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橡膠配合與開煉機混煉工藝
一,、實驗目的
橡膠配合與混煉工藝實驗主要內(nèi)容是根據(jù)實驗配方，準確稱量生膠,、各種配合劑的用量,，將配合劑與生膠混合均勻并達到一定分散度，制備符合性能要求的混煉膠,。該實驗的目的是使學生熟悉并掌握橡膠配合方法,，熟練掌握開煉機混煉的操作方法、加料順序,，了解開煉機混煉的工藝條件及影響因素,，培養(yǎng)學生獨立進行混煉操作的能力。
二,、實驗設備及工作原理
ф160×320mm雙輥筒開煉機,，上海機械技術研究所產(chǎn)品，主要由機座、溫控系統(tǒng),、前后輥筒,、緊急剎車裝置、擋膠板,、調(diào)節(jié)輥距大小的手輪,、電機等部件組成。開煉機的結構圖如圖1所示,。
圖1-1 開煉機結構示意圖
圖1-2ф160×320mm雙輥筒開煉機
開煉機混煉的工作原理是利用兩個平行排列的中空輥筒,，以不同的線速度相對回轉，加膠包輥后,，在輥距上方留有一定量的堆積膠,，堆積膠擁擠、縐塞產(chǎn)生許多縫隙,，配合劑顆粒進入到縫隙中,，被橡膠包住，形成配合劑團塊,，隨膠料一起通過輥距時,，由于輥筒線速度不同產(chǎn)生速度梯度，形成剪切力,，橡膠分子鏈在剪切力的作用下被拉伸,，產(chǎn)生彈性變形，同時配合劑團塊也會受到剪切力作用而破碎成小團塊,，膠料通過輥距后,，由于流道變寬，被拉伸的橡膠分子鏈恢復卷曲狀態(tài),，將破碎的配合劑團塊包住,，使配合劑團塊穩(wěn)定在破碎的狀態(tài)，配合劑團塊變小,。膠料再次通過輥距時,，配合劑團塊進一步減小，膠料多次通過輥距后,，配合劑在膠料中逐漸分散開來,。采取左右割刀、薄通,、打三角包等翻膠操作,，配合劑在膠料中進一步分布均勻，從而制得配合劑分散均勻并達一定分散度的混煉膠,。
三,、實驗步驟
1,、根據(jù)實驗配方，準確稱量生膠和除液體軟化劑以外的各種配合劑的量,，觀察生膠和各種配合劑的顏色與形態(tài),；
2,、檢查開煉機輥筒及接料盤上有無雜物,，如有先清除雜物,；
3,、開動機器，檢查設備運轉是否正常,，通熱水預熱輥筒至規(guī)定的溫度（由膠種確定）,；
4,、將輥距調(diào)至規(guī)定大?。ǜ鶕?jù)煉膠量確定）,，調(diào)整并固定擋膠板的位置；
5,、將塑煉好的生膠沿輥筒的一側放入開煉機輥縫中,，采用搗膠、打卷,、打三角包等方法使膠均勻連續(xù)的包于前輥,，在輥距上方留適量的堆積膠，經(jīng)過2—3分鐘的滾壓,、翻煉，形成光滑無隙的包輥膠,；
6,、按下列加料順序依次沿輥筒軸線方向均勻加入各種配合劑，每次加料后,，待其全部吃進去后,，左右3/4割刀各兩次，兩次割刀間隔20秒鐘,；
加料順序：小料（固體軟化劑,、活化劑、促進劑,、防老劑,、防焦劑等）→大料（炭黑、填充劑等）→液體軟化劑→硫黃和超速級促進劑
7,、割斷并取下膠料,，將輥距調(diào)整到0.5mm，加入膠料薄通,，并打三角包,，薄通5遍,；
8、按試樣要求,，將膠料壓成所需厚度,，下片稱量質(zhì)量并放置于平整、干燥的存膠板上（記好壓延方向,、配方編號）待用,。
9、關機,，清洗機臺,。
四、影響因素
影響開煉機混煉效果的因素主要有膠料的包輥性,、裝膠容量,、輥溫、輥距,、輥筒的速比,、加料順序、加料方式及混煉時間等,。
1,、膠料的包輥性
膠料的包輥性好壞會影響混煉時吃粉快慢、配合劑分散,，如果包輥性太差,，甚至無法混煉。膠料的包輥性與生膠的性質(zhì)（如格林強度,、斷裂拉伸比,、zui大松弛時間等）、輥溫和剪切速率有關,，格林強度高,、斷裂拉伸比大、zui大松弛時間長的生膠包輥性好,，如NR,；格林強度低、斷裂拉伸比小,、zui大松弛時間短的生膠包輥性差,，如BR。影響生膠這些性質(zhì)的因素都會影響生膠的包輥性,，如加入補強劑,，提高膠料的格林強度，增大松弛時間,，會明顯改善BR的包輥性,；膠料中過多加入液體軟化劑,，降低格林強度，縮短松弛時間,，包輥性變差,，甚至脫輥。輥溫在膠料玻璃化轉變溫度（Tg）以下,，無法包輥,，在粘流溫度（Tf）以上，膠料粘輥,，也不能混煉,，只有在Tg~ Tf之間某一溫度范圍內(nèi)，膠料才有良好的包輥性,，適于混煉,。如采取減小輥距、增大速比或提高輥筒轉速等方法增大剪切速率,，可提高膠料的斷裂拉伸比,、延長zui大松弛時間，因而也能改善膠料的包輥性,。
2,、裝膠容量
裝膠容量過大，增加了堆積膠量,，使堆積膠在輥縫上方自行打轉,，失去了起折紋夾粉作用，影響配合劑的吃入和分散效果,，延長混煉時間,，膠料的物性下降，同時會增大能耗,，增加煉膠機的負荷,，易使設備損壞,。如果裝膠量過少,，堆積膠沒有或太少，吃粉困難,，生產(chǎn)效率太低,。因此，開煉機混煉時裝膠量要合適,?？筛鶕?jù)經(jīng)驗用下列公式計算裝膠容量：
Q=K•D•L••ρ
Q—裝膠量，Kg,；
K—裝料系數(shù),，K取0.0065～0.0085L/cm2,；
D—滾筒致敬，cm,；
L—輥筒工作部分的長度,，cm；
ρ—膠料的密度,，g/cm3,。
當煉膠量較少時，為了保證輥距上方留有適量的堆積膠,，可通過調(diào)整擋膠板的距離來實現(xiàn),。
3、輥距
膠料通過輥距時受到的剪切變形速率,，與輥距,、輥筒轉速和速比之間的關系為：
γ——機械切變速率，s-1,；
f——滾筒的速比,，f=V1/V2；
V2——前輥筒表面旋轉線速度,，m/min,；
V1——后輥筒表面旋轉線速度，m/min,；
e——輥距,，mm；
減小輥距,，剪切變形速率增大,，橡膠分子鏈和配合劑團塊受到的剪切作用增大，配合劑團塊容易破碎,，因此有利于配合劑的分散,，但橡膠分子鏈受剪切斷裂的機會也增大，容易使分子鏈過度斷裂,，造成過煉,，橡膠分子量降得過低，使膠料的物理機械性能降低,。輥距過大,，剪切作用太小，配合劑不易分散,，給混煉操作帶來困難,。因此開煉機混煉時，輥距要合適,。合適的輥距大小與裝膠量有關,，如表1-1所示,。天然膠與合成膠并用時，并用比例相等,，總膠量可按天然膠來定輥距,；合成膠大于天然膠比例時，總膠量可按合成膠定輥距,。
表1-1 輥距大小與裝膠量的關系
| 膠量（克） | 300 | 500 | 700 | 1000 | 1200 |
| 天然膠mm | 1.4±0.2 | 2.2±0.2 | 3.8±0.2 | 3.8±0.2 | 4.3±0.2 |
| 合成膠mm | 1.1±0.2 | 1.8±0.2 | 2.0±0.2 | | |
4,、速比與輥速
速比和輥速增大，對混煉效果的影響與減小輥距的規(guī)律一致,，會加快配合劑的分散,，但對橡膠分子鏈剪切也加劇，易過煉,，使膠料物性降低,，使膠料升溫加快，能耗增加,。速比過小,，配合劑不易分散，生產(chǎn)效率低,。開煉機混煉的輥筒速比一般在1.15～1.27范圍內(nèi),。
5、輥溫
表1-2 不同膠料開煉機混煉時輥筒溫度
| 膠 種 | 輥 溫℃ | |
| 前輥 | 后輥 | |
| 天然膠 | 55～60 | 50～55 |
| 丁苯膠 | 45～50 | 50～55 |
| 氯丁膠 | 35～45 | 40～50 |
| 丁基膠 | 40～45 | 55～60 |
| 丁腈膠 | ≦40 | ≦45 |
| 順丁膠 | 40～60 | 40～60 |
| 三元乙丙膠 | 60～75 | 85左右 |
| 氯磺化聚乙烯 | 40～70 | 40～70 |
| 氟橡膠23—27 | 77～87 | 77～87 |
| 丙烯酸酯橡膠 | 40～55 | 30～50 |
隨輥溫升高,，膠料的粘度降低,，有利于膠料在固體配合劑表面的濕潤，吃粉加快,；但配合劑團塊在柔軟的膠料中受到的剪切作用會減弱,，不容易破碎，不利于配合劑的分散,，結合橡膠的生成量也會減少,。因此開煉機混煉時輥筒的溫度要合適。由于溫度對不同膠料包輥性的影響不同,，因此不同膠料混煉時輥溫也應不同,。NR包熱輥，前輥溫度要高于后輥,；而大多數(shù)合成橡膠包冷輥,，前輥溫度要低于后輥,。常用的橡膠開煉機混煉時輥溫如表1-2所示,。
6、加料順序
混煉時加料順序不當,，輕則影響配合劑分散不均,，重則導致焦燒,、脫輥或過煉，加料順序是關系到混煉膠質(zhì)量的重要因素之一,，因此加料必須有一個合理的順序,。加料順序的確定一般遵循用量小、作用大,、難分散的配合劑先加,，用量多、易分散的配合劑后加,，對溫度敏感的配合劑后加,，硫化劑與促進劑分開加等原則。因此開煉機混煉時,，zui先加入生膠,、再生膠、母煉膠等包輥,，如果配方中有固體軟化劑如石蠟,，可在膠料包輥后加入，再加入小料如活化劑（氧化鋅,、硬脂酸）,、促進劑、防老劑,、防焦劑等,，再次加炭黑、填充劑,，加完炭黑和填充劑后,，再加液體軟化劑，如果炭黑和液體軟化劑用量均較大時,，兩者可交替加入,，zui后加硫化劑。如果配方中有超速級促進劑,，應在后期和硫化劑一起加,。配方中如有白炭黑，因白炭黑表面吸附性很強,，粒子之間易形成氫鍵,，難分散，應在小料之前加入,，而且要分批加入,。對NBR，由于硫黃與其相容性差，難分散,，因此要在小料之前加,，將小料中的促進劑放到zui后加。
7,、加料方式
加料方式不同也會影響吃粉速度和分散效果,。如果配合劑連續(xù)加在某一固定位置，其它部位膠料不吃粉,，相當于減少了吃粉面積,，吃粉時間延長，吃粉慢,，配合劑由吃入位置分散到其他地方需要的時間延長,，因此也不利于配合劑的分散。加料時應將配合劑沿輥筒軸線方向均勻撒在堆積膠上,，使堆積膠上都覆蓋有配合劑,，這樣會縮短吃粉時間，也有利于配合劑在膠料中的分散,，縮短混煉時間,，較小對橡膠分子鏈的剪切破壞。
如需要6寸煉膠機（XK160-320）詳細資料請致電：
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