橡胶的可塑性的测定方法、橡胶的塑炼工艺

来源: 作者: 发表时间:2020-09-11

可塑性的测定方法

 

生胶和混炼胶可塑度的测定通常有三种方法:压缩法、旋转扭力法和压出法。它们均需在恒温下进行,因为可塑度随温度变化而变化。
 

一、压缩法

 

这种类型的测定方法常用的有:威廉氏法、华莱氏快速可塑度法和德弗可塑度法三种。
 

1.威廉氏法(Williams)

在恒温、定负荷下,经过一定时间后根据试样高度的变化来评定可塑度。将Φ=16mm,h0=10mm的圆柱试样在T=70±1℃或100±1℃下预热3min,压缩3min,除去负荷取出试样在室温下恢复3min,测量试样高度的压缩变形量及去掉负荷后的变形量,计算可塑度P。

h0 —试样原始高度,mm;h1—试样压缩3min后的高度,mm;h2—恢复3min后的高度,mm

如果试样为绝对流体,即h1=h2=0,P=1;

若试样为绝对弹性体,即h2=h0,P=0;

生胶和混炼胶为粘弹体,它们的可塑度在0~1之间,数值越大表示可塑性越大。

 

2.华莱氏(Wallace)快速可塑度法

其原理与Williams法相同,以定温、定负荷、定时间下胶片厚度的变化表示可塑度。

该法操作方便,多用于工业生产中作快速检验。

 

3.德弗法

以在定温和定时间内试样压缩至规定高度时所需负荷值来表示。

 

二、旋转扭力法—门尼(Mooney)粘度法

 

原理是:在一定温度、时间和压力下,根据试样在活动面(转子)与固定面(模腔)之间变形时所受扭力来确定胶料可塑度。

试验时,将试样按要求放入模腔里,在100℃下预热1min,使转子在2r/min速度转动4min,所测的扭力值即为门尼粘度,一般用 表示,L表示用大转子(直径为38.1±0.03mm)。

门尼粘度法比压缩法迅速简便,且表示的动态流动性更接近于工艺实际情况。

 

三、压出法

 

用毛细管流变仪来测定。

在一定温度、压力、口型下,于一定时间内用毛细管流变仪测定胶料的压出速度,以每分钟压出的毫克数表示可塑度。

优点:此法与压出机口型的工作状况相似,可更具体地了解混炼胶可塑性对压出性能的影响。

缺点:压出法试样需要较多的胶料,且试样必须经较长时间预热。

 

塑炼方法及影响因素

 

一、准备工艺

 

1.烘胶

NR烘胶温度一般在50~60℃,时间为24~36h,冬季加热时间为36~72h。

CR烘胶温度一般在24~40℃,时间为4~6h。

烘胶温度不宜过高,否则会影响橡胶的物理机械性能。

2.切胶

用切胶机将生胶切成小块,每块重量视胶种而异,NR每块10~20kg,CR每块不超过10kg。

3.破胶

橡胶块需用破胶机破胶,以便塑炼。破胶辊距一般为2~3mm,辊温控制在45℃以下。

 

二、开炼机塑炼工艺

 

(一)开炼机塑炼的原理

 

开炼机的两个辊筒以不同的转速相对回转,胶料放到两辊筒间的上方,在摩擦力的作用下被辊筒带入辊距中。由于辊筒表面的旋转线速度不同,使胶料通过辊距时的速度不同而受到摩擦剪切作用和挤压作用,胶料反复通过辊距而被塑炼。
 

(二)开炼机塑炼的工艺方法

 

1.包辊塑炼法

把胶片包在前辊上,让其自然地反复过辊塑炼,直至达到规定的可塑度要求为止。

缺点:塑炼时间长,效率低,最终获得的可塑度也较低。

又分为:一段塑炼:塑炼时间长,效率低,不适用于可塑度要求较高的生胶塑炼。

分段塑炼:包辊塑炼10~15min,下片、冷却、停放4~8h后,再进行下一次塑炼,直至达到要求的可塑度为止。通常分为两段塑炼和三段塑炼,具体依可塑度要求而定。

 

2.薄通塑炼法

辊距在1   mm以下,胶料通过辊距后不包辊而直接落到接胶盘,让胶料返回到辊距上方重新通过辊距,这样反复数次。

优点:胶料散热快,冷却效果较好,塑炼胶可塑度均匀,质量高,能达到任意的塑炼程度。

 

3.化学增塑塑炼法

采用化学塑解剂增加塑炼效果,提高塑炼生产效率并节约能耗。化学塑解剂应以母胶的形式使用,并应适当提高开炼机的辊温。

 

(三)开炼机塑炼的影响因素

 

1.装胶容量

装胶容量取决于开炼机的规格,容量大,散热困难,胶温升高,降低塑炼效果;容量过小则降低生产效率。

合理的容量根据经验公式计算:

Q—塑炼容量,L;K—经验系数,取值一般为0.0065~0.0085,L/cm3;D—辊筒直径,cm;L—辊筒工作部分长度,cm

合成橡胶塑炼时生热大,装胶容量应比NR少。

 

2.辊距

辊距越小,机械塑炼效果越明显。薄通时实际使用辊距一般为0.5~1mm。

 

3.辊速和速比

辊距一定,提高开炼机的辊速或速比会增大胶料的机械剪切作用,从而提高机械塑炼效果。开炼机的速比一般在1.15~1.27之间。速比过大,升温加快。

 

4.辊温

辊温低,塑炼效果好。辊温过低容易造成设备超负荷而受到损害。塑炼温度与生胶胶种有关,NR通常控制前辊温度在45~55℃,后辊温度在40~50℃为宜。

 

5.塑炼时间

在塑炼过程的最初10~15min,胶料的门尼粘度迅速降低,此后渐趋缓慢。

 

6.化学塑解剂

使用塑解剂能提高塑炼效果,缩短塑炼时间,减小弹性复原。使用化学塑解剂时,适当提高温度会提高塑炼效果,塑炼温度一般以70~75℃为宜。

塑解剂的用量,在NR中一般为生胶重量的0.1~0.3%,合成橡胶则应增大到2~3%。

 

三、密炼机塑炼工艺

 

优点:自动化程度高,生产效率高,节能,劳动强度低;

缺点:温度高,冷却困难,易过炼,出料为无定形状,需要配备相应的压片机。

 

(一)密炼机的工作原理

 

物料从加料斗加入密炼室后,加料门关闭,压料装置的上顶栓降落,对物料加压。物料在上顶栓压力及摩擦力的作用下,被带入两个具有螺旋棱、有速比的、相对回转的两转子的间隙中,致使物料在由转子与转子,转子与密炼室壁、上顶栓、下顶栓组成的捏炼系统内,受到不断变化和反复进行的剪切、撕拉、搅拌和摩擦的强烈捏炼作用,从而达到塑炼的目的。

物料在密炼室中主要受到几种作用:

1.转子间及转子与混炼室内壁间的作用;

2.转子棱间的搅拌作用;

3.转子轴向的往复切割作用。

 

(二)密炼机塑炼的工艺方法

 

密炼机塑炼的工艺方法有一次塑炼法、分段塑炼法和化学增塑塑炼法三种。

 

(三)影响密炼机塑炼的因素

 

1.温度

密炼机塑炼属高温塑炼,生胶在密炼机内受高温及剧烈的机械剪切作用,以高温氧化为主,可在短时间内获得所需要的可塑度,一般密炼机的塑炼温度为120℃以上,有的甚至可达到160℃,但温度过高会导致橡胶物理机械性能下降。

一般NR塑炼时的温度不超过155℃为宜。采用密炼机塑炼合成橡胶,以免产生凝胶。温度范围要视胶种具体特性而定。对于SBR,温度应控制在155℃以下,以免产生凝胶。使用塑解剂时,塑炼温度可控制在160℃。

2.转速

转速快,塑炼效率高。转速从25转提高到75转,塑炼时间从30min缩短到10min。转速的提高必然会加速胶料生热升温,因此必须加强冷却。

3.时间

用密炼机塑炼,胶料的可塑度随塑炼时间的增加而增加。使用塑解剂进行塑炼时,塑炼效果会提高,塑炼时间可缩短30%~50%。

4.上顶栓压力

上顶栓必须加压,以增加转子对胶料的剪切作用。压力过小,不能压紧胶料,但压力过大,又会造成设备负荷过大。上顶栓压力一般为0.5~0.8MPa。

5.装胶容量

各种规格密炼机的装胶容量为密炼室容积的48%~62%。

6.化学塑解剂

密炼机塑炼温度高,采用化学塑解剂增塑法合理有效,不仅能充分地发挥塑解剂的增塑效果,而且在同样条件下会降低排胶温度,提高塑炼胶质量。

 

四、螺杆塑炼机塑炼工艺

 

(一)螺杆塑炼机工作原理

 

在螺杆塑炼机中,生胶一方面受到螺杆的强烈的机械搅拌作用,另一方面,由于生胶受螺杆与机身内壁的摩擦产生大量的热,温度高达150~180℃,从而加速氧化裂解,获得塑炼效果。橡胶技术网

优点:能连续生产,生产能力大,适用于大型轮胎厂。

缺点:排胶温度高,塑炼胶的热可塑性大,质量不均,排胶不规则。

 

(二)影响螺杆塑炼机塑炼的因素

 

1.塑炼温度

若温度偏低,设备负荷偏大,塑炼胶可塑度偏低,且不均匀若温度太高,易使大分子链过度氧化降解而损害胶料质量。因此,塑炼温度必须控制在适当的范围内。NR塑炼温度一般控制在机尾60℃以下,机身80~90℃,机头90~100℃,排胶温度180℃以下。

2.喂料速度

喂料速度要适当而均匀。速度过快,胶料在机筒内的停留时间短,塑炼不均匀,出现夹生现象。速度太慢,不仅降低生产效率。

3.排胶孔隙大小

排胶孔隙大小依胶料塑炼程度要求而定。孔隙小,排胶速度和排胶量减小,胶料可塑度偏大,生产效率降低。反之,出胶孔隙加大,排胶量大,生产能力提高,但塑炼胶的可塑度偏低且不均匀。

 

五、塑炼后的补充加工

 

1.压片或造粒

2.冷却与干燥

3.停放

干燥后的胶片按规定堆放4~8h以上才能恭下道工序使用。

4.质量检验

 

常用橡胶的塑炼特性

 

一、橡胶塑炼难易的原因

 

1.NR塑炼容易的原因:

(1)大分子中存在甲基和双键的共轭效应,键能降低,易断裂;

(2)分子量大,易断链;

(3)大分子断链后生成的自由基稳定性高;

(4)大分子氧化生成的氢过氧化物分解导致大分子链断裂破坏。

 

二、几种常用橡胶的塑炼特性

 

1.NR

NR比较容易进行塑炼,品种不同塑炼特性不同。

烟片胶初始门尼粘度较高(一般在95~120之间),必须进行塑炼加工才能获得适当的可塑性。SMR系列的NR其初始门尼粘度较低(一般在40~75之间),一般不需要塑炼。

NR用开炼机塑炼,通常采用低温(40~50℃),薄通塑炼效果好。用密炼机塑炼时,温度宜在155℃以下。

NR塑炼时,常加入化学塑解剂来提高塑炼效果。

2.SBR

软SBR的初始门尼粘度一般在54~64之间,不需进行塑炼。

SBR采用机械塑炼效果不大,比较有效的方法时采用高温塑炼法,以130~140℃温度最好,温度过高易生成凝胶。

3.BR

BR一般不需要进行塑炼。

4.CR

CR的初始门尼粘度都较低,一般不需要进行塑炼。但在储存过程中其可塑性会下降,因此CR仍需经过塑炼加工,才能获得所要求的可塑性。

CR宜采用开炼机进行塑炼,低温薄通塑炼效果最好。

5.IIR

门尼粘度在38~75之间的品种一般不需要塑炼。

IIR采用机械塑炼效果不大,但用密炼机在120℃以上,并且加入塑解剂进行高温塑炼则可取得较好的塑炼效果。

6.NBR

NBR的塑炼应采用开炼机在低温(40℃以下)、小辊距(1mm左右)、低容量(约为NR容量的1/2~1/3)。一般不宜用开炼机进行塑炼,NBR很易生成凝胶