丁基橡胶炼胶工艺及质量控制

江阴职业技术学院毕业论文课题：丁基橡胶的混炼及混炼胶的质量控制专业高分子材料应用技术学生姓名郭振平班组10高分子（1）班学号10050426指导教师宋功品完成日期2013.4.15江阴职业技术学院毕业论文（设计）I摘要丁基橡胶（简称IIR）是世界上第四大合成橡胶（SR）胶种，是异丁烯和异戊二烯在Friedel-Craft催化剂作用下进行阳离子聚合反应的产物。丁基橡胶具有优良的气密性、水密性以及优良的耐候性和耐化学腐蚀性，是内胎和无内胎轮胎密封内衬不可替代的胶种。本文介绍了丁基橡胶的生产技术现状，重点介绍了丁基橡胶的胶料配方、混炼设备、混炼工艺，总结出不同混炼设备的特点以及不同混炼方法优缺，并在此基础上分析了丁基橡胶炼胶质量的影响因素，最后本文结合正规的混炼胶质量检测标准对常见的质量问题加以分析并提出合理化建议和优化方案。关键词：胶料配方、设备、炼胶工艺、质量控制江阴职业技术学院毕业论文（设计）IIAbstractButylrubber(IIR)istheworld'sfourthlargestsyntheticrubber(SR)adhesive,IstheproductofisobutyleneandisoprenecationicpolymerizationcatalyzedbyFriedel-Craftcatalyst.Butylrubberhasexcellentairtightness,watertightnessandexcellentweatherresistanceandchemicalcorrosionresistance,isakindoftubeandtubelesstireseallinerirreplaceable.Thispaperintroducesthepresentstatusofproductiontechnologyofbutylrubber,focusesontheformulation,butylrubbermixingequipment,mixingprocess,summedupthedifferentcharacteristicsofdifferentmixingdeviceandmixingmethodsadvantagesanddisadvantages,andbasedontheanalysisofinfluencefactorsofbutylrubbermixingquality,andfinallywiththemixqualitydetectionstandardtoanalyzethecommonqualityproblemsandputforwardreasonablesuggestionsandoptimizationscheme.Keyword:Theformulationequipmentmixingprocessqualitycontrol江阴职业技术学院毕业论文（设计）III目录摘要…………………………………………………………………………………ⅠAbsract………………………………………………………………………………Ⅱ第一章丁基橡胶概述……………………………………………………………11.1丁基橡胶介绍…………………………………………………………………11.2丁基橡胶的炼胶原材料………………………………………………………11.3丁基橡胶的应用与发展………………………………………………………3第二章丁基橡胶的混炼设备………………………………………………………52.1密炼设备………………………………………………………………………52.1.1密炼机结构………………………………………………………………52.1.2密炼机操作方法…………………………………………………………62.2开炼设备………………………………………………………………………72.2.1开炼机结构………………………………………………………………72.2.2开炼机操作方法…………………………………………………………8第三章丁基橡胶的混炼工艺……………………………………………………93.1丁基橡胶混炼配方…………………………………………………………93.2丁基橡胶混炼工艺流程……………………………………………………93.2.1上料辅机系统……………………………………………………………93.2.2胶料混炼系统……………………………………………………………103.2.3下料辅机组………………………………………………………………103.3混炼工艺参数…………………………………………………………………113.4混炼胶的混炼特性……………………………………………………………11第四章丁基橡胶混炼质量控制…………………………………………………134.1密炼工艺对质量的影响……………………………………………………134.2开练工艺对质量的影响……………………………………………………134.3配方对质量的影响…………………………………………………………154.4混炼胶的质量检测控制……………………………………………………15结论…………………………………………………………………………………17参考文献……………………………………………………………………………18致谢…………………………………………………………………………………19江阴职业技术学院毕业论文（设计）-1-第一章丁基橡胶概述1.1丁基橡胶介绍丁基橡胶（简称IIR）是世界上第四大合成橡胶（SR）胶种，是异丁烯和异戊二烯在Friedel-Craft催化剂作用下进行阳离子聚合反应的产物，外观为白色或淡黄色晶体，无臭无味，玻璃化温度很低，不溶于乙醇和丙酮。丁基橡胶的性能主要由聚异丁烯主链及其不饱和度极底的结构所决定，其不饱和度仅为0.5%～3.3%(mol)约为天然橡胶的1/50，因此丁基橡胶具有一系列的优良特性。丁基橡胶具有良好的气密性，气体通过聚合物的扩散速度和聚合物分子的热运动有关，丁基橡胶分子链中侧甲基排列密集，限制了聚合物分子的热运动，因此透气率低，气密性好。丁基橡胶具有良好的热稳定性，丁基橡胶硫化胶具有优良的耐热稳定性硫磺硫化的丁基橡胶可在100℃或稍低温度下于空气中长期使用，用树脂硫化的丁基橡胶使用温度可达150℃～200℃。丁基橡胶的热氧老化属降解型，老化趋向为软化。丁基橡胶具有良好的耐臭氧和耐天候老化性，丁基橡胶分子链的高饱和度使之具有很高的耐臭氧和耐天候老化性耐臭氧性能约优于天然橡胶，丁苯橡胶的10倍。丁基橡胶具有吸能性（减震性能），丁基橡胶分子结构中缺少双键，且侧链甲基分布密度较大因此具有良好的吸收震动和冲击能量的特性，在很宽的温度范围内(-30～-50℃)丁基橡胶的回弹特性都不大于20%，这表明了丁基橡胶的吸收机械性能的能力优于其它橡胶，丁基橡胶在高变形速度下的阻尼性质是聚异丁烯链段所固有的，在很大程度上，它不受使用温度，不饱和度水平，硫化状态和配方变化的影响。丁基橡胶具有良好的化学稳定性，丁基橡胶的高饱和结构,使之具有较高的化学稳定性。丁基橡胶特别耐动植物油，对多数无机酸和有机酸都具有良好的抗侵蚀性，虽然它不耐浓氧化酸，如硝酸和硫酸，但是能耐非氧化酸和中等浓度的氧化酸，并耐碱溶液和氧化还原溶液。在70%的硫酸中浸泡13周后，丁基橡胶强度和伸长率几乎没有损失,而天然橡胶和丁苯橡胶性能已严重下降。1.2丁基橡胶炼胶原材料(1)生胶橡胶：提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。高弹性的高分子化合物。分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。生胶稳定性差，不易保存。使用温度范围：约－45℃～＋100℃。主要用于江阴职业技术学院毕业论文（设计）-2-制造要求抗臭氧、耐老化性高的电缆护套及各种防护套、保护罩；耐油、耐化学腐蚀的胶管、胶带和化工衬里；耐燃的地下采矿用橡胶制品，以及各种模压制品、密封圈、垫、粘结剂等。丁基橡胶（IIR）是异丁烯和少量异戊二烯或丁二烯的共聚体。最大特点是气密性好，耐臭氧、耐老化性能好，耐热性较高，长期工作温度可在130℃以下；能耐无机强酸（如硫酸、硝酸等）和一般有机溶剂，吸振和阻尼特性良好，电绝缘性也非常好。缺点是弹性差，加工性能差，硫化速度慢，粘着性和耐油性差。使用温度范围：约－40℃～＋120℃。主要用作内胎、水胎、气球、电线电缆绝缘层、化工设备衬里及防震制品、耐热运输带、耐热老化的胶布制品。（2）配合剂在生胶中加入的各种原材料，统称为橡胶配合剂，常见的橡胶配合助剂参见表1.1。软化增塑体系：分为软化剂及增塑剂两种、软化剂：物理增塑剂一般为软化油，通过降低分子间作用力达到软化效果，加入后可以降低材料硬度，改善低温性能等。增塑剂：化学增塑剂，加入后可以使橡胶分子发生断裂，从而达到增塑效果。硫化体系：硫化剂、促进剂、活性剂、防焦剂。由于硫化剂不同所以硫化体系一般有：硫磺硫化体系（S-80GA）；及载硫剂硫化过氧化物硫化（F-40、DCP99%、DCP40%）；金属氧化物硫化（ZnO-A）。补强填充体系：包括补强剂和填充剂。补强剂：指填充后起到显著补强作用的助剂。防老化体系：橡胶制品在贮存和使用一定时间以后，就会变硬、龟裂的发粘，以至不能使用，这种现象称之为“老化”。为了获得经久耐用的橡胶制品，就要在胶料配方中加一些能抑制上述导致橡胶老化的物质。防老剂一般指蜡，它可以析出到橡胶表面形成一层保护膜，但在介质中或动态条件下无作用。江阴职业技术学院毕业论文（设计）-3-表1.1常见橡胶中的配合助剂列表作用橡皮组成材料含义常用配合剂举例硫化体系硫化剂使塑性橡胶转化为弹性橡皮硫磺粉，TMTD，DCP，氧化锌，氧化镁，硫化促进剂促进橡皮硫化，缩短硫化时间MBT，DM，DPG，TMTD，NA-22活化剂增大硫化剂和促进剂的活性氧化锌，氧化镁，硬脂酸，防护体系防老剂抗氧剂防止和延迟橡皮氧化老化D，RD，抗臭氧剂防止臭氧老化有害金属抑制剂防止橡皮老化MB，DNP，光吸收剂防止和延迟橡皮光氧老化其它防护剂避鼠剂防止鼠害杀蚁剂杀灭白蚁防霉剂防止霉菌繁殖软化体系软化剂调节橡皮塑性和柔软性石蜡，机油，硬脂酸，变压器油，M，DM填充补强体系补强剂提高橡皮弹性、耐磨性、抗撕裂性、抗张强度、耐曲挠性炭黑、陶土、白炭黑填充剂增加橡皮容积，降低成本滑石粉、碳酸钙特殊用途体系着色剂使橡皮具有所需颜色炭黑阻燃剂使橡皮具有难燃性能三氧化二锑、氯化石蜡导电剂石墨其它注：硫化剂TMTD：二硫化四甲基秋兰姆；硫化剂DCP：过氧化二异丙苯；促进剂MBT或M：2-硫醇基苯并噻唑；促进剂DM：二硫化二苯并噻唑；促进剂DPG或D：二苯胍；促进剂NA-22：乙烯基硫脲；防老剂D：苯基-2-萘胺；防老剂MB：硫醇基苯胼咪唑。1.3丁基橡胶的应用与发展丁基橡胶是世界上第四大合成橡胶胶种，具有优良的气密性和良好的耐热、耐老化、耐酸碱、耐臭氧、耐溶剂、电绝缘、减震及低吸水等性能，广泛应用于内胎、水胎、硫化胶囊、气密层、胎侧、电线电缆、防水建材、减震材料、药用瓶塞、食品(口香糖基料)、橡胶水坝、粘合剂、内胎气门芯、防腐蚀制品、码头船护旋、桥梁支承垫以及耐热运输带等方面。江阴职业技术学院毕业论文（设计）-4-制作各种轮胎的内胎、无内胎轮胎的气密层、各种密封垫圈，在化学工业中作盛放腐蚀性液体容器的衬里、管道和输送带，农业上用作防水材料。2005年，我国丁基橡胶消费量近15万吨，国产丁基橡胶不足3万吨，80%依靠进口，从1999年至2004年，进口量年均增长率达26.9%。由于，国际石油市场价格不断上升，丁基橡胶价格也不断攀升。近几年来丁基橡胶的价格由15000元/T左右，上升至现在的32000元/T以上。而丁基橡胶制品的价格虽然有所上升，但整体算价格上升幅度不超过30％，远远赶不上丁基橡胶价格成倍的上升。所以很多使用丁基橡胶的企业