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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; y' x5 V% y) W0 ~4 m8 N, @
. o6 C. b% F* k* H一、实验目的' R" Z+ a6 E. n4 i) M# 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。
: B; t! N; A! S: c二、实验设备及工作原理$ o' C% J @& U ` s+ t! \% J
ф160×320mm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。
/ Z2 |) w4 `+ n( P5 B1 t: v
2 S K$ |6 y$ [, ?5 [图1-1 开炼机结构示意图- E* V, i0 i* U9 } D% ?, N: b
1 i4 u {# c. o* L0 `; G. X图1-2ф160×320mm双辊筒开炼机/ P3 A8 R' |& K" T/ h
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。6 x* G1 i: O. E' z
) e- `# P3 x3 U; r: T+ a
三、实验步骤
g, j$ f+ _" o2 i: g1、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;; H5 l; @! u% Y' _* Y' h
2、检查开炼机辊筒及接料盘上有无杂物,如有先清除杂物;
( i+ T4 e! r% V1 U3、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);
+ \7 T& [: a) O7 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;* N: r9 `6 v* p r! ^: X* S3 ]
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;- @2 x+ ?# ~8 f1 z
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;7 N- b$ |- [1 H
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
7 Q; y3 x0 o9 _# u8 x. e% C7、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;- j, S4 f8 ]/ E z Y6 \) L/ B
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。
3 G) i9 f, D! A' c6 ]& x9、关机,清洗机台。
# y' {, w+ ?; z" m. ?# a四、影响因素* W1 y# N& D* R. b
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。
. E& {" n; F; G3 T+ n- `9 s1、胶料的包辊性# G# y5 L5 k# j' J) V2 u$ k
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。* n8 m; V3 R' ]7 {3 F, |3 m
2、装胶容量8 N. m2 `5 C% M% S$ y9 p) y
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: h1 M7 [& \4 S; m' C$ R1 t
Q=K•D•L••ρ
3 V' I3 S) F# p" eQ—装胶量,Kg;
& q9 K4 k" g! Q4 JK—装料系数,K取0.0065~0.0085L/cm2;
4 F5 n; Z% }' m) VD—滚筒致敬,cm;
7 a1 J6 J3 {3 b4 ^L—辊筒工作部分的长度,cm;
; H* K0 L1 r+ C1 xρ—胶料的密度,g/cm3。
$ D* r: ~( C( T- U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。( M: r" D6 S+ M) v7 G- h9 F
3、辊距
7 h) u. F, `% E. H& ~: v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:
/ o k, h: K- j
7 r1 A" J Z6 y% _! c; L, ?% }& D( ^γ——机械切变速率,s-1;
6 G2 v- Y$ j- n: C" @8 U. Q" w0 ]f——滚筒的速比,f=V1/V2;
- k. y3 z6 Y1 V* A+ P( n% M- x# ^9 \& rV2——前辊筒表面旋转线速度,m/min;
! O. i. y% F$ Q9 L: O% N4 oV1——后辊筒表面旋转线速度,m/min;" T* a$ Y1 I. S) d# ~
e——辊距,mm;) v" u7 o- P4 J6 Y$ V% ?6 c$ h7 D! o1 G. n
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。
, c- A9 N- C- Z' M1 E/ R" L5 f表1-1 辊距大小与装胶量的关系
# _+ z0 G0 w, }* l胶量(克) 300 500 700 1000 1200
) X2 f) F, Q- x5 N' q" B) I1 ^天然胶mm 1.4±0.2 2.2±0.2 3.8±0.2 3.8±0.2 4.3±0.2" a6 a4 N2 M. E: u% j$ ?* s7 D& A e( I
合成胶mm 1.1±0.2 1.8±0.2 2.0±0.2 # M6 u, q3 w0 o0 D# q
# P7 l7 l6 p4 _( `4 s' Y: S4、速比与辊速
q, u( B* j' L8 [* J) ?: p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。
) d4 f' _! g7 o2 N2 D5、辊温, S' m5 k2 l. t! p# b' U
表1-2 不同胶料开炼机混炼时辊筒温度) c/ L1 Q$ B. {+ i
胶 种 辊 温℃4 k' ~* R* g. r: w* l$ @
前辊 后辊
0 i/ W0 j# U' g2 q. Q! n6 { {天然胶 55~60 50~55
- n2 M8 o1 K1 h* y( b! @丁苯胶 45~50 50~55
/ u3 p% g9 i# [& r) \2 X6 p2 u氯丁胶 35~45 40~50
8 Y# q% X2 J% w' H2 G6 p丁基胶 40~45 55~602 e1 b! h: `) Q: Q9 n( {$ J
丁腈胶 ≦40 ≦45
" I) {2 C" C5 o9 Z; V; b顺丁胶 40~60 40~60
1 z& R4 h5 y, J7 C+ p0 J: L三元乙丙胶 60~75 85左右
% g, b* i! Q, z' k氯磺化聚乙烯 40~70 40~70, |" Q) i% G" |- N8 W
氟橡胶23—27 77~87 77~87& w. I4 F- e2 D) ^
丙烯酸酯橡胶 40~55 30~50& I7 ?6 R2 @+ j8 S8 i( z
+ w! j5 W: v/ _: f
8 d5 ?5 |) n9 g* P/ n4 z$ h* G2 W, n- i+ R5 T9 ]0 w4 n0 T
1 d- s. \: X0 ~5 X9 H
5 q! B Z8 K/ ?) }. i7 ~, n
* w3 Y0 H3 M# N, P( f4 P
3 P" e0 [- W! M* L. P0 u2 H3 I7 M8 o" W) _ t
, i4 g6 S0 f3 O y$ g& H0 p c. B0 w
( o T+ y2 K) u9 i1 D. C9 f) H1 J
8 d. {# d$ C) r3 {
5 s: ~% u% {& g- B3 f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。, C" E/ A" U) U2 U: @; R
6、加料顺序8 N7 K7 j3 ^" v+ z; W0 D
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。
" b3 r9 W ^% }) J7、加料方式 h3 v; n* ]/ O5 f5 r
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。+ G. @# I M7 n. t
(附件和这个一样的 就是多了两张图 ) |
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