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        橡膠的可塑性的測定方法、橡膠的塑煉工藝

        發布時間:2020-09-11 11:29:09   人瀏覽 來源: 橡膠技術網

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        可塑性的測定方法

         

        生膠和混煉膠可塑度的測定通常有三種方法:壓縮法、旋轉扭力法和壓出法。它們均需在恒溫下進行,因為可塑度隨溫度變化而變化。
         

        一、壓縮法

         

        這種類型的測定方法常用的有:威廉氏法、華萊氏快速可塑度法和德弗可塑度法三種。
         

        1.威廉氏法(Williams)

        在恒溫、定負荷下,經過一定時間后根據試樣高度的變化來評定可塑度。將Φ=16mm,h0=10mm的圓柱試樣在T=70±1℃或100±1℃下預熱3min,壓縮3min,除去負荷取出試樣在室溫下恢復3min,測量試樣高度的壓縮變形量及去掉負荷后的變形量,計算可塑度P。

        h0 —試樣原始高度,mm;h1—試樣壓縮3min后的高度,mm;h2—恢復3min后的高度,mm

        如果試樣為絕對流體,即h1=h2=0,P=1;

        若試樣為絕對彈性體,即h2=h0,P=0;

        生膠和混煉膠為粘彈體,它們的可塑度在0~1之間,數值越大表示可塑性越大。

         

        2.華萊氏(Wallace)快速可塑度法

        其原理與Williams法相同,以定溫、定負荷、定時間下膠片厚度的變化表示可塑度。

        該法操作方便,多用于工業生產中作快速檢驗。

         

        3.德弗法

        以在定溫和定時間內試樣壓縮至規定高度時所需負荷值來表示。

         

        二、旋轉扭力法—門尼(Mooney)粘度法

         

        原理是:在一定溫度、時間和壓力下,根據試樣在活動面(轉子)與固定面(模腔)之間變形時所受扭力來確定膠料可塑度。

        試驗時,將試樣按要求放入模腔里,在100℃下預熱1min,使轉子在2r/min速度轉動4min,所測的扭力值即為門尼粘度,一般用 表示,L表示用大轉子(直徑為38.1±0.03mm)。

        門尼粘度法比壓縮法迅速簡便,且表示的動態流動性更接近于工藝實際情況。

         

        三、壓出法

         

        用毛細管流變儀來測定。

        在一定溫度、壓力、口型下,于一定時間內用毛細管流變儀測定膠料的壓出速度,以每分鐘壓出的毫克數表示可塑度。

        優點:此法與壓出機口型的工作狀況相似,可更具體地了解混煉膠可塑性對壓出性能的影響。

        缺點:壓出法試樣需要較多的膠料,且試樣必須經較長時間預熱。

         

        塑煉方法及影響因素

         

        一、準備工藝

         

        1.烘膠

        NR烘膠溫度一般在50~60℃,時間為24~36h,冬季加熱時間為36~72h。

        CR烘膠溫度一般在24~40℃,時間為4~6h。

        烘膠溫度不宜過高,否則會影響橡膠的物理機械性能。

        2.切膠

        用切膠機將生膠切成小塊,每塊重量視膠種而異,NR每塊10~20kg,CR每塊不超過10kg。

        3.破膠

        橡膠塊需用破膠機破膠,以便塑煉。破膠輥距一般為2~3mm,輥溫控制在45℃以下。

         

        二、開煉機塑煉工藝

         

        (一)開煉機塑煉的原理

         

        開煉機的兩個輥筒以不同的轉速相對回轉,膠料放到兩輥筒間的上方,在摩擦力的作用下被輥筒帶入輥距中。由于輥筒表面的旋轉線速度不同,使膠料通過輥距時的速度不同而受到摩擦剪切作用和擠壓作用,膠料反復通過輥距而被塑煉。
         

        (二)開煉機塑煉的工藝方法

         

        1.包輥塑煉法

        把膠片包在前輥上,讓其自然地反復過輥塑煉,直至達到規定的可塑度要求為止。

        缺點:塑煉時間長,效率低,最終獲得的可塑度也較低。

        又分為:一段塑煉:塑煉時間長,效率低,不適用于可塑度要求較高的生膠塑煉。

        分段塑煉:包輥塑煉10~15min,下片、冷卻、停放4~8h后,再進行下一次塑煉,直至達到要求的可塑度為止。通常分為兩段塑煉和三段塑煉,具體依可塑度要求而定。

         

        2.薄通塑煉法

        輥距在1   mm以下,膠料通過輥距后不包輥而直接落到接膠盤,讓膠料返回到輥距上方重新通過輥距,這樣反復數次。

        優點:膠料散熱快,冷卻效果較好,塑煉膠可塑度均勻,質量高,能達到任意的塑煉程度。

         

        3.化學增塑塑煉法

        采用化學塑解劑增加塑煉效果,提高塑煉生產效率并節約能耗;瘜W塑解劑應以母膠的形式使用,并應適當提高開煉機的輥溫。

         

        (三)開煉機塑煉的影響因素

         

        1.裝膠容量

        裝膠容量取決于開煉機的規格,容量大,散熱困難,膠溫升高,降低塑煉效果;容量過小則降低生產效率。

        合理的容量根據經驗公式計算:

        Q—塑煉容量,L;K—經驗系數,取值一般為0.0065~0.0085,L/cm3;D—輥筒直徑,cm;L—輥筒工作部分長度,cm

        合成橡膠塑煉時生熱大,裝膠容量應比NR少。

         

        2.輥距

        輥距越小,機械塑煉效果越明顯。薄通時實際使用輥距一般為0.5~1mm。

         

        3.輥速和速比

        輥距一定,提高開煉機的輥速或速比會增大膠料的機械剪切作用,從而提高機械塑煉效果。開煉機的速比一般在1.15~1.27之間。速比過大,升溫加快。

         

        4.輥溫

        輥溫低,塑煉效果好。輥溫過低容易造成設備超負荷而受到損害。塑煉溫度與生膠膠種有關,NR通?刂魄拜仠囟仍45~55℃,后輥溫度在40~50℃為宜。

         

        5.塑煉時間

        在塑煉過程的最初10~15min,膠料的門尼粘度迅速降低,此后漸趨緩慢。

         

        6.化學塑解劑

        使用塑解劑能提高塑煉效果,縮短塑煉時間,減小彈性復原。使用化學塑解劑時,適當提高溫度會提高塑煉效果,塑煉溫度一般以70~75℃為宜。

        塑解劑的用量,在NR中一般為生膠重量的0.1~0.3%,合成橡膠則應增大到2~3%。

         

        三、密煉機塑煉工藝

         

        優點:自動化程度高,生產效率高,節能,勞動強度低;

        缺點:溫度高,冷卻困難,易過煉,出料為無定形狀,需要配備相應的壓片機。

         

        (一)密煉機的工作原理

         

        物料從加料斗加入密煉室后,加料門關閉,壓料裝置的上頂栓降落,對物料加壓。物料在上頂栓壓力及摩擦力的作用下,被帶入兩個具有螺旋棱、有速比的、相對回轉的兩轉子的間隙中,致使物料在由轉子與轉子,轉子與密煉室壁、上頂栓、下頂栓組成的捏煉系統內,受到不斷變化和反復進行的剪切、撕拉、攪拌和摩擦的強烈捏煉作用,從而達到塑煉的目的。

        物料在密煉室中主要受到幾種作用:

        1.轉子間及轉子與混煉室內壁間的作用;

        2.轉子棱間的攪拌作用;

        3.轉子軸向的往復切割作用。

         

        (二)密煉機塑煉的工藝方法

         

        密煉機塑煉的工藝方法有一次塑煉法、分段塑煉法和化學增塑塑煉法三種。

         

        (三)影響密煉機塑煉的因素

         

        1.溫度

        密煉機塑煉屬高溫塑煉,生膠在密煉機內受高溫及劇烈的機械剪切作用,以高溫氧化為主,可在短時間內獲得所需要的可塑度,一般密煉機的塑煉溫度為120℃以上,有的甚至可達到160℃,但溫度過高會導致橡膠物理機械性能下降。

        一般NR塑煉時的溫度不超過155℃為宜。采用密煉機塑煉合成橡膠,以免產生凝膠。溫度范圍要視膠種具體特性而定。對于SBR,溫度應控制在155℃以下,以免產生凝膠。使用塑解劑時,塑煉溫度可控制在160℃。

        2.轉速

        轉速快,塑煉效率高。轉速從25轉提高到75轉,塑煉時間從30min縮短到10min。轉速的提高必然會加速膠料生熱升溫,因此必須加強冷卻。

        3.時間

        用密煉機塑煉,膠料的可塑度隨塑煉時間的增加而增加。使用塑解劑進行塑煉時,塑煉效果會提高,塑煉時間可縮短30%~50%。

        4.上頂栓壓力

        上頂栓必須加壓,以增加轉子對膠料的剪切作用。壓力過小,不能壓緊膠料,但壓力過大,又會造成設備負荷過大。上頂栓壓力一般為0.5~0.8MPa。

        5.裝膠容量

        各種規格密煉機的裝膠容量為密煉室容積的48%~62%。

        6.化學塑解劑

        密煉機塑煉溫度高,采用化學塑解劑增塑法合理有效,不僅能充分地發揮塑解劑的增塑效果,而且在同樣條件下會降低排膠溫度,提高塑煉膠質量。

         

        四、螺桿塑煉機塑煉工藝

         

        (一)螺桿塑煉機工作原理

         

        在螺桿塑煉機中,生膠一方面受到螺桿的強烈的機械攪拌作用,另一方面,由于生膠受螺桿與機身內壁的摩擦產生大量的熱,溫度高達150~180℃,從而加速氧化裂解,獲得塑煉效果。橡膠技術網

        優點:能連續生產,生產能力大,適用于大型輪胎廠。

        缺點:排膠溫度高,塑煉膠的熱可塑性大,質量不均,排膠不規則。

         

        (二)影響螺桿塑煉機塑煉的因素

         

        1.塑煉溫度

        若溫度偏低,設備負荷偏大,塑煉膠可塑度偏低,且不均勻若溫度太高,易使大分子鏈過度氧化降解而損害膠料質量。因此,塑煉溫度必須控制在適當的范圍內。NR塑煉溫度一般控制在機尾60℃以下,機身80~90℃,機頭90~100℃,排膠溫度180℃以下。

        2.喂料速度

        喂料速度要適當而均勻。速度過快,膠料在機筒內的停留時間短,塑煉不均勻,出現夾生現象。速度太慢,不僅降低生產效率。

        3.排膠孔隙大小

        排膠孔隙大小依膠料塑煉程度要求而定?紫缎,排膠速度和排膠量減小,膠料可塑度偏大,生產效率降低。反之,出膠孔隙加大,排膠量大,生產能力提高,但塑煉膠的可塑度偏低且不均勻。

         

        五、塑煉后的補充加工

         

        1.壓片或造粒

        2.冷卻與干燥

        3.停放

        干燥后的膠片按規定堆放4~8h以上才能恭下道工序使用。

        4.質量檢驗

         

        常用橡膠的塑煉特性

         

        一、橡膠塑煉難易的原因

         

        1.NR塑煉容易的原因:

        (1)大分子中存在甲基和雙鍵的共軛效應,鍵能降低,易斷裂;

        (2)分子量大,易斷鏈;

        (3)大分子斷鏈后生成的自由基穩定性高;

        (4)大分子氧化生成的氫過氧化物分解導致大分子鏈斷裂破壞。

         

        二、幾種常用橡膠的塑煉特性

         

        1.NR

        NR比較容易進行塑煉,品種不同塑煉特性不同。

        煙片膠初始門尼粘度較高(一般在95~120之間),必須進行塑煉加工才能獲得適當的可塑性。SMR系列的NR其初始門尼粘度較低(一般在40~75之間),一般不需要塑煉。

        NR用開煉機塑煉,通常采用低溫(40~50℃),薄通塑煉效果好。用密煉機塑煉時,溫度宜在155℃以下。

        NR塑煉時,常加入化學塑解劑來提高塑煉效果。

        2.SBR

        軟SBR的初始門尼粘度一般在54~64之間,不需進行塑煉。

        SBR采用機械塑煉效果不大,比較有效的方法時采用高溫塑煉法,以130~140℃溫度最好,溫度過高易生成凝膠。

        3.BR

        BR一般不需要進行塑煉。

        4.CR

        CR的初始門尼粘度都較低,一般不需要進行塑煉。但在儲存過程中其可塑性會下降,因此CR仍需經過塑煉加工,才能獲得所要求的可塑性。

        CR宜采用開煉機進行塑煉,低溫薄通塑煉效果最好。

        5.IIR

        門尼粘度在38~75之間的品種一般不需要塑煉。

        IIR采用機械塑煉效果不大,但用密煉機在120℃以上,并且加入塑解劑進行高溫塑煉則可取得較好的塑煉效果。

        6.NBR

        NBR的塑煉應采用開煉機在低溫(40℃以下)、小輥距(1mm左右)、低容量(約為NR容量的1/2~1/3)。一般不宜用開煉機進行塑煉,NBR很易生成凝膠



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