塑煉與混煉工藝

橡膠受外力作用產(chǎn)生變形，當(dāng)外力消除后橡膠仍能保持其形變的能力叫做可塑性。增加橡膠可塑性工藝過程稱為塑煉。橡膠有可塑性才能在混煉時與各種配合劑均勻混合；在壓延加工時易于滲入紡織物中；在壓出、注壓時具有較好的流動性。此外，塑煉還能使橡膠的性質(zhì)均勻，便于控制生產(chǎn)過程。但是，過渡塑煉會降低硫化膠的強(qiáng)度、彈性、耐磨等性能，因此塑煉操作需嚴(yán)加控制。橡膠可塑度通常以威廉氏可塑度、門尼粘度和德弗硬度等表示。

1、塑煉機(jī)理

橡膠經(jīng)塑煉以增加其可塑性，其實(shí)質(zhì)乃是使橡膠分子鏈斷裂 ，降低大分子長度。斷裂作用既可發(fā)生于大分子主鏈，又可發(fā)生于側(cè)鏈。由于橡膠在塑煉時，遭受到氧、電、熱、機(jī)械力和增塑劑等因素的作用，所以塑煉機(jī)理與這些因素密切相關(guān)，其中起重要作用的則是氧和機(jī)械力，而且兩者相輔相成。通?？蓪⑺軣拝^(qū)分為低溫塑煉和高溫塑煉，前者以機(jī)械降解作用為主，氧起到穩(wěn)定游離基的作用；后者以自動氧化降解作用為主，機(jī)械作用可強(qiáng)化橡膠與氧的接觸。生在大分子的中間部分。

塑煉時，分子鏈愈長愈容易切斷。順丁膠等之所以難以機(jī)械斷鏈，重要原因之一就是因?yàn)樯z中缺乏較高的分子量級分。當(dāng)加入高分子量級分后，低溫塑煉時就能獲得顯著的效果。
氧是塑煉中不可缺少的因素，缺氧時，就無法獲得預(yù)期的效果。生膠塑煉過塑煉時，設(shè)備與橡膠之間的摩擦顯然使得膠溫升高。熱對塑煉效果極為重要，而且在不同溫度范圍內(nèi)的影響也不同。由于低溫塑煉時，主要依靠機(jī)械力使分子鏈斷裂，所以在像章區(qū)域內(nèi)（天然膠低于110℃）隨溫度升高，生膠粘度下降，塑煉時受到的作用力較小，以致塑煉效果反而下降。相反，高溫塑煉時，主要是氧化裂解反應(yīng)起主導(dǎo)作用，因而塑煉效果在高溫區(qū)（天然膠高于110℃）將隨溫度的升高而增大，所以溫度對塑煉起著促進(jìn)作用。各種橡膠由于特性不同，對應(yīng)于*低塑煉效果的溫度范圍也不一樣，但溫度對塑煉效果影響的曲線形狀是相似的。由前已知，不論低溫塑煉還是高溫塑煉，使用化學(xué)增塑劑皆能提高塑煉效果。接受劑型增塑劑，如苯醌和偶氮苯等，它們在低溫塑煉時起游離基接受劑作用，能使斷鏈的橡膠分子游離基穩(wěn)定，進(jìn)而生成較短的分子；引發(fā)劑型增塑劑，如過氧化二苯甲酰和偶氮二異丁腈等，它們在高溫下分解成極不穩(wěn)定的游離基，再引發(fā)橡膠分子生成大分子游離基，并進(jìn)而氧化斷裂。此外，如硫醇類及二鄰苯甲酰胺基苯基二硫化物類物質(zhì)，它們既能使橡膠分子游離基穩(wěn)定，又能在高溫下引發(fā)橡膠形成游離基加速自動氧化斷裂，所以，這類化學(xué)增塑劑稱為混合型增塑劑或鏈轉(zhuǎn)移型增塑劑。
2、塑煉工藝

生膠在塑煉前通常需進(jìn)行烘膠、切膠、選膠和破膠等處理。烘膠是為了使生膠硬度降低以便切膠，同時還能解除結(jié)晶。烘膠要求溫度不高，但時間長，故需注意不致影響橡膠的物理機(jī)械性能；例如天然膠烘膠溫度一般為50~60℃，時間則需長達(dá)數(shù)十小時。生膠自烘房中取出后即切成10~20公斤左右的大塊，人工選除其雜質(zhì)后再用破膠機(jī)破膠以便塑煉。

按塑煉所用的設(shè)備類型，塑煉可大致分為三種方法。
1、開煉機(jī)塑煉

其優(yōu)點(diǎn)是塑煉膠料質(zhì)量好，收縮小，但生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大。此法適宜于膠料變化多和耗膠量少的工廠。

開煉鋼機(jī)塑煉屬于低溫塑煉。因此，降低橡膠溫度以增大作用力是開煉機(jī)塑煉的關(guān)鍵。與溫度和機(jī)械作用有關(guān)的設(shè)備特性和工藝條件都是影響塑煉效果的重要因素。

為了降低膠溫，開煉鋼機(jī)的輥筒需進(jìn)行有效的冷卻，因此輥筒設(shè)有帶孔眼的水管，直接向輥筒表面噴水冷卻以降低輥筒需進(jìn)行有效的冷卻，這樣可以滿足各種膠料塑煉時對輥溫的基本要求。此外，采用冷卻膠片的方法也是有效的，例如使塑煉形成的膠片通過一較長的運(yùn)輸帶（或?qū)л仯┙?jīng)空氣自然冷卻后再返回輥上，以及薄通塑煉（縮小輥距，使膠片變薄，以利于冷卻）皆可。分段塑煉的目的也是為了降低膠溫，其操作是將全塑煉過程分成若干段，來完成，每段塑煉后生膠需充分停放冷卻。塑煉一般分為2~3段，每段停放冷卻4~8小時。膠溫隨塑煉時間的延長而增高，若不能及時冷卻，則生膠可塑性僅在塑煉初期顯著提高，隨后則變化很少，這種現(xiàn)象是由于生膠溫度升高而軟化，分子易滑動和機(jī)械降解效率降低所致。膠溫高還會產(chǎn)生假可塑性，一旦停放冷卻后，可塑性又降低。兩個輥筒的速比愈大則剪切作用愈強(qiáng)；因此，塑煉效果愈好?？s小輥間距也可以增大機(jī)械剪切作用，提高塑煉效果。

2、密煉機(jī)塑煉（高溫、間斷）密煉機(jī)塑煉的生產(chǎn)能力大，勞動強(qiáng)度較低、電力消耗少；但由于是密閉系統(tǒng)，所以清理較難，故僅適用于膠種變化少的場合。

密煉機(jī)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，生膠在密煉室內(nèi)一方面在轉(zhuǎn)子與腔壁之間受剪應(yīng)力和摩擦力作用，另一方面還受到上頂栓的外壓。密煉時生熱量極大，物料來不及冷卻，所以屬高溫塑煉，溫度通常高于120℃，甚至處于160~180℃之間。依據(jù)前述之高溫塑煉機(jī)理，生膠在密煉機(jī)中主要是借助于高溫下的強(qiáng)烈氧化斷鏈來提高橡膠的可塑性；因此，溫度是關(guān)鍵，密煉機(jī)的塑煉效果隨溫度的升高而增大。天然膠用此法塑煉時，溫度一般不超過155℃，以110~120℃*好，溫度過高也會導(dǎo)致橡膠的物理機(jī)械性能下降。
3、螺桿機(jī)塑煉（高溫、邊續(xù)）
螺桿塑煉的特點(diǎn)是在高溫下進(jìn)行連續(xù)塑煉。在螺桿塑煉機(jī)中生膠一方面受到強(qiáng)烈的攪拌作用，另一方面由于生用受螺桿與機(jī)筒內(nèi)壁的摩擦產(chǎn)生大量的熱，加速了氧化裂解。
用螺桿機(jī)塑煉時，溫度條件很重要，實(shí)踐表明，機(jī)筒溫度以95~110℃為宜，機(jī)關(guān)溫度以80~90℃為宜。因?yàn)闄C(jī)筒溫度高于110℃，生膠的可塑料性也不會再有大的變化。機(jī)筒溫度超過120℃則排膠溫度太高而使膠片發(fā)粘，粘輥，不易補(bǔ)充加工。機(jī)筒溫度低于90℃時，設(shè)備負(fù)荷增大，塑煉膠會出現(xiàn)夾生的現(xiàn)象。

合成膠塑煉較天然膠困難。為改進(jìn)合成膠塑煉工藝性能，*好在合成過程中注意控制和調(diào)節(jié)分子量大小和分子量分布，以便制得門尼粘度較低和工藝性能良好的品種，如軟丁苯和軟丁腈膠等。這些品種可直接用于混煉。順丁膠分子量較低，易冷流，塑煉效果不好，因此順丁膠和適宜門尼粘度也應(yīng)在合成過種中獲得。氯丁膠門尼粘度低，一般不需塑煉，只要經(jīng)過3~5次薄通就可進(jìn)行混煉。硬丁腈膠門尼粘度為90~120，塑性低，工藝性能差，只有經(jīng)過充分塑煉才能進(jìn)行進(jìn)一步加工。但是，由于丁腈膠韌性大，塑煉生熱大、收縮劇烈，塑煉特別困難。欲提高丁腈膠的塑煉效果，應(yīng)采用低溫薄通法，即盡可能降低塑煉溫度和強(qiáng)化機(jī)械作用力，加入增塑劑雖可提高丁腈膠的塑煉效果。但對混煉膠可塑度的提高不利，因此，不宜采用。丁基膠、乙丙膠的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此缺乏塑煉效果，前者門尼粘度一般為38~75，可不經(jīng)塑煉而直接混煉，后者加工所必需的可塑性應(yīng)在合成過程中獲得。

二. 混煉

1、混煉的目的

為了提高橡膠產(chǎn)品使用性能，改進(jìn)橡膠工藝性能和降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑?；鞜捑褪峭ㄟ^機(jī)械作用使生膠與各種配合劑均勻混合的過程。
混煉**，膠料會出現(xiàn)配合劑分散不均，膠料可塑度過低或過高、焦燒、噴霜等到現(xiàn)象，使后續(xù)工序難以正常進(jìn)行，并導(dǎo)致成品性能下降。控制混煉膠質(zhì)量對保持半成品和成品性能有著重要意義。通常采用檢查項(xiàng)目有：①目測或顯微鏡觀察；②測定可塑度；③測定比重；④測定硬度；⑤溫室物理機(jī)械性能和進(jìn)行化學(xué)分析等。進(jìn)行這些檢驗(yàn)的目的是為了判斷膠料中的配合劑分散是否良好，有無漏加和錯加，以及操作是否符合工藝要求等。
2、混煉理論
由于生膠粘度很高，為使各種配合劑均勻混入和分散，必須借助煉膠機(jī)的強(qiáng)烈機(jī)械作用進(jìn)行混煉。
各種配合劑，由于其表面性質(zhì)的不同，它們對橡膠的活性也各不一致。按表面特性，配合劑一般可分為二類：一類具有親水性，如碳酸鹽、陶土、氧化鋅、鋅鋇白等；另一類具有疏水性，如各種炭黑等。前者表面特性與生膠不同，因此不易被橡膠潤濕；后者表面特性與生膠相近，易被橡膠潤濕。為獲得良好混煉效果，對親水性配合劑的表面須加以化學(xué)改性，以提高它們與橡膠作用的活性，使用表面活性劑即可起到此種作用。表面活性劑大多為有機(jī)化合物，具有不對稱的分子結(jié)構(gòu)。其中常含有—OH、—NH2、—COOH、—NO2、—NO或—SH等極性基團(tuán)，具有未飽和剩余化合價(jià)，有親水性，能產(chǎn)生很強(qiáng)的水合作用；另外，它們分子結(jié)構(gòu)中還有非極性長鏈或苯環(huán)式烴基，具有疏水性。因而當(dāng)表面活性劑起著配合劑與橡膠之間的媒介作用，提高了配合劑在橡膠中的混煉效果。

表活性劑還起到穩(wěn)定劑的作用，它們能穩(wěn)定已分散的配合劑粒子在膠料中的分散狀態(tài)，不致聚集基結(jié)團(tuán)，從而提高了膠料的穩(wěn)定性。

判斷一種生膠混煉性能的優(yōu)劣，常以炭黑被混煉到均勻分散所需時間來衡量。生膠分子量分布的寬窄對混煉性能有著重要的影響。影響炭黑在橡膠中分散的因素除橡膠本身外，還有炭黑粒子的大小，結(jié)構(gòu)和表面活性等有關(guān),因而炭黑粒子愈細(xì)，在橡膠中的分散就愈困難，高結(jié)構(gòu)炭黑的空隙大，在混煉鋼初期形成的包容膠濃度低而粘度大，在隨后的混煉中產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，因而更易分散。

3、混煉工藝目前，混煉工藝按其使用的設(shè)備，一般可分為以下兩種：開放式煉機(jī)混煉和密煉機(jī)混煉。

1）開放式煉膠機(jī)混煉
在煉膠機(jī)上先將橡膠壓軟，然后按一定順序加入各種配合劑，經(jīng)多次反復(fù)搗膠壓煉，采用小輥距薄通法，使橡膠與配合劑互相混合以得到均勻的混煉膠。

加料順序?qū)鞜挷僮骱湍z料的質(zhì)量都有很大的影響，不同的膠料，根據(jù)所用原材料的特殊性點(diǎn)，采用一定的加料順序。通常加料順序?yàn)椋荷z（或塑煉膠）——小料（促進(jìn)劑、活性劑、防老劑等）——液體軟化劑——補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑——硫黃。

生產(chǎn)中，常把個別配合劑與橡膠混煉以做成母煉膠，如促進(jìn)劑母煉膠，或把軟化劑配成膏狀，再用母煉膠按比例配料，然后進(jìn)行混煉。這樣可以提高混煉的均勻性，減少粉劑飛揚(yáng)，提高生產(chǎn)效率。開放式煉膠機(jī)混煉的缺點(diǎn)是粉劑飛揚(yáng)大、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)規(guī)模也比較??；優(yōu)點(diǎn)是適合混煉的膠料品種多或制造特殊膠料。

2）密煉機(jī)混煉密煉機(jī)混煉一般要和壓片機(jī)配合使用，先把生膠配合劑按一定順序投入密煉機(jī)的混煉室內(nèi)，使之相互混合均勻后，排膠于壓片機(jī)上壓成片，并使膠料溫度降低（不高于100℃），然后再加入硫化劑和需低溫加入的配合劑，通過搗膠裝置或人工搗膠反復(fù)壓煉，以混煉均勻，經(jīng)密煉機(jī)和壓片機(jī)一次混煉鋼就得到均勻的混煉膠的方法叫做一段混煉法。

有些膠料如氯丁膠料，順丁膠料經(jīng)密煉機(jī)混煉后，于壓片機(jī)下片冷卻，并停放一定時間，再次回到密煉機(jī)上進(jìn)行混煉，然后再在壓片機(jī)上加入硫化劑，超促進(jìn)劑等，并使其均勻分散，得到均勻的混煉膠，這種混煉方法叫做二段混煉。密煉機(jī)的加料順序一般為：生膠——小料（包括促進(jìn)劑、活性劑、防老劑等）——填料、補(bǔ)強(qiáng)劑——液體增塑劑。
要得到質(zhì)量好的混煉膠，應(yīng)根據(jù)膠料性質(zhì)來決定合適的容量，加料順序以及混煉的時間、溫度、上頂栓的壓力等工藝條件。有些膠料采用密煉機(jī)混煉，可把塑煉和混煉工藝合并進(jìn)行。經(jīng)驗(yàn)證明，天然膠采用密煉機(jī)進(jìn)行一段混煉效果較好。此法簡化了生產(chǎn)工序，縮短生產(chǎn)周期，提高效率。但如在配方中使用大量難于在橡膠中均勻分散的配合劑時，則不宜采用此法，仍需用塑煉膠進(jìn)行混煉，以免發(fā)生混煉不均現(xiàn)象。密煉機(jī)混煉與開放式煉膠機(jī)混煉相比，機(jī)械化程度高，勞動強(qiáng)度小，混煉時間短，生產(chǎn)效率高，此外，因混煉室為密閉的，減少了粉劑的飛揚(yáng)。

除上述兩種混煉方法外，目前還有一種新的螺桿混煉機(jī)（傳遞式混煉機(jī)）混煉法，其特點(diǎn)是連續(xù)混煉，生產(chǎn)效率高?？墒够鞜捙c壓延、壓出聯(lián)動力，便于實(shí)現(xiàn)自動化。

3)、幾種橡膠的混煉特性
a、天然膠
天然膠受機(jī)械捏煉時，塑性增加很快，發(fā)熱量比合成膠小，配合劑易于分散。加料順序?qū)ε浜蟿┓稚⒊潭鹊挠绊懖幌窈铣赡z那樣顯著，但混煉時間長，對膠料性能的影響比合成膠大。采用開放式煉膠機(jī)混煉時，輥溫一般為50~60℃左右）。用密煉機(jī)時多采用一段混煉法。

b、丁苯膠

混煉時生熱大，升溫快，混煉溫度應(yīng)比天然膠低。丁苯膠對粉劑的濕潤能力較差，故粉劑難于分散，所以混煉時間要比天然膠長，采用開放式煉膠機(jī)混煉時需加薄通次數(shù)。用密煉機(jī)混煉，可采用二段混煉法，硫化劑，超促進(jìn)劑在**段的壓片機(jī)中加入，由于丁苯膠在高溫下容易結(jié)聚，因此密煉機(jī)混煉時需注意控制溫度一般排膠溫度不宜超過130℃。
c、氯丁膠
氯丁膠的物理狀態(tài)隨溫度而變化。通用型氯丁膠在常溫下至70℃時為彈性態(tài)，容易包輥，混煉時配合劑易于分散，溫度升高到70~94℃呈粒狀，并出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象而不能進(jìn)行塑煉、混煉、壓延等工藝；溫度繼續(xù)升高而呈塑性態(tài)時，顯得非常柔軟而沒有彈性，配合劑也很難均勻分散。采用開放式煉膠機(jī)混煉時，輥溫一般在40~50℃范圍內(nèi)，溫度高則易粘輥。加料時先加入氧化鎂后加入氧化鋅，這可避免焦燒。當(dāng)氯丁膠中摻入10%的天然膠或順丁膠時，能改善工藝性能。用密煉機(jī)混煉時，可采用二段混煉，操作更**。氧化鋅在**段混煉的壓片機(jī)上加入。氯丁膠混煉時，溫度高則容易出現(xiàn)粘輥和焦燒的毛病。因此，操作時須嚴(yán)格控制溫度和時間。

d、兩種或兩種以上橡膠并用

若配方中采用兩種或兩種以上和橡膠，其混煉方法有兩種：一種是橡膠各自塑煉，使其可塑性相近，然后相互混均，再加各種配合劑，使之分散均勻。此法簡便；另一種方法是各種橡膠分別加入配合劑混煉，然后把各膠料再相互混煉均勻。后者能提高混煉的均勻程度。