下的塑炼的特点：

橡胶分子链有选择性，分子量高的橡胶分子链优先断链；天然橡胶分子量分布与塑炼时间的关系A-塑炼时间10min

B-塑炼时间50min一、塑炼的原理

橡胶在机械力作用下，最初的机械断链作用表现最为剧烈，分子量下降最快，随后渐渐缓慢，到一定时间后不再变化。1、机械力的作用⑴炼胶机的基本参数：例如开炼机的辊距。⑵温度：温度越低，橡胶受力越大。⑶分子结构：天然橡胶双键上含有α-H，双键的键能下降，容易在此断链。影响因素机械塑炼特性橡胶分子链断链以机械力断链为主要因素的塑炼⑴质量好：质量好的指标是物理机械性能（弹性、强度），优先选择大分子断链。(2)效率低：机械塑炼靠机械力的的剪切作用，属于物理作用，效率低于化学作用。一、塑炼的原理

1、机械力的作用天然橡胶开炼机塑炼在N2、O2两种介质中门尼粘度的变化一、塑炼的原理

2、氧的作用

结果表明，在氧气中进行塑炼时，橡胶的可塑性增加得很快，而在相同温度下于氮气中长时间塑炼时，橡胶的可塑性几乎没有变化的。塑炼时间

min丙酮抽出物

％塑炼时间

min丙酮抽出物

％202.191502.47402.332002.53602.363004.611002.38

橡胶丙酮抽出物含量和塑炼时间的关系天然橡胶在塑炼过程中质量的变化一、塑炼的原理

2、氧的作用

在机械塑炼中，随着塑炼时间的延长，塑炼胶的质量和丙酮抽出物含量增加，丙酮抽出物主要是含氧化合物，这充分说明，在机械塑炼过程中氧确实参加了橡胶的化学反应过程。氧的作用特点：无选择性，所有的分子都有相同断链机率。分子量变化规律：所有分子都相同缩小，平均分子量下降，分子量分布不变。一、塑炼的原理

2、氧的作用氧在橡胶塑炼中所起的作用：一是稳定由机械力扯断所产生的橡胶自由基；二是直接使橡胶分子链产生氧化断链。影响因素温度：高温下，温度越高，氧化作用越大，塑炼效果越大。氧的浓度：浓度越大，吸氧越多，塑炼效果越大。氧化塑炼特性以氧化断链为主要因素的塑炼(1)质量不好：弹性、强度都下降(2)生产效率高：所有分子都相同缩小，平均分子量下降，分子量分布不变。一、塑炼的原理

2、氧的作用一、塑炼的原理

3、温度的作用天然橡胶在50～150℃范围内塑炼30min后，得到一条近于“U”型的曲线低温塑炼高温塑炼在低温塑炼阶段:一、塑炼的原理

3、温度的作用低温时，由于橡胶较硬，主要是靠机械破坏作用引起橡胶分子链的降解而获得塑炼效果。随着塑炼温度的不断升高，橡胶由硬变为柔软，分子链在机械力作用下容易产生滑动而难以被扯断，因而塑炼效果不断下降，在110℃附近达到最低值。

在高温塑炼阶段:一、塑炼的原理

3、温度的作用

主要是由氧的氧化裂解作用使橡胶分子链降解。

高温塑炼时，氧化对分子量最大至分子最小部分的作用是相同的，所以高温塑炼在平均分子量变小的同时，并不发生分子量分布变窄的情况，塑炼后，分子量很低的级分可能较多。

高温塑炼时，机械的作用主要是翻动和搅拌生胶，以增加生胶和氧接触的机会，从而加快橡胶的氧化裂解过程。五区论：①超低温区：橡胶硬度大，炼胶机功率消耗大，损伤设备②低温区：塑炼以机械断链为主，适合开炼机塑炼③中温区：塑炼效果最低④高温区：塑炼以氧化断链为主，适合密炼机和螺杆挤出机塑炼。⑤超高温区：温度高，化学反应的速度太快，工艺参数变化快，时间敏感度高，工艺难以控制一、塑炼的原理

3、温度的作用增强生胶塑炼效果，缩短塑炼时间，从而提高塑炼效率。一、塑炼的原理

4、化学塑解剂作用一是增塑剂本身受热、氧的作用分解生成自由基，而导致橡胶分子发生氧化降解；另一种是封闭塑炼时橡胶分子链断链的端基，使其失去活性，阻止其重新结聚。化学塑解剂