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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8 {3 j+ t# I2 V5 F7 C: |5 Q
4 Y- s2 B2 ]5 k5 M/ d4 P" O一、实验目的
' g) ?' \0 e" W3 e$ o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。8 c5 `. P5 t' H3 Q& W( ?3 Y0 C4 E& i
二、实验设备及工作原理
9 w- _1 l( ^% G7 B% t. hф160×320mm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。( N4 }- c& \- l- ]* k4 K8 a
/ z3 ?* r) }4 X$ A; V$ y# y7 ]图1-1 开炼机结构示意图
" M; ]4 S, S- I
. O$ W8 w& j% @0 M图1-2ф160×320mm双辊筒开炼机
; R; C5 p; q6 b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。" p- `" T, U7 e M n
% k# h+ a* Z7 \9 \3 g* R# k, w, _三、实验步骤& {1 t, V3 K) k+ B
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;$ B: H, ]% `% d9 w" {: G9 ~' W
2、检查开炼机辊筒及接料盘上有无杂物,如有先清除杂物;* W( ~/ t, {. T
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);
/ D% w7 q7 o3 k8 w7 N- l4、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;
3 k6 \. {7 U4 Y. F5、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;* m; r5 @4 [! l r% `$ t0 y+ d% ^' [
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;
, T8 c1 i: v: z- E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
! A; P$ T. Q& C. E* x0 |: b8 o$ |7、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;/ e3 l% U0 S$ K% c" N, J
8、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。2 N: N5 y- ~4 R! e: c) j8 D8 `- ]
9、关机,清洗机台。8 w" ^- K# I# M6 u) H$ y. c2 N
四、影响因素
% G4 ~5 Q1 `$ b( u: `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。
% Y9 i2 k( ~. j7 a+ x6 e2 w$ }1、胶料的包辊性; ~! g& U# X1 [8 g
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。9 v# r# t1 ~& A1 u1 a/ e
2、装胶容量7 q6 f! I. c# v* `- h: J
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:
# n0 O% D1 E& {% ?2 M5 _2 EQ=K•D•L••ρ! Q$ j; k9 L- {( f A G
Q—装胶量,Kg;4 f; b U* R" g2 z0 U. z
K—装料系数,K取0.0065~0.0085L/cm2;; r @8 x& x" R% X+ @, f8 k
D—滚筒致敬,cm;
+ j4 x5 j `/ h2 {1 G! B7 b+ s! GL—辊筒工作部分的长度,cm;, [( q9 s+ Z/ a! Z
ρ—胶料的密度,g/cm3。
7 |( h9 P& @! W' G' S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。
* g0 @$ z5 `8 c/ Z k+ I0 G/ u3、辊距+ I7 p8 K# l8 W' b& p
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:
+ ? W2 {8 q' Y2 A& t4 L# K4 h( e
( e9 c1 x" b9 T) B1 o8 Bγ——机械切变速率,s-1;( ~ @' Z6 r* ] y) H# q
f——滚筒的速比,f=V1/V2;! y! E* }) _9 Q0 a: m8 L" w2 P
V2——前辊筒表面旋转线速度,m/min;: f# }& i5 e3 e- N; w7 M- p
V1——后辊筒表面旋转线速度,m/min;: o/ ?% s3 \' J# }
e——辊距,mm;
! x# C( z4 i4 j8 e9 Z0 Z, `6 ?2 I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。' V u/ E! U- w* z, O5 E) J7 M
表1-1 辊距大小与装胶量的关系- Z# y/ }% _8 D$ n$ Z0 a
胶量(克) 300 500 700 1000 12001 j9 r5 W( U$ [3 L* _( }
天然胶mm 1.4±0.2 2.2±0.2 3.8±0.2 3.8±0.2 4.3±0.2! e+ X& D8 @) ^
合成胶mm 1.1±0.2 1.8±0.2 2.0±0.2 4 U5 m) v+ t3 d4 g4 g% }
# D" }4 f# C A4、速比与辊速4 ]$ S( m r- f6 G
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。
7 @- c( f! ]- ~7 t, b5、辊温
+ N) y2 q" P. S( A4 N表1-2 不同胶料开炼机混炼时辊筒温度
$ _* B4 [& {! f; Q% w, |: g3 B) A胶 种 辊 温℃/ L {2 R! r5 v s
前辊 后辊
' G. W8 y( v" }8 ?天然胶 55~60 50~55
% W3 a7 q$ U" B( H7 r丁苯胶 45~50 50~55
0 b! R, n( B* G6 m$ D7 |/ T! O6 X氯丁胶 35~45 40~50
3 G* z- U. {7 C3 g" b; |/ w0 M丁基胶 40~45 55~60- X: N: _ B5 w! z3 N
丁腈胶 ≦40 ≦453 M5 e3 i8 b# x9 y: a6 l
顺丁胶 40~60 40~604 c4 A2 U' V9 C+ L4 R
三元乙丙胶 60~75 85左右9 t$ y( K# S0 w6 M0 T! T/ ?
氯磺化聚乙烯 40~70 40~70
' O5 d& ?; H) g4 x( ^* v氟橡胶23—27 77~87 77~87
! L: Y) m/ ?0 J0 K; ^5 M+ @: L% Z3 _丙烯酸酯橡胶 40~55 30~507 A m6 f6 `4 A8 y8 k
) z" S* B- L0 r/ k1 r
' e+ B. M" W: E' O2 a- ~( E. B% E- O7 J8 X5 h8 x
( G/ t6 w+ g. m) X
! {3 |4 @4 `0 k& P5 A
6 B8 y- { X& @4 J3 K: f% k. h" t4 n2 X+ {9 L
8 c6 e* W% ~) u* v) f
0 J0 L9 k) d/ H6 E6 }9 \
0 ^2 g, n2 |1 j% b8 S; c! b3 Z! e! M
+ T0 C! w8 n- Z
& b8 D5 [. K+ F% n5 ]& @
9 S+ [7 X: ?1 F- P& E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。, t1 Z: n: Y# n% b/ c: s
6、加料顺序
9 W3 P4 S' P1 j' N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。
3 G9 G& O' K% S6 ~1 Q/ V% I7、加料方式/ E* }9 p+ f8 {: `
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。
" k* j1 s7 x l# h' q d(附件和这个一样的 就是多了两张图 ) |
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