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          橡膠的加工方法
          發布時間:2022/4/30 9:43:50 點擊次數:

           橡膠的加工方法

          (1)橡膠的塑煉及塑煉工藝 將橡膠生膠在機械力、熱、氧等作用下,從強韌的彈性狀態轉變為柔軟而具有可塑性的狀態,即增加其可塑性(流動性)的工藝過程稱為塑煉。

            塑煉的目的是通過降低分子量,降低橡膠的粘流溫度,使橡膠生膠具有足夠的可塑性。以便后續的混煉、壓延、壓出、成型等工藝操作能順利進行。同時通過塑煉也可以起到"調勻"作用,使生膠的可塑性均勻一致。塑煉過的生膠稱為"塑煉膠".如果生膠本身具有足夠的可塑性,則可免去塑煉工序。

            塑煉的方法按所用的設備主要分為開煉機塑煉、密煉機塑煉和螺桿塑煉機塑煉。

           、匍_煉機塑煉 利用開煉機前后兩個速度不同的輥筒形成的相對速度差所引起的撕拉力(剪切力),在逐漸縮小的輥距內對橡膠施以強烈的碾壓和撕拉作用。這種機械作用,扯斷了橡膠分子鏈,在空氣中塑煉還伴有熱和氧的裂解作用等,降低了橡膠的分子量,降低了粘流溫度,使其可塑性增大。

            開煉機塑煉的影響因素有輥溫、輥距、轉速和速比、塑煉時間、煉膠容量、輥筒的工作長度、割刀次數和方式、膠料放置時間等。

           、诿軣挋C塑煉 將橡膠投到密煉機的密煉室內,對物料進行加壓。密煉室內兩個轉子以不同的速度相向回轉,使 被加工的生膠在轉子間隙中、轉子與密煉室壁的間隙中以及轉子與上、下頂栓的間隙中受到不斷變化的剪切、扯斷、攪拌、折卷和磨擦的強烈的捏煉作用。在高溫、快速和加壓的條件下很快的提高橡膠的可塑性(塑煉)。 密煉機的塑煉作用主要靠轉子機械作用和熱氧化裂解作用。

            密煉機塑煉的影響因素有轉子轉速、密煉室溫度、塑煉時間、容量和上頂壓力等。由于密煉機塑煉屬高溫塑煉,塑煉效果隨溫度升高而增大,但溫度高會導致橡膠分子鏈過度降解,致使膠料物理機械性能下降,而諸如丁苯橡膠,用密煉機塑煉時如超過140℃還會產生支化、交聯,形成凝膠,反而降低可塑性,在170℃下塑煉還會生成緊密型凝膠,即使用精煉方法也不能使它消除。為了提高密煉機使用效率,通常對可塑性要求高的膠料(威氏可塑性在1.5以下者),需采用分段塑煉或加塑解劑塑煉。

           、勐輻U塑煉機塑煉 是用螺桿塑煉機的螺桿與機筒間的機械剪切力和高溫熱作用使橡膠分子鏈斷裂。與開煉機和密煉機塑煉的差別是螺桿塑煉法中氧對生膠的作用較小。螺桿塑煉法有生產能力大、節電效果明顯、操作簡單容易掌握、可實現塑煉的連續化生產等優點。使用螺桿塑煉機塑煉時應該嚴格控制排膠溫度在180℃以下,注意防止出膠后膠料表面氧化作用,并盡量避免產生夾生膠。

            應用開煉機塑煉和密煉機塑煉時,都可采用塑解劑來加速塑煉過程。塑解劑是通過化學作用增強生膠塑煉效果、縮短塑煉時間的物質,又稱化學增塑劑。它與一般物理增塑劑如油品、酯類脂肪酸衍生物類等相比,具有增塑效果強、用量少、且對橡膠制品物理機械性能幾乎沒有影響等特點。

            塑解劑增強塑煉效果的作用機理主要有兩方面:一是塑解劑在塑煉過程中受熱、氧的作用,分解產生自由基,這些自由基能使橡膠大分子鏈發生氧化降解;二是塑解劑能封閉塑煉過程中橡膠大分子鏈斷裂生成的端基,并使其喪失活性,不再重新結合,從而使可塑性增加。

            由于塑解劑的效能是隨溫度的升高而增強,所以在密煉機高溫塑煉中使用塑解劑比在開煉機低溫塑煉中更為有效。

           。2)橡膠的混煉及混煉工藝 混煉是將塑煉膠或已具有一定可塑性的生膠,與各種配合劑經機械作用使之均勻混合的工藝過程;鞜掃^程就是將各種配合劑均勻地分散在橡膠中,以形成一個以橡膠為介質或者以橡膠與某些能和它相容的配合組分(配合劑、其它聚合物)的混合物為介質,以與橡膠不相容的配合劑(如粉體填料、氧化鋅、顏料等)為分散相的多相膠體分散體系的過程。對混煉工藝的具體技術要求是:配合劑分散均勻,使配合劑特別是炭黑等補強性配合劑達到最好的分散度,以保證膠料性能一致;鞜捄蟮玫降哪z料稱為"混煉膠",其質量對進一步加工和制品質量有重要影響。

            混煉常用的設備是開煉機和密煉機。

           、匍_煉機混煉 開煉機混煉的必要條件是根據各種橡膠的粘彈性、松弛時間和轉變溫度等基本性質,選擇合適的輥溫(下表),使之處于包輥狀態,以便進行混煉。

            各種橡膠開煉機混煉的適用溫度

            膠 種      輥溫,℃            膠 種         輥溫,℃

            前 輥 后 輥                       前 輥 后 輥

            天然橡膠 55~60 50~55          氯醚橡膠    70~75 85~90

            丁苯橡膠 45~50 50~60          氯磺化聚乙烯 40~70 40~70

            丁腈橡膠 35~45 40~50          氯丁橡膠    ≤40  ≤45

            丁基橡膠     40~45 55~60

            丙烯酸酯橡膠 40~55 30~50

            順丁橡膠 40~60 40~60          聚胺酯橡膠   50~60 55~60

            乙丙橡膠 60~75 約85            聚硫橡膠     45~60 40~50

            加料順序是影響開煉機混煉質量的一個重要因素。加料順序不當會導致分散不均勻,脫輥、過煉,甚至發生早期硫化(焦燒)等質量問題。原則上應根據配方中配合劑的特性和用量來決定加料順序,宜先加量少、難分散者。后加量大,易分散者;硫黃或者活性大、臨界溫度低的促進劑(如超速促進劑)則在最后加入,以防止出現早期硫化(焦燒)。液體軟化劑一般在補強填充劑等粉劑混完后再加入,以防止粉劑結團、膠料打滑、膠料變軟致使剪切力小而不易分散。

            橡膠包輥后,按下列一般的順序加料:橡膠、再生膠、各種母煉膠→固體軟化劑(如較難分散的松香、硬脂酸、固體古馬隆樹脂等)→小料(促進劑、活性劑、防老劑)→補強填充劑→液體軟化劑→硫黃→超促進劑→薄通→倒膠下片。

            對于某些特殊膠料(如硬質膠、海綿膠等),則需采取與上述一般加料順序不同的混煉方法。

            除了輥溫和加料順序影響開煉機混煉質量之外,在操作上尚需注意:填膠容量不宜過多,否則不易混煉均勻,一般合成膠容量應比天然橡膠小一些。在保證混煉質量的前提下,混煉時間應盡量縮短,以防止膠料因過煉而導致物理機械性能下降和影響生產效率。輥筒速度和速比要適宜,既要有利于混合、分散,又不致因生熱過快導致早期硫化(焦燒)。

           、诿軣挋C混煉 密煉機通過轉子、上下頂栓在密煉室中產生復雜的流動方式和高剪切力,使橡膠配合劑和粒狀添加劑很快粉碎和均勻分散,是一種高效的混煉方法。但是高剪切力會使物料溫度在混煉中迅速上升,一般會達到130℃。這已超過了大多數硫化系統的活化溫度,會使膠料發生早期硫化(焦燒)。一般的做法是將大部分物料在密煉機中混煉,然后將膠料從密煉機排放到開煉機上,在開煉機上加硫化劑或超速促進劑。由于開煉機實際上只在輥縫線上對膠料有擠壓作用,而提供了很大的冷卻面積,致物料的溫度降低。在這一階段加入硫化劑可以避免膠料發生早期硫化(焦燒)。

            密煉機混煉方法主要有一段混煉法、二段混煉法、引料法和逆混法:

            一段混煉法 指經密煉機和壓片機一次混煉制成混煉膠的方法。通常加料順序為:生膠→小料→填充劑或1/2→1/2炭黑→油料軟化劑→排料。膠料直接排入壓片機,薄通數次后,使膠料降至100℃以下,再加入硫黃和超促進劑,翻煉均勻后下片冷卻。此法的優點是比二段混煉法的膠料停放時間短和占地面積小,其缺點是膠料可塑性偏低,填充補強劑不易分散均勻,而且膠料在密煉機中的煉膠時間長,易產生早期硫化(焦燒)。此法較適用于天然橡膠膠料和合成橡膠比例不超過50%的膠料。

            二段混煉法 將混煉過程分為兩個階段,其中第一段同一段混煉法一樣,只是不加硫黃和活性較大的促進劑,首先制成一段混煉膠(炭黑母煉膠),然后下片冷卻停放8小時以上。第二段是對第一段混煉膠進行補充加工,待捏煉均勻后排料至壓片機加硫化劑、超促進劑,并翻煉均勻下片。為了使炭黑更好地在橡膠中分散,提高生產效率,通常第一段在快速密煉機(40r/min以上)中進行,第二段則采用慢速密煉機,以便在較低的溫度加入硫化劑。一般當合成膠比例超過50%時,為改進并用膠的摻合和炭黑的分散,提高混煉膠的質量和硫化膠的物理機械性能,可以采用二段混煉法。

            引料法 在投料同時投入少量(1.5~2Kg)預混好的未加硫黃的膠料,作為"引膠"或"種子膠",當生膠和配合劑之間浸潤性差、粉狀配合劑混入有困難時,這樣可大大加快粉狀配合劑(填充補強劑)的混合分散速度。例如,丁基橡膠即可采取此法。而且不論是在一段、二段混煉法或是逆混法中,加入"引膠"均可獲得良好的分散效果。

            逆混法 加料順序與上述諸法加料順序相反的混煉方法,即先將炭黑等各種配合劑和軟化劑按一定順序投入混煉室,在混煉一段時間后再投入生膠(或塑煉膠)進行加壓混煉。其優點是可縮短混煉時間。還可提高膠料的性能。該法適合于能大量添加補強填充劑(特別是炭黑)的膠種,如順丁橡膠、乙丙橡膠等,也可用于丁基橡膠。逆混法還可根據膠料配方特點加以改進,例如抽膠改進逆混法及抽油改進逆混法等等。

           

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