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    橡膠混煉及開煉機混煉工藝

    作者: ‖ 時間:2020/11/5 ‖ 來源: ‖ 點擊:1217

     橡膠混煉根據所用設備不同,混煉操作可分開煉機混煉和密煉機混煉。今天我們著重講一下開煉機混煉。

    首先:什么叫橡膠混煉?其目的意義如何?

    橡膠混煉與混煉工藝主要是根據實驗配方,準確稱量生膠、各種配合劑的用量,將配合劑與生膠混合均勻并達到一定分散度,制備符合性能要求的混煉膠。簡單來說,在煉膠上將各種配合劑加入到橡膠中制成混煉膠的工藝過程叫做混煉。

    混煉的目的就是使配合劑均勻地分散于生膠中制得先是均勻一致的混合膠,同時使膠料具有適當的可塑性以確保后期的加工順利進行。

    混煉工藝對膠料的性能有很重要的影響?;鞜挷缓?,膠料就會出現配合劑分散不勻,膠料的可塑性過高或過低,焦燒、噴霜等現象,這不僅會使壓延,壓出,成型和硫化等工藝不能正常進行,而且還會導致成品的性能下降,甚至會造成產品的早期報廢。因此,混煉是橡膠加工過程中的重要工序之一。

    其次:混煉操作有哪幾方法,各有何特點?

       混煉操作是指生膠經塑煉后,按順序加入各種配合劑,經過塑煉達到均勻分散,然后再出片冷卻以至停放為止的全過程。也就是由各種原材料制備膠料的過程。

    根據所用設備不同,混煉操作可分開煉機混煉和密煉機混煉。

    開煉機混煉是橡膠工業最老的方法,與密煉機相比,缺點是混煉生產效率低,勞動強度大,不安全和環境污染,并且膠料質量不高,優點是開煉機靈活性較大,適合工廠規模小、膠料批量少、品種多的生產加工。特別適用于海綿膠,硬質膠和生熱量較大的合成膠(如丁晴膠)的混煉。

    密煉機混煉特點是在密閉室中的高溫加壓條件下進行的。與開煉比較,密煉機容量大,混煉時間大短,效率高,混煉、排料和投料易于機械化,自動化,勞動強度低,操作安全,藥品飛揚損失小,膠料質量和環境衛生條件較好。但密煉室溫度很高,使對溫度敏感的膠料混煉受到限制,不適合淺色制品和品種變換頻繁的膠料混煉,另外,煉得的膠料形狀不規則,需經壓片機補充加工。

    現在我們著重進入開煉機混煉的知識講解階段:

     

    1開煉機混煉原理

    開煉機混煉的工作原理是利用兩個平行排列的中空輥筒,以不同的線速度相對回轉,加膠包輥后,在輥距上方留有一定量的堆積膠,堆積膠擁擠、縐塞產生許多縫隙,配合劑顆粒進入到縫隙中,被橡膠包住,形成配合劑團塊,隨膠料一起通過輥距時,由于輥筒線速度不同產生速度梯度,形成剪切力,橡膠分子鏈在剪切力的作用下被拉伸,產生彈性變形,同時配合劑團塊也會受到剪切力作用而破碎成小團塊,膠料通過輥距后,由于流道變寬,被拉伸的橡膠分子鏈恢復卷曲狀態,將破碎的配合劑團塊包住,使配合劑團塊穩定在破碎的狀態,配合劑團塊變小。膠料再次通過輥距時,配合劑團塊進一步減小,膠料多次通過輥距后,配合劑在膠料中逐漸分散開來。采取左右割刀、薄通、打三角包等翻膠操作,配合劑在膠料中進一步分布均勻,從而制得配合劑分散均勻并達一定分散度的混煉膠。

     

    2、開煉機得混煉過程可分為哪幾個級段?試簡述混煉過程。

    開煉機混煉過程分為包輥,吃粉和翻煉三個階段。

    操作過程好下述:將生膠或塑煉膠,母膠等沿大牙輪一側投入開煉機兩輥縫中,輥距控制在3—4毫米,滾壓3—4分鐘,使之包于前輥,形成光滑無隙的包輥膠,此時將膠全部取下,將輥距調到10—11毫米,再把膠投入扎煉1分鐘左右。根據包輥膠的多少割下部分余膠,使包輥膠的止端保持一定量的堆積膠。

    然后按如料順序加入配合劑,將配合劑輥入膠中這個過程為吃粉過程,加填充劑時應注意讓粉劑自然地進入膠中與橡膠充分混合,勿過早采取割刀,同時要逐步調寬輥距,以使堆積膠數量保持在合宜范圍內,待粉劑全部聽吃完后,投下割下的余膠,由中央割刀分往兩端,然后徐徐加入液態軟化劑,繼續滾壓4-5分鐘,待全部混勻后,割下一卷,減少堆積段,翻煉的目的是使膠料進一步混勻均勻,翻煉的方法有斜刀法,(八把刀法)打捆操作法、打三角包法和搗膠法(走刀法)等數種,比較有效果的是八把刀法即沿輥筒軸向平行的方向以45°角卷切,左右種四次,翻煉3-4分鐘,翻煉完畢后,再一次調節輥距到4-5毫米,再用切落法補充翻煉2-3次,下片停放。輥溫室控制在45℃左右。整個混煉過程完成。

    3、在開煉機混煉時會出現哪幾種包輥狀態?如何取得適合于混煉的最好包輥煉狀態?

    開煉機混煉時,由于生膠的粘彈性質有所不同,生膠會出現甲種包混狀態:

    1)生膠不能進入混距,不能包輥,原因是輥溫較低或膠料硬度大,彈性高。如硬丁晴膠或塑煉等,在這種情況下不能進行混煉。

    2)生膠能包前輥,一般橡膠都能出現這種情況,這是正?;鞜挼陌仩顟B。

    3)生膠通過輥縫后不能緊包前輥上,表現有脫輥(或稱出兜)的現象。在溫度稍高時,混煉順丁膠或三元乙丙橡膠等會出現這種情況,此時使混煉操作發生困難。

    4)呈粘流包輥,在高溫下混煉塑性較大的膠料會出現這種情況,這種情況下混煉可正常進行,但對配合劑的分散下利。

    在混煉時,一般應控制在第二種和第四種情況,而避免出現第一種和第三種情況。為了取得第二種情況,在操作中必須根據各種生膠的特性來選擇適宜的溫度,如順丁膠的包輥性較差,適宜的混煉溫度范圍較窄當輥溫超過50℃時,由于生膠的結晶溶解,變得無強韌性,就會出現第三種狀態。天然膠和丁苯膠的包輥性較好,適宜的混煉溫度范圍較寬。

    4、用開煉機混煉時,為什么要在輥筒上留有一定量的堆積膠?堆積膠的高度控制在什么范圍為宜。

       混煉時,通常為輥縫上端保留適當量的堆積膠,當加入配合劑時,由于堆積膠的不繼翻轉和更替,便把配合劑帶進輥縫中,并在輥縫間的剪切力作用下被擦入橡膠中。

       在吃粉過程中應控制堆積膠量,其高度不能超過接觸角的范圍(接觸角一般為32-45°)。堆積膠過少,加入的粉劑不以被擦入橡膠中,甚至會被輥筒壓成薄片而掉落在底盤上;過大時,膠料打滾,粉劑不易混入。

     

    5、開煉機混煉的影響因素

    影響開煉機混煉效果的因素主要有膠料的包輥性、裝膠容量、輥溫、輥距、輥筒的速比、加料順序、加料方式及混煉時間等。

     

    1、膠料的包輥性

    膠料的包輥性好壞會影響混煉時吃粉快慢、配合劑分散,如果包輥性太差,甚至無法混煉。膠料的包輥性與生膠的性質(如格林強度、斷裂拉伸比、最大松弛時間等)、輥溫和剪切速率有關,格林強度高、斷裂拉伸比大、最大松弛時間長的生膠包輥性好,如NR;格林強度低、斷裂拉伸比小、最大松弛時間短的生膠包輥性差,如BR。影響生膠這些性質的因素都會影響生膠的包輥性,如加入補強劑,提高膠料的格林強度,增大松弛時間,會明顯改善BR的包輥性;膠料中過多加入液體軟化劑,降低格林強度,縮短松弛時間,包輥性變差,甚至脫輥。輥溫在膠料玻璃化轉變溫度(Tg)以下,無法包輥,在粘流溫度(Tf)以上,膠料粘輥,也不能混煉,只有在Tg~ Tf之間某一溫度范圍內,膠料才有良好的包輥性,適于混煉。如采取減小輥距、增大速比或提高輥筒轉速等方法增大剪切速率,可提高膠料的斷裂拉伸比、延長最大松弛時間,因而也能改善膠料的包輥性。

    2、裝膠容量

    裝膠容量過大,增加了堆積膠量,使堆積膠在輥縫上方自行打轉,失去了起折紋夾粉作用,影響配合劑的吃入和分散效果,延長混煉時間,膠料的物性下降,同時會增大能耗,增加煉膠機的負荷,易使設備損壞。如果裝膠量過少,堆積膠沒有或太少,吃粉困難,生產效率太低。因此,開煉機混煉時裝膠量要合適??筛鶕涷炗孟铝泄接嬎阊b膠容量:

    Q=K•D•L••ρ

    Q—裝膠量,Kg;

    K—裝料系數,K取0.0065~0.0085L/cm2;

    D—滾筒致敬,cm;

    L—輥筒工作部分的長度,cm;

    ρ—膠料的密度,g/cm3。

    當煉膠量較少時,為了保證輥距上方留有適量的堆積膠,可通過調整擋膠板的距離來實現。

    3、輥距

    膠料通過輥距時受到的剪切變形速率,與輥距、輥筒轉速和速比之間的關系為:

    γ——機械切變速率,s-1;

    f——滾筒的速比,f=V1/V2;

    V2——前輥筒表面旋轉線速度,m/min;

    V1——后輥筒表面旋轉線速度,m/min;

        e——輥距,mm;

    減小輥距,剪切變形速率增大,橡膠分子鏈和配合劑團塊受到的剪切作用增大,配合劑團塊容易破碎,因此有利于配合劑的分散,但橡膠分子鏈受剪切斷裂的機會也增大,容易使分子鏈過度斷裂,造成過煉,橡膠分子量降得過低,使膠料的物理機械性能降低。輥距過大,剪切作用太小,配合劑不易分散,給混煉操作帶來困難。因此開煉機混煉時,輥距要合適。合適的輥距大小與裝膠量有關,如表1-1所示。天然膠與合成膠并用時,并用比例相等,總膠量可按天然膠來定輥距;合成膠大于天然膠比例時,總膠量可按合成膠定輥距。

    表1-1 輥距大小與裝膠量的關系

    膠量(克)

    300

    500

    700

    1000

    1200

    天然膠mm

    1.4±0.2

    2.2±0.2

    3.8±0.2

    3.8±0.2

    4.3±0.2

    合成膠mm

    1.1±0.2

    1.8±0.2

    2.0±0.2

       

     

    4、速比與輥速

    速比和輥速增大,對混煉效果的影響與減小輥距的規律一致,會加快配合劑的分散,但對橡膠分子鏈剪切也加劇,易過煉,使膠料物性降低,使膠料升溫加快,能耗增加。速比過小,配合劑不易分散,生產效率低。開煉機混煉的輥筒速比一般在1.15~1.27范圍內。

    5、輥溫

    表1-2 不同膠料開煉機混煉時輥筒溫度

    膠  種

    輥  溫℃

    前輥

    后輥

    天然膠

    55~60

    50~55

    丁苯膠

    45~50

    50~55

    氯丁膠

    35~45

    40~50

    丁基膠

    40~45

    55~60

    丁腈膠

    ≦40

    ≦45

    順丁膠

    40~60

    40~60

    三元乙丙膠

    60~75

    85左右

    氯磺化聚乙烯

    40~70

    40~70

    氟橡膠23—27

    77~87

    77~87

    丙烯酸酯橡膠

    40~55

    30~50

    隨輥溫升高,膠料的粘度降低,有利于膠料在固體配合劑表面的濕潤,吃粉加快;但配合劑團塊在柔軟的膠料中受到的剪切作用會減弱,不容易破碎,不利于配合劑的分散,結合橡膠的生成量也會減少。因此開煉機混煉時輥筒的溫度要合適。由于溫度對不同膠料包輥性的影響不同,因此不同膠料混煉時輥溫也應不同。NR包熱輥,前輥溫度要高于后輥;而大多數合成橡膠包冷輥,前輥溫度要低于后輥。常用的橡膠開煉機混煉時輥溫如表1-2所示。

    6、加料順序

    混煉時加料順序不當,輕則影響配合劑分散不均,重則導致焦燒、脫輥或過煉,加料順序是關系到混煉膠質量的重要因素之一,因此加料必須有一個合理的順序。加料順序的確定一般遵循用量小、作用大、難分散的配合劑先加,用量多、易分散的配合劑后加,對溫度敏感的配合劑后加,硫化劑與促進劑分開加等原則。因此開煉機混煉時,最先加入生膠、再生膠、母煉膠等包輥,如果配方中有固體軟化劑如石蠟,可在膠料包輥后加入,再加入小料如活化劑(氧化鋅、硬脂酸)、促進劑、防老劑、防焦劑等,再次加炭黑、填充劑,加完炭黑和填充劑后,再加液體軟化劑,如果炭黑和液體軟化劑用量均較大時,兩者可交替加入,最后加硫化劑。如果配方中有超速級促進劑,應在后期和硫化劑一起加。配方中如有白炭黑,因白炭黑表面吸附性很強,粒子之間易形成氫鍵,難分散,應在小料之前加入,而且要分批加入。對NBR,由于硫黃與其相容性差,難分散,因此要在小料之前加,將小料中的促進劑放到最后加。

    7、加料方式

    加料方式不同也會影響吃粉速度和分散效果。如果配合劑連續加在某一固定位置,其它部位膠料不吃粉,相當于減少了吃粉面積,吃粉時間延長,吃粉慢,配合劑由吃入位置分散到其他地方需要的時間延長,因此也不利于配合劑的分散。加料時應將配合劑沿輥筒軸線方向均勻撒在堆積膠上,使堆積膠上都覆蓋有配合劑,這樣會縮短吃粉時間,也有利于配合劑在膠料中的分散,縮短混煉時間,較小對橡膠分子鏈的剪切破壞。

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