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            各種橡膠的混煉特性

            塑煉橡膠.jpg

            ()天然橡膠

            天然橡膠的混煉加工性能較好,各種配合劑在橡膠中一般都比較容易混合與分散;加料順序對配合劑分散度的影響相對來說比較小。開煉機混煉時膠料的包輥性也比較好,且膠料對溫度的變化也不太敏感。但混煉時膠料易包熱輥,輥溫一般控制在5060℃范圍,前輥溫度應比后輥溫度高510℃,以利于操作。

            用密煉機混煉時多采用一段混煉法;鞜捝鸁崃勘群铣赡z少。

            ()異戊橡膠

            異戊橡膠的混煉性能與天然橡膠基本相似,只是混煉時的生熱量少一些。因此,混煉容量可適當大一些,密煉機一段混煉法的裝膠容量可比天然膠提高5%一15%,此外配合劑在橡膠中的分散性也比較差。

            ()丁苯橡膠

            丁苯橡膠混煉時配合劑較難分散,故混煉時間應比天然橡膠的適當延長,因混煉升溫較快,故混煉溫度亦應比天然橡膠適當低些。用開煉機混煉時包輥性比較好,但易包冷輥,應使前輥溫度低于后輥510℃。丁苯橡膠混煉后需增加薄通次數并經過進一步補充混煉加工后才能保證配合劑的分散均勻性。密煉機混煉的容量應適當減小。普遍采用分段混煉法,對改善填料的分散狀態比較有效。液體軟化劑應在炭黑經過一定時間混煉后才能加入。據研究,在密煉機內尚有約15的炭黑還沒被生膠吸收和分散時,加入液體軟化劑較適當。

            ()順丁橡膠

            順丁橡膠自身膠料的內聚強度較低,其自粘性和粘附性均較差,故混煉時呈碎散狀態,經長時間混煉也難以聚結成整體,配合劑分散困難,混煉周期較長。開煉機混煉時膠料不易成片;當輥溫超過50℃時易脫輥;為此,必須采用小輥距和低輥溫輥煉。用密煉機混煉時容量應提高10%~15%,排膠溫度可提高到130140℃以上,  以利于配合劑的分散。使用細粒子高結構炭黑或炭黑填充量高時采用分段混煉法或逆混法才能保證炭黑的分散度要求,還會節約能耗。與丁苯橡膠并用時,采用分段混煉法,液體軟化劑在炭黑混合并基本分散后加入,有利于改善膠料性能。

            采用充油順丁橡膠能降低膠料的硬度并改善膠料工藝性能。順丁膠能與天然膠、異戊膠、丁苯膠按3070,4060,5050的比例并用。采用富膠母膠混煉法能改善并用膠的膠料性能,即第一段混煉時增加順丁橡膠的含量,減少并用生膠的含量,第二段混煉時再用并用生膠加以稀釋,達到配方并用比例。這種混煉方法可提高硫化肚的強伸性能。

            ()丁基橡膠

            丁基橡膠與其他橡膠在工藝上不相容、膠料自身的內聚強度低、自粘性差,要求在沒有專用混煉設備時混煉加工前后都必須仔細清洗設備,否則若有其他橡膠混入丁基橡膠中,會導致制品報廢。

            丁基橡膠的生膠和膠料冷流性大,使半成品挺性差而容易發生變形。采用180190℃高溫混煉方法可增加結合膠生成量、增大膠料的挺性;在配方中配用活性槽法炭黑可提高結合橡膠的生成量和補強效果,增大膠料的挺性。由于膠料的內聚力和自粘性差,若配方中的炭黑填充量過多時,混煉過程中膠料容易散    碎。破碎的生膠塊粘度較大,又容易打滑,受熱慢,同時其表面又被液體軟化劑和炭黑包圍,成為在低粘度介質中漂移的“異體”和硬粒。只有當全部膠料受到強度加熱并延長混煉時間后才能消除。因此要使膠料重新聚結為整體非常緩慢。這正是丁基橡膠需要較高混煉溫度及較長混煉時間的重要原因之一。為此,文獻推薦可于混煉開始時將一部分液體軟化劑與填料一起投入,以防止膠料破碎。

            丁基橡膠用開煉機混煉時不易包輥,可采用引料法即等引料膠包輥后再加生膠和配合劑的辦法予以克服。亦可采用薄通法,將一半生膠先用小輥距反復薄通至包輥后再加入其余生膠。由于膠料易包冷輥,因此應使后輥溫度高于前輥1520℃,待包輥后再分批少量地添加配合劑,在填料完全混入之前不能割刀。

            用密煉機混煉時,容量應比天然橡膠增加10%~20%,上頂栓壓力要高,這是良好混煉的必要條件,同時混煉周期也比較長。凡排膠溫度能低于105℃者方可采用一段混煉法,操作溫度應盡可能低。促進劑在最后階段投加。

            為改善填料的分散性,應采取相應的加料順序,并對膠料進行熱處理,即添加熱處理劑,如對二亞硝基苯,N—甲基—N4—二硝基苯胺等亞硝基類化合物1.01.5份,并在150℃左右的靜態直接蒸汽或熱空氣中處理24h或者在密煉機中與第一段混煉一起進行,處理溫度為120200℃。當生膠加入0.51.5min后立即投加熱處理劑。因此,凡是采用熱處理工藝或排膠溫度較高者均采用分兩段混煉法進行混煉。高填充膠料可采用大容量混煉或逆混法混煉,以克服壓散現象。

            美國ESSO公司推薦的丁基橡膠典型混煉工藝的加料順序如下:

                                                      累計時間/min

                (1)508012下投入丁基橡膠與氧化鋅       0

                (2)加入23炭黑                          0.5

                (3)加入液體軟化劑和其余部分炭黑            3

                (4)混合                                  35

                (5)160180C下排膠                        6

             ()乙丙橡膠

            乙丙橡膠不飽和度低,化學惰性大,與大多數二烯烴類橡膠及極性橡膠的相容性差,與填料及炭黑表面不易生成結合橡膠,補強效果差。

            乙丙橡膠自粘性差,不利于混煉操作,開煉機混煉時不易包輥,一般先用小輥距使其連續包輥后,再逐漸放大輥距并添加配合劑;鞜挏囟葢哂谝话愫铣上鹉z,以6075℃為宜;因高補強性填料生熱性較大,所以應注意溫度不要過高。其包輥行為隨溫度升高而產生如下變化:

            (1)第一階段堆積膠多,不能加粉劑混煉;

            (2)第二階段形成半透明的彈性膠片,添加配合劑,分散性最好;

            (3)第三階段形成不透明膠片,容易脫輥;

            (4)第四階段,第二次出現透明且流動性好的膠片,這時包輥性良好。

            配合劑應在第二階段開始時添加。先加一部分填料和氧化鋅,再加其余填料和操作油,硬脂酸宜放在后期加入,否則易造成脫輥。通常的加料順序為:生膠→部分填料、氧化鋅→操作油、剩余填料→促進劑、硫化劑→硬脂酸。

            熱處理對提高硫化膠物理機械性能也很有效,可用開煉機在190200℃下進行:將生膠、填料連同熱處理劑一起混合510min后,再降低溫度加入其他配合劑。

            乙丙膠最好采用密煉機高溫混煉,這有利于改善填料的分散狀態和補強效果、排膠溫度一般取150160℃;鞜捜萘勘绕渌z種應高10%~15%。采用逆混法更好。

            ()丁腈橡膠

            丁腈橡膠的加工性能在很大程度上取決于丙烯腈的含量,混煉時的生熱量多,升溫快,且在高溫和高機械應力作用下往往易產生結構化作用。隨著溫度升高和加工時間的延長,粘度會不斷增大,尤其當含有高結構和高活性炭黑,如FEF、HAFISAF炭黑時,膠料的粘度增加更多,并生成凝膠,使加工更困難。遇到這種情況時應降低混煉溫度和設備的轉速。

            丁腈橡膠用開煉機混煉時應采用4045℃的低輥溫、小輥距、小容量(比一般橡膠低20%~30)和慢加料的操作方法,以利于配合劑的分散。硫黃在丁腈橡膠中的溶解度比較低,混合分散困難,因此,應在混煉開始時加入,促進劑則放在最后加入,酯類軟化劑用量較多時可與粉末填料交替添加。在加料順序上一般是先加硫黃、氧化鋅、固體軟化劑和增塑劑,待膠料開始軟化后再加入防老劑、活化劑等。炭黑及液體軟化劑最好分批交替添加,以免粘輥,最后添加促進劑。為免焦燒,應在加完粉料后稍加翻煉均勻即取下冷卻,然后再薄通翻煉。

            丁腈橡膠很少采用密煉機混煉。若用密煉機混煉時則必須充分加強冷卻措施,嚴格控制排膠溫度不超過130℃。這樣可減慢膠料中的結構化進程,使焦燒期延長一倍,但配合劑在膠料中的分散度會略有降低。

            對于高填充配方,填料可分幾次投加。

            分段混煉能有效地降低膠料的結構化程度并改善其硫化膠性能。尤其在用高填充量配方且液體增塑劑用量又少時,分兩段混煉更為有利。這時,炭黑應分二到三批加料,每次加料后都要放下上頂栓加壓并仔細混煉,硫黃應在混煉一開始投加,以利于分散;鞜捘z停放8h后在開煉機上加入硫化劑DCP和促進劑DMD。

            密煉機混煉時密閉室的起始溫度應在80℃左右;運轉時的膠料溫度不應低于100℃,填充系數以0.8為宜。溫度過低,容量過小易出現壓散現象。

            ()氯丁橡膠

            通用型氯丁橡膠因分子主鏈上含有不穩定的多硫化物鏈段,所以易形成部分和全部網狀結構,網狀結構混煉時會將其破壞。結晶結構影響混煉,應加溫消除之。

            氯丁橡膠中的凝膠含量隨生膠品種和混煉條件的不同其變化范圍很大(098),因而膠料的工藝性能差別極大。若混煉時間太長則凝膠含量很少,膠料可能會嚴重降解而粘輥;混煉時間短會使凝膠含量高,配合劑分散不良,硫化膠物理機械性能也差。因此,應視凝膠含量制定相應的混煉條件,凝膠含量越多,混煉時間應越長。

            混煉初期必須破壞原有的凝膠結構才能使配合劑得以混合與分散。在溫度100110℃下時凝膠破壞較快,炭黑能在最短時間內達到良好分散,使混煉膠的工藝性能良好,因此溫度不得高于上述范圍。

            氯丁橡膠的流變行為或稱輥筒行為與天然膠相似,隨溫度而變化。

            混煉一般都在彈性狀態下進行,以利用彈性態的剪切力作用使填料分散良好。氯丁橡膠的彈性態溫度范圍比天然橡膠低2030℃,當高于90℃時便有一部分氯丁橡膠變為塑性狀態,形成彈性態和塑性態并存狀態,即顆粒態或粒狀態。因此,混煉溫度亦應低于天然膠。

            實際操作時,為避免高溫的影響,應盡早加入填料,以便在彈性態下達到一定程度的混入;提高膠料的硬度,以增大剪切作用,使其在塑性態混煉也能達到良好的分散狀態。

            氯丁橡膠混煉生熱量大,容易發生焦燒和粘輥,故混煉時間要短,溫度要低、加料順序要正確。為防止焦燒應注意氧化鎂不能吸濕,并要最先加料;槽黑和高耐磨爐黑都容易引起焦燒,應分批少量投加;氧化鋅和促進劑必須后期加料。

            配合劑在541型氯丁橡膠中比在通用型中更易分散,混煉時間更短。

            用開煉機混煉時,通用型氯丁橡膠對溫度變化很敏感,輥溫超過70℃時便嚴重粘輥,并呈粘流態,配合劑不易分散。因此,配合劑混入前不得切割,以免脫輥;一旦吃粉完畢則應勤切割翻煉,以免過分延長混煉時間;鞜捴芷趹忍烊幌鹉z長1312。541型氯丁橡膠加工性能比較穩定,能在較寬溫度范圍內保持彈性態,易包輥,吃粉也快,混煉周期比通用型短20%,焦燒和粘輥傾向較小。

            氯丁膠混煉容量應比天然橡膠少,加入填料以前應注意冷卻輥筒,以保證生膠處于彈性態加料,但氧化鎂應以50℃輥溫為宜,否則遇到冷輥會成塊而不利于分散。填料應少量分次加料,軟化劑與軟質填料可同時加入。若膠料粘輥性太大可加少量硬脂酸鹽改善操作性能;鞜捊Y束前需充分切割打卷翻煉,否則會造成分散不良。

            氯丁橡膠用密煉機混煉無特殊困難,可合并塑煉一起進行,先塑煉后再混煉。

            密煉機混煉方法一般分兩段混煉,以盡量降低混煉溫度,排膠溫度要低于100℃,也可采用一段混煉法混煉。

            加料時宜先加氧化鎂、抗氧劑和防焦劑,再分別加入填料和軟化劑,這樣對分散有利。促進劑和氧化鋅于排膠前投加。氧化鎂單獨加料時應注意轉子溫度不能過低,否則易結塊。若炭黑的吸油值較高時,最好先讓炭黑吸油后再加料。對吃粉快又容易集合成團的膠料應最后加料,這樣對分散有利,還能降低膠溫;鞜挏囟葢M可能保持低水平,以防炭黑凝膠生成和焦燒。對陶土、碳酸鈣和其他礦質填料混煉溫度應保持在100℃左右,以減少其含水量并使分散良好。

            另外,對混煉膠質量要求高,配方含膠率也高的膠料,混煉時填料應分批加入;對一般膠料或密煉室磨損較大的密煉機則可同時一次加入大量填料。

            氯丁橡膠用密煉機混煉時其容量應比天然橡膠小,一般裝填系數取0.60為宜。但若配方含膠率太低及密煉機內部因磨損而造成間隙過大時,則應將裝填系數增大至0.650.70,并將一半填料與或化鎂同時加料。如果膠料松散不易成團,還可同時添加一半油料,以保證加快完成吃粉過程。

            密煉機的標準排膠溫度應低于125℃。若在密煉機中投加氧化鋅和促進劑,則標準排膠溫度為105110℃。

            氯丁橡膠密煉機混煉的發展趨勢是用快速密煉機短時間混煉,快速排膠,再用壓片機等補充加工,使其分散良好。

            ()氯磺化聚乙烯橡膠

            氯磺化聚乙烯橡膠具有良好的熱塑性,混煉時隨溫度上升粘度迅速降低。該類橡膠性能穩定,不會發生過煉。

            開煉機混煉時橡膠包輥性能良好,只要形成完整的膠片便可投料混煉,該類橡膠生熱性大,因此應注意冷卻,使輥溫保持在4070℃范圍內。氧化鎂和季戊四醇應與填料同時加入,單獨加入易粘后輥;補強性填料不能與油類一起添加,否則會造成分散不良。非補強填料和操作助劑可與油類一起加入,硬脂酸加在氧化鎂之后有助于分散。加入著色劑和油時要盡可能不割切,以防粘輥。促進劑應最后加入。硫化劑通常是一氧化鉛制成母膠使用,以利于分散。

            密煉機混煉時裝填系數宜大于其也橡膠,取0.700.75。排膠溫度應控制在105110℃以下;補強填充劑應與油分開投加,否則會引起分散不良。一氧化鉛和促進劑制成母膠有助于改善分散和縮短混煉時間。

            氯磺化聚乙烯橡膠也可采用逆混法混煉,按填料、金屬氧化物、操作助劑和增塑劑的順序加料,最后投加生膠,混煉12min即可排膠。促進劑最好在壓片機加料。

            水分會促進皎料發生焦燒,故膠片應充分干燥。

            ()氯醚橡膠

            氯醚橡膠不需塑煉即可混煉。

            開煉機混煉時,均聚型氯醚橡膠的門尼粘度低,包輥性良好,但容易粘輥使操作困難,故應添加防粘劑硬脂酸、硬脂酸鋅或硬脂酸錫;共聚型氯醚橡膠的門尼粘度高,不粘輥,但包輥困難。為此應首先將生膠薄通23次才能包輥,輥溫高于一般合成橡膠:前輥7075℃,后輥8590℃。

            密煉機混煉比較容易,不加硬脂酸也能混煉。對均聚型橡膠可只投加一部分防粘劑,另一部分在壓片機加硫化劑時添加。對共聚型橡膠在壓片機上加入硬脂酸鹽效果較好,若一開始就投入全部操作助劑會使炭黑發生結團現象。

            (十一)硅橡膠

            硅橡膠不必塑煉即可混煉。一般均采用開煉機進行混煉。輥溫一般不超過50℃。生膠包前輥(慢輥)。加料吃粉時轉包后輥,故應兩面操作。加料分兩段進行:

            第一段:生膠一補強劑(白炭黑)→結構控制劑→耐熱添加劑(氧化鐵) →薄通→下片。

            第二段:一段膠回煉→硫化劑→薄通→停放。

            待配合劑混合均勻,膠料全部包輥及表面光滑即結束混煉,時間不宜過長,否則會粘輥。氟硅和苯基硅橡膠本身較粘,混煉時間尤應縮短,并要加強冷卻以保持低輥溫。加白炭黑時應在開煉機上加裝防護罩。

            海綿膠的發孔劑極易結團而難以分散,宜制成母膠使用。

            硅橡膠質地柔軟、混煉切割要使用膩子刀,不能用一般刀,薄通時不能像其也橡膠那樣下片,要用刮刀。

            混煉后的膠料要經過一定時間(>24h)停放,以利于配合劑擴散,使用前必須經過回煉;鞜捘z宜隨煉隨用,時間過久,硫化膠性能仍會降低。

             

            (十二)氟橡膠

            氟橡膠的混煉特性取決于生膠在不同溫度下的流變行為而不決定于生膠與炭黑的作用。一般來說,氟橡膠較難于混煉。

            開煉機混煉時膠料有破碎傾向,因而生膠呈連續塊狀時間較長,混煉效率較低。膠料對輥筒的橫壓力也比較大,能耗較多,故混煉容量不能按一般情況計算。習慣上,φ230mm開煉機為3kg;φ360mm開煉機為5kg。

            氟橡膠混煉時摩擦生熱量大,因此,混煉時輥距要小一些,輥溫應控制在5060℃,混煉開始先加生膠薄通10次左右形成均勻的包輥膠,調整輥距留有少量堆積膠后加配合劑,順序為生膠→增塑劑→吸酸劑→填料→硫化劑→薄通→下片。為避免吸酸劑氧化鎂粘輥,應與部分填料一起投加;鞜挄r間通常不作嚴格規定,但要求盡可能加快混煉速度,以防粘輥。

            混煉后的膠料應停放24h后才能使用。使用前需經過回煉,使配合劑分散均勻,提高膠料的流動性和自粘性。

            (十三)特殊膠料的混煉

            1.海綿膠料  海綿膠料粘度低,塑性大,無挺性,不僅配合劑分散困難,也難以操作和出片,故應盡可能降低輥溫和速比,混煉時間不宜過短,有時可中途停止混煉讓膠料冷卻一定時間再混煉。這樣膠料不會粘輥,發孔也比較均勻。

            混煉后的膠料須經停放熟成后再硫化,氣孔較均勻。膠料經反復回煉后再硫化、制品性能較為理想;鞜捄蟮哪z料應充分冷卻,以控制其自然發泡,否則會減弱膠料的發泡能力。

            2.硬質膠膠料  硬質膠的硫黃用量多難分散,高溫下硫黃會發粘而使膠料板結,即使再經薄通也難使硫黃分散。故混煉時應采用篩子將硫黃逐漸慢慢篩加到膠料中去,使其分散良好。由于混煉時間長,應控制輥溫不宜太高。

            硬質膠不能用密煉機混煉。只能用開煉機。

            3.加水混煉膠料  把含水分較多的配合劑或加入水分與橡膠相混,制成合格的混煉膠,即為加水混煉。該法用于某些產品如藥瓶塞等膠料,脫膜容易。還有對某些難分散的促進劑如H可用水或乙醇作溶劑進行混煉,分散效果良好。

            4.膠布膠料  膠布很薄,最忌氣孔和氣泡,因此膠料中填料的分散尤為重要;鞜捛皯葘⑴浜蟿┻^篩除掉雜質和粗粒子,雨季更應注意。將混煉膠冷卻增大挺性后再于冷輥上薄通23次,也能提高配合劑的分散度。




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