【doc】天然胶／炭黑母炼胶制备用液相连续混炼工艺

【doc】天然胶／炭黑母炼胶制备用液相连续混炼工艺 天然胶,炭黑母炼胶制备用液相连续混炼 工艺 工艺技赢 黄元昌编译 众所周知,在橡胶加工过程中,混炼是最关键 的工序.该工序除了使物料产生物理变化和时而发 生的化学反应之外,最主要的任务还是将各种填料 吃入,并均匀地将其分散和分布在聚合物中.一般 情况下,这道工序是将填料与固体橡胶或颗粒橡胶 进行分批混炼或连续混炼,即叫作干法混炼. 近几十年来,人们在实现使用聚合物胶乳和填 料浆并以化学凝固混合物法制备聚合物炭黑母炼 ,已商品化的产品均 胶方面做出了巨大努力.目前 毫无例外地采用了分批法混炼工艺.与干法混炼相 比,这种工艺能够极大地改善填料的分散性,然而 较长的混合和凝固时间却又降低了生产效率.对于 天然胶(NR)来说,其胶乳中的某些非橡胶成分, 特别是蛋白质,还会吸附在填料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面且妨碍聚合物 与填料之间的相互作用. 卡博特弹性体复合材料(CEC)是使用独特的 液相连续混炼凝固工艺制备的天然胶炭黑母炼胶. 这种工艺能使炭黑的吃入,分散和分布在很短的时 间内完成.与常规的干法混炼和分批湿法混炼工艺 相比,这种液相混炼工艺具有如下优点: 简化了混炼程序; 减少了混炼设备,能源和劳动力的投入,降低 了混炼成本; 无需处理游离炭黑,减少了粉尘排放;不依赖 填料形态且填料分散理想; 改善了硫化胶的性能; 提高了资金利用率; 使连续混炼更加容易. 本文除了介绍CEC的生产过程外,还就其加 工和物理性能与干法混炼胶料进行了比较. 1CEC的生产过程 CEC的生产过程如图1所示.此过程包括炭黑 浆的制备,NR胶乳存放,炭黑浆与胶乳混合和凝 固,凝固物脱水,干燥,整理及包装等步骤. 连续加工LL 油或其他 化学助剂 液相混合/凝 脱水 工 =}:燥 机械分散 工 填料浆 混合剐凝吲在0.1s内完成 在125~C停留3O,6O秒 CEC(天然胶/炭黑) 图lCEC生产工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 炭黑浆是以机械方式将炭黑充分分散在水中 (不加任何表面活性剂)进行制备的.然后将炭黑 浆注入高速转动的搅拌机内与NR乳胶连续混合. 在室温和高速急流的条件下,聚合物与填料的混合 和凝固在不到0.1s的时间内即可完成,该过程中无 己口口5年第3期第1]页 MoDERNRUBBER&PLASTICS 需填加任何化学添加剂. 凝固物料通过挤出机脱水之后,连续喂入干燥 机内,进一步将其水分降低到0.01以下.物料在干 燥机内停留的时间为30s~60s.整个过程中,物料 温度在很短时间(5s,10s)内便会达到140?, 150?,即在干燥过程中可以避免NR发生热氧降解. 在干燥过程中,还需加入少量的防老剂作为物料的 贮存稳定剂.在该阶段还可有选择地加入一些小 料,如氧化锌,硬脂酸,防老剂及石蜡. 干燥后的物料可随时进行压片,切断和造粒. CEC生产工艺的关键是快速混合和凝固及高温 短时间干燥.这样可较好地保持聚合物与填料间的 相互作用和更有效地避免聚合物降解,从而获得具 有优异物理性能的物料. 2CEC的混炼 CEC的混炼特点之一是填料分散非常好.因 此,在采用CEC时,配方 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 人员无需考虑炭黑 的分散问题.由于普通橡胶与CEC的流变性与要 求不同,故为了充分发挥CEC的独物性能,混炼 其它配合剂,如防老剂,石蜡,油,促进剂和硫化 剂时,需要采用与普通橡胶不同的程序.而具体的 混炼参数还要根据胶料品种,混炼设备,后续工序 的加工性能和产品性能要求及其他因素来确定. 2.1CEC的混炼特点 与纯胶和干法混炼的母炼胶相比,CEC的粘度 较高.这主要是由于在存放过程中,胶料硬化引起 的,特别是大量填充有高比面积炭黑的胶料,如胎 面胶,其硬化更加突出.除了填料的这种流体动力 学效应之外,还有3种物理作用会导致CEC硬化, 这就是聚合物凝胶化,结合橡胶的生成和炭黑的絮 凝. 2.1.1聚合物凝胶化 与纯天然胶在贮存过程中产生硬化一样,聚合 物链上生化形成的醛基之间发生缩合,也可通过非 橡胶成分的结合,导致橡胶粘度增大.CEC显然也 具有相似的效应. 2.1.2结合橡胶的生成 这与在聚合物中加入炭黑后聚合物链会吸附 在填料表面有关.干法混炼胶在贮存过程中不断有 结合橡胶生成,只是在存贮初期迅速增多,但大约 1个月后便逐渐达到平衡.结合橡胶的生成与填充 体积增大一样,明显提高了胶料的粘度.这是因为 吸附在填料表面上的聚合物链段的可运动性大大 降低了.此外,结合橡胶的生成还与被吸附的聚合 物链与网络中的聚合物分子的缠结有关. 2.1.3炭黑的絮凝 胶料贮存过程中,填料通过彼此之间相互作用 会发生附聚或絮凝.特别是在贮存早期,结合橡胶 还未充分形成的情况下更是如此.包围在附聚体中 的橡胶(包覆橡胶)将失去,至少是部分失去.虽 然其本质上还是橡胶,但是,由于被固定化,其行 为上成为填料,这便导致了填料的表观体积明显增 大,因些,胶料的粘度便增大. 某些化学品,如羟,能与聚合物链上的醛基发 生缩合反应,从而有效地防止纯NR的贮存硬化效 应.然而,CEC中的填料使这些化学品在防止其贮 存硬化方面的效果并不太理想. 生成结合橡胶的多少表现出了聚合物与填料 相互作用的程度,而这种相互作用是决定橡胶补强 效果的一个重要参数.任何降低结合橡胶生成的行 为将导致橡胶性能,特别是耐磨性能变差. 值得指出的是,在CEC中加入某些小料,如 硬脂酸,防老剂,油和石蜡时将会使CEC的粘度 有所下降,然而却有助于混炼. 2_2塑炼效率 与干法混炼的母炼胶相比,CEC的特点是有利 于混炼,即在塑炼或后续工序N-r过程中,CEC的 门尼粘度下降得较快.这可能与CEC的高粘度有 关.因为粘度高可使胶料在混炼过程中受到的剪切 力较大,从而有利于机械一氧化塑炼和破坏附聚 体,释放出包复橡胶.混炼之后的CEC容易达到 与干法混炼胶相同的粘度水平,并且粘度的稳定性 较好,因此,贮存过程中胶料的门尼粘度变化很小 (图2),若不大幅度缩短混炼时间,则快速断链可 能会导致CEC胶料混炼过度的情况. 2.3CEC的包装方式 一 般来说,将高粘度物料直接投入密炼机会产 生较大的转矩.为了防止过度功率或难以接受的转 矩峰值,实际生产中往往先将物料(胶料)在烘胶 房内进行预热或在开炼机上塑炼,以降低其粘度. 为了简化混炼程序并将转矩降到最低,CEC被制成 第14页总第195期 工艺技 “疏松”的胶包,除了易破碎外,这种胶包还有一 定的空隙.在破碎早期,CEC被啮合在转子和密炼 室壁问时,这些空隙的存在可明显降低密炼机的功 率峰值.这种CEC疏松胶包可以不经预热或预塑 炼而直接投入密炼机.商品化的CEC被制成低熔 点袋装的16kg易搬运疏松大胶包.对其他可选择 包装方式,如胶片和颗粒正在进行评估中. CEC一一一段,掘炼,混炼时2.5分 一楣脏一一国疆植治植}问.’一……?……,……J-’一J N220—54phr/Oil一7phr 初始混炼后混炼后1O份返炼lO份返炼lO份返炼lO份返炼 包胶24小时72小时后1小时后4小刚后8小时后24小时 ?—?CEC[二]f混 图2密炼机混炼和开炼机返炼对胶料 门尼粘度的影响 2.4混炼设备 混炼设备主要有两种,切相型密炼机和啮合型 密炼机.这两种密炼机均可以用来混炼CEC.这两 种密炼机结构的主要区别是看其两个转子的大直 径旋转轨迹是否交叉.切相型密炼机的特点是炼胶 室的有效客积大,填充系数高,喂料和排胶速度快, 单位能耗和生产效率高.啮合型密炼机的优点是塑 炼效率高,温度控制好,油料吃料快和组分分散好. 所以与干法混炼一样,用不同密炼机混炼CEC时 也要对填充系数,喂料时间,转子转速,压砣压力 和混炼周期等混炼参数进行相应的调节. 此外,CEC在自由流动形态下造粒,颗粒胶可 方便地加入混炼机,从而使连续混炼更容易. 2.5混炼程度 CEC混炼与常规混炼类似,也包括若干阶段. CEC投入密炼机后被破碎,经短时间塑炼后加入小 料,如促进剂,防老剂,石蜡和油.一般是加入小 料之后便排胶料,并在下片机或第二段混炼时加入 硫化剂,即称为二段混炼.有时硫化剂与小料一起 或紧随小料之后加入,即称一段混炼. 2.5.1二段混炼 (1)CEC塑炼 CEC投入密炼机后,未加入其它组分之前的 CEC塑炼是很关键的.在此期间,CEC的粘度明显 下降,这对添加化学配合剂和后续加工是很重要 的.塑炼时间的长短主要取决于门尼粘度,而门尼 粘度又取决于后续混炼和加工要求.以轮胎胎面胶 为例,采用冷喂料挤出机挤出,稍微延长塑炼时间 有利于提高挤出胶质量.塑炼时间还与其他组分的 吃料时间和分散性有关.按照设备类型,转子转速 和胶料配方的不同,塑炼时间一般在30s~90s变 化.若投胶量和压砣压力发生变化,则可能还有必 要对塑炼时间进行微调. (2)加小料和油 对于仅包含橡胶和炭黑的CEC,塑炼后就应加 入氧化锌,硬脂酸,防老剂和石蜡等小料.不溶的 化学粉料在干法混炼胶料和CEC胶料中的吃料和 分散没有明显差别,而油状物料的表现则稍有不 同.这里的油状物料包括油,液体化学品和在混炼 混度下熔融的固体物料,如硬脂酸,石蜡和某些防 老剂.刚加入油状物料时,胶料不再受到转子凸棱 尖端的拉伸和剪切,因此在转子之间和转子与密炼 室壁之间就不再发生胶料的转移,也没有能量输入 到聚合物中.油状物料实际上起到润滑作用,直至 油状物料被吸收到橡胶中,橡胶才开始再受到混炼 作用,所以油状物料的润滑时间,或叫吃料时间, 取决于它所在橡胶中的吸收速度. 在实际操作中,延长塑炼时间可缩短润滑时 间,在有限范围内增大投料量也可加速油状物料的 吃入.现还发现,当塑炼温度较高时,润滑时间随 温度的上升而缩短,因此,提高转子转速可有效缩 短润滑时间.图3表示含50份炭黑N234的CEC 在F270密炼机内的混炼功率曲线. 吃料结束后,密炼机将胶料排到开炼机,单螺 杆挤出机或双螺杆挤出机作进一步混合,随后冷却 并出片或造粒.这些均与干法混炼的操作一样. CEC加工中添加油状化学药品可降低其粘度 并取消润滑剂,从而使混炼更容易.对于包含除硫 化剂外所有小料的CEC胶料,该混炼阶段的作用 只是捏炼,所以若将油状化学药品预混入其中必可 明显提高混炼效率.在混炼试验中,预混入硬脂酸 aI5年第3期第15页 ???舳?加加0 MoDERNRUBBER&PLASTICS 的CEC的润滑时间缩短了0.5minlmin.预加与 未预加硬脂酸的CEC相比,采用F50~4WST和 IntermixK-2AMark5啮合式密炼机进行第一段混 炼时,前者的混炼周期缩短了25%~30%. 填充系数0.75 上顶栓疆力:6O . 4s转f分 . 譬/l/ V ,添加鞋少 ..-一_/ 13:06:4213:O9:12 8/22/0l8122/’0l 图3F270密炼机的典型CEC混炼功率 2.5.2一段混炼 鉴于塑炼及所有小料的吃料和分散都在有限 的压挤一搅拌作用下在密炼机上一次完成,故一 段混炼可提高生产效率.但这仅仅是在有足够的混 炼时间以达到各组分的分散和后续工序的加工性 能要求时才是可行的,采用一段混炼时,硫化剂可 与其他助剂一起或其后加入.排胶温度通常被限制 在125?以下,以防早期硫化和焦烧. 决定一段混炼可行性的其他关键参数是能量 输入和温度.输入足够的能量以确保各组分分散和 降低胶料粘度的同时,还必须将加入硫化剂时和之 后的温度很好地控制在很小的范围内,以保证后续 工序,如挤出,压延和成型等安全性. 对于转子转速在混炼过程中不可调及冷却系 统不够高效的密炼机,应当选用较低转速,以使胶 料温度保持在适当的范围内,如与二段混炼中的第 二段的转子转速接近.这样,其混炼周期便长于二 段混炼中的第一段时间,但仍小于二段混炼的周 期. 采用带有可调转速传动装置和强制冷却系统 的密炼机时,一段混炼就能显着提高混炼效率和缩 短混炼周期.这时,可以在高转速下完成胶料塑炼 和除硫化剂外所有小料的添加和捏炼.在可接受的 时间内将胶料温度降低到可添加和分散硫化剂的 范围.强制冷却系统的密炼机可达到极好的冷却效 果.就此而言,啮合型密炼机塑炼效率高,胶料与 密炼机可控温度表面的接触面积大,因而比切向型 密炼机具有明显的优势. 若在CEC中预先加小料,则将使一段混炼更 加容易.另外,因CEC胶料的粘度较低,故其加 工比较容易,温度也比较低. 2.5.3混炼周期 混炼周期取决于各种配合剂的分散和胶料的 门尼粘度.混炼周期过短会导致胶料粘度大,最糟 的是胶料中仍有未得到充分捏炼的成分,从而导致 挤出物表面粗糙,这种情况在采用冷喂料挤出机时 尤为严重.若采用热喂料挤出方式,胶料中的各组 分还可在热炼中于开炼机上进一步塑炼,因此其在 密炼机中的混炼周期可以适当缩短. 胶料过炼可获得较低的门尼粘度,但这对胶料 的性能,特别是粘弹性产生显着的负面影响.同时, 较严重的机械一氧化作用会影响胶料的耐老化性, 低粘度还将使硫化过程中填料的絮凝更容易,从而 增大胶料的滞后损失.若这种胶料用于轮胎,特别 是胎面,将增大轮胎的滚动阻力.但另一方面,若 在需要较低粘度的情况下,如钢丝帘布挂胶,采用 CEC胶料便具有优势. 采用干法混炼程序时,CEC的混炼周期通常可 比传统混炼周期缩短30%~90%. 总之,CEC是一种可采用传统炼胶设备且很容 易混炼的独特胶料. ?????????????????????? 圆度测量仪 RoundtestRA系列仪器对最大为10kg的小规 格部件的圆度/圆柱度测量效果较好.型号为 RoundtestRA1400/1500的仪器具有清晰的用户图 像界面,其中包括直观编辑程序的立体3一D模型, 绘图控制以及一组简便的图像测量分析工具. RoundtestRA系列仪器配有悬挂于高精度空气轴承 上的转盘,可以高精度旋转,并消除磨损造成的性 能下降,使轴误差降低到0.02gm. (鸟力吉鳊译) 第15页总第195期