橡胶工艺实验

《橡胶工艺实验》课程介绍及要求一、《橡胶工艺实验》课程介绍橡胶工艺学是一门实验性很强的课程，离不开实验教学。橡胶工艺实验与橡胶工艺学课程相辅相成，橡胶工艺实验使理论课程的内容更加形象化，理论课程又为试验提供依据和指导。橡胶工艺实验是橡胶工艺学教学过程中不可缺少的重要环节，其中基本试验部分是学生必须完成的实验内容，而其他实验限于设备台套数有限和课时的限制，可由老师讲解演示来完成。本课程的试验希望达到以下目的：1、培养学生对橡胶专业知识的兴趣，提高和巩固对橡胶理论知识的理解；2、对每个实验项目要掌握其测试的意义和目的，了解仪器的基本结构、测试原理，掌握操作要领，会操作使用，能测出准确的试验数据和曲线，并正确进行计算，还应了解影响测试的因素，并能初步进行仪器的校正。3、提高学生独立思考、分析和解决问题的能力，培养学生的科学态度和创新意识。二、实验课程的要求1、课前预习充分预习是做好试验的前提，实验前应该认真准备，明确试验目的和要求，了解基本原理和实验内容，并安排好试验计划。在此基础上写出试验报告，主要包括实验目的、步骤、自己设计的记录实验现象和数据的表格等内容。2、实验过程（1）按照试验要求有步骤地进行实验，规范操作，仔细观察，认真思考，并将实验现象和数据及时、准确、如实地记录在试验报告本上，也不可将原始数据随便记录在草告本上、小纸片或其他地方，以免遗失。认真记录所使用的仪器设备的型号、生产厂家。（2）严格遵守实验室规则，注意安全操作，保持实验室环境整洁卫生。（3）要养成实事求是地的科学态度和严谨的实验作风，不得随意涂改数据或者主观臆造数据。如果实验中的数据与预期结果不同，产生较大的误差或实验失败，学生要认真思考，与同学或老师讨论，寻找原因，并在征得指导教师同意后补做数据或重做实验。3、实验报告每次实验完成后，应及时完成实验报告。实验报告要求文字表达清楚、语言简单明确。报告内容一般应包括：（1）实验名称、日期；（2）实验目的、要求；（3）简明的实验原理；（4）实验步骤；（5）实验现象或数据的原始记录；（6）数据处理和结论，包括计算公式和结果表示；（7）实验的心得体会，对存在的问题及失败原因的分析讨论；（8）对思考题的回答。实验一橡胶配合与开炼机混炼工艺一、实验目的橡胶配合与混炼工艺实验主要内容是根据实验配方，准确称量生胶、各种配合剂的用量，将配合剂与生胶混合均匀并达到一定分散度，制备符合性能要求的混炼胶。该实验的目的是使学生熟悉并掌握橡胶配合方法，熟练掌握开炼机混炼的操作方法、加料顺序，了解开炼机混炼的工艺条件及影响因素，培养学生独立进行混炼操作的能力。二、实验设备及工作原理ф160×320mm双辊筒开炼机，上海机械技术研究所产品，主要由机座、温控系统、前后辊筒、紧急刹车装置、挡胶板、调节辊距大小的手轮、电机等部件组成。开炼机的结构图如图1所示。图1-1开炼机结构示意图图1-2ф160×320mm双辊筒开炼机开炼机混炼的工作原理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，加胶包辊后，在辊距上方留有一定量的堆积胶，堆积胶拥挤、绉塞产生许多缝隙，配合剂颗粒进入到缝隙中，被橡胶包住，形成配合剂团块，随胶料一起通过辊距时，由于辊筒线速度不同产生速度梯度，形成剪切力，橡胶分子链在剪切力的作用下被拉伸，产生弹性变形，同时配合剂团块也会受到剪切力作用而破碎成小团块，胶料通过辊距后，由于流道变宽，被拉伸的橡胶分子链恢复卷曲状态，将破碎的配合剂团块包住，使配合剂团块稳定在破碎的状态，配合剂团块变小。胶料再次通过辊距时，配合剂团块进一步减小，胶料多次通过辊距后，配合剂在胶料中逐渐分散开来。采取左右割刀、薄通、打三角包等翻胶操作，配合剂在胶料中进一步分布均匀，从而制得配合剂分散均匀并达一定分散度的混炼胶。三、实验步骤1、根据实验配方，准确称量生胶和除液体软化剂以外的各种配合剂的量，观察生胶和各种配合剂的颜色与形态；2、检查开炼机辊筒及接料盘上有无杂物，如有先清除杂物；3、开动机器，检查设备运转是否正常，通热水预热辊筒至规定的温度（由胶种确定）；4、将辊距调至规定大小（根据炼胶量确定），调整并固定挡胶板的位置；5、将塑炼好的生胶沿辊筒的一侧放入开炼机辊缝中，采用捣胶、打卷、打三角包等方法使胶均匀连续的包于前辊，在辊距上方留适量的堆积胶，经过2—3分钟的滚压、翻炼，形成光滑无隙的包辊胶；6、按下列加料顺序依次沿辊筒轴线方向均匀加入各种配合剂，每次加料后，待其全部吃进去后，左右3/4割刀各两次，两次割刀间隔20秒钟；加料顺序：小料（固体软化剂、活化剂、促进剂、防老剂、防焦剂等）→大料（炭黑、填充剂等）→液体软化剂→硫黄和超速级促进剂7、割断并取下胶料，将辊距调整到0.5mm，加入胶料薄通，并打三角包，薄通5遍；8、按试样要求，将胶料压成所需厚度，下片称量质量并放置于平整、干燥的存胶板上(记好压延方向、配方编号)待用。9、关机，清洗机台。四、影响因素影响开炼机混炼效果的因素主要有胶料的包辊性、装胶容量、辊温、辊距、辊筒的速比、加料顺序、加料方式及混炼时间等。1、胶料的包辊性胶料的包辊性好坏会影响混炼时吃粉快慢、配合剂分散，如果包辊性太差，甚至无法混炼。胶料的包辊性与生胶的性质（如格林强度、断裂拉伸比、昀大松弛时间等）、辊温和剪切速率有关，格林强度高、断裂拉伸比大、昀大松弛时间长的生胶包辊性好，如NR；格林强度低、断裂拉伸比小、昀大松弛时间短的生胶包辊性差，如BR。影响生胶这些性质的因素都会影响生胶的包辊性，如加入补强剂，提高胶料的格林强度，增大松弛时间，会明显改善BR的包辊性；胶料中过多加入液体软化剂，降低格林强度，缩短松弛时间，包辊性变差，甚至脱辊。辊温在胶料玻璃化转变温度（Tg）以下，无法包辊，在粘流温度（Tf）以上，胶料粘辊，也不能混炼，只有在Tg~Tf之间某一温度范围内，胶料才有良好的包辊性，适于混炼。如采取减小辊距、增大速比或提高辊筒转速等方法增大剪切速率，可提高胶料的断裂拉伸比、延长昀大松弛时间，因而也能改善胶料的包辊性。2、装胶容量装胶容量过大，增加了堆积胶量，使堆积胶在辊缝上方自行打转，失去了起折纹夹粉作用，影响配合剂的吃入和分散效果，延长混炼时间，胶料的物性下降，同时会增大能耗，增加炼胶机的负荷，易使设备损坏。如果装胶量过少，堆积胶没有或太少，吃粉困难，生产效率太低。因此，开炼机混炼时装胶量要合适。可根据经验用下列公式计算装胶容量：Q=K•D•L••ρQ—装胶量，Kg；K—装料系数，K取0.0065～0.0085L/cm2；D—滚筒致敬，cm；L—辊筒工作部分的长度，cm；ρ—胶料的密度，g/cm3。当炼胶量较少时，为了保证辊距上方留有适量的堆积胶，可通过调整挡胶板的距离来实现。3、辊距胶料通过辊距时受到的剪切变形速率，与辊距、辊筒转速和速比之间的关系为：γ——机械切变速率，s-1；f——滚筒的速比，f=V1/V2；V2——前辊筒表面旋转线速度，m/min；V1——后辊筒表面旋转线速度，m/min；e——辊距，mm；减小辊距，剪切变形速率增大，橡胶分子链和配合剂团块受到的剪切作用增大，配合剂团块容易破碎，因此有利于配合剂的分散，但橡胶分子链受剪切断裂的机会也增大，容易使分子链过度断裂，造成过炼，橡胶分子量降得过低，使胶料的物理机械性能降低。辊距过大，剪切作用太小，配合剂不易分散，给混炼操作带来困难。因此开炼机混炼时，辊距要合适。合适的辊距大小与装胶量有关，如表1-1所示。天然胶与合成胶并用时，并用比例相等，总胶量可按天然胶来定辊距；合成胶大于天然胶比例时，总胶量可按合成胶定辊距。表1-1辊距大小与装胶量的关系胶量（克）30050070010001200天然胶mm1.4±0.22.2±0.23.8±0.23.8±0.24.3±0.2合成胶mm1.1±0.21.8±0.22.0±0.24、速比与辊速速比和辊速增大，对混炼效果的影响与减小辊距的规律一致，会加快配合剂的分散，但对橡胶分子链剪切也加剧，易过炼，使胶料物性降低，使胶料升温加快，能耗增加。速比过小，配合剂不易分散，生产效率低。开炼机混炼的辊筒速比一般在1.15～1.27范围内。5、辊温表1-2不同胶料开炼机混炼时辊筒温度辊温℃胶种前辊后辊天然胶55～6050～55丁苯胶45～5050～55氯丁胶35～4540～50丁基胶40～4555～60丁腈胶≦40≦45顺丁胶40～6040～60三元乙丙胶60～7585左右氯磺化聚乙烯40～7040～70氟橡胶23—2777～8777～87丙烯酸酯橡胶40～5530～50随辊温升高，胶料的粘度降低，有利于胶料在固体配合剂表面的湿润，吃粉加快；但配合剂团块在柔软的胶料中受到的剪切作用会减弱，不容易破碎，不利于配合剂的分散，结合橡胶的生成量也会减少。因此开炼机混炼时辊筒的温度要合适。由于温度对不同胶料包辊性的影响不同，因此不同胶料混炼时辊温也应不同。NR包热辊，前辊温度要高于后辊；而大多数合成橡胶包冷辊，前辊温度要低于后辊。常用的橡胶开炼机混炼时辊温如表1-2所示。6、加料顺序混炼时加料顺序不当，轻则影响配合剂分散不均，重则导致焦烧、脱辊或过炼，加料顺序是关系到混炼胶质量的重要因素之一，因此加料必须有一个合理的顺序。加料顺序的确定一般遵循用量小、作用大、难分散的配合剂先加，用量多、易分散的配合剂后加，对温度敏感的配合剂后加，硫化剂与促进剂分开加等原则。因此开炼机混炼时，昀先加入生胶、再生胶、母炼胶等包辊，如果配方中有固体软化剂如石蜡，可在胶料包辊后加入，再加入小料如活化剂（氧化锌、硬脂酸）、促进剂、防老剂、防焦剂等，再次加炭黑、填充剂，加完炭黑和填充剂后，再加液体软化剂，如果炭黑和液体软化剂用量均较大时，两者可交替加入，昀后加硫化剂。如果配方中有超速级促进剂，应在后期和硫化剂一起加。配方中如有白炭黑，因白炭黑表面吸附性很强，粒子之间易形成氢键，难分散，应在小料之前加入，而且要分批加入。对NBR，由于硫黄与其相容性差，难分散，因此要在小料之前加，将小料中的促进剂放到昀后加。7、加料方式加料方式不同也会影响吃粉速度和分散效果。如果配合剂连续加在某一固定位置，其它部位胶料不吃粉，相当于减少了吃粉面积，吃粉时间延长，吃粉慢，配合剂由吃入位置分散到其他地方需要的时间延长，因此也不利于配合剂的分散。加料时应将配合剂沿辊筒轴线方向均匀撒在堆积胶上，使堆积胶上都覆盖有配合剂，这样会缩短吃粉时间，也有利于配合剂在胶料中的分散，缩短混炼时间，较小对橡胶分子链的剪切破坏。实验二密炼机混炼工艺一、实验目的本实验的主要目的是让学生了解密炼机的结构，熟练掌握密炼机混炼的操作方法和加料顺序，熟悉密炼机混炼的工艺条件，了解影响密炼机混炼效果的因素，制备符合性能要求的炭黑混炼胶或母炼胶。二、实验设备及工作原理实验设备为湖南益阳橡胶机械有限公司制造的1.7升小型密炼机。图2-11.7升小型密炼机（一）密炼机的结构图2-2密炼机结构示意图密炼机一般由密炼室、两个相对回转的转子、上顶栓、下顶栓、测温系统、加热和冷却系统、排气系统、安全装置、排料装置和记录装置组成。转子的表面有螺旋状突棱，突棱的数目有二棱、四棱、六棱等，转子的断面几何形状有三角形、圆筒形或椭圆形三种，有切向式和啮合式两类。测温系统是由热电偶组成，主要用来测定混炼过程中密炼室内温度的变化；加热和冷却系统主要是为了控制转子和混炼室内腔壁表面的温度。密炼机密炼室结构示意图如图2-2所示。（二）密炼机混炼工作原理密炼机工作时，两转子相对回转，将来自加料口的物料夹住带入辊缝受到转子的挤压和剪切，穿过辊缝后碰到下顶拴尖棱被分成两部分，分别沿前后室壁与转子之间缝隙再回到辊隙上方。在绕转子流动的一周中，物料处处受到剪切和摩擦作用，使胶料的温度急剧上升，粘度降低，增加了橡胶在配合剂表面的湿润性，使橡胶与配合剂表面充分接触。配合剂团块随胶料一起通过转子与转子间隙、转子与上、下顶拴、密炼室内壁的间隙，受到剪切而破碎，被拉伸变形的橡胶包围，稳定在破碎状态。同时，转子上的凸棱使胶料沿转子的轴向运动，起到搅拌混合作用，使配合剂在胶料