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塑胶技术--生胶应怎样塑炼/丁腈混炼胶

塑胶技术--生胶应怎样塑炼/丁腈混炼胶

文章来源:http://www.yongxinxiangjiao.com/news/88.html    时间:2012-08-16

塑胶技术--生胶应怎样塑炼/丁腈混炼胶

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,使橡胶由强韧的高弹性状态转变为柔软的塑性状态的过程。

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。

二.塑炼的目的和要求

1.塑炼的目的

减小弹性,提高可塑性;降低粘度;改善流动性;提高胶料溶解性和成型粘着性。

2.塑炼胶的质量要求

(1)可塑度要适当

应满足加工工艺要求,在此基础上应具有小可塑性。过度塑炼会降低硫化胶的强度、弹性、耐磨性等,而且会增加动力消耗。

塑炼程度:根据混炼胶工艺性能和制品性能的要求来确定。

如:供胶、浸胶、刮胶、擦胶和制造海绵等用途的胶料,要求的可塑度较大,生胶的塑炼程度要高些。供模压用的胶料,则要求可塑性宜小。

一般:胶管外层胶可塑度:0.3~0.35;

胶管内层胶:0.25~0.3;

胎面胶:0.22~0.24;

胎侧胶0.35左右;

海绵胶0.5~0.6

(2)塑炼均匀


三.生胶的增塑方法和原理

(一)增塑方法

(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,可塑性越大。生胶经过机械塑炼后,分子量降低,粘度下降,可塑性增大。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。
丁腈混炼胶
0—聚合物熔体的大粘度;A—特性常数;MW—聚合物的重均分子量

1.机械塑炼过程机理

在低温下: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: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

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ρ—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;δ—分子链断链时伸长长度;F0δ—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。

(3)温度的作用

存在双重影响:低温区(<110℃),随着温度升高,塑炼效果下降。——机械力作用高温区(>110℃),随着温度升高,塑炼效果提高。——氧的氧化作用

(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

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可塑性的测定方法

生胶和混炼胶可塑度的测定通常有三种方法:压缩法、旋转扭力法和压出法。它们均需在恒温下进行,因为可塑度随温度变化而变化。

一.压缩法

这种类型的测定方法常用的有:威廉氏法、华莱氏快速可塑度法和德弗可塑度法三种。

1.威廉氏法(Williams)

在恒温、定负荷下,经过一定时间后根据试样高度的变化来评定可塑度。将Φ=16mm,h0=10mm的圆柱试样在T=70±1℃或100±1℃下预热3min,压缩3min,除去负荷取出试样在室温下恢复3min,测量试样高度的压缩变形量及去掉负荷后的变形量,计算可塑度P。

h0—试样原始高度,mm;h1—试样压缩3min后的高度,mm;h2—恢复3min后的高度,mm如果试样为绝对流体,即h1=h2=0,P=1;若试样为绝对弹性体,即h2=h0,P=0;生胶和混炼胶为粘弹体,它们的可塑度在0~1之间,数值越大表示可塑性越大。

2.华莱氏(Wallace)快速可塑度法

其原理与Williams法相同,以定温、定负荷、定时间下胶片厚度的变化表示可塑度。该法操作方便,多用于工业生产中作快速检验。

3.德弗法

以在定温和定时间内试样压缩至规定高度时所需负荷值来表示。

二.旋转扭力法—门尼(Mooney)粘度法

原理是:在一定温度、时间和压力下,根据试样在活动面(转子)与固定面(模腔)之间变形时所受扭力来确定胶料可塑度。
试验时,将试样按要求放入模腔里,在100℃下预热1min,使转子在2r/min速度转动4min,所测的扭力值即为门尼粘度,一般用表示,L表示用大转子(直径为38.1±0.03mm)。门尼粘度法比压缩法迅速简便,且表示的动态流动性更接近于工艺实际情况。

三.压出法

用毛细管流变仪来测定。

在一定温度、压力、口型下,于一定时间内用毛细管流变仪测定胶料的压出速度,以每分钟压出的毫克数表示可塑度。
优点:此法与压出机口型的工作状况相似,可更具体地了解混炼胶可塑性对压出性能的影响。

缺点:压出法试样需要较多的胶料,且试样必须经较长时间预热。

§11.3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50~60℃,时间为24~36h,冬季加热时间为36~72h。

CR烘胶温度一般在24~40℃,时间为4~6h。

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10~20kg,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2~3mm,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。

(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,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10~15min,下片、冷却、停放4~8h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。
合理的容量根据经验公式计算:Q—塑炼容量,L;K—经验系数,取值一般为0.0065~0.0085,L/cm3;D—辊筒直径,cm;L—辊筒工作部分长度,cm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0.5~1mm。

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。开炼机的速比一般在1.15~1.27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45~55℃,后辊温度在40~50℃为宜。

5.塑炼时间

在塑炼过程的开始10~15min,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70~75℃为宜。
塑解剂的用量,在NR中一般为生胶重量的0.1~0.3%,合成橡胶则应增大到2~3%。

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。
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0.5~0.8MPa。

5.装胶容量

各种规格密炼机的装胶容量为密炼室容积的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150~180℃,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。

(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,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80~90℃,机头90~100℃,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4~8h以上才能恭下道工序使用。

4.质量检验

§11.4常用橡胶的塑炼特性

一.橡胶塑炼难易的原因

1.NR塑炼容易的原因:

(1)大分子中存在甲基和双键的共轭效应,键能降低,易断裂;

(2)分子量大,易断链;

(3)大分子断链后生成的自由基稳定性高;

(4)大分子氧化生成的氢过氧化物分解导致大分子链断裂破坏。


二.几种常用橡胶的塑炼特性

1.NR

NR比较容易进行塑炼,品种不同塑炼特性不同。

烟片胶初始门尼粘度较高(一般在95~120之间),必须进行塑炼加工才能获得适当的可塑性。SMR系列的NR其初始门尼粘度较低(一般在40~75之间),一般不需要塑炼。

NR用开炼机塑炼,通常采用低温(40~50℃),薄通塑炼效果好。用密炼机塑炼时,温度宜在155℃以下。

NR塑炼时,常加入化学塑解剂来提高塑炼效果。

2.SBR

软SBR的初始门尼粘度一般在54~64之间,不需进行塑炼。

SBR采用机械塑炼效果不大,比较有效的方法时采用高温塑炼法,以130~140℃温度为宜,温度过高易生成凝胶。

3.BR

BR一般不需要进行塑炼。

4.CR

CR的初始门尼粘度都较低,一般不需要进行塑炼。但在储存过程中其可塑性会下降,因此CR仍需经过塑炼加工,才能获得所要求的可塑性。

CR宜采用开炼机进行塑炼,低温薄通塑炼效果良好。

5.IIR

门尼粘度在38~75之间的品种一般不需要塑炼。

IIR采用机械塑炼效果不大,但用密炼机在120℃以上,并且加入塑解剂进行高温塑炼则可取得较好的塑炼效果。

6.NBR

NBR的塑炼应采用开炼机在低温(40℃以下)、小辊距(1mm左右)、低容量(约为NR容量的1/2~1/3)。一般不宜用开炼机进行塑炼,NBR很易生成凝胶。

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