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原来密炼机混炼有这么多常识

发布时间:2018-09-17 21:41:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

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1、一段混炼法 是指一次性完成所有配合剂的加入而制备混炼胶的方法,常用于制备那些焦烧性能良好、不含或只含少量活性配合剂的胶料。为使混炼中胶料温度不致上升过快,一般在密炼机中进行一段低速混炼。其方法是依次往塑炼好的生胶中加入配合剂(包括填料、操作油、硫化剂、促进剂等)。混炼周期根据胶料特性及转子转速而定。一段混炼时,一般在密炼机结束前约60s内加入硫化剂与促进剂,或是在排料后的下片在开炼机上加硫化剂与促进剂。但无论采用哪一种方式加入硫化剂与促进剂,操作时的混炼胶温度必须控制在110度(硫磺与促进剂体系)或120度(DCP硫化体系)以下,以防胶料焦烧,并且要根据不同的硫化体系进行调整。不易分散的配合剂或用量较小的配合剂,通常均可制备成各种母胶颗粒或油膏状混合物,以方便加入并快速混入胶中。

一段混炼法必须严格遵守配合剂的加入顺序、混炼温度、混炼时间等工艺条件的要求,同时还应注意上顶栓的压力及上顶栓在混炼过程中的位置。相对于二段或多段混炼法,节省了每段之间的压片、冷却与停放时间,提高了生产效率,降低了混炼胶的制造成本。但前提是对密炼机性能(主要是冷却能力、调速能力和温控能力)要求较高,并且要有足够的混炼时间以达到所要求的分散程度。

一段混炼法缺点是:制备出的混炼胶料可塑度较低(门尼粘度较高),炭黑等配合剂有时不易分散均匀,容易产生焦烧危险,硫化胶的物理机械性能相对较低。

一段混炼法仅适用于一般用途(硫化速度相对较慢)的混炼胶制备,对于大密炼机应谨慎使用,对于高填充、高粘度或高硬度混炼胶料的制备也要谨慎对待。作为改进,可将密炼机排出的胶料在下片开炼机上充分降温后再加入硫化剂与促进剂。

2、二段混炼法与一段混炼法基本相同,只是不含有硫化剂及活性大的促进剂。首先制成一段混炼胶(通常称为母炼胶),然后下片冷却停放一段时间(一般在16h以上)。为了使炭黑更好地在橡胶中分散,并提高生产效率,通常采用快速(40r/min以上)密炼机来制备一段母炼胶,有时也将母炼胶的制备过程与塑炼过程结合并起来进行。其后的二段混炼是在一段混炼的基础上,再加入硫化剂、促进剂等剩余配合剂进行补充混炼。二段混炼可以在密炼机上进行也可在开炼机上进行。通常采用慢速密炼机或捏炼机进行二段混炼,以便在较低的温度下加入硫化剂与促进剂,并具有较高的生产效率。在密炼机中进行的二段混炼时间一般为2-4min。

二段混炼总是能使微细粒子的炭黑获得更好地分散性,对于含有大量这种炭黑的某些胶料,则不论用何种类型的密炼机,可能都要分成二次甚至更多次加入为好。

二段混炼优点:要求更好地润湿性和分散性,如挤出的密封条胶料;含快速硫化剂或发泡剂的胶料。如在混炼末期密炼机中的温度很高,可以采用二段密炼法,即将一段混炼的胶料冷却下片、停放,然后再次投入密炼机中,进行第二段加硫化剂的混炼。对于一些低粘度的软胶,由于混炼后期温度的升高使胶料粘度变得更低,混炼时产生的剪切力过小,不足以打开炭黑聚集体或一些结团的配合剂粒子,这是采用二段混炼,可以提高这些低粘度软胶料的分散性。

采用二段混炼法对提高胶料的质量,改善胶料的工艺性能具有良好作用;可显著提高胶料的分散均匀性和硫化胶的物理机械性能;可减少由持续高温引起的焦烧倾向。

乙丙橡胶的一个主要优点是其大多数胶料均可采用一段密炼法制备混炼胶!在密炼机中进行二段混炼时应注意:

1、加入硫磺、促进剂的初始混炼温度应低于90度,且排料温度应不超过110度,混炼时间一般不能超过2分钟,防止焦烧。

2、加入吸湿剂氧化钙一般不能在超过120度的条件下长时间混炼,否则应开炼加入。

3、窜联混炼法:传统的一段混炼法局限于较软或硫化较慢的胶料制备以及中小型设备的采用。这是由母炼胶制备后密炼机设备的冷却要求所决定的。是由二台窜联密炼机机组所构成,前一设备在后一设备之上,上面的密炼机可以使剪切型的,生产一段母炼胶料。密炼机可保持高转速、高温度或长时间混炼,以获得更好地均匀分散性。密炼机的正常混炼周期一结束,热胶料即排入下面的密炼机中。下面的密炼机容积大于上面密炼机,转速较低并具有较强的冷却能力,可使胶料温度在不到2分钟内迅速从140度下降到100度以下,然后将反应性配合剂加入到下面的密炼机中,再以15转每分钟的典型转子转速混炼1到2分钟后排料。

4、传统混炼法又称标准混炼法或正序法,通常是指所有聚合物先加入,在密炼机中进行渗混,随后再加入填料和液体组分,从最难混入和分布的组分开始,因为它们需要分散功。这种方法混炼周期时间较长,但对老式密炼机却很适用,这些密炼机剪切速率较低,冷却能力一般。

5、逆序混炼法又称反序或倒序混炼法,即先把除硫化剂、促进剂以外的其它配合剂先投入到密炼机中,然后再投入生胶进行混炼的方法。常用于那些自粘性有限的聚合物,如EPDM。当聚合物含量较低时(15%-25%)也常常采用此工艺。逆混法主要优点是改善分散性,缩短混炼时间,适用于生胶粘性差和高填充配合胶料的混炼。缺点是在混炼初期所需功率较高,有时会导致密炼机停机,其次是会出现分散不佳的情况。值得注意的是用这种逆序混炼对补强填料不能进行很好的分散,若使用精细炭黑粒子,则胶料可采用传统混炼法或后期加油工艺。

当EPDM采用逆序进行一段混炼时,填料、操作油和小料加入后,允许短暂混合后,在加入聚合物和落下上顶栓。硫化剂可以与氧化锌和硬脂酸等小料一起加入,若他们活性很强也可以在混炼周期的后期加入。较难混入的硫化剂也可与小料同时加入,剩余部分在混炼后期加入。但应严格控制胶料的温度。

对那些没有特别分散要求的大多数乙丙胶料,均可采用逆序混炼法。

6、后期加油混炼法,这种混炼工艺是在投料时,先将除了操作油以外(当然还有硫化剂)的所有配合剂在混炼的初始全部加入,并且有足够的输入功率混炼,使其在1到2分钟内完成混入、分散和分布。此时,密炼机中的温度达到130-140度,然后选择一种既能维持又能对混炼作用稍加调整的速率,开始注入操作油。该法一度广泛用于轮胎胶料的一段混炼,同时得到高的产出和良好的炭黑分散性。该法目前已不盛行,其原因是高结构的炭黑在没有操作油存在时也能被分散。

在密炼机上混炼乙丙橡胶,如采用标准混炼法或逆序混炼法都容易制备胶料,但在填料和增塑剂用料较大的情况下,最适宜采用逆序混炼法。如果可能的话,尽量减少密炼机加料次数,因为加料次数过多会影响分散和延长混炼时间。密炼机混炼乙丙橡胶在短时间内即可完成。不含硫化剂的母炼胶混炼时,混炼周期一般为3到5分钟,排料温度一般为120到150度;含有硫化剂、促进剂的胶料混炼时,一般为4到6分钟,排料温度不超过110度(硫磺、促进剂体系)或120度(过氧化物体系)。为了获得最佳的混炼效果,对于低门尼粘度或低硬度的乙丙橡胶混炼时,建议每车料的装胶料应比计算值增加10-15%;反之,对于高门尼粘度或高硬度胶料混炼时,每车料的装胶料应比计算值低5-10%。以获得最好的分散效果与生产效率的匹配。

影响密炼机混炼的配方因素

1、聚合物的组成及形态

目前乙丙橡胶产品中,大都制成松散块状,以便于在密炼机中快速分散。特别需注意那些高乙烯含量的乙丙橡胶品级,由于可能存在部分结晶,混炼过程中会形成难以分散的胶团;还有门尼粘度极高的生胶品级,均易制成易碎的块状或颗粒状,或在混炼前生胶预热,再投入密炼机进行混炼。当采用密炼机高温(130度以上)混炼乙丙橡胶,由可能产生炭黑焦烧问题,这种情况多见于ENB型胶料混炼,即使不加入硫化剂的母炼胶也可能发生。这是由于聚合物中含有的不饱和双键结构较多,在高温混炼或挤出时与炭黑表面的一些活性基团产生反应形成凝胶(或成为结合凝胶)聚集体所致。发生炭黑焦烧的表观特征通常是,混炼后期功率曲线在峰值上居高不下,排料后的混炼胶料如同焦烧了一样,无法薄通展开。解决办法:密炼机转子转速不应设置太高,以使胶温缓慢上升;加强密炼机冷却;在母炼胶中加入0.3份硫磺,这样对焦烧现象具有较好的预防作用。

2、填料与油料的类型及用量

在乙丙橡胶中,高结构细粒子炭黑(如高耐磨)较难分散,且混炼中生热较大。而低结构粗粒子传统炭黑(如快压出、半补强等)不仅填充量大,生热较小,而且混炼中容易分散。

乙丙橡胶常采用的加工油(操作油)为石油系操作油,如石蜡油、环烷油及芳烃油等,这些油品与乙丙橡胶相容性好不易喷出,因而可以大量填充。随着填料量增大,一般操作油用量也应增大。填料与油类的类型及用量应选择适当,否则会影响乙丙橡胶的相容性及混炼过程中的剪切力不足和温度上升缓慢。

3、硫化体系

密炼机上加入硫化剂应低于其安全操作温度(一般指在20分钟内未出现焦烧现象的温度)。常用硫磺、促进剂的安全操作温度约为110度。

4、加工助剂

由于乙丙橡胶具有较高的填充量,因此加入一些加工助剂可以改善混炼操作,加快填料及其它配合剂的分散,缩短混炼周期。但用量不宜过大,以免在混炼中变成不相容物质,造成制品表面喷霜或其他加工问题。

影响密炼机混炼的工艺参数

1、填充系数与投料料(装胶量)

一次性投料量的理论计算公式:混炼胶料的密度乘以密炼室的总容积乘以填充系数。

肖式密炼机的平均填充系数为0.63;

本伯里密炼机平均填充系数为0.75.

有效容积=密炼机总容积乘以填充系数。

根据经验,当混炼胶的门尼粘度及硬度较低时,实际装胶量应比公式计算值高约10-15%,反之。由于加入胶料中的粉状配合剂很松散,体积质量小,混炼开始阶段加入的配合剂总体积一般大于混炼室的有效容积,但是配合剂的总体积会随着混炼的进行不断混入橡胶而减少。实际生产中,最佳混胶量还可以根据上顶栓下落速度的快慢及下落位置进行验证与预判。

2、混炼程序及加料顺序

一般活化剂应在乙丙橡胶加入之后、炭黑加入之前加入;或与炭黑同时加入;

操作油应该在炭黑等填料加入后马上加入,过迟加入,有可能导致胶料表面打滑,难于分散,从而延长混炼时间;

硫化剂与促进剂应在其它配合剂分散后加入,但温度应控制在100度以下,以免混炼过程中发生焦烧。

3、混炼温度

   料在密炼机中混炼时由于摩擦及剪切作用会产生大量的热。

   常当增加转子转速和增加密炼机上顶栓压力时,均会因增大胶料剪切力和摩擦力而使温度上升。

密炼机混炼过程中,胶温不断上升,一般是在规定的上限温度到达之时结束混炼。混炼温度较低时,胶料的粘度较大,配合剂的浸润性和分散性差,设备负荷大,但剪切力也大,这对于低硬度胶料的混炼是有利的。而温度过高时,胶料变软,虽有利于粉剂与生胶的混合,但因剪切作用降低会不利于粉状团体的分散,而且给排料后的下片操作带来困难。

对于不同配方胶料混炼温度的设定通常取决于生胶或胶料的特性(如门尼粘度和硬度等),以及配方的特性(如填料粒径、硫化体系等)。

与排胶温度一样,密炼机混炼乙丙橡胶的起始温度对加速起步及混合分散也很重要。70度开始混炼的分散效果比50度的效果好。高填充混炼需要更高的混炼温度,特别是大密炼机。油料经预热后再加入也有利于扩散和分散。

4、混炼时间

操作中延长混炼时间虽能改善配合剂的分散,但时间过长也容易造成胶料过炼,或温度过高而焦烧。

5、转子速度

较低的转子速度适用于混炼热敏性胶料,或当混入、分散过程中出现严重问题而延长混炼时间的情况。对高门尼粘度或高硬度的乙丙胶的混炼,一般采用低转速。

混炼胶的冷却、过滤和停放及质量检验

1、冷却

胶料混炼后必须冷却,否则会在储存期间,因温度较高而可能发生焦烧和粘粘。通常的胶片在冷却的时候加上隔离剂。密炼机胶料冷却通常采用悬挂式胶片冷却装置进行强制冷却。

2、过滤

除了橡胶原材料中可能含有杂质,胶料在配炼过程中也可能打入杂质,为此应根据产品要求进行虑胶。为防止焦烧,通常都是对不加硫化剂、促进剂的母炼胶进行虑胶

3、停放

与其他橡胶一样,乙丙橡胶混炼胶经混炼或过滤后,一般也要停放约24h以上才能使用。目的是消除胶料疲劳,松弛混炼时所受的机械应力,减少胶料的收缩。

停放过程,配合剂会继续扩散,这就促进了分散均匀,同时使胶料与炭黑之间进一步生成结合橡胶,提高补强效果。

含有硫化胶的混炼胶在存储期间,必须控制温度、湿度,以免焦烧或吸潮。


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