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各种橡胶的混炼特性

塑炼橡胶.jpg

()天然橡胶

天然橡胶的混炼加工性能较好,各种配合剂在橡胶中一般都比较容易混合与分散;加料顺序对配合剂分散度的影响相对来说比较小。开炼机混炼时胶料的包辊性也比较好,且胶料对温度的变化也不太敏感。但混炼时胶料易包热辊,辊温一般控制在5060℃范围,前辊温度应比后辊温度高510℃,以利于操作。

用密炼机混炼时多采用一段混炼法。混炼生热量比合成胶少。

()异戊橡胶

异戊橡胶的混炼性能与天然橡胶基本相似,只是混炼时的生热量少一些。因此,混炼容量可适当大一些,密炼机一段混炼法的装胶容量可比天然胶提高5%一15%,此外配合剂在橡胶中的分散性也比较差。

()丁苯橡胶

丁苯橡胶混炼时配合剂较难分散,故混炼时间应比天然橡胶的适当延长,因混炼升温较快,故混炼温度亦应比天然橡胶适当低些。用开炼机混炼时包辊性比较好,但易包冷辊,应使前辊温度低于后辊510℃。丁苯橡胶混炼后需增加薄通次数并经过进一步补充混炼加工后才能保证配合剂的分散均匀性。密炼机混炼的容量应适当减小。普遍采用分段混炼法,对改善填料的分散状态比较有效。液体软化剂应在炭黑经过一定时间混炼后才能加入。据研究,在密炼机内尚有约15的炭黑还没被生胶吸收和分散时,加入液体软化剂较适当。

()顺丁橡胶

顺丁橡胶自身胶料的内聚强度较低,其自粘性和粘附性均较差,故混炼时呈碎散状态,经长时间混炼也难以聚结成整体,配合剂分散困难,混炼周期较长。开炼机混炼时胶料不易成片;当辊温超过50℃时易脱辊;为此,必须采用小辊距和低辊温辊炼。用密炼机混炼时容量应提高10%~15%,排胶温度可提高到130140℃以上,  以利于配合剂的分散。使用细粒子高结构炭黑或炭黑填充量高时采用分段混炼法或逆混法才能保证炭黑的分散度要求,还会节约能耗。与丁苯橡胶并用时,采用分段混炼法,液体软化剂在炭黑混合并基本分散后加入,有利于改善胶料性能。

采用充油顺丁橡胶能降低胶料的硬度并改善胶料工艺性能。顺丁胶能与天然胶、异戊胶、丁苯胶按307040605050的比例并用。采用富胶母胶混炼法能改善并用胶的胶料性能,即第一段混炼时增加顺丁橡胶的含量,减少并用生胶的含量,第二段混炼时再用并用生胶加以稀释,达到配方并用比例。这种混炼方法可提高硫化肚的强伸性能。

()丁基橡胶

丁基橡胶与其他橡胶在工艺上不相容、胶料自身的内聚强度低、自粘性差,要求在没有专用混炼设备时混炼加工前后都必须仔细清洗设备,否则若有其他橡胶混入丁基橡胶中,会导致制品报废。

丁基橡胶的生胶和胶料冷流性大,使半成品挺性差而容易发生变形。采用180190℃高温混炼方法可增加结合胶生成量、增大胶料的挺性;在配方中配用活性槽法炭黑可提高结合橡胶的生成量和补强效果,增大胶料的挺性。由于胶料的内聚力和自粘性差,若配方中的炭黑填充量过多时,混炼过程中胶料容易散    碎。破碎的生胶块粘度较大,又容易打滑,受热慢,同时其表面又被液体软化剂和炭黑包围,成为在低粘度介质中漂移的“异体”和硬粒。只有当全部胶料受到强度加热并延长混炼时间后才能消除。因此要使胶料重新聚结为整体非常缓慢。这正是丁基橡胶需要较高混炼温度及较长混炼时间的重要原因之一。为此,文献推荐可于混炼开始时将一部分液体软化剂与填料一起投入,以防止胶料破碎。

丁基橡胶用开炼机混炼时不易包辊,可采用引料法即等引料胶包辊后再加生胶和配合剂的办法予以克服。亦可采用薄通法,将一半生胶先用小辊距反复薄通至包辊后再加入其余生胶。由于胶料易包冷辊,因此应使后辊温度高于前辊1520℃,待包辊后再分批少量地添加配合剂,在填料完全混入之前不能割刀。

用密炼机混炼时,容量应比天然橡胶增加10%~20%,上顶栓压力要高,这是良好混炼的必要条件,同时混炼周期也比较长。凡排胶温度能低于105℃者方可采用一段混炼法,操作温度应尽可能低。促进剂在最后阶段投加。

为改善填料的分散性,应采取相应的加料顺序,并对胶料进行热处理,即添加热处理剂,如对二亚硝基苯,N—甲基—N4—二硝基苯胺等亚硝基类化合物1.01.5份,并在150℃左右的静态直接蒸汽或热空气中处理24h或者在密炼机中与第一段混炼一起进行,处理温度为120200℃。当生胶加入0.51.5min后立即投加热处理剂。因此,凡是采用热处理工艺或排胶温度较高者均采用分两段混炼法进行混炼。高填充胶料可采用大容量混炼或逆混法混炼,以克服压散现象。

美国ESSO公司推荐的丁基橡胶典型混炼工艺的加料顺序如下:

                                          累计时间/min

    (1)508012下投入丁基橡胶与氧化锌       0

    (2)加入23炭黑                          0.5

    (3)加入液体软化剂和其余部分炭黑            3

    (4)混合                                  35

    (5)160180C下排胶                        6

 ()乙丙橡胶

乙丙橡胶不饱和度低,化学惰性大,与大多数二烯烃类橡胶及极性橡胶的相容性差,与填料及炭黑表面不易生成结合橡胶,补强效果差。

乙丙橡胶自粘性差,不利于混炼操作,开炼机混炼时不易包辊,一般先用小辊距使其连续包辊后,再逐渐放大辊距并添加配合剂。混炼温度应高于一般合成橡胶,以6075℃为宜;因高补强性填料生热性较大,所以应注意温度不要过高。其包辊行为随温度升高而产生如下变化:

(1)第一阶段堆积胶多,不能加粉剂混炼;

(2)第二阶段形成半透明的弹性胶片,添加配合剂,分散性最好;

(3)第三阶段形成不透明胶片,容易脱辊;

(4)第四阶段,第二次出现透明且流动性好的胶片,这时包辊性良好。

配合剂应在第二阶段开始时添加。先加一部分填料和氧化锌,再加其余填料和操作油,硬脂酸宜放在后期加入,否则易造成脱辊。通常的加料顺序为:生胶→部分填料、氧化锌→操作油、剩余填料→促进剂、硫化剂→硬脂酸。

热处理对提高硫化胶物理机械性能也很有效,可用开炼机在190200℃下进行:将生胶、填料连同热处理剂一起混合510min后,再降低温度加入其他配合剂。

乙丙胶最好采用密炼机高温混炼,这有利于改善填料的分散状态和补强效果、排胶温度一般取150160℃。混炼容量比其他胶种应高10%~15%。采用逆混法更好。

()丁腈橡胶

丁腈橡胶的加工性能在很大程度上取决于丙烯腈的含量,混炼时的生热量多,升温快,且在高温和高机械应力作用下往往易产生结构化作用。随着温度升高和加工时间的延长,粘度会不断增大,尤其当含有高结构和高活性炭黑,如FEFHAFISAF炭黑时,胶料的粘度增加更多,并生成凝胶,使加工更困难。遇到这种情况时应降低混炼温度和设备的转速。

丁腈橡胶用开炼机混炼时应采用4045℃的低辊温、小辊距、小容量(比一般橡胶低20%~30)和慢加料的操作方法,以利于配合剂的分散。硫黄在丁腈橡胶中的溶解度比较低,混合分散困难,因此,应在混炼开始时加入,促进剂则放在最后加入,酯类软化剂用量较多时可与粉末填料交替添加。在加料顺序上一般是先加硫黄、氧化锌、固体软化剂和增塑剂,待胶料开始软化后再加入防老剂、活化剂等。炭黑及液体软化剂最好分批交替添加,以免粘辊,最后添加促进剂。为免焦烧,应在加完粉料后稍加翻炼均匀即取下冷却,然后再薄通翻炼。

丁腈橡胶很少采用密炼机混炼。若用密炼机混炼时则必须充分加强冷却措施,严格控制排胶温度不超过130℃。这样可减慢胶料中的结构化进程,使焦烧期延长一倍,但配合剂在胶料中的分散度会略有降低。

对于高填充配方,填料可分几次投加。

分段混炼能有效地降低胶料的结构化程度并改善其硫化胶性能。尤其在用高填充量配方且液体增塑剂用量又少时,分两段混炼更为有利。这时,炭黑应分二到三批加料,每次加料后都要放下上顶栓加压并仔细混炼,硫黄应在混炼一开始投加,以利于分散。混炼胶停放8h后在开炼机上加入硫化剂DCP和促进剂DMD

密炼机混炼时密闭室的起始温度应在80℃左右;运转时的胶料温度不应低于100℃,填充系数以0.8为宜。温度过低,容量过小易出现压散现象。

()氯丁橡胶

通用型氯丁橡胶因分子主链上含有不稳定的多硫化物链段,所以易形成部分和全部网状结构,网状结构混炼时会将其破坏。结晶结构影响混炼,应加温消除之。

氯丁橡胶中的凝胶含量随生胶品种和混炼条件的不同其变化范围很大(098),因而胶料的工艺性能差别极大。若混炼时间太长则凝胶含量很少,胶料可能会严重降解而粘辊;混炼时间短会使凝胶含量高,配合剂分散不良,硫化胶物理机械性能也差。因此,应视凝胶含量制定相应的混炼条件,凝胶含量越多,混炼时间应越长。

混炼初期必须破坏原有的凝胶结构才能使配合剂得以混合与分散。在温度100110℃下时凝胶破坏较快,炭黑能在最短时间内达到良好分散,使混炼胶的工艺性能良好,因此温度不得高于上述范围。

氯丁橡胶的流变行为或称辊筒行为与天然胶相似,随温度而变化。

混炼一般都在弹性状态下进行,以利用弹性态的剪切力作用使填料分散良好。氯丁橡胶的弹性态温度范围比天然橡胶低2030℃,当高于90℃时便有一部分氯丁橡胶变为塑性状态,形成弹性态和塑性态并存状态,即颗粒态或粒状态。因此,混炼温度亦应低于天然胶。

实际操作时,为避免高温的影响,应尽早加入填料,以便在弹性态下达到一定程度的混入;提高胶料的硬度,以增大剪切作用,使其在塑性态混炼也能达到良好的分散状态。

氯丁橡胶混炼生热量大,容易发生焦烧和粘辊,故混炼时间要短,温度要低、加料顺序要正确。为防止焦烧应注意氧化镁不能吸湿,并要最先加料;槽黑和高耐磨炉黑都容易引起焦烧,应分批少量投加;氧化锌和促进剂必须后期加料。

配合剂在541型氯丁橡胶中比在通用型中更易分散,混炼时间更短。

用开炼机混炼时,通用型氯丁橡胶对温度变化很敏感,辊温超过70℃时便严重粘辊,并呈粘流态,配合剂不易分散。因此,配合剂混入前不得切割,以免脱辊;一旦吃粉完毕则应勤切割翻炼,以免过分延长混炼时间。混炼周期应比天然橡胶长1312541型氯丁橡胶加工性能比较稳定,能在较宽温度范围内保持弹性态,易包辊,吃粉也快,混炼周期比通用型短20%,焦烧和粘辊倾向较小。

氯丁胶混炼容量应比天然橡胶少,加入填料以前应注意冷却辊筒,以保证生胶处于弹性态加料,但氧化镁应以50℃辊温为宜,否则遇到冷辊会成块而不利于分散。填料应少量分次加料,软化剂与软质填料可同时加入。若胶料粘辊性太大可加少量硬脂酸盐改善操作性能。混炼结束前需充分切割打卷翻炼,否则会造成分散不良。

氯丁橡胶用密炼机混炼无特殊困难,可合并塑炼一起进行,先塑炼后再混炼。

密炼机混炼方法一般分两段混炼,以尽量降低混炼温度,排胶温度要低于100℃,也可采用一段混炼法混炼。

加料时宜先加氧化镁、抗氧剂和防焦剂,再分别加入填料和软化剂,这样对分散有利。促进剂和氧化锌于排胶前投加。氧化镁单独加料时应注意转子温度不能过低,否则易结块。若炭黑的吸油值较高时,最好先让炭黑吸油后再加料。对吃粉快又容易集合成团的胶料应最后加料,这样对分散有利,还能降低胶温。混炼温度应尽可能保持低水平,以防炭黑凝胶生成和焦烧。对陶土、碳酸钙和其他矿质填料混炼温度应保持在100℃左右,以减少其含水量并使分散良好。

另外,对混炼胶质量要求高,配方含胶率也高的胶料,混炼时填料应分批加入;对一般胶料或密炼室磨损较大的密炼机则可同时一次加入大量填料。

氯丁橡胶用密炼机混炼时其容量应比天然橡胶小,一般装填系数取0.60为宜。但若配方含胶率太低及密炼机内部因磨损而造成间隙过大时,则应将装填系数增大至0.650.70,并将一半填料与或化镁同时加料。如果胶料松散不易成团,还可同时添加一半油料,以保证加快完成吃粉过程。

密炼机的标准排胶温度应低于125℃。若在密炼机中投加氧化锌和促进剂,则标准排胶温度为105110℃。

氯丁橡胶密炼机混炼的发展趋势是用快速密炼机短时间混炼,快速排胶,再用压片机等补充加工,使其分散良好。

()氯磺化聚乙烯橡胶

氯磺化聚乙烯橡胶具有良好的热塑性,混炼时随温度上升粘度迅速降低。该类橡胶性能稳定,不会发生过炼。

开炼机混炼时橡胶包辊性能良好,只要形成完整的胶片便可投料混炼,该类橡胶生热性大,因此应注意冷却,使辊温保持在4070℃范围内。氧化镁和季戊四醇应与填料同时加入,单独加入易粘后辊;补强性填料不能与油类一起添加,否则会造成分散不良。非补强填料和操作助剂可与油类一起加入,硬脂酸加在氧化镁之后有助于分散。加入着色剂和油时要尽可能不割切,以防粘辊。促进剂应最后加入。硫化剂通常是一氧化铅制成母胶使用,以利于分散。

密炼机混炼时装填系数宜大于其也橡胶,取0.700.75。排胶温度应控制在105110℃以下;补强填充剂应与油分开投加,否则会引起分散不良。一氧化铅和促进剂制成母胶有助于改善分散和缩短混炼时间。

氯磺化聚乙烯橡胶也可采用逆混法混炼,按填料、金属氧化物、操作助剂和增塑剂的顺序加料,最后投加生胶,混炼12min即可排胶。促进剂最好在压片机加料。

水分会促进皎料发生焦烧,故胶片应充分干燥。

()氯醚橡胶

氯醚橡胶不需塑炼即可混炼。

开炼机混炼时,均聚型氯醚橡胶的门尼粘度低,包辊性良好,但容易粘辊使操作困难,故应添加防粘剂硬脂酸、硬脂酸锌或硬脂酸锡;共聚型氯醚橡胶的门尼粘度高,不粘辊,但包辊困难。为此应首先将生胶薄通23次才能包辊,辊温高于一般合成橡胶:前辊7075℃,后辊8590℃。

密炼机混炼比较容易,不加硬脂酸也能混炼。对均聚型橡胶可只投加一部分防粘剂,另一部分在压片机加硫化剂时添加。对共聚型橡胶在压片机上加入硬脂酸盐效果较好,若一开始就投入全部操作助剂会使炭黑发生结团现象。

(十一)硅橡胶

硅橡胶不必塑炼即可混炼。一般均采用开炼机进行混炼。辊温一般不超过50℃。生胶包前辊(慢辊)。加料吃粉时转包后辊,故应两面操作。加料分两段进行:

第一段:生胶一补强剂(白炭黑)→结构控制剂→耐热添加剂(氧化铁) →薄通→下片。

第二段:一段胶回炼→硫化剂→薄通→停放。

待配合剂混合均匀,胶料全部包辊及表面光滑即结束混炼,时间不宜过长,否则会粘辊。氟硅和苯基硅橡胶本身较粘,混炼时间尤应缩短,并要加强冷却以保持低辊温。加白炭黑时应在开炼机上加装防护罩。

海绵胶的发孔剂极易结团而难以分散,宜制成母胶使用。

硅橡胶质地柔软、混炼切割要使用腻子刀,不能用一般刀,薄通时不能像其也橡胶那样下片,要用刮刀。

混炼后的胶料要经过一定时间(>24h)停放,以利于配合剂扩散,使用前必须经过回炼。混炼胶宜随炼随用,时间过久,硫化胶性能仍会降低。

 

(十二)氟橡胶

氟橡胶的混炼特性取决于生胶在不同温度下的流变行为而不决定于生胶与炭黑的作用。一般来说,氟橡胶较难于混炼。

开炼机混炼时胶料有破碎倾向,因而生胶呈连续块状时间较长,混炼效率较低。胶料对辊筒的横压力也比较大,能耗较多,故混炼容量不能按一般情况计算。习惯上,φ230mm开炼机为3kg;φ360mm开炼机为5kg

氟橡胶混炼时摩擦生热量大,因此,混炼时辊距要小一些,辊温应控制在5060℃,混炼开始先加生胶薄通10次左右形成均匀的包辊胶,调整辊距留有少量堆积胶后加配合剂,顺序为生胶→增塑剂→吸酸剂→填料→硫化剂→薄通→下片。为避免吸酸剂氧化镁粘辊,应与部分填料一起投加。混炼时间通常不作严格规定,但要求尽可能加快混炼速度,以防粘辊。

混炼后的胶料应停放24h后才能使用。使用前需经过回炼,使配合剂分散均匀,提高胶料的流动性和自粘性。

(十三)特殊胶料的混炼

1.海绵胶料  海绵胶料粘度低,塑性大,无挺性,不仅配合剂分散困难,也难以操作和出片,故应尽可能降低辊温和速比,混炼时间不宜过短,有时可中途停止混炼让胶料冷却一定时间再混炼。这样胶料不会粘辊,发孔也比较均匀。

混炼后的胶料须经停放熟成后再硫化,气孔较均匀。胶料经反复回炼后再硫化、制品性能较为理想。混炼后的胶料应充分冷却,以控制其自然发泡,否则会减弱胶料的发泡能力。

2.硬质胶胶料  硬质胶的硫黄用量多难分散,高温下硫黄会发粘而使胶料板结,即使再经薄通也难使硫黄分散。故混炼时应采用筛子将硫黄逐渐慢慢筛加到胶料中去,使其分散良好。由于混炼时间长,应控制辊温不宜太高。

硬质胶不能用密炼机混炼。只能用开炼机。

3.加水混炼胶料  把含水分较多的配合剂或加入水分与橡胶相混,制成合格的混炼胶,即为加水混炼。该法用于某些产品如药瓶塞等胶料,脱膜容易。还有对某些难分散的促进剂如H可用水或乙醇作溶剂进行混炼,分散效果良好。

4.胶布胶料  胶布很薄,最忌气孔和气泡,因此胶料中填料的分散尤为重要。混炼前应先将配合剂过筛除掉杂质和粗粒子,雨季更应注意。将混炼胶冷却增大挺性后再于冷辊上薄通23次,也能提高配合剂的分散度。




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