第十一章  生胶的塑炼工艺

§11.1 生胶的塑炼原理

一．塑炼的定义

通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方式，使橡胶由强韧的高弹性状态转变为柔软的塑性状态的过程。

塑性（可塑性）：橡胶在发生变形后，不能恢复其原来状态，或者说保持其变形状态的性质。

二．塑炼的目的和要求

1．塑炼的目的

减小弹性，提高可塑性；降低粘度；改善流动性；提高胶料溶解性和成型粘着性。

2．塑炼胶的质量要求

（1）可塑度要适当

应满足加工工艺要求，在此基础上应具有最小的可塑性。过度塑炼会降低硫化胶的强度、弹性、耐磨性等，而且会增加动力消耗。

塑炼程度：根据混炼胶工艺性能和制品性能的要求来确定。

如：供胶、浸胶、刮胶、擦胶和制造海绵等用途的胶料，要求的可塑度较大，生胶的塑炼程度要高些。供模压用的胶料，则要求可塑性宜小。

一般：胶管外层胶可塑度：0.3~0.35；

胶管内层胶：      0.25~0.3；

胎面胶：          0.22~0.24；

胎侧胶            0.35左右；

海绵胶            0.5~0.6

（2）塑炼均匀

三．生胶的增塑方法和原理

（一）增塑方法

（二）塑炼原理

生胶的分子量与可塑性有着密切的关系。分子量越小，可塑性就越大。生胶经过机械塑炼后，分子量降低，粘度下降，可塑性增大。由此可见，生胶在塑炼过程中，可塑性的提高是通过分子量的降低来实现的。

η

0

—聚合物熔体的最大粘度；A—特性常数；M

W

—聚合物的重均分子量

1．机械塑炼过程机理

在低温下：在机械力作用下首先切断橡胶大分子链生成大分子自由基。

（机械力引发橡胶大分子的断链，氧作为自由基接受体，起着阻断自由基的作用。）

在高温下：机械力切断橡胶大分子生成自由基的几率减少。橡胶大分子在机械力的活化作用下，氧引发橡胶大分子的断链。

（机械力起到应力活化作用，氧作为自由基引发体，引发橡胶大分子的断链。）

链终止：橡胶氢过氧化物不稳定，分解生成较小的大分子，连锁反应终止。

2．影响塑炼的因素：

（1）机械力的作用

根据理论分析，机械力对橡胶分子的断链作用，可表示为：

式中  ρ—分子链断链的几率；K

1

、K

2

—常数；E—分子链的化学键能；F

0

—作用于分子链上的力；δ—分子链断链时伸长长度；F

0

δ—分子链断链时消耗的机械功；

低温塑炼要求尽可能地降低辊温和胶温。

（2）氧的作用

实验证明，生胶结合0.03%的氧就能使分子量减少50%；结合0.5%的氧，分子量由10万降到5000。生胶塑炼时，随着塑炼时间的延长，橡胶质量和丙酮抽出物（其中含有氧化合物）的含量不断增加，可见氧在塑炼过程中与橡胶分子起了某种加成作用，参与了橡胶的化学反应。

（3）温度的作用

存在双重影响：低温区（<< span="">110℃），随着温度升高，塑炼效果下降。——机械力作用

高温区（>110℃），随着温度升高，塑炼效果提高。——氧的氧化作用

（4）静电作用

塑炼过程中，胶料受到强烈的摩擦作用产生静电。静电积累产生放电现象，使空气中的氧活化变为原子态氧和臭氧，加速橡胶分子的氧化断链作用。

（5）化学塑解剂

a．接受型塑解剂（低温塑解剂）：苯硫酚、五氯硫酚等。

b．引发型塑解剂（高温塑解剂）：过氧化苯甲酰（BPO）、偶氮二异丁腈（AIBN）等。

c．混合型塑解剂（链转移型塑解剂）：促进剂M、DM和2，2’-二苯甲酰胺二苯基二硫化物等。

§11.2  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，h

0

=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h

1

=h

2

=0，P=1；

若试样为绝对弹性体，即h

2

=h

0

，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，一般用图片表示，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。

§11.3  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....