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乐通lt118-开炼机:橡胶塑炼工艺、工艺方案、工艺标准

发布时间:2018-04-13 21:08:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

具体

1.        塑炼方法

2.        塑炼条件

3.        工艺方案

4.        工艺标准

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泰州科德橡胶机械-开炼机2018年4月13日讯  生胶的塑炼的工艺流程为:生胶→切胶烘胶→配合→塑炼→冷却→停放→塑炼胶。塑炼方法按设备可分XK塑炼法、XM塑炼法、XJ塑炼法三种方法;按塑炼次数分一段塑炼法、二段塑炼法和多段塑炼法;按是否加塑解剂分为普通塑炼法和塑解剂塑炼法二种方法。

 

一、开炼机塑炼

开炼机塑炼属于机械塑炼法(低温塑炼法),它是将生胶置于开炼机辊筒之间,借助辊筒的剪切力作用使橡胶分子链受到拉伸断裂,从而获得可塑性。

开炼机塑炼得到胶料的质量好,塑炼胶可塑性均匀、热可塑性小,适应面宽,并且比较机动灵活,投资较小。但劳动强度大、生产效率较低、操作条件差,操作安全较差。开炼机塑炼适用于胶种变化较多、耗胶量较少的场合,目前工厂(特别是生产规模较小的工厂)生产中仍在使用。

1、开炼机塑炼方法

开炼机塑炼按操作方法主要有薄通塑炼、包辊塑炼二种;按塑炼次数有一次塑炼、分段塑炼。按是否添加化学塑解剂有普通塑炼、添加化学塑解剂塑炼等方法。   

①薄通塑炼法:

技术要点:

a)        辊距0.5~l㎜

b)       将生胶通过辊缝,不包辊薄通落盘

c)        将落盘胶拿起,转动90°重新加入再次薄通

d)       依次反复薄通至规定次数或时间,直至获得所需要的可塑性为止。

配合录像

特点与应用:

薄通塑炼法塑炼效果好,所得塑炼胶的可塑性较高且均匀,同时,对各种橡胶,特别是用机械塑炼效果差的一些合成橡胶(如丁腈橡胶)都适用,因而在实际生产中应用广泛。其主要缺点是生产效率较低。

 

实训操作(03-1)薄通塑炼操作(分组每人轮流操作)

完成任务情况分析:观看学生操作录像,讨论分析操作问题,并进行现场评训其它同学评论补充教师总评。

 

②包辊塑炼法:

技术要点:

包辊塑炼法是将生胶在较大辊距(5~10㎜)下包辊后连续过辊进行塑炼,直至所规定的时间为止。且多次割刀以利于散热及获得均匀的可塑性。

配合录像

特点与应用:

此法适用于并用胶的掺合及易包辊的合成橡胶。这种方法的塑炼操作方便、劳动强度低,但塑炼效果不够理想,表现在可塑性增加幅度小,塑炼胶可塑性不够均匀等。

 

实训操作(03-2)包辊塑炼操作(分组每人轮流操作)

完成任务情况分析:观看学生操作录像,讨论分析操作问题,并进行现场评训其它同学评论补充教师总评。

 

③一段塑炼法:

一段塑炼法是将生胶采用薄通法或包辊法连续进行塑炼,直至所规定的时间为止。在塑炼过程中不经过停放。

配合录像

这种方法的塑炼时间较短,但塑炼效果不够理想,表现在可塑性增加幅度小,塑炼胶可塑性不够均匀等。

 

④分段塑炼法

当塑炼胶可塑性要求较高,用一次塑炼或薄通塑炼达不到目的时,而采用的一种有效方法。先将生胶塑炼一定时间(约15min),然后下片冷却并停放4~8h,再进行第二次塑炼,这样反复塑炼数次,直至达到可塑性要求为止。可以在一台密炼机也可在数台密炼机上完成。根据不同的可塑性要求,一般可分为两段塑炼或三段塑炼。

配合录像

对天然橡胶一段塑炼胶威氏可塑度可达0.3左右,二段塑炼胶可达0.45左右,三段塑炼胶可达0.55左右。这种塑炼方法的塑炼胶可塑性高且均匀,因而生产中应用较为广泛。但生产管理较麻烦,占地面积大,不适合连续化生产。

 

④化学塑解剂塑炼法:

化学塑解剂塑炼法是在上述的薄通塑炼法和一次塑炼法的基础上,添加化学塑解剂进行塑炼的方法。它能够提高塑炼效率,缩短塑炼时间(如天然橡胶用0.5份促进剂M,塑炼时间可缩短50%左右),降低塑炼胶弹性复原和收缩。

配合录像

一般塑解剂的用量为生胶量的0.5~1.0%,塑炼温度为70~75℃。为避免塑解剂飞扬损失和提高其分散效果,通常先将塑解剂制成母炼胶,然后在塑炼开始时加入。塑炼胶威氏可塑度要求0.5以内时,一般不需要分段塑炼。

 

2、开炼机塑炼工艺条件及其对塑炼效果的影响 

开炼机塑炼需要在低温进行,因此降低炼胶温度和增加机械作用力是提高开炼机塑炼效果的关键。与温度及机械作用力有关的设备特性和工艺条件都是影响塑炼效果的重要因素。

①辊温 

低温塑炼时,温度越低塑炼效果越好。当温度低时,橡胶的弹性大,所受到的机械作用力大,塑炼效率高。反之,温度升高,则橡胶变软,所受到的机械作用力小,塑炼效率低。以天然橡胶为例,温度与可塑性的关系如图3-8所示。


图3-8 塑炼温度对生胶可塑性的影响

实验表明,在100℃以下的温度范围进行塑炼时,塑炼胶的可塑性与辊温的平方根成反比,即:


 

式中 PlP2——塑炼胶可塑度;

    T1T2——辊筒温度,℃。

由此可知,开炼机塑炼时,为提高塑炼效果,应加强辊筒的冷却,严格控制辊温(尤其是合成橡胶塑炼时,严格控制辊温则显得更为重要。

辊温偏高,会使生胶产生热可塑性 而达不到塑炼要求。

辊温偏低,虽能提高塑炼效果,但动力消耗大,且容易损伤设备。实际生产中的辊温,天然橡胶一般掌握在45~55℃,合成橡胶一般掌握在30~45℃。

生产中,由于辊筒冷却受到各种条件的限制,如辊筒导热性差和冷却水温度不易降低等,使辊温不易达到理想要求。因此,采用冷却胶片的方法是提高塑炼效果的有效措施,如使用胶片循环爬架装置以及采用薄通塑炼和分段塑炼等均属于这类措施。

 

②辊距

当辊筒的速度恒定时,辊距减小会使生胶通过辊缝时所受的摩擦、剪切力、挤压力增大,同时胶片变薄易于冷却,冷却后的生胶变硬,所受机械剪切力作用增大,塑炼效果随之提高。辊距与塑炼效果的关系如图3-9所示。


图3-9 辊距对NR塑炼效果的影响

1-4㎜;2-2㎜;3-1㎜;4-0.5

由图3-9可知,当辊距由4㎜减至0.5㎜时,天然橡胶门尼黏度迅速降低,可塑性则迅速提高。薄通塑炼就是基于这个道理。薄通塑炼不仅对天然橡胶,而且对合成橡胶均有很好的效果。如塑炼丁腈橡胶等,只有采取较小辊距(0.5㎜左右)进行薄通,才能获得较好效果。

 

③辊速及速比

塑炼时,辊筒转速快,即单位时间内生胶通过辊缝次数多,所受机械力的作用大,塑炼效果好,如图3-10所示。

但辊筒速度过快,塑炼胶升温快,反而会使塑炼效果下降,同时操作也不安全。因此辊筒转速不易过快,一般为13~18r/min。


图3-10NR在不同转速下塑炼时的降解

辊筒之间速比越大,速度梯度越大,剪切力越大,塑炼效率越高。

但速比太大时,过分激烈的摩擦作用会导致胶温上升得快,反而降低塑炼效果,而且电机负荷大,安全性差。通常应控制速比在1:1.15~1:1.35之间。如XK-160开炼机速比为1:1.25~1.35;XK-550开炼机速比为1:1.15~1.25。

 

④时间

生胶塑炼效果与时间有一定关系。在一定的时间范围内,塑炼时间越长,塑炼效果越好。超过这个时间范围后,可塑性趋于平稳。

天然橡胶可塑性变化与时间的关系如图3-11所示。图中表明,在塑炼周期初的10~15min内,塑炼胶的可塑性增加得较快。但在超过20min后,则可塑性增加甚少,并逐渐趋于平稳。

产生这种现象的原因是,在经过一段时间的塑炼后,生胶的温度逐渐升高而软化,这时橡胶分子链容易滑移,不易被机械作用力破坏,从而使塑炼效果降低。


图3-11NR可塑度与塑炼时间的关系

由于塑炼胶可塑性增加与塑炼时间有上述的关系,因此,在用开炼机作包辊塑炼时,一般塑炼时间不宜超过20min。

当欲取得较大的可塑性时,则需采取分段塑炼的方法。

 

⑤装胶容量

塑炼时的装胶容量主要取决于开炼机规格,同时还要看生胶的种类。

开炼机规格一定时,容量过大,会因堆积胶过量而浮动,不易散热,塑炼效果差,且劳动强度大。容量太小,则生产效率低。实际生产中的装胶容量,如XK-450一次炼胶量为40~50kg;XK-550一次炼胶量为50~60kg。合成橡胶塑炼时因生热性较大,装胶容量应比天然橡胶少20~25%。

 

⑥化学塑解剂

添加化学塑解剂塑炼,能提高塑炼效果(表),缩短塑炼时间,节省电力并减轻胶料收缩。

为了使化学塑解剂产生很好效果,炼胶温度应适当提高如表3-4和表3-5。但温度达85℃时,塑炼效果反而下降。这是因为温度过高,机械作用显著减弱,而氧化尚未起主要作用的缘故。用促进剂M作塑解剂时,炼胶温度一般以70~75℃为宜。

表3-4 促进剂M或DM对天然橡胶的塑炼效果

类别

促进剂用量,份数

辊温,

平均可塑度p(威氏)

普通塑炼胶

M塑炼

DM塑炼

0

0.4

0.7

50±5

65±5

65±5

0.20

0.31

0.25

 

表3-5 温度对促进剂M塑炼的影响

辊温,℃

可塑度P(威氏)

4小时后

24小时后

40±5

5560

7080

0.33

0.39

0.42

0.32

0.38

0.40

 

分任务完成(03-1):工艺制定-制定总任务分配的配方中天然橡胶薄通塑炼的标准和操作方法及步骤,学生分组查阅讨论(依据胶料用途、生产工艺)

学生发言分析:学生代表发言(每组轮流代表1人)(各组讨论结果)其它同学补充并进行现场评审。

 

范例

技术参数:

胶种为国产1号烟片;设备型号为XK-450开炼机;容量为30~35kg。

操作方法及步骤

a)          按设备维护使用规程规定检查设备各部件,并开机空载运行,观察是否正常;

b)         调整开炼机前后辊筒温度至规定标准(前辊45土1℃,后辊40土l℃);

c)          将辊距调至4~5㎜,将切胶胶块靠主驱动齿轮一边连续投入破胶4~5min;

d)         辊距调小至0.8~l㎜,将破胶后胶片薄通10~13次,第一次薄通的胶片,第二次应扭转90 o角加入;

e)          辊距调至10~12㎜,将薄通后的胶片包辊后连续左右切割捣合3~5次,然后切割下片(下片至一半时,割取可塑性检查试样3~5块),下片胶片厚度为13~14㎜,宽度为300~400㎜,长度为700~1200㎜;

f)          将胶片放置中性皂液隔离槽中冷却5~10min,取出胶片挂置铁架上,进一步冷却(自然或强制冷却)晾干,至胶片温度为45℃以下;

g)         晾干的胶片置于铁桌上停放,停放时间为8~72h,堆放高度应不超过500㎜。  

 

 

 

二、密炼机塑炼

密炼机塑炼属于高温氧化塑炼,相比开炼机塑炼密炼机塑炼具有如下特点:

①密炼机转速高,生产能力大

转子转速为每分钟20、40、60r甚至高达80或100r。

②转子的断面结构复杂

转子表面各点与轴心距离不等,因此产生不同的线速度,使两转子间的速比变化很大(1:0.91~l.47之间),促使生胶受到强烈的摩擦、撕裂和搅拌作用。

此外,胶料不仅在两转子的间隙中受到剪切作用;而且还在转子与密炼室腔壁之间以及转子与上、下顶栓的间隙之间都受到剪切作用,因此可得到较高的塑炼效率;

③转子的短突棱具有一定导角(一般为45o角)

能使胶料作轴向移动和翻转,起到开炼机手工捣胶作用,使生胶塑炼均匀;

④密炼室的温度较高(一般为140℃左右)

因此能使生胶受到剧烈的氧化裂解作用,使胶料能在短时间内获得较大的可塑性。

⑤自动化程度高

密炼机塑炼不仅生产能力大,塑炼效率高,而且自动化程度高,电力消耗少,

⑥劳动强度和卫生条件都可以得到改善。

密炼机塑炼时,由于胶料受到高温和氧化裂解作用,会使硫化胶的物理机械性能有所下降,

⑧设备造价较高,占地面积大,设备清理维修较困难,适应面较窄,一般适用于胶种变化少,耗胶量大的工业生产。

1、密炼机塑炼方法

密炼机塑炼的方法通常有按次数分一段塑炼、分段塑炼;按是否添加化学塑解剂有普通塑炼、添加化学塑解剂塑炼等方法。

 

①一段塑炼:

开炼机塑炼相似,密炼机塑炼是将生胶一次投入密炼室中,在一定温度及压力条件下连续塑炼至所需可塑性要求。

配合录像

此法与分段塑炼相比较,塑炼周期短,塑炼胶占地面积小,且操作较为简便。但塑炼胶的可塑性较低。适用于可塑性要求不太高的塑炼胶(如轮胎胎面塑炼胶)的制备。

实际生产中,如用11号密炼机塑炼生胶,其工艺条件是,炼胶温度天然橡胶一般为140~150℃,合成橡胶一般为120~140℃(如丁苯橡胶为137~139℃);排胶温度天然橡胶不高于170℃,合成橡胶不高于150℃;上顶栓压力一般为0.5~0.6MPa;塑炼时间一般为8~l5min;塑炼胶可塑度一般可达0.21~0.35(威氏)。 

 

②分段塑炼:

开炼机分段塑炼法相同,塑炼工艺分数次(≥2)完成,可以在一台密炼机也可在数台密炼机上完成,中间经停放。是用于制备较高可塑性塑炼胶的一种工艺方法。

配合录像

此法与一段塑炼相比较,可使塑炼胶的可塑性较高,均匀性较好,但塑炼周期长,中间塑炼胶停放占地面积大。较高可塑性的塑炼胶(如轮胎帘布胶)时,常用分段塑炼法塑炼。

两段塑炼通常按下列工艺进行。

a)        先将生胶置于密炼机中塑炼一定时间(20r/min密炼机塑炼时间为10~15min);

b)       然后排胶、捣合、压片、下片、冷却,停放4~8h后;

c)        再进行第二段塑炼(时间为10~15min),以满足可塑性要求。

二段塑炼胶可塑度可达0.35~0.50(威氏),生产中常将第二段塑炼与混炼工艺一并进行,以减少塑炼胶贮备量,节省占地面积,如果塑炼胶可塑度要求0.5(威氏)以上时,也可进行三段塑炼。

 

③添加化学塑解剂塑炼:

这对密炼机高温塑炼更为有效。此法与一段塑炼相同,化学塑解剂的添加量一般为生胶量的0.3%~0.5%,并以母胶形式加入,以提高分散效果。使用化学塑解剂后,塑炼温度可以降低。

例如,使用促进剂M进行塑炼时,排胶温度可以从纯胶塑炼的170℃左右降低到140℃左右,而且塑炼时间可以比纯胶塑炼缩短30%~50%。

举例:

以天然橡胶添加化学塑解剂密炼机塑炼为例,其操作方法及步骤如下:

技术参数 

胶种为国产1号标准胶;

设备:

主机:11号密炼机;容量为146.3kg(其中生胶140kg,促进剂DM0.7kg,氧化锌 4.2kg,硬脂酸1.4kg);速比为1:1.54;排胶温度165℃以下;

下片:XK-660开炼机前辊温55~60℃,后辊温50~55℃,速比为1:1.08;塑炼胶可塑度为0.51(威氏)左右。

操作方法及步骤 

a)        在操作前,按设备维护使用规程的规定检查设备是否良好;

b)       开车后,打开加料口投料(加生胶、促进剂DM),时间为lmin,然后加压塑炼,时间为16min,再加氧化锌、硬脂酸塑炼,时间为2min;

c)        塑炼完毕发出压片信号,准备排胶,待回信号后排胶;

d)       压片机在密炼机发出排胶信号时,做好一切准备工作(调整辊距为10~15㎜,同时调整辊温至规定要求),然后给密炼机发出排胶信号;

e)        塑炼胶排到压片机上,包辊并切割2次,时间为2min,机械打扭10min;

f)        下片(并割取快检试片5块),时间为2min;

g)       胶片通过中性皂液隔离槽,再输送至胶片冷却装置,悬挂强风冷却;

h)       待胶片温度冷却至45℃以下时,裁断成小片放置铁桌塑度为上停放8h以上,供下道工序使用。

 

2、工艺条件及其对塑炼效果的影响 

密炼机塑炼属于高温塑炼,温度一般在120℃以上。生胶在密炼机中受高温和强机械作用,产生剧烈氧化,短时间内即可获得所需的可塑性。因此,密炼机塑炼效果取决于炼胶温度、炼胶时间、化学塑解剂、转子转速、装胶容量以及上顶栓压力等因素。

①温度

塑炼温度是影响密炼机塑炼效果好坏的主要因素,温度对密炼机塑炼的影响如表3-6和图3-12所示。从图可以看出,随着塑炼温度的提高,胶料可塑度几乎按比例迅速增大。但是温度过高会导致橡胶分子过度降解,使物理机械性能下降。所以天然橡胶塑炼温度一般以140~160℃为宜;丁苯橡胶塑炼温度应控制在140℃以下,温度过高,会导致发生支化、交联等反应,反而使可塑性降低。但是,塑炼温度也不能太低,否则达不到预期的效果,降低塑炼效率。

表3-6 密炼机温度对塑炼的影响

塑炼时间,min

转子和室壁温度,℃

排胶温度,℃

负荷作用下试片高度h1,

10

10

30

150

80

157

421

258

 

 


图3-12 密炼机塑炼NR时温度与可塑度的关系

②时间

与开炼机不同,生胶的可塑性随在密炼机中塑炼时间的增长而不断地增大。图3-13为在20r/min密炼机中塑炼时间对天然橡胶可塑性的影响。

从图3-13中可以看出,在塑炼初期,可塑性随时间的延长而呈直线上升,但经过一定时间以后,可塑性的增长速度减缓。这是因为,随着塑炼时间的延长,密炼室中充满了大量的水蒸汽和低分子挥发性气体,它们阻碍了橡胶与周围空气中氧的接触,也使氧的浓度下降,从而使橡胶的氧化裂解反应减慢。因此,随着塑炼过程的进行,可塑性的增长速度逐渐变缓。所以,制定塑炼条件的主要任务是根据实际情况确定适当的塑炼时间。为了提高密炼机的使用效率,通常对可塑度要求0.50(威氏)以上的胶料可采用二段塑炼或用M、DM塑炼的方法。


图3-13 塑炼时间与可塑度的关系

③化学塑解剂

在密炼机高温塑炼条件下,使用化学塑解剂比在开炼机中更为有效。因为高温对化学塑解剂的效能具有促进作用,从而能进一步缩短塑炼时间,并能相应降低塑炼温度,使塑炼温度低于纯胶塑炼温度。塑解剂对可塑性和塑炼温度的影响如图3-14所示。不过,用密炼机塑炼时,由于高温下橡胶分子的氧化裂解过程甚为激烈,使用化学塑解剂塑炼的条件需严格控制,否则会影响胶料质量,使硫化胶的物理机械性能下降。


图3-14 塑解剂对可塑度与温度的影响

目前工厂中常用促进剂M、DM和2,2’一二苯甲酰氨基苯基二硫化物(Peoton22)作为塑解剂,它们对烟片胶的增塑作用,如表3-7所示。在不影响硫化速度和物理机械性能的前提下,使用少量塑解剂(为生胶量的0.3~0.5份)可缩短塑炼时间30%~50%,取得较好的经济效果。

 

表 3-7 几种化学塑解剂的增塑效果(11号密炼机,20r/min)

化学塑解剂

用量,份

温度,

时间,min

容量,kg

可塑度(威氏)

促进剂M

五氯硫酚

22-二苯甲酰氨基苯基二硫化物

0

0.5

0.2

 

0.2

140

140

140

 

140

15

14

10

 

10

120

120

120

 

120

0.38

0.42

0.483

 

0.485

 

④转子转速

在一定温度条件下,塑炼胶可塑度随转子转速的增加而增大。在实际生产中,转速通常是不变的,因而在制定塑炼条件时,转速一般不是考虑的因素。但如果存在不同转速的机台,则应根据转速的快慢确定不同的塑炼时间,以获得相同的塑炼效果。

表3-8为实验室密炼机塑炼天然橡胶的可塑性测定结果。由表3-8可知,在相同的塑炼温度下,达到相近的可塑性时,转子转速越快,则所需塑炼时间越短。近年来使用中速或快速密炼机塑炼生胶就是基于这个道理。如进口F-270密炼机塑炼生胶的时间只相当于国产11号密炼机的30%~50%。

但是,转子转速不宜过快,否则会使生胶温度过高,致使橡胶分子剧烈氧化裂解,或引起支化交联而产生凝胶。

表3-8  转子转速对密炼机塑炼效果的影响

转速,r/min

时间,min

威氏可塑度试验压缩后的试片高度h1,

94

121

150

25

50

70

30

15

10

4.51

4.09

3.79

4.00

3.45

3.17

2.90

2.60

2.50

 

⑤装胶容量

密炼机塑炼时,必须首先合理确定装胶容量(称工作容量)。容量过大或过小,都影响生胶获得良好的塑炼效果。容量过小,生胶会在密炼室中打滚,不能获得有效塑炼;容量过大会使生胶塑炼不均匀,排胶温度升高,设备因超负荷运转而易于损坏。装胶容量应根据密炼室壁和转子突棱磨损后的缝隙大小,通过实验确定。通常,装胶容量为密炼室容量的55%~75%(即填充系数为0.55~0.75)。另外,有时为降低排胶温度,又必须适当减小装胶容量,这些都应该视具体情况而合理确定。装胶容量一般以质量(kg)计,可将装胶容量(m3)乘以胶料密度(kg/m3)换算得出。

 

⑥上顶栓压力

上顶栓压力的大小,对塑炼效果影响很大。实验表明,适当增加上顶栓压力,提高对胶料的剪切力作用,是缩短塑炼时间的有效方法。

当压力不足时,上顶栓被塑炼胶推动产生上、下浮动,不能使胶料压紧,减小对胶料的剪切力作用。当压力太大,上顶栓对胶料阻力增大,使设备负荷增大。通常,20r/min密炼机上顶栓压力控制在0.5~0.6MPa,40~60r/min密炼机上顶栓压力一般为0.6~0.8MPa。  

除此之外,生胶本身的质量及操作技术水平等对塑炼效果也有一定影响。但是,在密炼机塑炼中,重要的是必须严格掌握塑炼温度和塑炼时间。

目前,国外多用快速(60~80r/min)、高压(上顶栓压力达0.6~0.8MPa)密炼机,塑炼温度高达160~180℃,塑炼生胶仅需3~5min,若用化学塑解剂2~3min即可完成塑炼,大大提高了生产效率。

 

分任务完成(03-2):工艺制定-制定总任务分配的配方中天然橡胶密炼机塑炼的标准和操作方法及步骤,学生分组查阅讨论(依据胶料用途、生产工艺)(以XM-75/20~60为例)

学生发言分析:学生代表发言(每组轮流代表1人)(各组讨论结果)其它同学补充并进行现场评审。

 

三、螺杆机塑炼

螺杆机塑炼是借助螺杆和带有锯齿螺纹线的衬套间的机械作用,使生胶受到破碎、磨擦、搅拌、并在高温下获得塑炼效果的一种连续塑炼方法。使用设备主要是单螺杆一段塑炼机和双螺杆两段塑炼机。

螺杆机塑炼具有连续化、自动化程度高,生产能力大,动力消耗少,占地面积少,劳动强度低等优点。适用于生胶品种少、耗胶量大的大规模工业生产。但从目前国内使用螺杆机塑炼来看,还存在一些如排胶温度高、塑炼胶热可塑性大、可塑性不均匀(夹生现象)和较低等缺陷,因此在应用上受到一定限制。

螺杆机塑炼工艺举例如下。

1)       螺杆机塑炼仅适用于天然橡胶。

2)       塑炼的工艺过程是,先将螺杆机工作部件预热至规定温度(机头80~90℃,机身90~110℃,机尾60℃以下),

3)       然后将预热至70~80℃的天然橡胶切胶胶块(质量为l0kg左右)通过输送带送入螺杆塑炼机加料口,并加压使生胶在机筒和螺杆间进行塑炼。

4)       当塑炼胶不断排出后,用输送带将塑炼胶片(或胶粒)送至开炼机上进行补充加工、下片、冷却并停放。

5)       塑炼胶必须停放24h,方可供下道工序使用。

天然橡胶经螺杆塑炼机塑炼其可塑度一般可达,一段塑炼胶0.21~0.30(威氏);二段塑炼胶0.31~0.40(威氏)。塑炼胶排胶温度一般为170~180℃。   

螺杆机塑炼效果取决于机温、胶温、填胶速度和出胶空隙等因素。

①温度是螺杆机塑炼时必须严格控制的主要工艺条件。机温过低不能获得良好的塑炼效果,设备负荷大;温度过高则影响橡胶的加工性能及物理机械性能。当机身温度高于110℃时,生胶的可塑性增加不大,而当温度高于120℃时,则排胶温度太高,使胶片(或胶粒)发粘而产生粘辊,不易进行补充加工,并使物理机械性能严重下降。

②生胶块在送入螺杆机之前,若胶温低于预热规定温度70~80℃时,则容易产生塑炼不均匀(夹生)的现象,并易造成设备负荷过大而引起停机现象。

③填胶速度应均匀,并与机身容量相适应。填胶速度过快,机筒内积胶多,就会形成较大的静压力,使胶料容易析出机头;由于胶料在机筒内的停留时间短,得不到充分的塑炼,因而塑炼胶的可塑性小且不均匀;反之,填胶速度过慢,胶料在机筒内的停留时间长,致使塑炼胶可塑性过大,严重时会呈现粘流状。实际操作时,为让胶块连续自动进入机身内,必要时可利用风筒适当加压,以帮助胶块顺利进入螺杆机内,使塑炼顺利进行。

④出胶空隙主要指机头与螺杆端部之间的环形间隙,它可通过调整螺杆的装置来调节。如间隙大,机头部位阻力小,出胶量大,塑炼胶可塑性小;反之,间隙小,塑炼胶的可塑性则较大。例如,用φ300㎜的螺杆机塑炼天然橡胶时,当出胶空隙调至小时,塑炼胶的可塑度可达0.4(威氏)左右。

 

四、塑炼的后加工工序

1、冷却

塑炼后胶料进行冷却主要有二个方面的作用一是防止高温下胶料的进一步氧化使性能下降,二是防胶料粘合在一起不便于下一步的工艺操作。

一般胶料冷却后的温度在80℃以下,冷却的方法分为强制冷却和自然冷却二种,其中强制冷却按冷却介质不同可分为水冷却(有水浸、喷淋、混合三种形式)、风冷却、综合冷却。水冷却的效率高,可节省时间和面积,但水冷却后需将胶料表面的水凉干或用风吹干。

 


图2-15 胶片冷却装置

 

2、停放

胶料停放的目的主要是使橡胶在塑炼过程受机械作用后能充分恢复松驰,从而提高性能。一般的停放条件为:常温×2~72h。胶料停放的要求为:干燥、室内(防晒、防水、防尘)、通风条件好、温度(不高于40℃)。

五、常见橡胶塑炼特性

橡胶的塑炼特性与其化学组成、分子结构、分子量及其分布有着密切的关系。不同组成和结构的橡胶,尤其是天然橡胶与合成橡胶,在塑炼特性上有着许多差别,如表3-9所示。

表3-9 天然橡胶与合成橡胶塑炼特性的比较

特性

天然橡胶

合成橡胶

特性

天然橡胶

合成橡胶

难易

生热

塑解剂

有效

一般较大

效果低

复原性

收缩性

黏着性

 

    天然橡胶有较好的塑炼效果,易于获得所需的可塑性。合成橡胶的塑炼则比较困难。在合成橡胶中,又以异戊橡胶和氯丁橡胶比较容易塑炼:,丁苯橡胶、顺丁橡胶和丁基橡胶次之,丁腈橡胶则难塑炼。

天然橡胶之所以容易塑炼,是因为天然橡胶的异戊二烯结构中存在着甲基对双键的诱导效应和共轭效应的加和作用,使分子主链中链节间的结合键能较低;天然橡胶分子量较高,且分子量分布较宽,受机械作用的剪切应力大,分子链容易被扯断;天然橡胶分子链被机械力扯断后生成的自由基稳定性较高,不易产生再结合或者歧化、交联反应,在经氧化作用后也不易发生歧化,交联反应,因此,天然橡胶的机械塑炼效果好。另一方面,诱导效应和共轭效应活化了。一次甲基位上的氢原子,因而使天然橡胶容易进行氧化反应,在氧化反应过程中所生成的自由基比较稳定,不易产生歧化和交联反应。而且在氧化过程中所生成的氢过氧化物,主要呈降解反应,很少因歧化和交联而形成凝胶,因此,天然橡胶的高温塑炼效果好。

合成橡胶则相反。由于合成橡胶的初始黏度较低,分子链较短,缺乏天然橡胶那样多的高分子量级分,当橡胶通过辊筒间隙时,分子间易于滑动,因而所受的机械剪切应力较小;大多数合成橡胶在伸长应力作用下的结晶也不象天然橡胶那样显著,或根本不形成结晶,因此,在相同条件下所受的剪切应力也比天然橡胶低;合成橡胶在机械力作用下分子链断裂生成的自由基比天然橡胶自由基的稳定性低,易产生歧化、交联反应,导致生成凝胶;在高温氧化裂解时,合成橡胶更易产生交联反应而形成凝胶。此外,在合成橡胶中还常常含有一些起稳定作用的防老剂,它们会对塑炼时加入的化学塑解剂起抑制作用,从而降低了塑炼效果。

    生产上,为克服合成橡胶在塑炼加工中的困难,通常已在合成阶段通过控制聚合度等方法,制成具有较低门尼黏度的生胶,这些生胶无须进行塑炼加工,只有像硬丁腈橡胶等高门尼黏度的合成橡胶才需进行塑炼加工。

    1、天然橡胶

    天然橡胶是生胶塑炼的主要胶种。用开炼机和密炼机进行塑炼均能获得良好效果。用开炼机塑炼时,通常采用低温(40~50℃)薄通(辊距0.5~lmm)塑炼法和分段塑炼法效果好。用密炼机塑炼时,温度宜在155℃以下,时间约在13min左右(视对可塑度要求而定)。塑炼时间增加,塑炼胶的可塑性随之增大。但不要过炼,否则可塑性变得过高而使物理机械性能下降。

    天然橡胶塑炼时,常加入促进剂M作塑解剂,来提高塑炼效果,促进剂M对开炼机塑炼和密炼机塑炼都适用。

    天然橡胶塑炼后,为使橡胶分子链得到松弛(俗称恢复疲劳)和可塑性均匀,需停放一定时间(4~8h),才能供下道工序使用。

    目前国内使用的天然橡胶主要品种有:国产烟片胶和标准胶,进口烟片胶和马来西亚标准胶等。由于上述胶种的初始门尼黏度不同,欲获得相同的可塑性,所需的塑炼时间当然不同。其塑炼时间的顺序为:进口烟片胶>国产烟片胶>国产标准胶>马来西亚标准胶。恒粘和低粘标准马来西亚橡胶、充油天然橡胶、轮胎橡胶、易操作橡胶的初始门尼黏度较低(一般小于65),可不经塑炼而直接混炼。

    2、丁苯橡胶   

    软丁苯橡胶的初始门尼黏度在40~60之间,能满足加工要求,一般无需塑炼。但适当塑炼可改善压延、压出等工艺性能。

    在相同的塑炼条件下,丁苯橡胶的塑炼效果较天然橡胶差,因此必须严格控制塑炼工艺条件,才能取得较好的塑炼效果。

    用开炼机塑炼时,采用薄通法比较有效。辊距越小,塑炼效果越好。通常辊距为0.5~lmm,辊温为30~45℃。用密炼机塑炼时,要严格控制塑炼温度和时间。塑炼温度过高或时间过长,都易生成凝胶,使塑炼效果降低。密炼机塑炼温度一般以137~139℃为宜,不应超过140℃。

    使用化学塑解剂,可提高丁苯橡胶的塑炼效果。开炼机塑炼时,可采用p一萘硫醇和促进剂M、DM,用量应比天然橡胶多,一般为1~2份;密炼机塑炼时,采用促进剂M、DM、2,2’-苯甲酰氨基二苯基二硫化物等,用量一般为0.5~3.0份,塑炼温度较纯胶塑炼低5~10℃。

    为防止丁苯橡胶塑炼时生成凝胶,除严格掌握适当的工艺条件外,亦可加凝胶阻止剂,如二苯基对苯二胺等。

    3、顺丁橡胶

    目前常用的顺丁橡胶门尼黏度较低(国产顺丁橡胶门尼黏度一般为40~50左右),已具有符合工艺要求的可塑性,一般不必塑炼。但对某些门尼黏度值高的顺丁橡胶,则仍需塑炼。

    顺丁橡胶因分子量分布较窄,分子链又很柔顺,在机械力作用下,易产生分子链的相对滑动,使作用于分子链上的剪切应力小而缺乏塑炼效果。因此低温塑炼对顺丁橡胶的可塑性影响很小。但适当塑炼(开炼机薄通塑炼,辊温40℃左右,辊距imm以下),能使其质地均匀,提高硫化胶的物理机械性能。

    密炼机高温塑炼,可使顺丁橡胶的黏度显著下降。高、中顺式聚丁二烯橡胶在一定条件下(排胶温度为160~190℃,塑炼时间为8~10min),凝胶生成量极小。而低顺式聚丁二烯橡胶的凝胶生成量较大,防止措施是使用胺类防老剂,效果良好。

    4、氯丁橡胶

    国产硫黄调节型和非硫调节型氯丁橡胶的初始门尼黏度都较低,一般能满足加工工艺要求,可不进行塑炼。但是,由于氯丁橡胶在贮存期内(尤其超过半年),可塑性严重下降,因此仍需塑炼,以获得所需要的可塑性。

    氯丁橡胶低温贮存时容易结晶变硬,塑炼前应预热以消除结晶,防止损伤设备或弹出伤人。 

    开炼机塑炼采用薄通法对硫黄调节型氯丁橡胶效果显著。在低温下薄通,其分子链容易断裂,塑炼效果好;温度升高,塑炼效果下降,并会产生粘辊现象。因此硫黄调节型氯丁橡胶的塑炼温度一般为30~40℃,非硫黄调节型氯丁橡胶的塑炼温度为40~45℃。实验证明,硫黄调节型氯丁橡胶在初的5~10min塑炼效果显著,15min即可获得符合实际要求的可塑性。五亚甲基二硫代氨基甲酸哌啶是硫黄调节型氯丁橡胶的有效塑解剂。非硫调节型氯丁橡胶由于分子结构比较稳定,分子量较低,薄通塑炼效果不大,故短时间塑炼(一般为4~6min)后即可进行混炼。

    氯丁橡胶用密炼机塑炼时,要严格控制温度,使排胶温度不高于85℃。用1l号密炼机塑炼硫黄调节型氯丁橡胶,其工艺条件是:容量为165~170kg;排胶温度75~80℃;塑炼时间4~5min;塑炼胶的可塑度为0.(威氏)左右。

    5、丁腈橡胶

    丁腈橡胶根据其初始门尼黏度分为软丁腈橡胶和硬丁腈橡胶。软丁腈橡胶可塑性较高(门尼黏度在65以下),一般不需要塑炼或短时间塑炼即可。硬丁腈橡胶可塑性低(门尼黏度一般为90~120),工艺性能差,必须进行充分塑炼才能进行进一步加工。丁腈橡胶由于韧性大,塑炼生热大,收缩剧烈,塑炼较为困难。

    为获得较好的塑炼效果,应采用低温薄通法进行塑炼。要严格控制塑炼温度(辊温好在30~40℃),减小辊距(0.5~lmm)和容量(约为天然橡胶容量的1/2~1/3)。利用分段塑炼,并加强冷却(如冷风循环爬架装置)才能提高塑炼效果。  

    低丙烯腈含量和中丙烯腈含量的丁腈橡胶采用分段塑炼效果较好,而高丙烯腈含量的丁腈橡胶采用一段塑炼即可满足可塑性要求。丁腈橡胶分段塑炼的一般工艺条件<如在XK一360开炼机上,以0.5~lmm辊距分段塑炼)是,容量为10~15kg;塑炼时间为20-30min,每段间冷却停放3-4正经三段塑炼后可塑度可达0.28~0.34(威氏)。

    粉状配合剂能促进丁腈橡胶的塑炼,粒子越粗作用越大(如粗粒子炭黑、碳酸钙等)。因此,对一般要求的胶料,在塑炼几次以后,胶片表面尚不平滑时,即可加入粉料,以使胶料可塑性有所提高。

    丁腈橡胶在高温塑炼条件下,会导致生成凝胶,不能获得塑炼效果,因此,不能使用密炼机塑炼。

    6、丁基橡胶 

    丁基橡胶常用品种有普通型(如加拿大丁基-301、丁基-300等)和卤化了基橡胶(如氯

化丁基橡胶)。丁基橡胶的初始门尼黏度为37~75时,一般不需要塑炼。但对丁基橡胶进行适当塑炼,可稍许提高生胶可塑性,改善加工性能。

    丁基橡胶分子链较短,具有冷流性,分子的不饱和度低,化学结构稳定,因此很难获得塑炼效果。

    为提高机械塑炼效果,用开炼机塑炼时,应采用低辊温(25~35℃)、小辊距操作,方法是开始先用较大的辊距使胶料进入辊缝中并包辊(辊距小时,丁基橡胶很难进入辊缝中),然后将辊距调小进行塑炼。为便于操作,前辊温度应比后辊低10℃左右。温度升高时,则应割下胶片,冷却后再塑炼。所以,丁基橡胶单靠机械剪切进行塑炼很困难。必须通过“塑解剂”的化学反应和机械剪切相结合来降低其黏度。常用的塑解剂有过氧化二异丙苯、二甲苯硫醇、五氯硫酚等,用量一般为0.5~1.0份。使用塑解剂塑炼时,塑炼胶的可塑性随温度的升高而升高。

    丁基橡胶高温塑炼效果较好。用密炼机塑炼,塑炼温度在120C左右,并添加化学塑解剂,有效用量为2份左右。塑解剂以过氧化二异丙苯效果好,其次是二甲苯硫醇和五氯硫酚等。装胶容量以较大为好(填充系数一般为0.65~0.70)。

    丁基橡胶塑炼时,应保持清洁,严禁其它胶种混入,否则影响产品质量。因此,塑炼前炼胶机必须清洗。

    卤化丁基橡胶较硬,容易进行机械塑炼。塑炼时,炼胶机不必清洗。

大多数合成橡胶塑炼后复原性比天然橡胶大,因此,塑炼后好不要停放,马上进行混炼,可获得较好效果。


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