作为比较, 按上述配方加料, 在捏合机中, 在 5 m3/ h 的通氮速度下、于 50~ 100 混炼约 1 5 h; 然后, 升温至 170~ 190 , 热处理 1 h, 制得硅橡胶胶料 3。其连续作业时间为 4 h。
将 100 份胶料与 0 5 份2, 5 - 二甲基- 2, 5 - 二叔丁基过氧化己 烷在双辊炼胶 机上混炼均 一, 在 165 10 min 条件下热压硫 化; 然后 在 200 4 h 条件下二次硫化, 制得 2 mm 厚 的试片。测其物理机械性能, 结果见表 1。
技术讲座
, 2006, 20 ( 1) : 42~ 47 SI LICON E M AT ER IAL
混炼硅橡胶的配合技术 ( 一)
黄文润
( 中蓝晨光化工研究院, 成都 610041)
摘要: 介绍了混炼硅橡胶的基本配合过程和硫化体系, 着 重比较了 间歇法和连 续法两种 混炼工艺的 生
产效率及对硅橡胶硫化胶性能的影响, 讨论了 6 种过氧化物硫化剂的特点及适应范围。
采用间歇配制工艺配制混炼硅橡胶多在捏合 机及密炼机中进行。在工业化生产中, 为大批制 取混炼硅橡胶, 常使用装有 2 个混合桨的大型捏 合机, 捏合机的容量达数立方米; 为使原料混合 均一, 需要较长的混炼时间。采用槽内装有 2 个 旋桨、上部装有加压块、能使原料在压缩状态下 混炼的密炼机可在较短时间内制得混合均匀的混 炼硅橡胶[ 1] 。但这种加 压式密炼机的 有效容积 最大仅数百升, 不能满足大批量生产的要求。采 取先在密炼机中混炼、再在捏合机中热处理的方 法, 可高 效、大 批 量生 产 混炼 硅 橡 胶胶 料[ 2] 。 即先将硅橡胶生胶、补强填料白炭黑、结构化控 制剂等在 150 下用密炼机混合均匀, 再在氮气 保护下或减压的捏合机中于 150~ 200 下处理。
图 1 中, 硅橡 胶 生胶: 聚 合度 5 000~ 10 000, 乙 烯 基摩 尔 分数 0 03% ~ 0 5% ; 填 料:
气相法白炭黑、沉淀法白炭黑、硅藻土、石英粉 等; 浸润剂 ( 结构化控制剂) : 末端带反应性基 团的聚硅氧烷或硅烷。混炼设备: 密闭混炼机、 双辊机、捏合机 等; 热处理工艺: 150~ 180 下 1~ 6 h; 过滤网: 100~ 250 目不锈钢网。 1 1 混炼硅橡胶的间歇配制工艺
关键词: 混炼硅橡胶, 捏合机, 密炼机, 挤出机, 过氧化物, 硫化剂
中图分类号:
文献标识码: A
文章编号: 1009- 4369 ( 2006) 01- 00042- 06
1 混炼硅橡胶的基本配制工艺
混炼硅橡胶一般可在通用型橡胶混炼机上配 制, 大规模生产则在捏合机或密闭式混炼设备中 进行。
在捏合机 中配制混炼硅橡 胶可提高 生产效 率, 并改善作业环境, 其基本配合工艺见图 1。 为除掉白炭黑中的水分及其它挥发分, 促进硅橡 胶生胶与白炭黑之间的分散和浸润, 在加入白炭 黑和结构化控制剂后, 需在 150~ 180 下热处 理 1~ 6 h; 然后, 在双辊机上进一步混炼, 并添 加改性剂; 最后过滤, 除去胶料中的杂质。
产。其工艺过程如图 2 所示。
图 2 混炼硅橡胶的连续配 制工艺流程示意图
由填料供料泵 P2 将 21 000 份比表面积 300 m2/ g 的气相法白炭黑输入计量罐 T 1 中, 同时将 50 000 份硅橡胶生胶经供料泵 P1 通过装有旋转 刀的出口切成直径 3 mm 、长 5 mm 的粒状进入 T 1, 将 3 000 份粘度 ( 25 , 下同) 15 mP a s 的 , - 二甲氧基聚二甲基硅氧烷与 3 000 份粘 度 30 mPa s 的 , - 二甲氧基聚甲基苯基硅氧 烷 [ ( CH 3 ) 2SiO 链 节 摩 尔 分 数 67% , ( C6H 5) 2SiO 链节摩尔分数 33% ] 的混合物经供 料泵 P 3 送入 T 1。将全部组 分移入容 量 500 L、 装有搅 拌桨、半径 约 48 cm 的 高速 搅拌 器 M 1 中, 以 800 r/ min 的转速混合, 读取初期运转时 的定常电流值; 当电流值升高 1 5 倍后, 停止搅 拌, 制得粉体, 排入混合物料斗 T 2 中。从启动 M 1 的 搅拌 器 至 粉 体 混 合 物 排 入 T2, 时 间 约 7 m in; 其间 M 1 用水冷 却。制得的粉 体温度为 39 , 平均粒径 60 m, 具有 流动性。粉体经 粒料加料器 F1 定量送入同向双螺杆混炼挤出机 M 2, 加料速度为 1 000 份/ min, 用螺杆 转速调 节加料速度。M2 的螺杆 直径 ( D ) 为 50 mm、 螺杆长 度 ( L ) 为 2 400 m m, L / D = 48, 螺杆 转速为 0~ 1 000 r/ m in。在螺杆套筒L / D= 1~ 5 处有粉料供料口, 在 L / D = 22~ 22 及 L / D = 36 ~ 38 处有第 1 及第 2 开放口, L / D = 48 处为浓 缩物出料口。在开放口接真空泵, 减压脱气; 也 可以 在第 1 开放口加入颜料 或其它添加剂。在 L / D= 0~ 10 处用水冷却; 在 L / D = 10~ 38 处 用电加热器加热至 300 ; 在 L / D= 38~ 40 处 用- 10 的冷冻液冷却。运转中, L / D = 36~ 38 处的胶 料温度保持在 270 , 减压下从第 2
收稿日期: 2005- 10- 11。
第 1期
黄文润. 混炼硅橡胶的配合技术 ( 一)
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0 05 kg 乙烯基三甲氧基硅烷, 在浮动压块加压 下混炼约 5 min, 使混合物分散均一, 混合物的 温度升至 105 ; 将混合物移至事先预热的 200 L 捏合机 中, 在 5 m3/ h 的通氮 速度 下、于 170~ 190 混炼 1 h ( 升温时间 1 h) , 得硅橡胶胶料 1。
2 混炼硅橡胶的硫化成型
混炼硅橡胶在硫化前不具橡胶特性; 只有在 硫化剂 作用下, 通过 化学交联形成 三维网状结 构, 才具有橡胶特性。工业生产中, 混炼硅橡胶 常采用过氧化物硫化体系。偶氮化合物、硫磺或 辐射等 虽可使硅橡胶 硫化, 但均未 得到实际应 用。目前, 以含 Si H 基的聚有机硅氧烷作交 联剂, 铂化合物作催化剂的加成硫化体系已逐渐 得到应用。 2 1 混炼硅橡胶的硫化体系 2 1 1 过氧化物硫化体系
表 1 密炼机与捏合机组合混炼工艺与 单 用捏合机混炼工艺的比较
测试项目
胶料 1
胶料 2
邵尔 A 硬度/ 度
热 压硫化后 51
48
二 次硫化后 53
50
拉伸强 度/ M Pa
83
80
伸长率/ %
34 0
3 20
混炼设 备
密炼机、 密炼机、底部 捏合机 排料式捏合机
胶料 3
51 53 85 3 50 捏合机
在捏 合机中 的停
留时间/ h
2
生产效 率/ kg h- 1 约 35
1 约 75
4 约 17
表 1 结果表明, 密炼机与捏合机组合的混炼 工艺较单用捏合机的工艺生产效率显著提高, 且 硅橡胶的性能基本一致。
将密炼机中制得的混合物直力剪切热处理, 并通过挤出机的减压排气段 脱除胶料中的挥发分, 也可高效、大批量地制取 混炼硅橡胶[ 3] 。
连续配制工艺是将硅橡胶生胶、无机填料、 结构化控制剂等先用高速搅拌器在 100~ 200 下混合, 制成能自由流动的粒状混合物; 再连续 进入双螺杆混炼挤出机或多段剪切单螺杆混炼挤 出机中, 在高剪切力下混炼热处理, 连续配制硅 橡胶胶料的工艺[ 4, 5] 。该工艺可实现高效批量生
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第 20 卷
表 2 密炼机与挤 出机组合混炼工艺 与单用捏合机混炼工艺的比较
测试项目
胶料 4
胶料 5
邵尔 A 硬度/ 度 热压硫化后 二次硫化后
二者之差 拉伸强度/ M Pa 伸长率/ %
48
48
51
51
3
3
80
70
36 0
300
混炼设备
加压密炼机、 双螺杆混炼挤出机
捏合机
操作时间/ min
20
180
由表 2 可以看出, 采用两种混炼工艺制得的 硅橡胶胶料的性能基本一致。 1 2 混炼硅橡胶的连续配制工艺
开放口排出低沸物; 在 L / D = 38~ 40 处, 由于 采用了- 10 的冷冻液冷却, 排出的胶料温度 约 90 。胶料在双螺杆混炼挤出机中的停留时 间约 75 min。
为比较, 按上述配方将各组分在 100 L 的捏 合机中混炼均一, 再于 150 下混炼 4 h; 冷却 后用单螺杆挤出机过滤, 制得硅橡胶胶料。操作 时间约 8 h。
将制得的胶料用双辊炼胶机塑炼, 取样, 测 初期塑度及放置 3 天后的塑度; 另将 100 份胶料 与 0 3 份2, 5 - 二甲基- 2, 5 - 二叔丁基过氧化 己烷在双辊炼胶机上混合均一, 于 170 下热压 硫化 10 min, 制成 2 m m 厚的试片, 再于 200
4 h 条件下二次硫化。测其性能, 结果见表 3。
例如: 在 75 L 的密 炼机中加入 50 kg 硅橡 胶生胶 [ ( CH3 ) 2SiO 链 节摩 尔分数 为 99 85% 、 ( CH2 CH) ( CH 3) SiO 链节摩尔分数为 0 15% , ( CH2 CH) ( CH 3) 2SiO 1/ 2 链节封 端, 平 均聚合 度约 8000] , 再 加 入 20 5 kg 比 表 面积 为 200 m2/ g 的沉淀法白炭黑 ( Niponsil L P) 、2 kg 聚合 度为 3 ~ 4 的 , - 二 羟 基 聚二 甲 基 硅氧 烷、
例如: 在加压式密炼机中加入 100 份硅橡胶 生胶、41 份沉淀法白炭黑、3 份 , - 二羟基聚 二甲基硅氧烷 ( 所有原料的规格均与硅橡胶胶料 1相 同) , 混 炼约 10 m in, 混 合 物的 温 度升 至 60 ; 将混合物连续以 120 g/ min 的速度向双 螺杆混炼挤出机 ( KCK 80 22- 35E 7 型, 日 本 KCK 公司) 供料, 由挤出机挤出, 得混炼硅 橡胶胶料 4。双螺杆混炼挤出机混炼部分的温度 为 200 , 螺杆转速20 r/ min, 胶料在混炼机中 的停留 时间 约10 min。作 为比较, 采用 同样配 方, 在捏合机中混炼后, 在 180~ 190 下处理 约 1 h, 制得混炼硅橡胶胶料 5。将 100 份胶料 与 0 5 份2, 5 - 二甲基- 2, 5 - 二叔丁基过氧化 己烷在双辊炼胶机上混合均一后, 于 165 下热 压硫化 10 min, 再于 200 4 h 条件下二次硫 化, 制 成 2 mm 厚的试 片。测其 性能, 结果见 表 2。