生膠塑煉

生膠塑煉，通過機械應力、熱、氧或加入某些化學試劑等方式，使橡膠由強韌的高彈性狀態轉變為柔軟的塑性狀態的過程。

基本介紹

• 中文名：生膠塑煉
• 膠管內層膠： 0.25~0.3
• 胎側膠： 0.35左右
• 海綿膠： 0.5~0.6

定義

塑性（可塑性）：橡膠在發生變形後，不能恢復其原來狀態，或者說保持其變形狀態的性質。

目的和要求

1．塑煉的目的

減小彈性，提高可塑性；降低粘度；改善流動性；提高膠料溶解性和成型粘著性。

2．塑煉膠的質量要求

（1）可塑度要適當

應滿足加工工藝要求，在此基礎上應具有最小的可塑性。過度塑煉會降低硫化膠的強度、彈性、耐磨性等，而且會增加動力消耗。

塑煉程度：根據混煉膠工藝性能和製品性能的要求來確定。

如：供膠、浸膠、刮膠、擦膠和製造海綿等用途的膠料，要求的可塑度較大，生膠的塑煉程度要高些。供模壓用的膠料，則要求可塑性宜小。

一般：膠管外層膠可塑度：0.3~0.35；

膠管內層膠： 0.25~0.3；

胎面膠： 0.22~0.24；

胎側膠 0.35左右；

海綿膠 0.5~0.6

（2）塑煉均勻

生膠的增塑方法和原理

（一）增塑方法

（二）塑煉原理

生膠的分子量與可塑性有著密切的關係。分子量越小，可塑性就越大。生膠經過機械塑煉後，分子量降低，粘度下降，可塑性增大。由此可見，生膠在塑煉過程中，可塑性的提高是通過分子量的降低來實現的。

η0—聚合物熔體的最大粘度；A—特性常數；MW—聚合物的重均分子量

1．機械塑煉過程機理

在低溫下：在機械力作用下首先切斷橡膠大分子鏈生成大分子自由基。

（機械力引發橡膠大分子的斷鏈，氧作為自由基接受體，起著阻斷自由基的作用。）

在高溫下：機械力切斷橡膠大分子生成自由基的幾率減少。橡膠大分子在機械力的活化作用下，氧引發橡膠大分子的斷鏈。

（機械力起到應力活化作用，氧作為自由基引發體，引發橡膠大分子的斷鏈。）

鏈終止：橡膠氫過氧化物不穩定，分解生成較小的大分子，連鎖反應終止。

2．影響塑煉的因素：

（1）機械力的作用

根據理論分析，機械力對橡膠分子的斷鏈作用，可表示為：

式中 ρ—分子鏈斷鏈的幾率；K1、K2—常數；E—分子鏈的化學鍵能；F0—作用於分子鏈上的力；δ—分子鏈斷鏈時伸長長度；F0 δ—分子鏈斷鏈時消耗的機械功；

低溫塑煉要求儘可能地降低輥溫和膠溫。

（2）氧的作用

實驗證明，生膠結合0.03%的氧就能使分子量減少50%；結合0.5%的氧，分子量由10萬降到5000。生膠塑煉時，隨著塑煉時間的延長，橡膠質量和丙酮抽出物（其中含有氧化合物）的含量不斷增加，可見氧在塑煉過程中與橡膠分子起了某種加成作用，參與了橡膠的化學反應。

（3）溫度的作用

存在雙重影響：低溫區（<110℃），隨著溫度升高，塑煉效果下降。——機械力作用

高溫區（>110℃），隨著溫度升高，塑煉效果提高。——氧的氧化作用

（4）靜電作用

塑煉過程中，膠料受到強烈的摩擦作用產生靜電。靜電積累產生放電現象，使空氣中的氧活化變為原子態氧和臭氧，加速橡膠分子的氧化斷鏈作用。

（5）化學塑解劑

a．接受型塑解劑（低溫塑解劑）：苯硫酚、五氯硫酚等。

b．引發型塑解劑（高溫塑解劑）：過氧化苯甲醯（BPO）、偶氮二異丁腈（AIBN）等。

c．混合型塑解劑（鏈轉移型塑解劑）：促進劑M、DM和2，2’-二苯甲醯胺二苯基二硫化物等。

可塑性的測定

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。它們均需在恆溫下進行，因為可塑度隨溫度變化而變化。

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）

在恆溫、定負荷下，經過一定時間後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後的變形量，計算可塑度P。

h0 —試樣原始高度，mm；h1—試樣壓縮3min後的高度，mm；h2—恢復3min後的高度，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，多用於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。

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於工藝實際情況。

壓出法

用毛細管流變儀來測定。

在一定溫度、壓力、口型下，於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。

塑煉工藝

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。

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迴轉，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。由於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下作用和擠壓作用，膠料反覆通過輥距而被塑煉。

（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，讓其自然地反覆過輥塑煉，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，不適用於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後，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，膠料通過輥距後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，這樣反覆數次。

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

採用化學塑解劑增加塑煉效果，提高塑煉生產效率並節約能耗。化學塑解劑應以母膠的形式使用，並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

裝膠容量取決於開煉機的規格，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—經驗係數，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下作用，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通常控制前輥溫度在45~55℃，後輥溫度在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，此後漸趨緩慢。

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%。

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後，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、相對迴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，受到不斷變化和反覆進行的剪下、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下作用，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。採用密煉機塑煉合成橡膠，以免產生凝膠。溫度範圍要視膠種具體特性而定。對於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下作用。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，採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。

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，由於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。

優點：能連續生產，生產能力大，適用於大型輪胎廠。

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範圍內。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．餵料速度

餵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。孔隙小，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。

塑煉後的補充加工

1．壓片或造粒

2．冷卻與乾燥

3．停放

乾燥後的膠片按規定堆放4~8h以上才能恭下道工序使用。

4．質量檢驗