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高硬度三元乙丙橡胶混炼工艺研究

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2024-03-27 13:05:54

三元乙丙橡胶具有优良的耐候、耐热老化性、较好的耐臭氧、耐化学品以及电绝缘等性能,使其在航天、航空、汽车、石化等领域广泛使用。但是有些使用环境对混炼胶物理机械性能有特殊的要求,例如如何提高产品硬度才能满足高压力、高耐磨、长寿命的使用工况,因此解决好高硬度三 元乙丙橡胶混炼工艺问题,对提高混炼合格率且同时满足产品要求有着重大意义。

 

高硬度橡胶采用开放式炼胶机进行混炼,因为所使用的炭黑粒径小,结构度高,混炼过程中容易生热。特别是炭黑用量份数多,混炼操作会更加困难,稍有不慎就会造成胶料焦烧。高硬度三元乙丙橡胶制造出的产品,如“封严圈”在高转速、高压力的旋转动密封工况中使用, 要求硬度高、耐磨性好,由于配方的特殊性,胶料的混炼合格率仅有50%。因此本文以封严圈所用的高硬度三元乙丙橡胶,展开混炼合格率提升。

 

1     开放式炼胶机混炼工作原理简介

 

常用开放式炼胶机是利用两个平行排列的中空辊筒,以不同的线速度相对回转,加胶包前辊后,通过调节辊距,使辊筒上方留有一定量堆积胶,堆积胶形成绉塞,产生许多缝隙,再加入配合剂后,配合剂颗粒进入到堆积胶的缝隙中,随胶料一起通过辊缝。开炼机前辊与后辊转速比不同,从而形成剪切力,随着橡胶分子链在剪切力的作用下氧化断裂,才能使各种配合剂均匀分散到胶料中。最后从辊筒缝隙排除胶片,经过多次反复完成混炼作业。

 

2     混炼工艺参数分析

 

2.1  装胶容量

 

装胶容量与混炼质量有密切关系,容量不足影响设备利用率,而其会在辊筒上产生不稳定的操作,产生过炼。反之,容量过大会增加堆积胶,使堆积胶自身打转失去作用,影响分散效果。如果堆积胶保持一定量而割下增加的堆积胶,则可能影响配合剂分散均匀度。因此需要科学合理的选择装胶量。

 

根据经验,合适的装胶容量可按下式计算:

 

Q=K·D·L·ρ

 

式中:

Q——装料容量,kg

K——装料系数;

D——辊筒直径,cm

L——辊筒工作部分长度,cm

ρ——胶料的密度,kg/dm³

 

由于混炼胶炭黑用量份数多,且需要同时加入石墨,由于石墨具有润滑性,很容易造成脱辊现象。给后续的混炼操作带来极大的困难。如果适当增加余胶量的话,能有效避免脱辊现象发生。目前使用6吋开炼机进行混炼操作,装胶容量选择1.1kg~1.3kg范围。

 

2.2  配合剂添加顺序

 

混炼加料顺序为:生胶塑炼→炭黑石墨混加→活性剂→硫化剂→防老剂。混炼之前需将活性剂、炭黑提前烘干,目的是去除其中水份。为避免加入石墨时产生混炼胶脱辊现象,应该将所添加炭黑重量平分,在混炼过程中先加入炭黑,后将炭黑同石墨混合均匀再加入,最后分别加入防老剂和硫化剂。

 

2.3  混炼时间及辊距

 

增加混炼时间虽然能提高配合剂在胶料中的分散度,但稍有不慎也会造成过度混炼,使硫化胶的物理机械性能受到损害, 严重甚至出现焦烧现象。高硬度乙丙胶混炼时生热过大,很容易造成硬度下降。因此一般不宜过长,需严格控制混炼时间。辊距根据加工情况进行适当调节,通常混炼的最大辊距为 4~5mm,薄通辊距在0.5~1mm

 

2.4  辊温

 

高硬度三元乙丙混炼过程中会产生较大热量,因此必须 严格控制辊筒温,增大开炼机冷却水,一般需要将辊筒温控制在 45~50℃以内。

 

2.5  停放

 

混炼胶需要存放在低温干燥处,高硬度三元乙丙橡胶混炼后,因温度较高,需要特别注意胶料不能堆放,防止胶料中间的温度聚集,导致焦烧等现象。

 

3     高硬度三元乙丙胶混炼质量控制要点

 

a. 注意炼胶机和周围环境是否整洁,最好有专用的炼胶机,如是混用的炼胶机在混炼前必须对炼胶机进行彻底清洁,包括挡板要彻底进行清理;

 

b. 开启炼胶机,做好安全检查,需将开炼机冷却水开足;

 

c. 炼胶过程要求:将辊距调至 0.5 mm 左右,在靠大齿轮一边开始投入生胶充分薄通;将辊距调至 2~3 mm;待生胶在开炼机上包辊均匀,保证辊筒上有适量的堆积胶;沿开炼机辊隙缓慢分批加入已预混过的粉料,注意中间千万不能开刀,如果堆积过多,可以适当放大辊距;清扫开炼机料盘, 并将清扫出的物料加入胶料中;吃粉完毕,左右拉刀各二次,将辊距调至 0.5mm 左右,薄通打三角包 6 次;将辊距调至4~5mm 左右,出片卸料;

 

d. 炼胶过程中需要将辊筒温度控制在 45~50如果炼完一辊后辊温过高,等辊筒稍作冷却后再进行下一辊操作;

 

e. 混炼后的胶料摊开自然晾至室温后入库,应特别注意胶料不能堆放,防止胶料中间的温度聚集,导致焦烧等现象,胶料温度高也特别注意开足冷却水;

 

f. 为保证配合剂混炼均匀,同时满足物理机械性能。混炼完成的胶料,停放72h后需再进行返炼,薄通打三角包3次后出片;注意严格控制薄通次数;薄通温度控制范围及次数,产品生产当天是否要薄通

 

g. 封严圈使用的混炼胶物性数据要求严苛,要满足胶料扯断伸长率100% ~150%并且邵尔A硬度要求为84~90。由于硬度和扯断伸长率是此消彼长的关系。既要控制混炼时间还要保证炭黑和石墨分散均匀,炼胶操作难度大,配合剂中的石墨即是补强剂也是润滑剂以往单一的加入石墨会让辊筒打滑胶料脱辊,会增加总混炼时间。经过试验,将炭黑重量平分,在混炼中先加入一半炭黑后将另一半炭黑同石墨混合均匀再加入。

 

4     实施效果

 

通过缩短混炼时间,改变配合剂添方法进行混炼,混炼的胶料各项数据符合要求,质量稳定,混炼后胶料的物理机械性能测试合格率提高到95%。经技能人员硫化后,产品性能稳定。

 

使用开炼机混炼高硬度三元乙丙胶,混炼工艺参数中如下表1,混炼胶物理机械性能数据见表2


 

5     结论

 

通过对高硬度乙丙胶混炼操作及工艺过程分析,找出提升合格率的控制要点,制定出有效的控制措施,经过实际验证,混炼的高硬度乙丙胶各项物理机械性能符合要求,并且物性测试合格率得到显著提高。

 


 

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