寧振威，向 嬋，張 明

[中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311607]

人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)和提高生產(chǎn)效率的需求推動(dòng)了橡膠混煉設(shè)備從開煉機(jī)到密煉機(jī)的發(fā)展，目前治理環(huán)境污染面臨前所未有的挑戰(zhàn)，如何更高效地利用能源成為企業(yè)發(fā)展的首要問題。

橡膠混煉的質(zhì)量對(duì)橡膠制品的使用性能至關(guān)重要，混煉工藝分為多步混煉和一步混煉兩種[1]。一次法混煉屬于一步混煉工藝，其混煉系統(tǒng)可減少橡膠加工設(shè)備的數(shù)量，同時(shí)大幅縮短膠料混煉和存放周期，節(jié)約能耗25%以上[2]。為探討一次法混煉工藝對(duì)膠料各項(xiàng)性能的影響，本工作試驗(yàn)研究4種不同的一次法混煉工藝，并就膠料性能與普通混煉工藝相對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SIR20，印度尼西亞產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1500，中國(guó)石油吉林石化公司產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)PBR-ND，俄羅斯產(chǎn)品；炭黑N234，卡博特公司產(chǎn)品；白炭黑，牌號(hào)175FFG，確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

基本試驗(yàn)配方：NR 80，SBR 20，炭黑N234 50，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，硫黃、促進(jìn)劑NS 2.92，其他 11。

對(duì)比試驗(yàn)配方編號(hào)為1#—3#。

1#配方：NR 100，炭黑N234 43，白炭黑15，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，硫黃、促進(jìn)劑NS 2.7，其他 8。

2#配方：NR 100，炭黑N234 52，氧化鋅3.5，硬脂酸 2，硫黃、促進(jìn)劑NS 2.6，其他 6。

3#配方：NR 70，BR 30，炭黑N234 55，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，硫黃、促進(jìn)劑NS 2.65，其他 6。

1.3 主要設(shè)備和儀器

F270型密煉機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品；一次法開煉機(jī)混煉機(jī)組，軟控股份有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；50T平板硫化機(jī)，湖州橡機(jī)廠產(chǎn)品；WGJ-2500BⅡ型電子拉力機(jī)，桂林奧峰電器制造有限公司產(chǎn)品；GT-7017型老化箱和阿克隆磨耗機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；DISPER GRADER 1000NT型分散度儀，德國(guó)OPTIGRADE公司產(chǎn)品。

馬太太望著他一笑。“易先生是該請(qǐng)客了?！彼浪麜缘盟侵讣{寵請(qǐng)酒。今天兩人雙雙失蹤，女的三更半夜還沒回來。他回來了又有點(diǎn)精神恍惚的樣子，臉上又憋不住的喜氣洋洋，帶三分春色?？磥磉€是第一次上手。

1.4 混煉工藝

一次法生產(chǎn)線工藝布局：密煉機(jī)排膠→0#開煉機(jī)→1#—6#開煉機(jī)（并聯(lián)方式）→壓片機(jī)。

密煉機(jī)混煉工藝：生膠、炭黑→加壓→提壓砣→降轉(zhuǎn)速→壓壓砣→提壓砣→降轉(zhuǎn)速→壓壓砣→145 ℃排膠。

0#開煉機(jī)混煉工藝：進(jìn)料→冷卻→成環(huán)→冷卻→拉斷→排膠。

1#—6#開煉機(jī)混煉工藝如表1所示。

表1 1#—6#開煉機(jī)混煉工藝

1.5 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

與普通混煉工藝的密煉機(jī)混煉高溫氧化斷鏈占主要加工方式不同，在一次法混煉工藝中密煉機(jī)只是將配方中各配合劑初步嚙合、分散，在高溫氧化斷鏈劇烈反應(yīng)前即進(jìn)行排膠，后續(xù)加工全部在開煉機(jī)上進(jìn)行，包括膠料加硫。一次法混煉工藝加工過程中不會(huì)引起膠溫大幅上升，主要是通過開煉機(jī)反復(fù)物理剪切降低橡膠的相對(duì)分子質(zhì)量，減少了橡膠分子氧化斷鏈和凝膠的產(chǎn)生[3]。高溫氧化斷鏈?zhǔn)且环N無規(guī)則、隨機(jī)斷鏈的過程，混煉橡膠相對(duì)分子質(zhì)量分布寬，而一次法通過物理剪切降低相對(duì)分子質(zhì)量，加工過程中橡膠大分子首先承受剪切力，因此相對(duì)分子質(zhì)量分布窄，混煉膠質(zhì)量更均勻。

開煉機(jī)的剪切力由前后輥筒提供，剪切力與輥距、膠溫成反比，與轉(zhuǎn)速、速比、膠料與輥筒接觸面積成正比。開煉機(jī)小輥距搗膠混煉過程中膠溫也會(huì)緩慢上升，使剪切力下降。因此，搗膠過程中輥距和搗膠的時(shí)間要匹配，搗膠前應(yīng)盡可能降低膠料溫度。

采用方案A—D進(jìn)行混煉，測(cè)試膠料的炭黑分散度和結(jié)合膠及物理性能和工藝穩(wěn)定性，并與普通混煉工藝（塑煉+二段混煉+加硫）進(jìn)行對(duì)比。

2.1 炭黑分散度

方案A—D和普通混煉工藝混煉膠的炭黑分散度等級(jí)測(cè)試結(jié)果分別為7.17，6.72，6.97，6.55，6.27。

由此可見，炭黑分散度等級(jí)為方案A＞方案C＞方案B＞方案D＞普通混煉工藝，一次法混煉膠料炭黑分散度均高于普通混煉工藝。

方案A與方案C、方案B與方案D的炭黑分散度等級(jí)分別接近，可見無論是在搗膠前和搗膠后增加一段時(shí)間冷卻，對(duì)炭黑分散都是有利的，但在搗膠前增加冷卻時(shí)間能使炭黑分散性更好，這是因?yàn)榻?jīng)過先冷卻的膠料在搗膠時(shí)開煉機(jī)的剪切力更大，在較低的溫度下加工的時(shí)間更長(zhǎng)，因此得到的炭黑分散度更高。

對(duì)比方案B與方案D可得出，搗膠輥距小，炭黑分散好，但要考慮到開煉機(jī)煉膠容量問題，堆積膠過多，膠料通過開煉機(jī)薄通次數(shù)少，對(duì)炭黑分散反而不好。

2.2 炭黑結(jié)合膠

橡膠/炭黑共混物中的橡膠分為三部分：一部分是包覆在炭黑聚集體外層的結(jié)合膠，可以在炭黑表面滑動(dòng)；一部分是嵌入到炭黑聚集體凹陷的表面內(nèi)包容的吸留膠，基本不能活動(dòng)；一部分是不與炭黑結(jié)合的自由移動(dòng)部分和各炭黑結(jié)合膠間的橡膠分子[4]。本試驗(yàn)利用未硫化膠溶解于有機(jī)溶劑的方法，將不能溶解于有機(jī)溶劑的橡膠統(tǒng)稱為炭黑結(jié)合膠，同條件下對(duì)比4個(gè)試驗(yàn)方案和普通混煉工藝膠料的炭黑結(jié)合膠量。

方案A—D和普通混煉工藝混煉膠的炭黑結(jié)合膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)試結(jié)果分別為0.193 5，0.185 4，0.171 6，0.202 7，0.161 1。

由此可見，炭黑結(jié)合膠量為方案D＞方案A＞方案B＞方案C＞普通混煉工藝，一次法混煉膠料炭黑結(jié)合膠量均高于普通混煉工藝。

開煉機(jī)輥距對(duì)炭黑結(jié)合膠量也有影響，方案D混煉膠炭黑結(jié)合膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)比方案B大0.017 3，開煉機(jī)輥距大，剪切力小，炭黑結(jié)合膠多。方案A—C混煉的膠料炭黑結(jié)合膠依次降低，搗膠前增加一段時(shí)間冷卻對(duì)提高炭黑結(jié)合膠量有利。

2.3 物理性能

硫化膠物理性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比如表2所示。

硫化膠的耐磨性能也是炭黑分散性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于同一配方膠料，磨耗量越小，說明炭黑的分散性越好[4]。由表2可見：方案A的耐磨性能最優(yōu)，方案C次之，方案B與方案D相同；老化后方案A的耐磨性能最優(yōu)，方案C次之，方案D最差；4個(gè)試驗(yàn)方案的耐磨性能均優(yōu)于普通混煉工藝，尤其是老化后的耐磨性能提高顯著。耐磨性能與炭黑分散度變化趨勢(shì)相同。

表2 硫化膠物理性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比

2.4 工藝穩(wěn)定性

采用方案A工藝，用硫黃母膠片進(jìn)行批量生產(chǎn)，檢測(cè)門尼粘度、硫黃分散和磨耗的穩(wěn)定性。試生產(chǎn)過程中膠料門尼粘度合格率為99.53%，達(dá)到公司要求；膠料加硫時(shí)有硫黃母膠片掉落現(xiàn)象，調(diào)查原因一是母膠片厚度偏大，加硫吃料困難；二是硫黃母膠輸送帶偏窄。調(diào)整母膠片厚度至2.5 mm和更換輸送帶后掉母膠片現(xiàn)象基本消失，膠料流變性合格率達(dá)到99.06%，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)增加烘母膠片裝置，進(jìn)一步縮短加硫吃料時(shí)間，抽試膠料硫黃分散情況。MH變化范圍為0.216%～0.332%，t10變化范圍為0.578%～0.982%，t90變化范圍為0.684%～0.746%，表明硫黃分散均勻，達(dá)到公司要求（≤1.75%）。采用1#—3#配方硫化膠進(jìn)行耐磨性能測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。

圖1 硫化膠耐磨性能對(duì)比

通過3個(gè)配方對(duì)比，再次驗(yàn)證一次法混煉膠料的耐磨性能優(yōu)于普通混煉工藝，尤其是老化后耐磨性能提升明顯。

3 結(jié)論

（1）一次法混煉工藝在混煉搗膠前增加一段時(shí)間冷卻通輥，能提高搗膠時(shí)的剪切力，使炭黑分散度更高，耐磨性能提升，炭黑結(jié)合膠量增加。

（2）一次法混煉工藝膠料的耐磨性能優(yōu)于普通混煉工藝，尤其是老化后耐磨性能顯著提高。一次法混煉工藝穩(wěn)定，膠料各項(xiàng)指標(biāo)滿足質(zhì)量要求。

（3）調(diào)整使用硫黃母膠片很好地解決了預(yù)分散母膠顆粒掉落問題，一次法混煉工藝膠料硫黃分散度高，分散均勻。