橡膠的可塑性的測定方法、橡膠的塑煉工藝

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可塑性的測定方法

生膠和混煉膠可塑度的測定通常有三種方法：壓縮法、旋轉(zhuǎn)扭力法和壓出法。它們均需在恒溫下進(jìn)行，因為可塑度隨溫度變化而變化。
 

一、壓縮法

這種類型的測定方法常用的有：威廉氏法、華萊氏快速可塑度法和德弗可塑度法三種。
 

1．威廉氏法（Williams）

在恒溫、定負(fù)荷下，經(jīng)過一定時間后根據(jù)試樣高度的變化來評定可塑度。將Φ=16mm，h0=10mm的圓柱試樣在T=70±1℃或100±1℃下預(yù)熱3min，壓縮3min，除去負(fù)荷取出試樣在室溫下恢復(fù)3min，測量試樣高度的壓縮變形量及去掉負(fù)荷后的變形量，計算可塑度P。

h0 —試樣原始高度，mm；h1—試樣壓縮3min后的高度，mm；h2—恢復(fù)3min后的高度，mm

如果試樣為絕對流體，即h1=h2=0，P=1；

若試樣為絕對彈性體，即h2=h0，P=0；

生膠和混煉膠為粘彈體，它們的可塑度在0~1之間，數(shù)值越大表示可塑性越大。

2．華萊氏（Wallace）快速可塑度法

其原理與Williams法相同，以定溫、定負(fù)荷、定時間下膠片厚度的變化表示可塑度。

該法操作方便，多用于工業(yè)生產(chǎn)中作快速檢驗。

3．德弗法

以在定溫和定時間內(nèi)試樣壓縮至規(guī)定高度時所需負(fù)荷值來表示。

二、旋轉(zhuǎn)扭力法—門尼（Mooney）粘度法

原理是：在一定溫度、時間和壓力下，根據(jù)試樣在活動面（轉(zhuǎn)子）與固定面（模腔）之間變形時所受扭力來確定膠料可塑度。

試驗時，將試樣按要求放入模腔里，在100℃下預(yù)熱1min，使轉(zhuǎn)子在2r/min速度轉(zhuǎn)動4min，所測的扭力值即為門尼粘度，一般用 表示，L表示用大轉(zhuǎn)子（直徑為38.1±0.03mm）。

門尼粘度法比壓縮法迅速簡便，且表示的動態(tài)流動性更接近于工藝實際情況。

三、壓出法

用毛細(xì)管流變儀來測定。

在一定溫度、壓力、口型下，于一定時間內(nèi)用毛細(xì)管流變儀測定膠料的壓出速度，以每分鐘壓出的毫克數(shù)表示可塑度。

優(yōu)點：此法與壓出機(jī)口型的工作狀況相似，可更具體地了解混煉膠可塑性對壓出性能的影響。

缺點：壓出法試樣需要較多的膠料，且試樣必須經(jīng)較長時間預(yù)熱。

塑煉方法及影響因素

一、準(zhǔn)備工藝

1．烘膠

NR烘膠溫度一般在50~60℃，時間為24~36h，冬季加熱時間為36~72h。

CR烘膠溫度一般在24~40℃，時間為4~6h。

烘膠溫度不宜過高，否則會影響橡膠的物理機(jī)械性能。

2．切膠

用切膠機(jī)將生膠切成小塊，每塊重量視膠種而異，NR每塊10~20kg，CR每塊不超過10kg。

3．破膠

橡膠塊需用破膠機(jī)破膠，以便塑煉。破膠輥距一般為2~3mm，輥溫控制在45℃以下。

二、開煉機(jī)塑煉工藝

（一）開煉機(jī)塑煉的原理

開煉機(jī)的兩個輥筒以不同的轉(zhuǎn)速相對回轉(zhuǎn)，膠料放到兩輥筒間的上方，在摩擦力的作用下被輥筒帶入輥距中。由于輥筒表面的旋轉(zhuǎn)線速度不同，使膠料通過輥距時的速度不同而受到摩擦剪切作用和擠壓作用，膠料反復(fù)通過輥距而被塑煉。
 

（二）開煉機(jī)塑煉的工藝方法

1．包輥塑煉法

把膠片包在前輥上，讓其自然地反復(fù)過輥塑煉，直至達(dá)到規(guī)定的可塑度要求為止。

缺點：塑煉時間長，效率低，最終獲得的可塑度也較低。

又分為：一段塑煉：塑煉時間長，效率低，不適用于可塑度要求較高的生膠塑煉。

分段塑煉：包輥塑煉10~15min，下片、冷卻、停放4~8h后，再進(jìn)行下一次塑煉，直至達(dá)到要求的可塑度為止。通常分為兩段塑煉和三段塑煉，具體依可塑度要求而定。

2．薄通塑煉法

輥距在1   mm以下，膠料通過輥距后不包輥而直接落到接膠盤，讓膠料返回到輥距上方重新通過輥距，這樣反復(fù)數(shù)次。

優(yōu)點：膠料散熱快，冷卻效果較好，塑煉膠可塑度均勻，質(zhì)量高，能達(dá)到任意的塑煉程度。

3．化學(xué)增塑塑煉法

采用化學(xué)塑解劑增加塑煉效果，提高塑煉生產(chǎn)效率并節(jié)約能耗。化學(xué)塑解劑應(yīng)以母膠的形式使用，并應(yīng)適當(dāng)提高開煉機(jī)的輥溫。

（三）開煉機(jī)塑煉的影響因素

1．裝膠容量

裝膠容量取決于開煉機(jī)的規(guī)格，容量大，散熱困難，膠溫升高，降低塑煉效果；容量過小則降低生產(chǎn)效率。

合理的容量根據(jù)經(jīng)驗公式計算：

Q—塑煉容量，L；K—經(jīng)驗系數(shù)，取值一般為0.0065~0.0085，L/cm3；D—輥筒直徑，cm；L—輥筒工作部分長度，cm

合成橡膠塑煉時生熱大，裝膠容量應(yīng)比NR少。

2．輥距

輥距越小，機(jī)械塑煉效果越明顯。薄通時實際使用輥距一般為0.5~1mm。

3．輥速和速比

輥距一定，提高開煉機(jī)的輥速或速比會增大膠料的機(jī)械剪切作用，從而提高機(jī)械塑煉效果。開煉機(jī)的速比一般在1.15~1.27之間。速比過大，升溫加快。

4．輥溫

輥溫低，塑煉效果好。輥溫過低容易造成設(shè)備超負(fù)荷而受到損害。塑煉溫度與生膠膠種有關(guān)，NR通常控制前輥溫度在45~55℃，后輥溫度在40~50℃為宜。

5．塑煉時間

在塑煉過程的最初10~15min，膠料的門尼粘度迅速降低，此后漸趨緩慢。

6．化學(xué)塑解劑

使用塑解劑能提高塑煉效果，縮短塑煉時間，減小彈性復(fù)原。使用化學(xué)塑解劑時，適當(dāng)提高溫度會提高塑煉效果，塑煉溫度一般以70~75℃為宜。

塑解劑的用量，在NR中一般為生膠重量的0.1~0.3%，合成橡膠則應(yīng)增大到2~3%。

三、密煉機(jī)塑煉工藝

優(yōu)點：自動化程度高，生產(chǎn)效率高，節(jié)能，勞動強(qiáng)度低；

缺點：溫度高，冷卻困難，易過煉，出料為無定形狀，需要配備相應(yīng)的壓片機(jī)。

（一）密煉機(jī)的工作原理

物料從加料斗加入密煉室后，加料門關(guān)閉，壓料裝置的上頂栓降落，對物料加壓。物料在上頂栓壓力及摩擦力的作用下，被帶入兩個具有螺旋棱、有速比的、相對回轉(zhuǎn)的兩轉(zhuǎn)子的間隙中，致使物料在由轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與密煉室壁、上頂栓、下頂栓組成的捏煉系統(tǒng)內(nèi)，受到不斷變化和反復(fù)進(jìn)行的剪切、撕拉、攪拌和摩擦的強(qiáng)烈捏煉作用，從而達(dá)到塑煉的目的。

物料在密煉室中主要受到幾種作用：

1．轉(zhuǎn)子間及轉(zhuǎn)子與混煉室內(nèi)壁間的作用；

2．轉(zhuǎn)子棱間的攪拌作用；

3．轉(zhuǎn)子軸向的往復(fù)切割作用。

（二）密煉機(jī)塑煉的工藝方法

密煉機(jī)塑煉的工藝方法有一次塑煉法、分段塑煉法和化學(xué)增塑塑煉法三種。

（三）影響密煉機(jī)塑煉的因素

1．溫度

密煉機(jī)塑煉屬高溫塑煉，生膠在密煉機(jī)內(nèi)受高溫及劇烈的機(jī)械剪切作用，以高溫氧化為主，可在短時間內(nèi)獲得所需要的可塑度，一般密煉機(jī)的塑煉溫度為120℃以上，有的甚至可達(dá)到160℃，但溫度過高會導(dǎo)致橡膠物理機(jī)械性能下降。

一般NR塑煉時的溫度不超過155℃為宜。采用密煉機(jī)塑煉合成橡膠，以免產(chǎn)生凝膠。溫度范圍要視膠種具體特性而定。對于SBR，溫度應(yīng)控制在155℃以下，以免產(chǎn)生凝膠。使用塑解劑時，塑煉溫度可控制在160℃。

2．轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速快，塑煉效率高。轉(zhuǎn)速從25轉(zhuǎn)提高到75轉(zhuǎn)，塑煉時間從30min縮短到10min。轉(zhuǎn)速的提高必然會加速膠料生熱升溫，因此必須加強(qiáng)冷卻。

3．時間

用密煉機(jī)塑煉，膠料的可塑度隨塑煉時間的增加而增加。使用塑解劑進(jìn)行塑煉時，塑煉效果會提高，塑煉時間可縮短30%~50%。

4．上頂栓壓力

上頂栓必須加壓，以增加轉(zhuǎn)子對膠料的剪切作用。壓力過小，不能壓緊膠料，但壓力過大，又會造成設(shè)備負(fù)荷過大。上頂栓壓力一般為0.5~0.8MPa。

5．裝膠容量

各種規(guī)格密煉機(jī)的裝膠容量為密煉室容積的48%~62%。

6．化學(xué)塑解劑

密煉機(jī)塑煉溫度高，采用化學(xué)塑解劑增塑法合理有效，不僅能充分地發(fā)揮塑解劑的增塑效果，而且在同樣條件下會降低排膠溫度，提高塑煉膠質(zhì)量。

四、螺桿塑煉機(jī)塑煉工藝

(一)螺桿塑煉機(jī)工作原理

在螺桿塑煉機(jī)中，生膠一方面受到螺桿的強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌作用，另一方面，由于生膠受螺桿與機(jī)身內(nèi)壁的摩擦產(chǎn)生大量的熱，溫度高達(dá)150~180℃，從而加速氧化裂解，獲得塑煉效果。橡膠技術(shù)網(wǎng)

優(yōu)點：能連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)能力大，適用于大型輪胎廠。

缺點：排膠溫度高，塑煉膠的熱可塑性大，質(zhì)量不均，排膠不規(guī)則。

（二）影響螺桿塑煉機(jī)塑煉的因素

1．塑煉溫度

若溫度偏低，設(shè)備負(fù)荷偏大，塑煉膠可塑度偏低，且不均勻若溫度太高，易使大分子鏈過度氧化降解而損害膠料質(zhì)量。因此，塑煉溫度必須控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。NR塑煉溫度一般控制在機(jī)尾60℃以下，機(jī)身80~90℃，機(jī)頭90~100℃，排膠溫度180℃以下。

2．喂料速度

喂料速度要適當(dāng)而均勻。速度過快，膠料在機(jī)筒內(nèi)的停留時間短，塑煉不均勻，出現(xiàn)夾生現(xiàn)象。速度太慢，不僅降低生產(chǎn)效率。

3．排膠孔隙大小

排膠孔隙大小依膠料塑煉程度要求而定。孔隙小，排膠速度和排膠量減小，膠料可塑度偏大，生產(chǎn)效率降低。反之，出膠孔隙加大，排膠量大，生產(chǎn)能力提高，但塑煉膠的可塑度偏低且不均勻。

五、塑煉后的補(bǔ)充加工

1．壓片或造粒

2．冷卻與干燥

3．停放

干燥后的膠片按規(guī)定堆放4~8h以上才能恭下道工序使用。

4．質(zhì)量檢驗

常用橡膠的塑煉特性

一、橡膠塑煉難易的原因

1．NR塑煉容易的原因：

（1）大分子中存在甲基和雙鍵的共軛效應(yīng)，鍵能降低，易斷裂；

（2）分子量大，易斷鏈；

（3）大分子斷鏈后生成的自由基穩(wěn)定性高；

（4）大分子氧化生成的氫過氧化物分解導(dǎo)致大分子鏈斷裂破壞。

二、幾種常用橡膠的塑煉特性

1．NR

NR比較容易進(jìn)行塑煉，品種不同塑煉特性不同。

煙片膠初始門尼粘度較高（一般在95~120之間），必須進(jìn)行塑煉加工才能獲得適當(dāng)?shù)目伤苄浴�SMR系列的NR其初始門尼粘度較低（一般在40~75之間），一般不需要塑煉。

NR用開煉機(jī)塑煉，通常采用低溫（40~50℃），薄通塑煉效果好。用密煉機(jī)塑煉時，溫度宜在155℃以下。

NR塑煉時，常加入化學(xué)塑解劑來提高塑煉效果。

2．SBR

軟SBR的初始門尼粘度一般在54~64之間，不需進(jìn)行塑煉。

SBR采用機(jī)械塑煉效果不大，比較有效的方法時采用高溫塑煉法，以130~140℃溫度最好，溫度過高易生成凝膠。

3．BR

BR一般不需要進(jìn)行塑煉。

4．CR

CR的初始門尼粘度都較低，一般不需要進(jìn)行塑煉。但在儲存過程中其可塑性會下降，因此CR仍需經(jīng)過塑煉加工，才能獲得所要求的可塑性。

CR宜采用開煉機(jī)進(jìn)行塑煉，低溫薄通塑煉效果最好。

5．IIR

門尼粘度在38~75之間的品種一般不需要塑煉。

IIR采用機(jī)械塑煉效果不大，但用密煉機(jī)在120℃以上，并且加入塑解劑進(jìn)行高溫塑煉則可取得較好的塑煉效果。

6．NBR

NBR的塑煉應(yīng)采用開煉機(jī)在低溫（40℃以下）、小輥距（1mm左右）、低容量（約為NR容量的1/2~1/3）。一般不宜用開煉機(jī)進(jìn)行塑煉，NBR很易生成凝膠