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发表于 2009-4-4 01:45:11
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实验一 橡胶配合与开炼机混炼工艺5 L! |6 z! K8 q
7 W q( F; i* o6 X* u5 `/ V一、实验目的$ n8 s. j& \+ |
橡胶配合与混炼工艺实验主要内容是根据实验配方,准确称量生胶、各种配合剂的用量,将配合剂与生胶混合均匀并达到一定分散度,制备符合性能要求的混炼胶。该实验的目的是使学生熟悉并掌握橡胶配合方法,熟练掌握开炼机混炼的操作方法、加料顺序,了解开炼机混炼的工艺条件及影响因素,培养学生独立进行混炼操作的能力。9 F2 E+ |! G/ V* l; _2 y
二、实验设备及工作原理
& t' G% g. B5 T1 P0 Q+ R5 [3 O: zф160×320mm双辊筒开炼机,上海机械技术研究所产品,主要由机座、温控系统、前后辊筒、紧急刹车装置、挡胶板、调节辊距大小的手轮、电机等部件组成。开炼机的结构图如图1所示。2 y; k; c. _1 l n1 G
- P8 E% c- G- m N图1-1 开炼机结构示意图
$ ^4 {; R' C1 `7 k " Y# n4 }& U7 [: I/ W. |
图1-2ф160×320mm双辊筒开炼机# V4 I, E5 O3 R |1 G# I
开炼机混炼的工作原理是利用两个平行排列的中空辊筒,以不同的线速度相对回转,加胶包辊后,在辊距上方留有一定量的堆积胶,堆积胶拥挤、绉塞产生许多缝隙,配合剂颗粒进入到缝隙中,被橡胶包住,形成配合剂团块,随胶料一起通过辊距时,由于辊筒线速度不同产生速度梯度,形成剪切力,橡胶分子链在剪切力的作用下被拉伸,产生弹性变形,同时配合剂团块也会受到剪切力作用而破碎成小团块,胶料通过辊距后,由于流道变宽,被拉伸的橡胶分子链恢复卷曲状态,将破碎的配合剂团块包住,使配合剂团块稳定在破碎的状态,配合剂团块变小。胶料再次通过辊距时,配合剂团块进一步减小,胶料多次通过辊距后,配合剂在胶料中逐渐分散开来。采取左右割刀、薄通、打三角包等翻胶操作,配合剂在胶料中进一步分布均匀,从而制得配合剂分散均匀并达一定分散度的混炼胶。
4 `) \' ]) I2 [; u : ]2 ^* R8 G2 f( s* k f
三、实验步骤3 E6 Z" I X, C5 _8 F$ q: u
1、根据实验配方,准确称量生胶和除液体软化剂以外的各种配合剂的量,观察生胶和各种配合剂的颜色与形态;
! g4 g- b; I, j$ ^2、检查开炼机辊筒及接料盘上有无杂物,如有先清除杂物;/ F) v' C9 r6 j% ?
3、开动机器,检查设备运转是否正常,通热水预热辊筒至规定的温度(由胶种确定);
9 ]8 C2 Y. z' z4、将辊距调至规定大小(根据炼胶量确定),调整并固定挡胶板的位置;* t( R. Z9 j( v5 g$ s) @
5、将塑炼好的生胶沿辊筒的一侧放入开炼机辊缝中,采用捣胶、打卷、打三角包等方法使胶均匀连续的包于前辊,在辊距上方留适量的堆积胶,经过2—3分钟的滚压、翻炼,形成光滑无隙的包辊胶;; J" O4 q: S' ^) u" Y
6、按下列加料顺序依次沿辊筒轴线方向均匀加入各种配合剂,每次加料后,待其全部吃进去后,左右3/4割刀各两次,两次割刀间隔20秒钟;
8 l# M. C2 @: v) J! n加料顺序:小料(固体软化剂、活化剂、促进剂、防老剂、防焦剂等)→大料(炭黑、填充剂等)→液体软化剂→硫黄和超速级促进剂
0 B, }, x8 u: L8 w- s! ^- W7、割断并取下胶料,将辊距调整到0.5mm,加入胶料薄通,并打三角包,薄通5遍;
. c1 B% l$ _/ ? T3 r7 a) K- V8、按试样要求,将胶料压成所需厚度,下片称量质量并放置于平整、干燥的存胶板上(记好压延方向、配方编号)待用。
8 W: `2 e3 I+ a9 u. h9、关机,清洗机台。8 V5 v8 b6 {. K4 T' a9 {) ~8 L2 G( ?
四、影响因素* p4 x9 D3 \# R! q- B4 v
影响开炼机混炼效果的因素主要有胶料的包辊性、装胶容量、辊温、辊距、辊筒的速比、加料顺序、加料方式及混炼时间等。& u' M; R2 h' a9 u' F1 M
1、胶料的包辊性& c/ u% b5 r% x1 d' a
胶料的包辊性好坏会影响混炼时吃粉快慢、配合剂分散,如果包辊性太差,甚至无法混炼。胶料的包辊性与生胶的性质(如格林强度、断裂拉伸比、最大松弛时间等)、辊温和剪切速率有关,格林强度高、断裂拉伸比大、最大松弛时间长的生胶包辊性好,如NR;格林强度低、断裂拉伸比小、最大松弛时间短的生胶包辊性差,如BR。影响生胶这些性质的因素都会影响生胶的包辊性,如加入补强剂,提高胶料的格林强度,增大松弛时间,会明显改善BR的包辊性;胶料中过多加入液体软化剂,降低格林强度,缩短松弛时间,包辊性变差,甚至脱辊。辊温在胶料玻璃化转变温度(Tg)以下,无法包辊,在粘流温度(Tf)以上,胶料粘辊,也不能混炼,只有在Tg~ Tf之间某一温度范围内,胶料才有良好的包辊性,适于混炼。如采取减小辊距、增大速比或提高辊筒转速等方法增大剪切速率,可提高胶料的断裂拉伸比、延长最大松弛时间,因而也能改善胶料的包辊性。) I" F/ h: q- f7 m% I2 Z+ S; C
2、装胶容量* X( Q) E* T7 N5 [( h
装胶容量过大,增加了堆积胶量,使堆积胶在辊缝上方自行打转,失去了起折纹夹粉作用,影响配合剂的吃入和分散效果,延长混炼时间,胶料的物性下降,同时会增大能耗,增加炼胶机的负荷,易使设备损坏。如果装胶量过少,堆积胶没有或太少,吃粉困难,生产效率太低。因此,开炼机混炼时装胶量要合适。可根据经验用下列公式计算装胶容量:
. Z9 j9 u8 m8 D1 L: d* z- Z, XQ=K•D•L••ρ
5 x3 J2 B; B6 J5 VQ—装胶量,Kg;& v! Z- o: ]/ O+ `0 S# k6 m7 z. }
K—装料系数,K取0.0065~0.0085L/cm2;
- ~) z/ d: e+ N5 U! T5 M% ]9 tD—滚筒致敬,cm;
9 \+ x. C% |! h; Z; z' TL—辊筒工作部分的长度,cm;# I, z3 F6 X- T6 _0 P
ρ—胶料的密度,g/cm3。
0 I: r0 E/ i. P0 i7 L7 r当炼胶量较少时,为了保证辊距上方留有适量的堆积胶,可通过调整挡胶板的距离来实现。+ T/ T' u2 h. X9 f+ @' q! G6 q
3、辊距8 v7 e; h* X& x: i
胶料通过辊距时受到的剪切变形速率,与辊距、辊筒转速和速比之间的关系为:
0 B6 G6 V# N* v5 S+ x" S# ]2 K ; D! P) x$ J5 E3 j% v" {
γ——机械切变速率,s-1;+ X, _; F* z1 \" m
f——滚筒的速比,f=V1/V2;
" J. T- {% A3 q. {V2——前辊筒表面旋转线速度,m/min;
# |8 a! V. K$ {9 C% w; vV1——后辊筒表面旋转线速度,m/min;
! Q0 c# X$ p# N& C* i# O) U) M e——辊距,mm;
# U$ G3 T( [+ d* F& ]减小辊距,剪切变形速率增大,橡胶分子链和配合剂团块受到的剪切作用增大,配合剂团块容易破碎,因此有利于配合剂的分散,但橡胶分子链受剪切断裂的机会也增大,容易使分子链过度断裂,造成过炼,橡胶分子量降得过低,使胶料的物理机械性能降低。辊距过大,剪切作用太小,配合剂不易分散,给混炼操作带来困难。因此开炼机混炼时,辊距要合适。合适的辊距大小与装胶量有关,如表1-1所示。天然胶与合成胶并用时,并用比例相等,总胶量可按天然胶来定辊距;合成胶大于天然胶比例时,总胶量可按合成胶定辊距。3 C3 t3 q7 A& e% i/ l
表1-1 辊距大小与装胶量的关系( k2 a' Y! @3 W6 S H/ ^" n
胶量(克) 300 500 700 1000 1200
" S- v) y5 j3 l# R" s天然胶mm 1.4±0.2 2.2±0.2 3.8±0.2 3.8±0.2 4.3±0.2' t( @8 U2 n' L8 a) {+ t7 D9 P
合成胶mm 1.1±0.2 1.8±0.2 2.0±0.2 ! \! L+ @ E3 p0 }( F) p. x
) U5 Z5 ~- B/ ^5 o1 h% T. `5 @4、速比与辊速
6 i) ?( {% J+ P H2 D速比和辊速增大,对混炼效果的影响与减小辊距的规律一致,会加快配合剂的分散,但对橡胶分子链剪切也加剧,易过炼,使胶料物性降低,使胶料升温加快,能耗增加。速比过小,配合剂不易分散,生产效率低。开炼机混炼的辊筒速比一般在1.15~1.27范围内。" i2 a# K* f9 X. U
5、辊温
9 P% y$ Q/ F/ K, g7 ]' g' r2 s表1-2 不同胶料开炼机混炼时辊筒温度
1 n" K) M: \1 Y; G. V. t# [1 L胶 种 辊 温℃7 L4 _, G3 v! X3 J6 E
前辊 后辊; e" s+ P0 l: V/ b1 S3 f( d
天然胶 55~60 50~55) ] |# n* E n7 X$ p3 Y0 n
丁苯胶 45~50 50~55# F7 j. ]% M ^; L1 `, a" c. j! W
氯丁胶 35~45 40~50. B/ g5 l% B3 n9 D% R) d' `
丁基胶 40~45 55~602 Y1 m/ h+ ]! u# r/ k8 h# f
丁腈胶 ≦40 ≦45* F0 q V4 ^: M2 B. y5 F4 w
顺丁胶 40~60 40~609 I( u; f4 m1 S
三元乙丙胶 60~75 85左右
! ?& |. X) n1 ], k5 [: o" e3 U9 V& m氯磺化聚乙烯 40~70 40~70
7 R0 _9 M# ^3 B( Z( I, Z& x氟橡胶23—27 77~87 77~87
" A. f- ]2 _5 |2 a9 ^丙烯酸酯橡胶 40~55 30~50
; B4 o% N- u6 X7 c- K6 }: j! N
3 q; N* \6 o1 u
5 P2 X5 H# ^- U4 F) @$ O1 G8 o' W1 c+ S/ T
' C( w( I0 w2 T! p! T- k0 I6 n" p l* y
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1 Z5 ?6 ~8 p' X5 J8 S* _
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5 z! ]6 F9 ?5 m; n, d
随辊温升高,胶料的粘度降低,有利于胶料在固体配合剂表面的湿润,吃粉加快;但配合剂团块在柔软的胶料中受到的剪切作用会减弱,不容易破碎,不利于配合剂的分散,结合橡胶的生成量也会减少。因此开炼机混炼时辊筒的温度要合适。由于温度对不同胶料包辊性的影响不同,因此不同胶料混炼时辊温也应不同。NR包热辊,前辊温度要高于后辊;而大多数合成橡胶包冷辊,前辊温度要低于后辊。常用的橡胶开炼机混炼时辊温如表1-2所示。
" ^) b" ~1 `( g5 U8 G$ d" i6、加料顺序5 b9 n2 \& [6 L6 N* p7 z
混炼时加料顺序不当,轻则影响配合剂分散不均,重则导致焦烧、脱辊或过炼,加料顺序是关系到混炼胶质量的重要因素之一,因此加料必须有一个合理的顺序。加料顺序的确定一般遵循用量小、作用大、难分散的配合剂先加,用量多、易分散的配合剂后加,对温度敏感的配合剂后加,硫化剂与促进剂分开加等原则。因此开炼机混炼时,最先加入生胶、再生胶、母炼胶等包辊,如果配方中有固体软化剂如石蜡,可在胶料包辊后加入,再加入小料如活化剂(氧化锌、硬脂酸)、促进剂、防老剂、防焦剂等,再次加炭黑、填充剂,加完炭黑和填充剂后,再加液体软化剂,如果炭黑和液体软化剂用量均较大时,两者可交替加入,最后加硫化剂。如果配方中有超速级促进剂,应在后期和硫化剂一起加。配方中如有白炭黑,因白炭黑表面吸附性很强,粒子之间易形成氢键,难分散,应在小料之前加入,而且要分批加入。对NBR,由于硫黄与其相容性差,难分散,因此要在小料之前加,将小料中的促进剂放到最后加。
( b! T! c: d3 ?/ b$ N7、加料方式6 J/ Y" W H- W
加料方式不同也会影响吃粉速度和分散效果。如果配合剂连续加在某一固定位置,其它部位胶料不吃粉,相当于减少了吃粉面积,吃粉时间延长,吃粉慢,配合剂由吃入位置分散到其他地方需要的时间延长,因此也不利于配合剂的分散。加料时应将配合剂沿辊筒轴线方向均匀撒在堆积胶上,使堆积胶上都覆盖有配合剂,这样会缩短吃粉时间,也有利于配合剂在胶料中的分散,缩短混炼时间,较小对橡胶分子链的剪切破坏。7 J6 m4 C* x5 s5 F! |4 l0 l" L
(附件和这个一样的 就是多了两张图 ) |
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