橡膠配合與混煉工藝實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是根據(jù)實(shí)驗(yàn)配方，準(zhǔn)確稱(chēng)量生膠、各種配合劑的用量，將配合劑與生膠混合均勻并達(dá)到一定分散度，制備符合性能要求的混煉膠。該實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生熟悉并掌握橡膠配合方法，熟練掌握開(kāi)煉機(jī)混煉的操作方法、加料順序，了解開(kāi)煉機(jī)混煉的工藝條件及影響因素，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行混煉操作的能力。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工作原理

ф160×320mm雙輥筒開(kāi)煉機(jī)，上海機(jī)械技術(shù)研究所產(chǎn)品，主要由機(jī)座、溫控系統(tǒng)、前后輥筒、緊急剎車(chē)裝置、擋膠板、調(diào)節(jié)輥距大小的手輪、電機(jī)等部件組成。開(kāi)煉機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

 

圖1-1 開(kāi)煉機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

 

圖1-2ф160×320mm雙輥筒開(kāi)煉機(jī)

開(kāi)煉機(jī)混煉的工作原理是利用兩個(gè)平行排列的中空輥筒，以不同的線速度相對(duì)回轉(zhuǎn)，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(jìn)入到縫隙中，被橡膠包住，形成配合劑團(tuán)塊，隨膠料一起通過(guò)輥距時(shí)，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(shí)配合劑團(tuán)塊也會(huì)受到剪切力作用而破碎成小團(tuán)塊，膠料通過(guò)輥距后，由于流道變寬，被拉伸的橡膠分子鏈恢復(fù)卷曲狀態(tài)，將破碎的配合劑團(tuán)塊包住，使配合劑團(tuán)塊穩(wěn)定在破碎的狀態(tài)，配合劑團(tuán)塊變小。膠料再次通過(guò)輥距時(shí)，配合劑團(tuán)塊進(jìn)一步減小，膠料多次通過(guò)輥距后，配合劑在膠料中逐漸分散開(kāi)來(lái)。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(jìn)一步分布均勻，從而制得配合劑分散均勻并達(dá)一定分散度的混煉膠。

 

三、實(shí)驗(yàn)步驟

1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)配方，準(zhǔn)確稱(chēng)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(kāi)煉機(jī)輥筒及接料盤(pán)上有無(wú)雜物，如有先清除雜物；

3、開(kāi)動(dòng)機(jī)器，檢查設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，通熱水預(yù)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(cè)放入開(kāi)煉機(jī)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(guò)2—3分鐘的滾壓、翻煉，形成光滑無(wú)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(jìn)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(jìn)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(jí)促進(jìn)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(chēng)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(hào)）待用。

9、關(guān)機(jī)，清洗機(jī)臺(tái)。

四、影響因素

影響開(kāi)煉機(jī)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(shí)間等。

1、膠料的包輥性

膠料的包輥性好壞會(huì)影響混煉時(shí)吃粉快慢、配合劑分散，如果包輥性太差，甚至無(wú)法混煉。膠料的包輥性與生膠的性質(zhì)（如格林強(qiáng)度、斷裂拉伸比、zui大松弛時(shí)間等）、輥溫和剪切速率有關(guān)，格林強(qiáng)度高、斷裂拉伸比大、zui大松弛時(shí)間長(zhǎng)的生膠包輥性好，如NR；格林強(qiáng)度低、斷裂拉伸比小、zui大松弛時(shí)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(huì)影響生膠的包輥性，如加入補(bǔ)強(qiáng)劑，提高膠料的格林強(qiáng)度，增大松弛時(shí)間，會(huì)明顯改善BR的包輥性；膠料中過(guò)多加入液體軟化劑，降低格林強(qiáng)度，縮短松弛時(shí)間，包輥性變差，甚至脫輥。輥溫在膠料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以下，無(wú)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(zhuǎn)速等方法增大剪切速率，可提高膠料的斷裂拉伸比、延長(zhǎng)zui大松弛時(shí)間，因而也能改善膠料的包輥性。

2、裝膠容量

裝膠容量過(guò)大，增加了堆積膠量，使堆積膠在輥縫上方自行打轉(zhuǎn)，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(zhǎng)混煉時(shí)間，膠料的物性下降，同時(shí)會(huì)增大能耗，增加煉膠機(jī)的負(fù)荷，易使設(shè)備損壞。如果裝膠量過(guò)少，堆積膠沒(méi)有或太少，吃粉困難，生產(chǎn)效率太低。因此，開(kāi)煉機(jī)混煉時(shí)裝膠量要合適。可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用下列公式計(jì)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(zhǎng)度，cm；

ρ—膠料的密度，g/cm3。

當(dāng)煉膠量較少時(shí)，為了保證輥距上方留有適量的堆積膠，可通過(guò)調(diào)整擋膠板的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3、輥距

膠料通過(guò)輥距時(shí)受到的剪切變形速率，與輥距、輥筒轉(zhuǎn)速和速比之間的關(guān)系為：

 

γ——機(jī)械切變速率，s-1；

f——滾筒的速比，f=V1/V2；

V2——前輥筒表面旋轉(zhuǎn)線速度，m/min；

V1——后輥筒表面旋轉(zhuǎn)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(tuán)塊受到的剪切作用增大，配合劑團(tuán)塊容易破碎，因此有利于配合劑的分散，但橡膠分子鏈?zhǔn)芗羟袛嗔训臋C(jī)會(huì)也增大，容易使分子鏈過(guò)度斷裂，造成過(guò)煉，橡膠分子量降得過(guò)低，使膠料的物理機(jī)械性能降低。輥距過(guò)大，剪切作用太小，配合劑不易分散，給混煉操作帶來(lái)困難。因此開(kāi)煉機(jī)混煉時(shí)，輥距要合適。合適的輥距大小與裝膠量有關(guān)，如表1-1所示。天然膠與合成膠并用時(shí)，并用比例相等，總膠量可按天然膠來(lái)定輥距；合成膠大于天然膠比例時(shí)，總膠量可按合成膠定輥距。

表1-1 輥距大小與裝膠量的關(guān)系

 

4、速比與輥速

速比和輥速增大，對(duì)混煉效果的影響與減小輥距的規(guī)律一致，會(huì)加快配合劑的分散，但對(duì)橡膠分子鏈剪切也加劇，易過(guò)煉，使膠料物性降低，使膠料升溫加快，能耗增加。速比過(guò)小，配合劑不易分散，生產(chǎn)效率低。開(kāi)煉機(jī)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(kāi)煉機(jī)混煉時(shí)輥筒溫度

 

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(rùn)，吃粉加快；但配合劑團(tuán)塊在柔軟的膠料中受到的剪切作用會(huì)減弱，不容易破碎，不利于配合劑的分散，結(jié)合橡膠的生成量也會(huì)減少。因此開(kāi)煉機(jī)混煉時(shí)輥筒的溫度要合適。由于溫度對(duì)不同膠料包輥性的影響不同，因此不同膠料混煉時(shí)輥溫也應(yīng)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(kāi)煉機(jī)混煉時(shí)輥溫如表1-2所示。

6、加料順序

混煉時(shí)加料順序不當(dāng)，輕則影響配合劑分散不均，重則導(dǎo)致焦燒、脫輥或過(guò)煉，加料順序是關(guān)系到混煉膠質(zhì)量的重要因素之一，因此加料必須有一個(gè)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(duì)溫度敏感的配合劑后加，硫化劑與促進(jìn)劑分開(kāi)加等原則。因此開(kāi)煉機(jī)混煉時(shí)，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(jìn)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(shí)，兩者可交替加入，zui后加硫化劑。如果配方中有超速級(jí)促進(jìn)劑，應(yīng)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(qiáng)，粒子之間易形成氫鍵，難分散，應(yīng)在小料之前加入，而且要分批加入。對(duì)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(jìn)劑放到zui后加。

7、加料方式

加料方式不同也會(huì)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(dāng)于減少了吃粉面積，吃粉時(shí)間延長(zhǎng)，吃粉慢，配合劑由吃入位置分散到其他地方需要的時(shí)間延長(zhǎng)，因此也不利于配合劑的分散。加料時(shí)應(yīng)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(huì)縮短吃粉時(shí)間，也有利于配合劑在膠料中的分散，縮短混煉時(shí)間，較小對(duì)橡膠分子鏈的剪切破壞。