橡胶的塑炼及混炼

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橡胶的塑炼及混炼 
　　陈秦阳

　　(西北橡胶塑料研究设计院 陕西咸阳 712023)

　　前 言

　　随着改革开放的不断深入，我国的各行业都得到了迅速的发展，橡胶工业也不例外。但是有些企业由于缺乏必需的技术人员和熟练的操作工人往往又限制了他们的发展。因此迅速培养这些企业的技术人员和提高操作工人的生产技能是当务之急。

　　众所周知，橡胶加工工业是一门专业性很强的技术性工作。它不但需要技术人员除具有较高的业务水平外，同时还应具备广阔的其他学科领域的知识。不断地消化吸收国内外橡胶工业的新技术、新工艺和新原材料。只有这样才能设计出比较经济的、最佳综合平衡性能的配方。但是，这仅仅是橡胶加工的一半，而另一半则是由操作工人来完成。如果有好的配方，而没有操作工人来圆满的完成配料、混炼、压出、压延以及硫化等等一系列工序。那么再好的配方也无法生产出好的产品。因此，提高操作工人的业务水平是提高产品质量的有力保证。只有技术人员和操作工人的完善结合，才能使我国的橡胶加工工业上升到一个新的水平。

　　作者通过十几年的工作实践经验，着重讨论利用开炼机对橡胶的塑炼、混炼等方面的问题。

　　一、橡胶的塑炼

　　对于橡胶制品来说，要求生胶具有一定的可塑度。例如，对于模压工业制品的橡胶要求生胶可塑度在0.25～0.35左右。对于压延、压出、海绵胶、胶浆等胶料的可塑度要求在0.4～0.6左右。如果升胶达不到所需的可塑度，会给混炼带来很大的困难，同时无法保证制品的质量。因此，对于门尼粘度较高的生胶必须进行塑炼，并获得所需的可塑度，保证其后各项工序的顺利进行。可塑度过高或过低会对橡胶加工和制品有何不良影响呢?如果生胶混炼不足，可塑度达不到要求，则混炼困难，会发生脱辊等现象;另外胶料的收缩率增大。生胶过度塑炼则混炼胶的硬度、拉伸强度下降，则耐介质耐老化性能下降。所以，按照不同的制品要求，来搞好生胶的塑炼，是非常重要的。

　　并非每种生胶都要进行塑炼。这是视橡胶塑炼特性、门尼粘度等等情况而定。一般情况下，门尼粘度(ML100℃1+4)在80以下的除特殊用途的胶料外可不必进行塑炼，在混炼以前薄通几次就可以进行混炼了。门尼粘度(ML100℃1+4)80以上的生胶则要进行塑炼，但也不完全是这样。如氟橡胶尽管它的门尼粘度为65～180，但它的分子链刚性大，性质稳定，生胶经长时间的塑炼，不但粘度下降极少，有时还会增大。所以，氟橡胶不经塑炼可直接进行混炼。

　　从国内橡胶加工工业来看，目前主要塑炼的是不饱和天然胶和硬丁腈胶。对于三元乙丙胶、丁基胶、氯丁胶、顺丁胶和丙烯酸酯胶，如果用于模压制品则不需进行塑炼，可直接进行混炼。但对于压延、压出、海绵制品，为了保证制品的收缩率小，制品表面光滑，即使不需塑炼就可以混炼的生胶，也要进行多段塑炼，以提高生胶的可塑度，生产出合格的制品。近年来，从国外进口的软丁橡胶如日本丁腈240S、俄罗斯的CKH-26等，因其门尼粘度值较低。一般不必进行塑炼，而直接进行混炼。

　　下面就天然胶和丁腈胶的塑炼方法和注意事项略加表速。

　　天然胶由于它的生胶门尼粘度值大，机械强度高，如果不经塑炼则混炼十分困难(这里主要指1#～5#烟片胶)。所以，天然胶在混炼以前必须进行塑炼，以便得到适宜的可塑度。

　　天然橡胶由于是结晶性橡胶，尤其在冬季如果不解除结晶，那么会给切胶带来很大的困难，并且损害设备。所以在切胶以前，要进行烘胶。烘胶一般在烘胶房进行，温度约为60℃左右，时间48小时为宜。

　　生胶自烘房取出后，首先清除生胶表面的杂质，然后用切胶机切成约5公斤左右的小块备用。最好将胶块用隔离剂隔开，以免相互粘连，并保持清洁。切好的胶块需要破胶，一般工厂是在炼胶机上进行。以14寸炼胶机为例，首先调窄挡板(工作面约占辊筒长度的2/3)，调小辊距(0.5㎜)，目的是防止炼胶机负载过大，而发生“跳闸”和损坏设备。然后将胶块一块一块地靠大牙轮一端投入炼胶机中，装胶量约为20公斤左右。装胶时应侧身对着炼胶机或站在炼胶机侧面，以防止胶弹出伤人，与此同时打开冷却水。破好的生胶要及时塑炼，不要长时间停放。因为停放时间一长，生胶会重新粘成一团。还要重新进行切胶、破胶比较麻烦。

　　塑炼时，将生胶放入塑炼机中，任其自然通过辊距直接落入料盘中，不要包辊。反复进行，时间约为30分钟左右，辊温控制在50℃以下。如果温度过高，则会出现假可塑度现象(一旦塑炼胶冷却后，又会发生复原现象)。为了避免这种现象，辊筒温度越低越好，同时机械剪切力增大利于橡胶大分子降解，从而获得塑炼效果。

　　在塑炼开始后的前十分钟内，天然橡胶塑炼效果十分明显。随着时间延长可塑度增加会减慢。如果这个时候停止混炼，在混炼的时候，会很快的反映出来：塑炼胶不易包辊，即使是包辊，表面也是不平滑，粉料不能加入。这个时候要对塑炼胶进行重新薄通塑炼。直至获得满意的效果。

　　从以上情况看，尽管时间不断延长，天然胶可塑度增长没有前十分钟内效果显著。但不等于说只塑炼十分钟就行了。相反，以后的塑炼是十分必要的。否则混炼时会增大劳动强度及延长混炼时间，混炼胶的质量也无法保证。

　　塑炼程度的高低，质量的好坏，有操作经验的人通过肉眼就可以观察到。塑炼好的生胶表面平整光滑，是半透明的。这个时候，生胶就基本上达到了可塑度。如果经验不足，也可放宽辊距(2～3㎜)，使其包于前辊。生胶如果表面不光滑，则说明塑炼还不够，如果表面光滑，说明塑炼好了。当然，塑炼不够还得重新塑炼，直至获得满意的塑炼效果。

　　塑炼好的生胶辊距放宽至2～3㎜下片。胶片长80公分、宽40公分、厚0.4公分。自然冷却，然后打隔剂待用。也可将下好的胶片直接用磅秤秤好混炼胶所需的数量。塑炼好的生胶一般停放8小时后使用。

　　丁腈胶，这里主要指硬丁腈胶，初始门尼粘度90～120，可塑性及工艺性能极差，如果不经塑炼，则混炼无法进行。其生胶韧性大、塑炼生热大，故塑炼特别困难。丁腈胶的塑炼与天然胶比较，塑炼时温度比天然胶还要低(约40℃)，装胶容量要少15公斤左右(是天然橡胶的70%)。丁腈橡胶随着丙烯腈含量的增加，混炼越容易。通常情况下，丁腈-26，丁腈-40这些用于模压制品的丁腈胶料，生胶经一段塑炼就可以了，时间约40分钟。特殊要求的丁腈橡胶要进行多段塑炼，以便获得满意的可塑度。对于丁腈-18，经过一段塑炼，可塑度只有0.18左右，这对于橡胶制品来说，可塑度太低了，必须要进行多段塑炼。再经过35分钟塑炼的丁腈胶-18，可塑度可达0.23左右，基本满足加工要求。

　　塑炼丁腈胶和塑炼天然胶的方法基本一致。通常采用的是低温薄通法和分段塑炼法。塑炼好的生胶表面光滑发亮，包辊以后表面没有大大小小的窟窿。

　　在塑炼过程中，影响生胶塑炼效果的因素固然很多。但对于具体操作人员来说，无外乎是炼胶机的温度、辊距、时间、装胶容量和操作熟练程度的影响。

　　实践证明，辊温越低，塑炼的效果越好。但在实际操作中，辊筒的冷却又受到各种客观原因的限制，不可能完全达到理想的效果。因此，多采用分段塑炼法来弥补其不足。也可采用冷风循环爬架装置来加快胶片的冷却，提高塑炼效果。

　　辊距越小，塑炼效果越好。生胶在较小的辊距下通过辊筒。一方面，生胶所受的剪切力大，使橡胶大分子迅速降解;另一方面，胶片越薄散发热量也越快。这对塑炼效果是大有好处。我们曾做过对比试验，辊距0.5㎜和辊距1㎜相比较，辊距越大，塑炼时间越长，大约长10分钟左右。且没有小辊距的塑炼质量好。

　　同样，装胶量的多少，也直接影响了生胶的塑炼效果。可以想象，装胶量多生胶通过辊缝间的时间长，在同样的塑炼时间内，装胶量少的要比装胶量多的塑炼效果好。有些操作人员在塑炼时贪图快，装胶量大大高于规定要求，这是十分错误的。装胶量太多，首先设备承受不了，超负荷运转下，极易发生“跳闸”同时也增加了损害设备的危险性;其次，塑炼时间延长，即加大了劳动强度，塑炼胶质量也不好。所以，装胶量要视设备和胶种而定，不可任意加大装胶量。通常情况下，合成胶的装胶量要比天然胶少20%左右。

　　有些合成胶在合成时质量不稳定，每块胶的质量差异比较大。有操作经验的人一眼就可看出哪一块塑炼时所需时间相对短一些，哪一块胶塑炼时时间要长一些。有经验的操作人员在塑炼时往往不太注意时间的概念，而以塑炼效果为依据。合成质量不好的生胶，塑炼时间往往大于所规定的时间。我们有一个不太成熟的经验，以丁腈-26为例，如果生胶块发乌，那么这块胶就容易塑炼。如果生胶发白则塑炼就不太容易。至于以上两种胶块是不是丙烯腈含量不同呢?还是合成时的其他问题，我们没有做过这方面的测试，不能妄下结论。塑炼时只是感觉到发白的生胶“水分”较大，生胶通过辊缝比较困难，这样就增加了混炼时间。如果采用相同的混炼时间，混炼胶的质量肯定不好。国产三元乙丙胶同样存在上述问题，混炼时发乌的生胶容易包辊，发白的生胶包辊就比较困难。有的生胶要经过近20分钟左右才能包辊，无形中混炼时间就延长了。

　　二、橡胶的混炼

　　混炼是橡胶加工过程中最重要、最复杂的工序之一。同时也是最容易产生质量波动的工序之一。混炼胶质量的高低直接影响了制品质量。因此搞好橡胶的混炼是至关重要的。

　　作为一个炼胶工如何搞好橡胶的混炼呢?我认为出除严格掌握各个胶种的混炼特性、加药顺序等等必备知识外，还要勤动脑、勤思考、用心炼胶。只有这样才是一个比较合格的炼胶工。

　　在混炼过程中要保证混炼胶的质量应做到以下几点：

　　1、各种用量少、但作用大的配合剂要充分混炼均匀，否则会引起胶料焦烧或硫化不熟。

　　2、要严格按照混炼工艺规程、加料顺序进行混炼。

　　3、混炼时间要严格掌握，时间不能过长或过短，只有这样才能保证混炼胶的可塑度。

　　4、对用量大的炭黑和填充剂不要随意抛撤，一定要用完。而且要把料盘打扫干净。

　　影响混炼胶质量的因素固然很多。但具体表现在配合剂分散不均、喷霜、焦烧等方面，这些都是可以目测到的。

　　配合剂分散不均匀除胶料表面有配合剂的粒子外，用刀割开胶片，胶料断面也会发现有大小不等的配合剂粒子。混炼均匀的胶料，断面处是光滑的。对于配合剂分散不均匀现象如果经多次返炼还不能解决，这辊胶就要报废了。所以炼胶工在操作过程中要严格遵守工艺规程，并不时地从辊筒的两端和中间部位取胶片观察配合剂是否分散均匀。

　　喷霜，如果不是配方设计的问题，那么就是在混炼过程中加药顺序不当引起的，或者是混炼不均匀，配合剂结团引起的。所以在混炼过程中要严格把关，避免这类现象的发生。

　　焦烧，是混炼过程中最应注意的问题之一。胶料焦烧以后，表面或内部局部具有弹性的熟胶粒。如果焦烧轻微的话，可以通过薄通的方法来解决。若焦烧严重，则胶料报废。从工艺因素看，胶料的焦烧主要是温度的影响，如果胶料温度过高，生胶、硫化剂、促进剂就会在混炼过程中发生反应，即焦烧。一般情况下，混炼时装胶量过大，辊筒温度太高，都会使胶料温度升高，导致焦烧。当然，加料顺序不当，硫化剂和促进剂同时加入也容易引起焦烧。

　　硬度的波动也是影响混炼胶质量的一个重要因素。同一硬度的胶料，往往混炼出的硬度不一样，有些甚至相差甚远。这主要因为胶料混炼不均匀、配合剂分散不好造成的。同时，炭黑少加或多加也会引起胶料硬度的波动。另一方面，配合剂秤量不准同样也会引起胶料硬度的波动。如硫化剂、促进剂炭黑的多加，胶料硬度变大。软化剂、生胶称量多，而炭黑等少加，则胶料硬度变小。混炼时间过长，则胶料硬度变小。混炼时间太短，胶料就变硬。所以说，混炼时间不要太长和太短。混炼太长，除胶料硬度变小外，胶料的拉伸强度下降，扯断伸长率上升，耐老化性能下降等等。同时也增大了操作人员的劳动强度，空耗了能源。

　　所以，混炼只要能够使各种配合剂在胶料中充分分散，并保证获得所需的物理机械性能和压延、压出等工艺操作的要求就行了。

　　作为一个合格的炼胶工即不但有很强的工作责任心，同时，还必须熟悉各种生胶和原材料。即不但了解它们的作用和特性，还要能够在无标签的情况下，准确说出他们的名称，尤其是外观差不多的配合剂。比如，氧化镁、氧化硝和氢氧化钙、高耐磨炭黑、快压出炭黑和半补强炭黑以及国产丁腈—18、丁腈—26、丁腈—40等等。

　　橡胶的混炼。一般单位和工厂大都采用开放式炼胶机。它的最大特点是，灵活机动性大，对于橡胶变种频繁、硬质胶、海绵胶等的混炼特别适用。

　　用开炼机混炼，加药顺序就显得特别重要了。通常情况下，生胶沿压轮一端投入辊缝间，辊距控制在2㎜左右(以14寸炼胶机为例)滚压5分钟。生胶成光滑无隙胶片包在前辊上，辊筒上有一定量的堆积胶。堆积胶大约占生胶总量的1/4，接着加入防老剂、促进剂，并捣胶数次。这样做的目的是使防老剂和促进剂在胶中分散均匀。同时，防老剂先加入能防止高温炼胶时发生的热老化现象。而有些促进剂对胶料有增塑作用。随后加氧化锌。加炭黑时开始要加入极少量的，因为有些生胶一加炭黑就脱辊。如若有脱辊迹象，则停止加炭黑，待胶料重新光滑的包在辊筒上，再加入炭黑。加炭黑的方法有多种。主要有：1、将炭黑沿辊筒的工作长度全面加入;2、往辊筒中间部位加炭黑;3、紧靠档板一端加入。我认为，后两种加炭黑的方法比较可取，即是脱辊也只脱胶一部分，不可能全部脱辊。胶料脱辊以后，炭黑易被压成片状，再上辊以后不容易分散。特别是混炼硬质胶时，硫黄压成片状，在胶中特别难以分散。无论是返炼、薄通都不能改变胶片存在的黄色的“麻”点。总之，加炭黑时要少加、勤加。不要图省事将炭黑全部倒在辊筒上。加炭黑的初期是“吃料”最快的时候。此时不要加软化剂，待加入一半炭黑后，加入一半软化剂，这样又可使“吃料”加快。另一半软化剂，同剩余的炭黑一起加入。在加粉料的过程中要逐步放宽辊距使埋积胶保持在适当的范围内，让粉料自然进入胶中与橡胶最大限度的混合。在这个阶段，严禁割刀，以免影响混炼胶的质量。在软化剂过多的情况下，也可将炭黑与软化剂制成膏状加入。硬脂酸不可过早加入，过早易引起脱辊，最好是在辊筒还有部分炭黑时加入，硫化剂也应该在后期加入。有些硫化剂还要在辊筒上还有少许炭黑时加入。如硫化剂DCP。如果待炭黑全部吃完后，再加DCP就会受热熔化成液状，落入料盘。这样，胶料中的硫化剂份数就会减少。从而影响了混炼胶的质量，很可能造成硫化不熟。所以，硫化剂要在适当的时候，视不同的品种适时加入。待各种配合剂全部加完后，就要进一步翻炼，使胶料混炼均匀。通常翻炼操作方法有“八把刀”、“三角包”、“打卷”、“薄通”等方法。

　　“八把刀”是沿辊筒平行方向以45°角割刀，左右各四次。剩下来的胶扭转90°后加入辊筒。目的是胶料在纵、横方向受到滚压，利于混炼均匀。“三角包”是借辊筒之力，在其上打成三角形的胶包，“打卷”是一手割刀，一手将胶料卷成筒状，然后投入辊中。这样做的目的是为了使胶料混炼均匀。但是，“三角包”、“打卷”不利于胶料散热，易造成焦烧，且劳动强度大，所以这两种方法都不宜提倡。翻炼时间5～6分钟。

　　胶料翻炼完后，要对胶料进行薄通。实践证明，胶料薄通对配合剂在胶料中的分散是非常行之有效的。薄通方法是将辊距调整在0.1～0.5㎜，将胶料投入辊筒中，任其自然落入料盘。待其落完后，再将胶料扭转90°上辊。如此反复进行5～6次。如果胶料温度过高，则要停止薄通，待胶料冷却后再薄通，以防胶料焦烧。

　　薄通完毕，放宽辊距到4～5㎜。胶料上车前，先将胶料撕下一小块投入辊中，目的是冲开辊距，避免大量胶料入辊后，使炼胶机猛烈受到较大力的作用，而损坏设备。胶料上车后，要全部通过辊缝一次，然后再包于前辊，继续翻炼2～3分钟，及时下片、冷却。胶片长80公分、宽40公分、厚0.4公分。冷却的方法有自然冷却和冷水槽冷却，这要视各单位的条件而定。同时，要避免胶片与土、砂粒等污物接触，以免影响混炼胶的质量。

　　在混炼过程中要严格控制辊距。不同生胶的混炼和各种硬度胶料的混炼所需温度都不相同，所以，要根据具体情况来掌握好辊筒温度。

　　有些炼胶工人存在以下两种不正确的想法：1、认为混炼时间越长，胶的质量就越高。实际情况并非如此，其原因前文已经作过叙述。2、认为辊筒上方堆积胶少粉料加的快，混炼速度就会加快。其实不然，如果辊筒间没有堆积胶或堆积胶太小，粉料易被压成片状落入料盘，这样除对混炼胶质量有影响之外，还要重新打扫料盘，再次将落入的粉料加入辊筒间，如此反复多次，大大延长了混炼时间，且增大了劳动强度。当然，如果堆积胶太多，粉料混入速度就会减慢。可见堆积胶太多或太少对混炼都是不利的。所以说，混炼时辊筒间要有一定量的堆积胶。混炼时粉料一方面靠机械力的作用挤入胶中，另一方面，胶料在机械力的作用下易形成折子，粉料极易随着折子而被卷入胶中。其结果是混炼时间缩短，劳动强度减小，且混炼胶质量好。

　　以上两点，希望能引起炼胶人员的注意。