第十二章 混炼工艺


三．密炼机的混炼工艺 优点：混炼容量大，混炼时间短，效 率高；投料、捏炼、加压和排料操作 易于机械化、自动化，劳动强度低， 操作安全性大，配合剂损失、粉尘飞 扬状况得到改善，胶料质量和环境卫 生条件好。 缺点：混炼时温度较高，对温度敏感 的胶料易发生焦烧，需要对排胶进行 补充加工。
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（二）密炼机混炼的影响因素 （1）装胶容量 混炼容量必须适当，通常取密炼室总 有效容积的60~70%。合理的容量或 装填系数应根据生胶种类、配方特点， 设备特征与磨损程度以及上顶栓压力 来确定。 （2）上顶栓压力 上顶栓压力控制在0.3~0.6MPa。随着 容量和转速的提高，上顶栓的压力需 适当加大，上顶栓压力提高会加速混 炼过程中胶料生热，并增加功率消耗。
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（3）转子转速和混炼时间 转子转速快，剪切速率大，混炼时间缩短。 转速增加一倍，混炼周期大约缩短 30%~50%。 如20r/min密炼机混炼一车料需要10~12min， 改用40r/min密炼机只需要4~5min，如用 60~80r/min密炼机，则混炼时间可缩短至 1~1.5min。 常用的转速范围在40~60r/min。 延长混炼时间能提高配合剂在胶料中的分散 度，但会降低生产效率，混炼时间过长，会 使硫化胶的物理机械性能受损。在保证质量 的前提下，尽可能地缩短混炼时间。
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2．两段混炼 （1）传统两段混炼法 用高速高压密炼机进行第一段的粗混炼，使橡胶与配合剂 混炼制成母胶，下片后经停放一段时间后，再送入低速密 炼机加硫黄和促进剂进行混炼，再经压片机补充加工胶片。 （2）分段投胶两段混炼法 第一段混炼时，把80%左右的生胶投入进行与传统两段混 炼法一样的混炼，制备母胶。在第二段混炼时将剩余20% 左右的生胶投入母胶中混炼，均匀后排胶。 3．逆混（倒混）炼法 先把除硫黄和促进剂以外的所有其它配合剂全部装入密炼 机中，然后再投入生胶进行混炼。 优点：充分利用装料容积，改善分散性，缩短混炼时间。 适用于生胶挺性差和高炭黑合高油量配合胶料的混炼，如 BR、EPDM等。
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1．炭黑网络结构 炭黑与橡胶混炼时，形成炭黑—橡胶聚集体，聚集体 在剪切力的作用下逐步分散。当混炼胶中炭黑的用量 较高时，炭黑通过链状结构相互连结，构成炭黑网络。 炭黑网络结构的体现：（a）Payne效应；（b）混炼 胶比纯胶具有较高的导电性。 2．吸留橡胶结构 混炼时，形成吸留橡胶。在混炼过程中，受剪切力的 作用，吸留橡胶的一部分或大部分被重新释放出来。 但是，吸留橡胶多少都会部分地保留在炭黑聚集体中， 成为混炼胶填料的一部分。 3．炭黑结合橡胶 炭黑结合橡胶对胶料的性能影响很大，可提高硫化胶 的模量、耐磨性以及减少滞后生热等。 4．可溶胶 结合橡胶在混炼胶中只占一小部分。而大部分橡胶未 与炭黑结合，称为可溶胶。这两部分橡胶对混炼胶的 物理性能都有贡献。
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§12.3 混炼胶的质量检查 一．胶料的快检 混炼胶质量的传统快检项目有：可塑度、密 度、硬度。 （一）可塑度测定 （二）密度测定 反映：配合剂少加、多加或漏加；配合剂的 分散不均。 （三）硬度 二．物理机械性能测定 常规的物理机械性能检测项目：拉伸强度、 伸长率和硬度等；根据胶料的不同性能要求 选择专门性能项目进行测试，如胎面胶测定 磨耗性能等。
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二．开炼机的混炼工艺 （一）开炼机混炼原理 开炼机混炼过程一般包括包辊、吃粉和翻炼三个阶段。 1．包辊



图1-3 橡胶在开炼机中的几种状态 1-橡胶不易进入辊缝；2-紧包前辊；3-脱辊成袋囊状； 4-呈粘流包辊 2．吃粉 在胶料包辊，加入配合剂之前，要使辊距上端保留适 当的堆积胶，适量的堆积胶是吃粉的必要条件。 3．翻炼 周向：混炼最均匀；轴向：不均匀；径向：均匀性最 差
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（4）混炼温度 混炼温度高有利于生胶的塑性流动和变形， 有利于混合吃粉，但不利于配合剂粒子的破 碎与分散混合。混炼温度过高还会加速橡胶 的热氧老化，使硫化胶的物理机械性能下降。 温度太低会出现胶料压散现象。 通常用混炼机的排胶温度来表征混炼温度。 一般采用的排胶温度低于130℃。 （5）加料顺序 生胶 → 活性剂、固体软化剂、防老剂、普 通促进剂→炭黑→液体软化剂→硫磺和超速 促进剂 分配系数K为生胶与炭黑的最佳混炼时间tc 同炭黑母胶与液体软化剂的最佳混炼时间tm 之比。
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三．配合剂的分散度检查 目测：借助10倍放大镜或低倍双目显 微镜观测胶料表面，粗略判断胶料的 分散程度； 显微镜测定：利用光学显微镜、电子 显微镜来观察胶料切片，能真实地反 映混炼胶的分散程度。 四．胶料硫化特性的检查 近年来，广泛采用各种类型的仪器来 进行胶料质量的检验，如硫化仪。



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二．配合剂的补充加工 （一）粉碎 块状和粗粒状配合剂必须经过粉碎或磨细处理才能使 用，如沥青、松香和古马隆等固体用粉碎机粉碎。 （二）干燥 干燥的目的是减少配合剂中的水分和其他挥发分含量， 防止粉末状配合剂结团，便于筛选和混炼分散，避免 某些配合剂遇水变质和胶料内部产生气泡和海绵。 干燥方式可采用真空干燥箱、干燥室或螺旋式连续干 燥机等。 （三）熔化与过滤及加温 低熔点固体软化剂如石蜡和松香等须进行加热熔化， 达到干燥脱水和降低粘度作用后，再经过滤去掉其中 的机械杂质。 （四）筛选 粉末状固体软化剂粒度及粒度分布达不到规定标准的， 或已经发生配合剂结团及含有机械杂质的必须经过筛 选加工，去掉其中的机械杂质、较大颗粒与结团。
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四．称量配合 要求称量配合操作做到：精密、 准确、不漏、不错。 称量配合的操作方式有两种： （1）手工操作；（2）机械化自 动称量配合。
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§12.2 混炼工艺






一．混炼胶的结构 混炼胶是由粒状配合剂（如炭黑、促进剂、填充剂等）分 散于生胶中组成的分散体系。在分散体系中，生胶的分散 呈连续状态，称为分散质，粒状配合剂为分散相。 混炼胶不同于一般的胶体分散体系： （1）橡胶的粘度很高，胶料的热力学不稳定性在一般情况 下不太显著； （2）某些组分（如再生胶、增塑剂等）与橡胶能互容，从 而构成了混炼胶的复合分散介质； （3）粒状配合剂（如炭黑合促进剂等）与橡胶在接触界面 上产生了一定的物理和化学结合，这对胶料和硫化胶的性 能起着重要的影响。 因此，可以认为混炼胶是一种具有复杂结构特性的胶态分 散体。 炭黑与橡胶混炼后形成的补强结构，对胶料和硫化胶的力 学性能和流变性能等都有较大的影响。
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三．油膏和母炼胶的制造 油膏：为了使配合剂易于在胶料中混 合分散，减少飞扬损失造成环境污染， 保证胶料的混炼质量，将某些配合剂、 促进剂等事先以较大比例与液体软化 剂混合制成膏状混合物。 母炼胶：将在通常混炼条件下短时间 内难以混合均匀且混炼生热量多，能 耗较大的某些配合剂以较大的比例事 先与生胶单独混合制成组分比较简单 的混合物料。最常见的有促进剂母胶、 炭黑母胶、化学塑解剂母胶等。
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四．混炼胶后胶料的补充加工与处理 1．压片与冷却 压片后立即浸涂隔离剂液进行冷却与隔离，并经进一 步吹风干燥，使胶片温度降低到50℃以下。 2．滤胶 对于质量和性能要求比较严格的某些胶料，特别是气 密性要求严格的内胎胶料、气囊胶和其他气动薄膜制 品的胶料，混炼后鼻息滤胶。 3．停放与管理 一般需要停放4~8小时以上才能使用。 停放的目的是：a．使胶料进行松弛，减小收缩； b．使配合剂继续扩散，促使胶料进一步均匀； c．使橡胶与炭黑进一步相互作用，生成更多的结合 橡胶。 在储存期间注意胶料的通风和散热，以防焦烧。
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（4）混炼时间 应适当掌握配合剂的混入和分散时间，避免混炼时间 过长，否则容易产生过炼现象。 （5）辊速和速比 辊速控制在16~18r/min内。辊速快，操作不安全且温 度控制困难；辊速慢，混炼效率低。 速比一般为1：1.1~1：1.2。生热高的胶料应选择速 比在1：1.15以下的开炼机。 （6）加料顺序 一般的加料原则是：用量少、难分散的配合剂先加； 用量大、易分散的后加；为了防止焦烧，硫黄和超速 促进剂一般最后加入。通常采用的加料顺序如下： 塑炼胶、再生胶、母炼胶 → 促进剂、活性剂、防老 剂 →补强、填充剂→液体软化剂 → 硫黄、超速促进 剂
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（一）密炼机混炼工艺操作方法 1．一段混炼法 （1）传统一段混炼法 把塑炼胶和各种配合剂逐步分次加入，每次加料后，放下 上顶栓，加压程度视具体情况而定。 传统一段混炼法的混炼程序一般为：橡胶（生胶、塑炼胶、 再生胶等）→ 硬脂酸 → 促进剂、活性剂、防老剂 → 补强 填充剂 → 液体软化剂 → 排胶 →压片机加硫黄和超速促进 剂 → 下片 → 冷却、停放 （2）分段投胶一段混炼法 分批加入生胶，以强化炭黑的分散，达到改善合提高胶料 的工艺性能及硫化较的物理机械性能。 具体操作：投入60%~80%生胶和配合剂（硫化剂和超促进 剂除外），在70~120℃混炼温度下，混炼到总混炼时间的 70~80%，再把其余生胶并同硫化剂和超促进剂一起投入， 再混炼1~2min后，排胶下片。

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（二）开炼机混炼的影响因素 （1）装胶容量 装胶容量需依据开炼机的规格及胶料配方特性合理确定。容量过 大，使混炼分散效果降低，混炼温度升高，容易产生焦烧现象而 影响胶料质量；容量过小会降低生产效率。