⑤开炼---高分子-聚合物成型加工实验报告

聚合物加工实验报告实验五天然橡胶开炼机混炼姓名：张涵学号：1514171034班级：2班年级：2015级专业：高分子材料与工程实验时间：2018年5月31日聚合物加工实验报告2目录一、实验目的..........................................................................................................3二、实验原理..........................................................................................................3(一)胶料的混炼.................................................................................3(二)橡胶配合剂.................................................................................4(三)开炼机混炼的工艺方法.............................................................4(四)开炼机混炼的工艺条件.............................................................5三、主要设备及原料..............................................................................................6四、注意事项..........................................................................................................9五、实验步骤、现象及分析.................................................................................9(一)实验准备工作.............................................................................9(二)实验步骤.....................................................................................9六、实验结果及分析............................................................................................12七、思考题............................................................................................................13聚合物加工实验报告3一、实验目的（1）掌握橡胶制品配方设计的基本知识，熟悉开炼机进行橡胶混炼工艺；（2）了解开炼机基本结构及操作方法；（3）掌握橡胶物理机械性能测试试样制备工艺及性能测试方法。二、实验原理(一)胶料的混炼混炼就是将各种配合剂与塑炼胶在机械作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。混炼过程的关键是使各种配合剂能完全均匀地分散在橡胶中，保证胶料的组成和各种性能均匀一。对混炼胶的质量要求主要有两个方面：一是胶料能保证制品具有良好的物理机械性能；二是胶料本身要具有良好的工艺加工性能。为了获得配合剂在生胶中的均勿混合分散，必须借助炼胶机的强烈机械作用进行混炼。混炼胶的质量控制对保持橡胶半成品和成品性能有着重要意义。混炼胶组分比较复杂，不同性质的组分对混炼过程、分散程度以及混炼胶的结构响很大的影响。本实验混炼是在开炼机上进行的。当胶料加到辊筒上时，由于两个辊筒以不同的线速度相对回转，胶料在被辊筒挤压的同时，在摩擦力和粘附力的作用下，被拉入辊隙中。形成楔形断面的胶条。在辊隙中由于速度梯度和辊筒温度的作用致使胶料受到强烈的碾压、撕裂，同时伴随着橡胶分子链的氧化断裂作用。从辊隙中排出的胶片，由于两个辊筒表面速度和温度的差异而包覆在一个辊筒上，又重新返回两滚筒间，这样多次反复，完成炼胶作业。为了取得具有一定的可塑度且性能均匀的混炼胶，除了控制辊距的大小、适宜的辊温小于90℃之外，必须按一定的加料混合程序操作。一般的原则是：量少难分散的配合剂首先加到塑炼胶中，让其有较长的时间分散；量多易分散的配合剂后加；硫化剂应最后加入，因为一旦加入硫化剂，便可能发生硫化反应，过长的混炼时间会使胶料焦烧，不利于气候的成型和硫化程序。开炼机混炼过程可分为包辊、吃粉和翻炼三个阶段。包辊是开炼机混炼的前提；橡胶包辊后，为使配合剂尽快混入橡胶中，在辊缝上端应保留有一定的堆积聚合物加工实验报告4胶。当加入配合剂时，由于堆积胶的不断翻转和更替，便把配合剂带进堆积胶的皱纹沟中，并进而带入辊缝中，配合剂混入胶料的这个过程称为吃粉阶段。混炼的第三个阶段为翻炼。(二)橡胶配合剂常包括硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、填充剂、石蜡和机油等。橡胶必须经过交联(硫化)才能改善其物理机械性能和化学性能，使橡胶制品只有实用价值。硫磺是橡胶硫化的最常用的交联剂，本实验配方中的硫磺用量在5phr之内，交联度不很大，所得制品柔软。选用两种促进剂对天然橡胶的硫化都有促进作用；不同的促进剂同时使用，是因为它们的活性强弱及活性温度有所不同，在硫化时促使进交联作用更加协调、充分显示促进效果。助促进剂即活性剂在炼胶和硫化过程种起到活化作用；化学防老剂多为抗氧剂，用来防止橡胶大分子因加工及其后的应用过程的氧化降解作用，以达到稳定的目的；石蜡与大多数橡胶的相容性不良、能集结于制品表面起到滤光阻氧等防老化效果。并只在成型加工中起润滑作用；碳酸钙作为填充剂有增容降成本作用，其用量多少也影响制品的硬度和力学强度。机油作为橡胶软化剂可改善混炼加工性能和制品柔软件。(三)开炼机混炼的工艺方法开炼机混炼有一段混炼和二段混炼两种工艺方法。对含胶率高或天然胶与少量合成橡胶并用，且补强填充用量少的胶料，通常采用一段混炼法。对天然胶与较多合成橡胶并用，且补强填充剂用量较多的胶料，可采用两段混炼法，以便两种橡胶与配合剂混炼的更均匀。无论是一段混炼还是二段混炼，在混炼操作时，都先沿大牙轮一侧加入生胶、聚合物加工实验报告5母炼胶或并炼胶，然后依据配方加入各种配合剂进行混炼。混炼加配合剂有抽胶加料和换胶加料两种方法。抽胶加料适用于生胶含量高者，配合剂在辊筒中间加入。换胶加料一般适用于少量含量低者，配合剂在辊筒一端加入。在吃粉时注意不要割刀，否则粉状配合剂会浸入前辊和胶层的内表面之间，使胶料脱辊，也会通过辊缝被挤压成硬片，掉落在接料盘上，造成混炼困难。当所有配合剂吃净后，加入余胶，进行翻炼。翻炼操作方法主要有以下几种：薄通法；三角包操作法；斜刀法；打扭操作法和割刀操作法；打卷操作法。(四)开炼机混炼的工艺条件开炼机混炼依胶料种类、用途和性能要求不同，工艺条件也各有差别。1.加料顺序适合的加料顺序有利于混炼的均匀性。加料顺序是根据配方中配合剂的特性和用量而定的。一般原则是固体软化剂较难分散，所以先加；小料用量少，作用大，为提高分散效果，较先加入；液体软化剂一般待补强填充剂吃净以后再加，以免补强填充剂结团和胶料打滑。若补强填充剂和液体软化剂用量较多时，可分批交替加入，以提高混炼速度；最后加入硫化机，超促进剂，以防焦烧。2.装胶容量和辊距装胶容量需依据开炼机的规格及胶料配方特性合理确定。容量过大，使混炼分散效果降低，混炼温度升高，容易产生焦烧现象而影响胶料质量；容量过小会降低生产效率。Q=K*D*L式中V-装胶容量；D-辊筒直径；L-辊筒长度；辊距一般取4-8mm为宜。辊距减小，剪切效果增大，但生热大。3.混炼温度适当的辊温有助于胶料流动，容易混炼。辊温过低，胶料硬度太大，容易损坏设备。辊温过高，则导致胶料软化而降低混炼效果，甚至引起胶料焦烧和低熔聚合物加工实验报告6点配合剂融化结团无法分散。辊温一般应控制在50-60℃.但在混炼高熔点配合剂的胶料时，辊温应适当提高。为了便于胶料包裹前辊，应使前、后辊温保持一定温差。天然橡胶包前辊，此时前辊温度应稍高于后辊；多数合成橡胶包冷辊，此时前辊温度应稍低于后辊。大部分合成橡胶或生热量大，或对温度敏感性大，因此辊温应低于天然橡胶5-10℃以上。4.混炼时间混炼时间一般为20-30min，特殊胶料可在40min以上，合成橡胶混炼时间约比天然橡胶长1/3左右。5.辊筒转速和速比开炼机混炼时，辊筒转速一般控制在16-18r/min，速比一般为1：（1.1-1.2）。三、主要设备及原料聚合物加工实验报告71.主要设备：XK-230A型双辊筒开放式炼胶机（图1）、台秤、游标卡尺，炼胶刀。图1.XK-230A型双辊筒开放式炼胶机其基本结构如图2所示：聚合物加工实验报告81前辊2后辊3挡板4大齿轮传动5、8、12、17机架；6刻度盘；7控制螺旋杆9传动轴齿轮；10加强杆；11基础板；13安装孔；11传动齿轮15传动轴；16摩擦齿轮18加油装置19安全开关箱20紧急停车装置图2.XK-230A型双辊筒开放式炼胶机结构2.原料：条状丁腈橡胶（图4）、硫磺。聚合物加工实验报告9图4.条状丁腈橡胶四、注意事项1.正常停车时严禁使用刹车装置。刹车或突然停电后，必须将辊缝中的胶料取出后方能开车，严禁待负荷启动。2.调节辊距左右要一致，以免损伤辊筒和轴承。减小辊距时应注意防止两辊筒因相碰而擦伤辊面。3.炼胶过程中，炼胶工具，杂物不准乱放在机器上，以避免工具掉入机器中损坏机器。4.割刀时必须在辊筒的水平中心线以下部位操作。5.塑炼和混炼时禁止带手套操作。，机器运行时，如发现积胶在辊缝处停滞不下时，手不能接近辊缝处，不得用手按塞，用手推胶时，只能用拳头推，双手尽量避免越过辊筒水平中心线上，以防手卷入辊筒。五、实验步骤、现象及分析(一)实验准备工作1.开车前必须穿戴好劳保用品。2.检查各机台紧固件有无松动，损坏。3.检查刹车装置是否完好、有效、灵敏；4.应检查两轴辊筒无异物，各部分是否正常，经检查后方能通电启动。5.在老师指导下，按机器的操作规程开动开放式炼胶机,观察机器是否运转正常。6.拟定实验配方及各项成型工艺条件。(二)实验步骤1.开启开炼机：首先开启控制箱左面总电源开关拉闸，然后按下控制面板上的绿色启动按钮。2.包辊：在两组相对回转辊筒投料（图5），现象：开炼前丁腈橡胶呈淡黄半透明条状弹性体，质地柔韧，有柑橘类气味，表面粗糙无光泽。后引胶并将塑炼胶置于辊缝间靠大齿轮一段投入，调整辊距，以顺时针旋转为减距，反之为增距，聚合物加工实验报告10使塑炼胶能在辊缝上部有适当的堆积胶。经2—3min的辊压、翻炼后，使之均匀连续地包裹在前辊上，形成光滑无隙的包辊胶层（图6），现象：丁腈橡胶在辊缝上有适量堆积胶，且橡胶紧密地包裹在前辊上，形成了光滑无隙的包辊胶层。取下胶层，放宽辊距至1.5mm左右。再把胶层投入辊缝使其包于后辊，然后加入配合剂。图5.开炼前丁腈橡胶呈淡黄半透明条状弹性体，质地柔韧，有柑橘类气味，表面粗糙无光泽图6.丁腈橡胶在辊缝上有适量堆积胶，橡胶紧密地包裹在前辊上，形成了光滑无隙的包辊胶层3.吃粉：不同配合剂要按如下顺序分别加入：固体软化剂→促进剂、防老剂和硬酯酸→氧化锌→补强剂和填充剂→液体软化剂→硫磺（图7）。现象：硫磺加入后橡胶的透明性减弱，整体呈黄色，两边的胶料有毛刺，混炼不均，因此需要打三角包帮助其混炼均匀。聚合物加工实验报告11图7.硫磺加入后橡胶的透明性减弱，整体呈黄色，两边的胶料有毛刺，混炼不均4.吃粉过程中每加人一种配合剂后都要