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1、目 录摘要，关键词（2）前言（2）一、原理（3）二、原材料的选择（4）三、混炼工艺（5）（一）开炼机混炼过程（5）（二）开炼机混炼的工艺的选择（7）（三）混炼胶的处理（11）四、结论（12）五、感谢（13）六、参考文献（14）摘 要碳黑等配合剂与生胶的混炼过程是配合剂在生胶中均匀分散的过程，由于生胶的粘度很高，要使配合剂渗入生胶中，并在其中均匀混合和分散，必须借助于炼胶机的强烈机械作用进行混炼。混炼分为吃粉阶段和分散阶段。将胶料（生胶、塑炼胶、母胶、橡胶代用品中的一种或几种）与橡胶配合剂在炼胶机上混合均匀得到混炼胶或母炼胶的工艺，他们是橡胶制品生产开始的重要工艺。关键词：混炼 开炼机 包辊 吃
2、粉 翻炼橡胶混炼的工艺研究 前 言橡胶与钢铁、石油、煤炭并称四大工业原料，是关系国计民生的基础产业，也是重要的战略物资。随着经济和社会的发展，我国橡胶需求量正逐年快速增长。橡胶研究专家认为，在新的历史条件下，作为资源约束型战略性资源，橡胶仍具有不可替代性。中国热带农业研究院橡胶研究所原所长、现任党委书记蒋菊生博士说，纵观世界橡胶市场，橡胶生产国出口资源正逐年减少，而世界各国对于橡胶的总体需求量将稳步上升。我国继2001年成为橡胶第一消费和进口大国后，对橡胶的依赖程度不断加大。为了提高橡胶制品的使用性能，改算加工工艺性能，节约生胶及降低成本，就必须在生胶中加入各种配合剂。混炼对胶料的下一步加工和
3、制品的质量起着决定性的作用，混炼不好，胶料会出现配合几剂分散不均，胶料可塑度过低或过高，焦烧，喷霜等相象。使压延，挤出，滤胶，硫化等工序不能正常的进行，且导致成本性能下降，所以混炼是橡胶制品生产工艺的重要过程之一。对混炼胶的质量要求：一是能保证成品具有良好的物理机械性能，二是应具有良好的加工工艺性能。因此，对混炼工艺的要求是：1；各种配合剂要均匀地分散于生胶中，避免结团现象，保证胶料性能均匀一致；2使配合剂（特别是炭黑）与生胶产生结合橡胶。以获得良好的补强效果；3使胶料具有一定的可塑性，保证各项加工操作顺利进行；4在保证混炼胶质量的前提下，尽可能的缩短混炼的时间，减少动力消耗，避免过炼现象。
4、橡胶塑炼是为了提高胶料塑性，增加胶料流动性 、黏性等。改善加工性能而在炼胶机上得到塑炼胶工艺。混炼则是将胶料（生胶、塑炼胶、母胶、橡胶代用品中的一种或几种）与橡胶配合剂在 炼胶机上混合均匀得到混炼胶或母炼胶的工艺，他们是橡胶制品生产开始的重要工艺。起工艺情况不仅影响制品的质量，还会影响后工序的加工工艺性能。一、原理混炼胶是由多种配合剂与生胶结合的一种多组分的复合物，通过对各种配合剂粒子的精确测定，人们认为混炼胶是各种混合剂作分散相，而生胶为分散介质的多组分的胶态分散体系。（一）表面活性剂的作用为使配合剂在橡胶中能均匀分散，配合剂粒子有橡胶接触的表面应具有较高的活性。（二）力化学现象机械力的作用
5、不仅是将橡胶与配合剂机械的混合在一起，使粒状填料产生分散，制成胶料更重要的是促使多组分胶料形成网络结构，从而使混炼胶的性能发生变化 。在没有机械力的作用下，采用溶剂法制备相同组分的胶料（如用苯溶解橡胶并搅拌混合配合剂组分，然后用真空法脱除溶剂），则不能形成结合橡胶结构，胶料性能极差。将该类胶料薄通后，可形成结合橡胶结构，性能也得以提高。（三）混炼的工艺过程混炼过程主要是各种配合剂在生胶中混合和分散的过程。一般将其分为四个阶段：混入，分散，混合，塑化。由于分散阶段称为微观分散，混合阶段称为宏观分散，所以也有人将二者合称为分散阶段。事实上，混炼过程很复杂，上面四个阶段往往不能截然分开，几种现象同时
6、存在是常有的。总的来说，初期以混入为主，后期则以分散为主，最后是提炼和塑化。二、原材料的选择（一）生胶生胶因分子量，粘度及湿润性等不同，对各种配合剂分散效果的影响在混炼最初阶段表现最为显著。天然胶易于过炼，混炼操作要求在短时间内完成。（二）硫黄 硫黄熔点较低，100以上即发生液化结团，难以分散。因此硫黄时胶温必须在100以下，以利分散，防止焦烧。硫磺一般在混炼最后阶段加入，并要求操作快速完成。（三）补强填充剂补强填充剂是橡胶种用量最大的配合剂，通常讲，补强填充剂粒径越小，比表面积越大，则越难分散；对橡胶的湿于性越差，也越难分散。生胶补强剂有一定的选择性。如槽黑适用于橡胶，而炉黑则适用于合成橡胶
7、。（四）促进剂促进剂一般用量很少，而且容易飞扬损耗，故促进剂一般在混炼初期加入，但也有在最后加入的，无论何时加入，均应和硫化剂分开加入，以免发生焦烧。促进剂也可制成母胶或与软化剂拌制成膏状体使用。（五）软化剂软化剂用量一般较大，合成橡胶中可以达到20-40份所以必须考虑它们与橡胶的相容性。（六）防老剂防老剂一般分散快，常在混炼初期假如，有防止凝胶的作用。三、混炼工艺（一）开炼机混炼过程。开炼机混炼是橡胶工业中最古老的炼胶方法，由于其灵活性大，适用于小规模，小批量，多品种的生产。尤其适用于海绵胶，硬质胶等特殊胶料及某些生热量较大的合成橡胶（硬丁蜻橡胶）和彩色胶料的混炼。故开炼机仍有其特殊用途。开
8、炼机混炼可分为三个阶段：包辊，吃粉、和翻炼1、包辊包辊是开炼机混炼的前提。一般混炼是生胶在开炼机衮桶上呈现四种不同的包辊状态。如下图：第一种情况辊温太低，胶料较硬弹性高，橡胶停留在堆积胶处产生滑动，延迟生产过程。如强制压入时只能成为碎块。第二种情况，温度适宜，橡胶能正常包于辊筒上，既有塑性流动，又有适当高的弹性变形，有利于配合剂的混入和分散。第三种情况，随着温度的增高，橡胶流动性增加，分子间力减小弹性和强度降低，此时胶片不能紧包辊筒，出现脱辊或破裂现象（橡胶在辊缝外被撕扯成碎粒）使混炼操作发生困难。第四种情况，橡胶在更高的温度下呈粘弹性流体包于辊筒，并产生塑性流动。综上所述，只要控制适当的操作
9、条件，就能使胶料在所需的第二和第四情况下进行加工，防止转变为第一和第三状态。2、吃粉橡胶包辊后，为使配合剂尽快混入橡胶中，在辊缝上端硬保留有一定的堆积胶。当加入配合剂时，由于堆积的不断翻转和更替，便把配合剂带进堆积胶的皱纹沟中，并进而带入辊缝中。如下图即是最佳的堆积胶断面图 堆积胶断面图（黑色部分表示配合剂随皱纹沟进入胶料内部的情况）在吃粉过程中，堆积胶量必须适中。如无堆积胶或堆积胶量过少时，一方面配合剂只靠后辊筒有橡胶间剪切力擦入胶料中，不能深入胶料内部而影响分散效果，另一方面未被擦入橡胶中的粉状配合剂会被后辊筒挤压成片，落入接料盘。如果只是液体配合剂，则会粘到后辊筒上或流到接料盘上，造成混
10、炼困难，若堆积胶过量，则有一部分的堆积胶会在辊缝上端旋转打滚，不能进入辊缝，使配合剂不易混入。3、翻炼 由于橡胶的粘度大，流动性差，混炼时胶料只沿着开炼机辊筒转动方向周向流动，而没有轴向流动，而且沿周向流动的橡胶不仅为层流。因此，在胶片厚度约1/3处的紧贴前辊筒表面的胶层，不能产生流动而成为“死层“或”呆滞层“。此外辊缝上部的堆积胶还会形成楔形“回流区”以上原因都使胶料中的配合剂分散不均。混炼胶吃粉时的断面图经多次翻炼、左右割刀、打三角包、薄通等方法，才能破坏坏死层和回流区，使混炼均匀，质地一致。（二） 开炼机混炼的工艺的选择影响开炼机混炼效果的因素主要有胶料的包辊性、装胶容量、辊温、辊距、辊
11、筒的速比、加料顺序、加料方式及混炼时间等。1、胶料的包辊性胶料的包辊性好坏会影响混炼时吃粉快慢、配合剂分散，如果包辊性太差，甚至无法混炼。胶料的包辊性与生胶的性质（如格林强度、断裂拉伸比、最大松弛时间等）、辊温和剪切速率有关，格林强度高、断裂拉伸比大、最大松弛时间长的生胶包辊性好，如NR；格林强度低、断裂拉伸比小、最大松弛时间短的生胶包辊性差，如BR。影响生胶这些性质的因素都会影响生胶的包辊性，如加入补强剂，提高胶料的格林强度，增大松弛时间，会明显改善BR的包辊性；胶料中过多加入液体软化剂，降低格林强度，缩短松弛时间，包辊性变差，甚至脱辊。辊温在胶料玻璃化转变温度（Tg）以下，无法包辊，在粘流
12、温度（Tf）以上，胶料粘辊，也不能混炼，只有在TgTf之间某一温度范围内，胶料才有良好的包辊性，适于混炼。如采取减小辊距、增大速比或提高辊筒转速等方法增大剪切速率，可提高胶料的断裂拉伸比、延长最大松弛时间，因而也能改善胶料的包辊性。2、装胶容量装胶容量过大，增加了堆积胶量，使堆积胶在辊缝上方自行打转，失去了起折纹夹粉作用，影响配合剂的吃入和分散效果，延长混炼时间，胶料的物性下降，同时会增大能耗，增加炼胶机的负荷，易使设备损坏。如果装胶量过少，堆积胶没有或太少，吃粉困难，生产效率太低。因此，开炼机混炼时装胶量要合适。可根据经验用下列公式计算装胶容量：Q=KDL 公式1公式1中：Q装胶量，Kg；K
13、装料系数，K取0.00650.0085L/cm2；D滚筒直径，cm；L辊筒工作部分的长度，cm；胶料的密度，g/cm3.当炼胶量较少时，为了保证辊距上方留有适量的堆积胶，可通过调整挡胶板的距离来实现。3、辊距胶料通过辊距时受到的剪切变形速率，与辊距、辊筒转速和速比之间的关系为： 公式2公式2中：机械切变速率，s-1；f滚筒的速比，f=V1/V2；V2前辊筒表面旋转线速度，m/min；V1后辊筒表面旋转线速度，m/min；e辊距，mm.当辊筒转速和速比一定时为便于更好地探讨装胶容量与辊距之间的关系，现以300克的橡胶为例来说明：表1 辊距与装胶容量的关系图辊距现象原因分析小于1.2mm配合剂团块
14、容易破碎，辊筒上面的堆积胶过剪切变形速率增大，橡胶分子链和配合剂团块受到的剪切作用增大，但橡胶分子链受剪切断裂的机会也增大1.2-1.6mm配合剂和生胶混合均匀合理的剪切变形速率大于1.7mm配合剂不易分散剪切作用太小，剪切变形速率减小，橡胶分子链和配合剂团块受到的剪切作用变小通过以上试验分析，如表1，合适的辊距将有助于配合剂和胶料的均匀混合，即300克橡胶的最佳辊距是1.2-1.6mm4、速比与辊速速比和辊速增大，对混炼效果的影响与减小辊距的规律一致，会加快配合剂的分散，但对橡胶分子链剪切也加剧，易过炼，使胶料物性降低，使胶料升温加快，能耗增加。速比过小，配合剂不易分散，生产效率低。开炼机混
15、炼的辊筒速比一般在1.151.27范围内。5、辊温和辊炼时间 温度低些，胶料的粘度大，受剪切力大，有利于配合剂的分散。实验表明，辊温应控制在50-60。为了便于胶料包前辊，应使前后的辊温保持一定的温差。以橡胶为例通过试验来研究辊温和辊炼时间：当时间为10min时 T20，胶料结团，表面粗造，配合剂团块，不容易破碎。 T（20，40）结团状胶料减少，表面仍粗造。T（50，60）结团状胶料减少，表面仍粗造。T60，随着温度的升高胶料不均匀的现象减少，但会出现焦烧现象。当时间为20min时 T20，胶料结团，表面粗造，配合剂团块，不容易破碎。 T（20，40）结团状胶料减少，表面仍粗造。 T（50，
16、60）配合剂在胶料中分散均匀，胶料表面光滑。 T60， 出现焦烧，喷雾现象。 当时间为30min时 T40， 胶料的硬度，厚度，弹性均有所下降。 T（50，60）配合剂在胶料中分散均匀，胶料表面光滑，胶料的各种物理机械性能均符合国家标准。T60， 出现焦烧，喷雾现象。 综上所述，橡胶的炼胶时间为20min 温度为50-60时,胶料的效果较好,开炼机运行的效率高。6、加料顺序混炼时加料顺序不当，轻则影响配合剂分散不均，重则导致焦烧、脱辊或过炼，加料顺序是关系到混炼胶质量的重要因素之一，因此加料必须有一个合理的顺序。加料顺序的确定一般遵循用量小、作用大、难分散的配合剂先加，用量多、易分散的配合剂后
17、加，对温度敏感的配合剂后加，硫化剂与促进剂分开加等原则。因此开炼机混炼时，最先加入生胶、再生胶、母炼胶等包辊，如果配方中有固体软化剂如石蜡，可在胶料包辊后加入，再加入小料如活化剂（氧化锌、硬脂酸）、促进剂、防老剂、防焦剂等，再次加炭黑、填充剂，加完炭黑和填充剂后，再加液体软化剂，如果炭黑和液体软化剂用量均较大时，两者可交替加入，最后加硫化剂。如果配方中有超速级促进剂，应在后期和硫化剂一起加。配方中如有白炭黑，因白炭黑表面吸附性很强，粒子之间易形成氢键，难分散，应在小料之前加入，而且要分批加入。以天然橡胶为例说明混炼的加料顺序， 如下：塑炼胶（包括并用胶、再生胶、母炼胶）固体软化剂小料（促进剂
18、、活性剂、防老剂）大料（补强剂、填充剂）液体软化剂硫磺、超速软化剂、加料方式不同也会影响吃粉速度和分散效果。如果配合剂连续加在某一固定位置，其它部位胶料不吃粉，相当于减少了吃粉面积，吃粉时间延长，吃粉慢，配合剂由吃入位置分散到其他地方需要的时间延长，因此也不利于配合剂的分散。加料时应将配合剂沿辊筒轴线方向均匀撒在堆积胶上，使堆积胶上都覆盖有配合剂，这样会缩短吃粉时间，也有利于配合剂在胶料中的分散，缩短混炼时间，较小对橡胶分子链的剪切破坏。（三）混炼胶的后处理混炼后的胶料,一般要进行下列步骤才能供下道工序使用,这就是冷却、停放和滤胶。混炼胶料经压片后,胶料温度在80-90,若不及时冷却,则胶料容
19、易焦烧,且在停放过程中易产生粘连,所以胶片需通过液体隔离剂的冷却液槽(如油酸钠或陶土悬浮液等)进行隔离处理,然后用冷风降温至35-40左右,放可堆垛停放。胶料经冷却后一般要停放8小时以上才能使用,母的是使胶料恢复疲劳松弛混炼是所受到的机械应力,减少胶料收缩,而且在停放过程中,配合剂在胶料中仍能继续扩散,提高了分散的均匀性,同时还能使橡胶与碳黑之间进一步生成结合橡胶,提高补强效果。一些薄壁,气密性能要求好的制品胶料(如内轮胶料,胶布胶料等),要进行滤胶,以除去配炼时可能带入的杂质。滤胶通常在挤出机中进行,机头装有两层滤网。四、结语本篇毕业论文是参考很多资料书、杂志和曹红霞的悉心指导下进行一项采用
20、开炼机进行橡胶的混炼的工艺过程，在利用开炼机及橡胶基础工艺的知识下研究出来的一套比较实用的方案，开炼机混炼在我国一些工厂中很常见，技术也很成熟，比较适用一些中小型工厂。虽然开炼机炼胶是比较成熟的技术，但本篇论文能够独辟溪径，提出了许多独到的见解，如胶料经过一定的时间混炼后，若继续进行长时间混炼，对提高配合剂的分散程度并不太显著，相反由于“过炼”会严重破坏橡胶分子从而降低成品性能和增大能耗等。实践表明，混炼只要求胶料能达到所需要的物理机械性能和能正常进行压延，挤出等操作的最低可塑度即可。五、参考文献1吴生绪主编，橡胶成型工艺技术问答【M】，北京：机械工业出版，2007年1月.2贾 毅主编，橡胶加
21、工适用技术【M】， 北京：化学工业出版社，2004. 3吕百龄主编，实用橡胶手册【M】， 北京：化学工业出版社，2001年7月.4王艳秋主编，橡胶塑炼与混炼【M】， 北京：化学工业出版社，2006年1月.5王文英主编，橡胶加工工艺【M】，北京：化学工业出版社，1993.6中国石油集团上海工程有限公司主编 ，化工工艺设计手册【M】，北京：化学工业出版社，2003年8月第3版7王加龙主编，高分子材料基本加工工艺【M】，北京：化学工业出版社，2004.8邓本诚主编，橡胶并用与橡塑共混技术【M】，北京：化学工业出版社，1998.9周建辉主编，橡胶工业【M】，北京：化学工业出版社，1982.10杨青芝主编，现代橡胶工艺学【M】，北京：化学工业出版社，1994.13