可塑性的测定方法

 

生胶和混炼胶可塑度的测定通常有三种方法：压缩法、旋转扭力法和压出法。它们均需在恒温下进行，因为可塑度随温度变化而变化。

 

一、压缩法

 

这种类型的测定方法常用的有：威廉氏法、华莱氏快速可塑度法和德弗可塑度法三种。

 

1．威廉氏法（Williams）

 

在恒温、定负荷下，经过一定时间后根据试样高度的变化来评定可塑度。将Φ=16mm，h0=10mm的圆柱试样在T=70±1℃或100±1℃下预热3min，压缩3min，除去负荷取出试样在室温下恢复3min，测量试样高度的压缩变形量及去掉负荷后的变形量，计算可塑度P。

 

h0 —试样原始高度，mm；h1—试样压缩3min后的高度，mm；h2—恢复3min后的高度，mm

 

如果试样为绝对流体，即h1=h2=0，P=1；

 

若试样为绝对弹性体，即h2=h0，P=0；

 

生胶和混炼胶为粘弹体，它们的可塑度在0~1之间，数值越大表示可塑性越大。

 

2．华莱氏（Wallace）快速可塑度法

 

其原理与Williams法相同，以定温、定负荷、定时间下胶片厚度的变化表示可塑度。

 

该法操作方便，多用于工业生产中作快速检验。

 

3．德弗法

 

以在定温和定时间内试样压缩至规定高度时所需负荷值来表示。

 

二、旋转扭力法—门尼（Mooney）粘度法

 

原理是：在一定温度、时间和压力下，根据试样在活动面（转子）与固定面（模腔）之间变形时所受扭力来确定胶料可塑度。

 

试验时，将试样按要求放入模腔里，在100℃下预热1min，使转子在2r/min速度转动4min，所测的扭力值即为门尼粘度，一般用 表示，L表示用大转子（直径为38.1±0.03mm）。

 

门尼粘度法比压缩法迅速简便，且表示的动态流动性更接近于工艺实际情况。

 

三、压出法

 

用毛细管流变仪来测定。

 

在一定温度、压力、口型下，于一定时间内用毛细管流变仪测定胶料的压出速度，以每分钟压出的毫克数表示可塑度。

 

优点：此法与压出机口型的工作状况相似，可更具体地了解混炼胶可塑性对压出性能的影响。

 

缺点：压出法试样需要较多的胶料，且试样必须经较长时间预热。

 

塑炼方法及影响因素

一、准备工艺

 

1．烘胶

 

NR烘胶温度一般在50~60℃，时间为24~36h，冬季加热时间为36~72h。

 

CR烘胶温度一般在24~40℃，时间为4~6h。

 

烘胶温度不宜过高，否则会影响橡胶的物理机械性能。

 

2．切胶

 

用切胶机将生胶切成小块，每块重量视胶种而异，NR每块10~20kg，CR每块不超过10kg。

 

3．破胶

 

橡胶块需用破胶机破胶，以便塑炼。破胶辊距一般为2~3mm，辊温控制在45℃以下。

 

二、开炼机塑炼工艺

 

（一）开炼机塑炼的原理

 

开炼机的两个辊筒以不同的转速相对回转，胶料放到两辊筒间的上方，在摩擦力的作用下被辊筒带入辊距中。由于辊筒表面的旋转线速度不同，使胶料通过辊距时的速度不同而受到摩擦剪切作用和挤压作用，胶料反复通过辊距而被塑炼。

 

（二）开炼机塑炼的工艺方法

 

1．包辊塑炼法

 

把胶片包在前辊上，让其自然地反复过辊塑炼，直至达到规定的可塑度要求为止。

 

缺点：塑炼时间长，效率低，最终获得的可塑度也较低。

 

又分为：一段塑炼：塑炼时间长，效率低，不适用于可塑度要求较高的生胶塑炼。

 

分段塑炼：包辊塑炼10~15min，下片、冷却、停放4~8h后，再进行下一次塑炼，直至达到要求的可塑度为止。通常分为两段塑炼和三段塑炼，具体依可塑度要求而定。

 

2．薄通塑炼法

 

辊距在1   mm以下，胶料通过辊距后不包辊而直接落到接胶盘，让胶料返回到辊距上方重新通过辊距，这样反复数次。

 

优点：胶料散热快，冷却效果较好，塑炼胶可塑度均匀，质量高，能达到任意的塑炼程度。

 

3．化学增塑塑炼法

 

采用化学塑解剂增加塑炼效果，提高塑炼生产效率并节约能耗。化学塑解剂应以母胶的形式使用，并应适当提高开炼机的辊温。

 

（三）开炼机塑炼的影响因素

 

1．装胶容量

 

装胶容量取决于开炼机的规格，容量大，散热困难，胶温升高，降低塑炼效果；容量过小则降低生产效率。

 

合理的容量根据经验公式计算：

 

Q—塑炼容量，L；K—经验系数，取值一般为0.0065~0.0085，L/cm3；D—辊筒直径，cm；L—辊筒工作部分长度，cm

 

合成橡胶塑炼时生热大，装胶容量应比NR少。

 

2．辊距

 

辊距越小，机械塑炼效果越明显。薄通时实际使用辊距一般为0.5~1mm。

 

3．辊速和速比

 

辊距一定，提高开炼机的辊速或速比会增大胶料的机械剪切作用，从而提高机械塑炼效果。开炼机的速比一般在1.15~1.27之间。速比过大，升温加快。

 

4．辊温

 

辊温低，塑炼效果好。辊温过低容易造成设备超负荷而受到损害。塑炼温度与生胶胶种有关，NR通常控制前辊温度在45~55℃，后辊温度在40~50℃为宜。

 

5．塑炼时间

 

在塑炼过程的最初10~15min，胶料的门尼粘度迅速降低，此后渐趋缓慢。

 

6．化学塑解剂

 

使用塑解剂能提高塑炼效果，缩短塑炼时间，减小弹性复原。使用化学塑解剂时，适当提高温度会提高塑炼效果，塑炼温度一般以70~75℃为宜。

 

塑解剂的用量，在NR中一般为生胶重量的0.1~0.3%，合成橡胶则应增大到2~3%。

 

三、密炼机塑炼工艺

 

优点：自动化程度高，生产效率高，节能，劳动强度低；

 

缺点：温度高，冷却困难，易过炼，出料为无定形状，需要配备相应的压片机。

 

（一）密炼机的工作原理

 

物料从加料斗加入密炼室后，加料门关闭，压料装置的上顶栓降落，对物料加压。物料在上顶栓压力及摩擦力的作用下，被带入两个具有螺旋棱、有速比的、相对回转的两转子的间隙中，致使物料在由转子与转子，转子与密炼室壁、上顶栓、下顶栓组成的捏炼系统内，受到不断变化和反复进行的剪切、撕拉、搅拌和摩擦的强烈捏炼作用，从而达到塑炼的目的。

 

物料在密炼室中主要受到几种作用：

 

1．转子间及转子与混炼室内壁间的作用；

 

2．转子棱间的搅拌作用；

 

3．转子轴向的往复切割作用。

 

（二）密炼机塑炼的工艺方法

 

密炼机塑炼的工艺方法有一次塑炼法、分段塑炼法和化学增塑塑炼法三种。

 

（三）影响密炼机塑炼的因素

 

1．温度

 

密炼机塑炼属高温塑炼，生胶在密炼机内受高温及剧烈的机械剪切作用，以高温氧化为主，可在短时间内获得所需要的可塑度，一般密炼机的塑炼温度为120℃以上，有的甚至可达到160℃，但温度过高会导致橡胶物理机械性能下降。

 

一般NR塑炼时的温度不超过155℃为宜。采用密炼机塑炼合成橡胶，以免产生凝胶。温度范围要视胶种具体特性而定。对于SBR，温度应控制在155℃以下，以免产生凝胶。使用塑解剂时，塑炼温度可控制在160℃。

 

2．转速

 

转速快，塑炼效率高。转速从25转提高到75转，塑炼时间从30min缩短到10min。转速的提高必然会加速胶料生热升温，因此必须加强冷却。

 

3．时间

 

用密炼机塑炼，胶料的可塑度随塑炼时间的增加而增加。使用塑解剂进行塑炼时，塑炼效果会提高，塑炼时间可缩短30%~50%。

 

4．上顶栓压力

 

上顶栓必须加压，以增加转子对胶料的剪切作用。压力过小，不能压紧胶料，但压力过大，又会造成设备负荷过大。上顶栓压力一般为0.5~0.8MPa。

 

5．装胶容量

 

各种规格密炼机的装胶容量为密炼室容积的48%~62%。

 

6．化学塑解剂

 

密炼机塑炼温度高，采用化学塑解剂增塑法合理有效，不仅能充分地发挥塑解剂的增塑效果，而且在同样条件下会降低排胶温度，提高塑炼胶质量。

 

四、螺杆塑炼机塑炼工艺

 

(一)螺杆塑炼机工作原理

 

在螺杆塑炼机中，生胶一方面受到螺杆的强烈的机械搅拌作用，另一方面，由于生胶受螺杆与机身内壁的摩擦产生大量的热，温度高达150~180℃，从而加速氧化裂解，获得塑炼效果。橡胶技术网

 

优点：能连续生产，生产能力大，适用于大型轮胎厂。

 

缺点：排胶温度高，塑炼胶的热可塑性大，质量不均，排胶不规则。

 

（二）影响螺杆塑炼机塑炼的因素

 

1．塑炼温度

 

若温度偏低，设备负荷偏大，塑炼胶可塑度偏低，且不均匀若温度太高，易使大分子链过度氧化降解而损害胶料质量。因此，塑炼温度必须控制在适当的范围内。NR塑炼温度一般控制在机尾60℃以下，机身80~90℃，机头90~100℃，排胶温度180℃以下。

 

2．喂料速度

 

喂料速度要适当而均匀。速度过快，胶料在机筒内的停留时间短，塑炼不均匀，出现夹生现象。速度太慢，不仅降低生产效率。

 

3．排胶孔隙大小

 

排胶孔隙大小依胶料塑炼程度要求而定。孔隙小，排胶速度和排胶量减小，胶料可塑度偏大，生产效率降低。反之，出胶孔隙加大，排胶量大，生产能力提高，但塑炼胶的可塑度偏低且不均匀。

 

五、塑炼后的补充加工

 

1．压片或造粒

 

2．冷却与干燥

 

3．停放

 

干燥后的胶片按规定堆放4~8h以上才能恭下道工序使用。

 

4．质量检验

 

常用橡胶的塑炼特性

 

一、橡胶塑炼难易的原因

 

1．NR塑炼容易的原因：

 

（1）大分子中存在甲基和双键的共轭效应，键能降低，易断裂；

 

（2）分子量大，易断链；

 

（3）大分子断链后生成的自由基稳定性高；

 

（4）大分子氧化生成的氢过氧化物分解导致大分子链断裂破坏。

 

二、几种常用橡胶的塑炼特性

 

1．NR

 

NR比较容易进行塑炼，品种不同塑炼特性不同。

 

烟片胶初始门尼粘度较高（一般在95~120之间），必须进行塑炼加工才能获得适当的可塑性。SMR系列的NR其初始门尼粘度较低（一般在40~75之间），一般不需要塑炼。

 

NR用开炼机塑炼，通常采用低温（40~50℃），薄通塑炼效果好。用密炼机塑炼时，温度宜在155℃以下。

 

NR塑炼时，常加入化学塑解剂来提高塑炼效果。

 

2．SBR

 

软SBR的初始门尼粘度一般在54~64之间，不需进行塑炼。

 

SBR采用机械塑炼效果不大，比较有效的方法时采用高温塑炼法，以130~140℃温度最好，温度过高易生成凝胶。

 

3．BR

 

BR一般不需要进行塑炼。

 

4．CR

 

CR的初始门尼粘度都较低，一般不需要进行塑炼。但在储存过程中其可塑性会下降，因此CR仍需经过塑炼加工，才能获得所要求的可塑性。

 

CR宜采用开炼机进行塑炼，低温薄通塑炼效果最好。

 

5．IIR

 

门尼粘度在38~75之间的品种一般不需要塑炼。

 

IIR采用机械塑炼效果不大，但用密炼机在120℃以上，并且加入塑解剂进行高温塑炼则可取得较好的塑炼效果。

 

6．NBR

 

NBR的塑炼应采用开炼机在低温（40℃以下）、小辊距（1mm左右）、低容量（约为NR容量的1/2~1/3）。一般不宜用开炼机进行塑炼，NBR很易生成凝胶。