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橡膠輥工藝性能參數

編輯:安徽東盛環衛設備有限公司時間:2019-01-14

不同的橡膠產品對膠料的物性都有不同的要求,同時對生產這些產品時膠料的工藝性能(加工性能)也需要不同的要求。所謂的工藝性也就是生產這些橡膠產品的過程不能達到理想的狀態,做出來的橡膠產品也就很難做到性能理想化、經濟效益最大化。一句話,無論你要求橡膠產品有什么樣的物性要求,也不管你的要求是高還是低,如果橡膠輥工藝性能無法滿足要求(實現要求的過程無法滿足),那么你就很難順利的去生產。今天和大家一起談論各橡膠工藝性能受配方的影響及關系。

一、混煉性能 
       1、各種成分對混煉效果的影響

       主要分析配方中各種填料、化學藥品、操作油等配合成分混入橡膠中的難易性、分散性。它主要由這些配合成分與橡膠之間的互溶性的高低、浸潤性的大小來決定。
  膠料混煉工藝設計的好壞評價方法之一就是各種成分是否可以在橡膠中能夠迅速的分散;混煉效果的好壞,則可以通過各種成分在橡膠中能否均勻分散其中來衡量。這兩個指標都主要取決于配合成分與橡膠之間的互溶性、浸潤性。
        “互溶性”這個詞大家可能會認為橡膠那么大的分子怎么可能溶解在各種配合成分里很多配方里,應該是配合成分溶解在橡膠里才對。其實,所謂的溶質、溶劑也是相對的,量少的慣稱為溶質,量多的則為溶劑,習慣性的認為溶質溶解在溶劑中,如果“溶質”的量比“溶劑”的量大很多的話,那就是“溶劑”溶解在“溶質”中。所以,也就可以理解為互溶性了。為了能讓膠料達到多種綜合性能都很優異的效果,很多配方用到的橡膠都不止一種,混煉后的膠料如果電鏡圖片里顯示各相之間沒有明顯的分離、橡膠之間、橡膠與各配合成分之間分散的非常均勻那就表明互溶性好,否則互溶性就差?;ト苄圆畹呐浞襟w系所對應的膠料的各種物性也就不能得到好的體現。
      其實,橡膠配合體系是不能像鹽溶于水那樣做到分子級的互溶性,一是因為橡膠是由不同分子量的高分子復雜體系組成,二是各種配合成分也不是簡單的小分子化合物,三它們是固相之間的溶解性。橡膠對配合劑的浸潤性也許更能清楚的解釋混煉工藝及效果的好壞。
      橡膠對配合成分的浸潤性高低主要決定于配合成分自身的特性,當然與橡膠的性質也有關系。有機的、非極性的大多數化學樣品(塑解劑、分散劑、操作油等軟化劑、防老劑、硫化體系等)都易溶解在橡膠里,被橡膠浸潤。無機的氧化物、鹽類、各種土等則不易被橡膠浸潤。相似相容原理也解釋了這些現象。
      各種有機化學藥品,塑解劑、分散劑、塑分、防老劑、促進劑、SA包括各種硫化都易混入橡膠中,而且加入的量比較少,這里就不對它們多加分析。填料一般可以分為親水性的和疏水性的兩種。氧化鋅、氧化鎂等無機氧化物及硫酸鋇、硫酸鎂、輕鈣、重鈣等鹽類由于是極性的、親水性的,在混煉時容易產生負電荷,而橡膠也存在同樣的情況,所以二者便會相互排斥,所以難以分散橡膠之中。陶土、云母、滑石粉、高嶺土等雖然也是無機的、極性的,與橡膠之間的形成的界面親和力小,雖不易被橡膠浸潤,但是由于這些材料的粒徑比較大且結構性比較低,混入橡膠的速度還是比較快的,分散的效果也可以接收,但補強性都比較差。白炭黑雖然是親水性的,但它的粒徑非常小、結構性高、視密度小、易飛揚,且容易產生靜電,使得它很難混入橡膠中。炭黑是最典型的疏水性填料,容易被橡膠浸潤,非常容易混入橡膠中并均勻分散其中。另外,由于炭黑的粒徑小、結構度高,混煉時生熱性強,高填充量下混入橡膠就比較困難,所以炭黑不適合高填充量。選用結構性低、粒徑大的炭黑可以減小生熱高、吃粉慢等缺點,填充量可以增大些。
      為了能讓這些親水性填料也能容易混入橡膠中并能有好的分散性且還可以發揮更好的補強性,需要對這些填料進行表面改性來提高它們與橡膠間的親和力。配方中,我們常見到的加入的硅烷偶聯劑、SA等都有這方面的作用。最有效的方法還是在生產這些填料的時候直接對其進行表面處理。烷烴油、環烷油、芳烴油、DOP、DBP等軟化劑的加入可以改善混煉效果。油的加入能加快這些填料混入膠料里,但是分散的效果會打折扣。橡膠吸油的速度會直接影響混煉時間和混煉效果。油品的粘度比重常數越高、芳香烴含量越高、分子量越小,則越容易被橡膠吸收。
       2、配合體系對開煉時的包輥性的影響
      橡膠的包輥性對膠料的分散效果也有很重要的影響。包輥性是橡膠具有流變特性的一個典型的表現。要想讓膠料有良好的包輥性,最重要的是設置合理的溫度和橡膠的配合體系。當橡膠能緊緊地、均勻地、平整地、包裹在輥筒上,而不是出現脫輥、破邊、掉渣、粘輥等,配合成分才能容易混入橡膠、分散效果才會好。一般地,具有自補強性、可結晶、強度高的原材料橡膠的包輥性會比較好些,如NR等。相反,如果原材料橡膠的自身強度如果很差,則包輥性就會比較差,如BR等。配方體系中的滑石粉、云母、SA、防護蠟會使膠料有托輥的傾向;操作油及粘合樹脂等可以提高其包輥性。一般地,軟化劑的用量太大則易造成托輥,增粘劑的用量過大則會造成粘輥。

3、配合體系對焦燒的影響
    焦燒的發生是膠料操作過程中及停放時非常忌諱的一個危害極大的現象,為了后續工段的操作安全及硫化后的產品不會發生不良影響,必須防止焦燒的發生。
    發生焦燒的最主要原因還是硫化體系選擇不當或用量過多造成的。所以在選擇促進劑時盡量選擇焦燒時間長的次磺酰胺類及噻唑類促進劑為宜,并盡量控制使用份數。另外,填料的酸堿性、結構度對焦燒也有一定的影響,酸性的、結構性低的填料能抑制焦燒。操作油等軟化劑對焦燒也有一定的抑制作用。最有效的方法還是在配方里加入少量的防焦劑來防止焦燒的發生。顧名思義,防焦劑是防止焦燒用的,所以用多了肯定會影響硫化速度的,而且對硫化膠的彈性、老化性等也不利!
    4、配合體系對噴霜的影響
    有的也叫出霜、噴粉、噴油等,是指軟化劑、防老劑、SA、促進劑、硫化等小分子配合成分從膠里內部遷移到膠里表面的現象。噴霜會嚴重影響膠料的表面粘性、混煉后膠料的均勻性、硫化膠的性能,總之(除了石蠟遷移到膠料表面其物理防護作用外的任何)盡量降低噴霜的發生。最容易噴霜的就是硫磺,經??吹降哪z料表面一層薄薄的黃色粉末就是硫磺從膠料內部遷移到表面的現象。為防止硫磺的噴霜,配方里大量使用硫磺時可使用不溶性硫磺并且做到正硫化來加強對硫單質含量的控制。

一般情況下,SA、防老劑的用量不宜過大,在2phr一下噴霜會好些。膠料里加入適量的操作油等軟化劑也可以降低噴霜的發生。

5、配合體系對粘性的影響

像輪胎等由多種半成品貼合在一起的橡膠產品在生產的過程中對膠料的表面粘性有一定的要求,不能不粘,也不能太粘。 

各半成品所用的主體膠料可能不一樣,比如有的可能用NR為主,有的可能用SBR為主,還有的可能用BR為主等等,這就要求膠料之間不但要有很好的自粘性,還要有很好的互粘性。如果要貼合在一起的兩種膠料粘合性不這么好的話,在同一配方里添加一些第三種與這兩種橡膠粘合性都比較好的橡膠是一個辦法,也可以在這兩種膠料的配方里都加入一些另一種膠料也是一個辦法。不管怎樣,要想提高或有個良好的粘性,以下幾點是基本原則:

選擇粘性高的橡膠為上
通常情況下,橡膠的分子鏈越柔順、活動性高、生膠強度大,粘性就會高些。所以,通用膠里,NR\CR的粘性比較好,尤其是自粘性更好。

選擇高補強性的填料

基于中所說生膠強度大粘性會好的說法,如果填料的補強性好,那么就能提高未硫化膠的格林強度,從而提高粘性。如果填料過多的話,會是膠料變“干”,粘性反而會下降。

使用增粘樹脂

很明顯,增粘樹脂的主要作用就是增粘。萜烯樹脂、石油類樹脂、酚醛樹脂、古馬隆等都可以有效提高未硫化膠料的粘合性。

操作油等軟化劑可以提高粘合性

主要是因為軟化劑的加入可以擴充橡膠大分子間的空隙,使得橡膠分子鏈的活動性提高,粘合性自然提高。另外,也能防止填料的過量加入而造成的膠料發“干”。

控制容易噴霜的化學品的配合量

噴霜后,膠料的光潔的表面被損,會大大降低膠料的粘合性。

6、配合體系對膠料的門尼粘度影響

膠料的門尼粘度(原材料橡膠和混煉膠)對密煉、開煉、壓延、壓出、擠出、成型等都有很重要的作用。生膠的粘度過高,密煉、開煉困難,能耗高;混煉膠粘度過高,則壓延、壓出、擠出都比較困難;混煉膠粘度過低,半成品及硫化后的成品容易出現質量缺陷。

一般生膠的門尼粘度在60以上的建議對其先塑煉,所以煙片、皺片、風干膠片、標膠最好進行塑煉后再使用。

適量的塑解劑有助于塑煉的時間縮短、能耗降低、并且可以提高塑煉的效果。常用的A-86、AP等,另外,一些促進劑也有塑解作用,如DM。

軟化劑的加入可以有效降低門尼粘度,配方中加入的DOP、DBP、P#2等都可以有效降低門尼粘度。

填料的加入會增加膠料的粘度,其中炭黑和白炭黑對膠料的增粘最為厲害。炭黑的結構性越高,增粘程度就越大。其他的一些無機填料則增粘效果要小一些。根據這個現象,如果要求半成品的挺性好就可以適當增加填料的用量。

二、擠出(壓出)性能      

混煉膠的含膠率、門尼粘度、格林強度、彈性、膨脹率、收縮率等對膠料的擠出性能有著直接的影響。含膠率高,彈性形變就大,故而擠出后的膨脹性強,高速擠出時半成品的變形就大,影響生產效率;格林強度高,進膠容易、進膠速度快,擠出效率提高;混煉膠的彈性好,擠出時容易出現熔體分裂,造成擠出的半成品表面變的粗糙。為了提高擠出性能,盡量考慮一下幾個配合體系方面:

膠種及含膠率。不同的生膠由于分子鏈不同,彈性等也不同,擠出性能差別很大,NR、BR、CR等由于分子鏈上的側基比較小,擠出容易;SBR、IIR等側基大,擠出比較困難。含膠率不能太高也不能太低,太高則彈性大,擠出后的半成品在擠出方向就會出現大的收縮率,影響尺寸穩定性和外觀質量;太低則膠料變的“干”,塑性變差,擠出困難且半成品表面粗糙。

加入再生膠可以增加在高溫下的流動能力,擠出能力提高。

不同的填料對擠出性能的影響不同??傮w而言,填料的加入可以降低含膠率,降低彈性,可以提高擠出性能。如果用量過高,出現含膠率極低現象,則是膠料變“干”,對擠出反而不利。

加入軟化劑可以降低膠料的收縮率、且有提高膠料與擠出機桶間的潤滑作用而提高膠料的擠出性能。 

三、壓延性能

壓延和擠出對膠料的很多性能要求大體相同,不同的壓延類型對膠料的配合體系要求也不盡相同。壓延大體分三種類型:膠片的壓延、纖維簾線(布)的壓延、鋼絲簾線(布)的壓延。但大體對膠料的要求總體相同,比如混煉膠要控制適當的含膠率、門尼粘度、格林強度、可塑性、彈性、膨脹率、收縮率等。含膠率高,彈性形變就大,壓延后的收縮率大,影響壓延物的表面質量;門尼粘度高、可塑度低時,流動性差,壓延物收縮率也高,表面質量就差;格林強度高,進膠容易、進膠速度快、出膠時膠料不容易被拉斷,壓延效率提高;膨脹率或收縮率較大,則壓延過程的尺寸控制就比較困難,且壓延物的表面將會變的粗糙、不光滑。

無論哪種壓延,含膠率都不要太高。含膠率高,壓延速度要慢一些;含膠率低、可塑度高則可以提供壓延速度。

生膠的種類對壓延效果至關重要。NR是最適合壓延的膠種,壓延物表面光滑、平整、厚度均勻、少氣泡且收縮率也比較低。而大多數合成橡膠的壓延都比較困難,需要通過控制輥溫、輥速才可以。所以,在必須使用合成橡膠時,配方中最好并用部分NR來提高壓延性能。SBR\IIR\NBR\BR等壓延后收縮率都比較大,造成壓延物表面粗糙;CR\EPDM\CSM等容易粘輥、焦燒、掉皮等不良現象。

盡量選用軟質炭黑、熱裂法爐黑或其他活性較高的無機填料,如碳酸鈣、陶土等;加入一些片層結構的活性填料對壓延效果的提高有利,壓延效應的存在使得壓延物在壓延方向上提高拉伸強度,收縮率降低,壓延物表面光滑、平整、尺寸穩定,如滑石粉、石墨及近年市面出現的一種叫強威粉的片層納米無機填料。

適當增加軟化劑的配合量可以提高壓延性。古馬隆、瀝青、油膏、操作油的加入對膠料的可塑度提高非常有利,還可以降低膠料的收縮率。

配合體系中可以加入一些防焦劑。壓延時一般都是熱供料,膠料在輥子上堆積過多時及壓延溫度高時容易發生焦燒現象,防焦劑的加入可以減小焦燒的發生。      

防止配方中各配合體系受潮。受潮后,混煉膠在壓延時容易產生氣泡,對壓延物的質量影響嚴重。

纖維簾線(布)的壓延膠還要求二者的粘合力好、膠料的滲透性好并容易覆膠。  

a、貼膠相對簡單,要求配合體系的可塑度適當大些即可。  

b、擦膠則對膠料的要求高些,配方中含膠率要高,包輥性要求高,對纖維簾線(布)的滲透要好。此外,無機填料的種類應考慮擦膠的厚度進行調整,薄擦膠可選硬質填料如白炭黑、碳酸鈣、硬質陶土等,厚擦膠則可選用軟質陶土、鋅鋇白等可以使膠料變軟的的填料;增塑劑宜選用液體古馬隆和松焦油系;配合體系中加入年和體系。

用于鋼簾線(布)的壓延膠要求定伸應力比較高和粘合性好。配方體系應該以NR等強度比較高的橡膠為主,且應該加入年和體系(間甲白、粘合樹脂、鈷鹽等),填料增加、少用增塑劑使膠料的變硬。

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