橡膠混煉的目的

　　為了提高橡膠產品使用性能，改進橡膠工藝性能和降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑。混煉就是通過機械作用使生膠與各種配合劑均勻混合的過程。

　　混煉不良，膠料會出現配合劑分散不均，膠料可塑度過低或過高、焦燒、噴霜等到現象，使後續工序難以正常進行，並導致成品性能下降。控制混煉膠質量對保持半成品和成品性能有著重要意義。通常采用檢查項目有：1、目測或顯微鏡觀察;2、測定可塑度;3、測定比重;4、測定硬度;5、溫室物理機械性能和進行化學分析等。進行這些檢驗的目的是為了判斷膠料中的配合劑分散是否良好，有無漏加和錯加，以及操作是否符合工藝要求等。

　　混煉理論

　　由於生膠粘度很高，為使各種配合劑均勻混入和分散，必須借助煉膠機的強烈機械作用進行混煉。

　　各種配合劑，由於其表面性質的不同，它們對橡膠的活性也各不一致。按表面特性，配合劑一般可分為二類：一類具有親水性，如碳酸鹽、陶土、氧化鋅、鋅鋇白等;另一類具有疏水性，如各種炭黑等。前者表面特性與生膠不同，因此不易被橡膠潤濕;後者表面特性與生膠相近，易被橡膠潤濕。為獲得良好混煉效果，對親水性配合劑的表面須加以化學改性，以提高它們與橡膠作用的活性，使用表面活性劑即可起到此種作用。表面活性劑大多為有機化合物，具有不對稱的分子結構。其中常含有—OH、—NH2、—COOH、—NO2、—NO或—SH等極性基團，具有未飽和剩餘化合價，有親水性，能產生很強的水合作用;另外，它們分子結構中還有非極性長鏈或苯環式烴基，具有疏水性。因而當表面活性劑起著配合劑與橡膠之間的媒介作用，提高了配合劑在橡膠中的混煉效果。

　　表活性劑還起到穩定劑的作用，它們能穩定已分散的配合劑粒子在膠料中的分散狀態，不致聚集基結團，從而提高了膠料的穩定性。

　　判斷一種生膠混煉性能的優劣，常以炭黑被混煉到均勻分散所需時間來衡量。

　　生膠分子量分布的寬窄對混煉性能有著重要的影響。影響炭黑在橡膠中分散的因素除橡膠本身外，還有炭黑粒子的大小，結構和表面活性等有關，因而炭黑粒子愈細，在橡膠中的分散就愈困難，高結構炭黑的空隙大，在混煉鋼初期形成的包容膠濃度低而粘度大，在隨後的混煉中產生較大的剪應力，因而更易分散。

橡膠密煉機塑煉（高溫、間斷）

　　密煉機塑煉的生產能力大，橡膠勞動強度較低、電力消耗少;但由於是密閉系統，所以清理較難，故僅適用於膠種變化少的場合。

　　密煉機的結構較複雜，生膠在密煉室內一方面在轉子與腔壁之間受剪應力和摩擦力作用，另一方面還受到上頂栓的外壓。密煉時生熱量極大，物料來不及冷卻，所以屬高溫塑煉，溫度通常高於120℃，甚至處於160~180℃之間。依據前述之高溫塑煉機理，生膠在密煉機中主要是借助於高溫下的強烈氧化斷鏈來提高橡膠的可塑性;因此，溫度是關鍵，密煉機的塑煉效果隨溫度的升高而增大。天然膠用此法塑煉時，溫度一般不超過155℃，以110~120℃最好，溫度過高也會導致橡膠的物理機械性能下降。

　　螺杆機塑煉(高溫、邊續)

　　螺杆塑煉的特點是在高溫下進行連續塑煉。在螺杆塑煉機中生膠一方面受到強烈的攪拌作用，另一方面由於生用受螺杆與機筒內壁的摩擦產生大量的熱，加速了氧化裂解。

　　用螺杆機塑煉時，溫度條件很重要，實踐表明，機筒溫度以95~110℃為宜，機關溫度以80~90℃為宜。因為機筒溫度高於110℃，生膠的可塑料性也不會再有大的變化。機筒溫度超過120℃則排膠溫度太高而使膠片發粘，粘輥，不易補充加工。機筒溫度低於90℃時，設備負荷增大，塑煉膠會出現夾生的現象。

　　合成膠塑煉較天然膠困難。為改進合成膠塑煉工藝性能，最好在合成過程中注意控制和調節分子量大小和分子量分布，以便制得門尼粘度較低和工藝性能良好的品種，如軟丁苯和軟丁腈膠等。這些品種可直接用於混煉。順丁膠分子量較低，易冷流，塑煉效果不好，因此順丁膠和適宜門尼粘度也應在合成過種中獲得。氯丁膠門尼粘度低，一般不需塑煉，只要經過3~5次薄通就可進行混煉。硬丁腈膠門尼粘度為90~120,塑性低，工藝性能差，只有經過充分塑煉才能進行進一步加工。但是，由於丁腈膠韌性大，塑煉生熱大、收縮劇烈，塑煉特別困難。欲提高丁腈膠的塑煉效果，應采用低溫薄通法，即盡可能降低塑煉溫度和強化機械作用力，加入增塑劑雖可提高丁腈膠的塑煉效果。但對混煉膠可塑度的提高不利，因此 ,不宜采用。丁基膠、乙丙膠的化學性質穩定，因此缺乏塑煉效果，前者門尼粘度一般為38~75,可不經塑煉而直接混煉，後者加工所必需的可塑性應在合成過程中獲得。

橡膠塑煉工藝

　　生膠在塑煉前通常需進行烘膠、切膠、選膠和破膠等處理。烘膠是為了使生膠硬度降低以便切膠，同時還能解除結晶。烘膠要求溫度不高，但時間長，故需注意不致影響橡膠的物理機械性能;例如天然膠烘膠溫度一般為50~60℃，時間則需長達數十小時。生膠自烘房中取出後即切成10~20公斤左右的大塊，人工選除其雜質後再用破膠機破膠以便塑煉。

　　按塑煉所用的設備類型，塑煉可大致分為三種方法。

　　開煉機塑煉

　　其優點是塑煉膠料質量好，收縮小，但生產效率低，勞動強度大。此法適宜於膠料變化多和耗膠量少的工廠。

　　開煉鋼機塑煉屬於低溫塑煉。因此，降低橡膠溫度以增大作用力是開煉機塑煉的關鍵。與溫度和機械作用有關的設備特性和工藝條件都是影響塑煉效果的重要因素。

　　為了降低膠溫，開煉鋼機的輥筒需進行有效的冷卻，因此輥筒設有帶孔眼的水管，直接向輥筒表面噴水冷卻以降低輥筒需進行有效的冷卻，這樣可以滿足各種膠料塑煉時對輥溫的基本要求。此外，采用冷卻膠片的方法也是有效的，例如使塑煉形成的膠片通過一較長的運輸帶(或導輥)經空氣自然冷卻後再返回輥上，以及薄通塑煉(縮小輥距，使膠片變薄，以利於冷卻)皆可。分段塑煉的目的也是為了降低膠溫，其操作是將全塑煉過程分成若幹段，來完成，每段塑煉後生膠需充分停放冷卻。塑煉一般分為2~3段，每段停放冷卻4~8小時。膠溫隨塑煉時間的延長而增高，若不能及時冷卻，則生膠可塑性僅在塑煉初期顯著提高，隨後則變化很少，這種現象是由於 生膠溫度升高而軟化，分子易滑動和機械降解效率降低所致。膠溫高還會產生假可塑性，一旦停放冷卻後，可塑性又降低。兩個輥筒的速比愈大則剪切作用愈強;因此，塑煉效果愈好。縮小輥間距也可以增大機械剪切作用，提高塑煉效果。

橡膠加工工藝

　　橡膠受外力作用產生變形，當外力消除後橡膠仍能保持其形變的能力叫做可塑性。增加橡膠可塑性工藝過程稱為塑煉。橡膠有可塑性才能在混煉時與各種配合劑均勻混合;在壓延加工時易於滲入紡織物中;在壓出、注壓時具有較好的流動性。此外，塑煉還能使橡膠的性質均勻，便於控制生產過程。但是，過渡塑煉會降低硫化膠的強度、彈性、耐磨等性能，因此塑煉操作需嚴加控制。

　　橡膠可塑度通常以威廉氏可塑度、門尼粘度和德弗硬度等表示。

　　塑煉機理

　　橡膠經塑煉以增加其可塑性，其實質乃是使橡膠分子鏈斷裂 ,降低大分子長度。斷裂 作用既可發生於大分子主鏈，又可發生於側鏈。由於橡膠在塑煉時，遭受到氧、電、熱、機械力和增塑劑等因素的作用，所以塑煉機理與這些因素密切相關，其中起重要作用的則是氧和機械力，而且兩者相輔相成。通常可將塑煉區分為低溫塑煉和高溫塑煉，前者以機械降解作用為主，氧起到穩定遊離基的作用;後者以自動氧化降解作用為主，機械作用可強化橡膠與氧的接觸。

　　塑煉時，輥筒對生膠的機械作用力很大，並迫使橡膠分子鏈斷裂，這種斷裂大多發生在大分子的中間部分。

　　塑煉時，分子鏈愈長愈容易切斷。順丁膠等之所以難以機械斷鏈，重要原因之一就是因為生膠中缺乏較高的分子量級分。當加入高分子量級分後，低溫塑煉時就能獲得顯著的效果。

　　氧是塑煉中不可缺少的因素，缺氧時，就無法獲得預期的效果。生膠塑煉過塑煉時，設備與橡膠之間的摩擦顯然使得膠溫升高。熱對塑煉效果極為重要，而且在不同溫度范圍內的影響也不同。由於低溫塑煉時，主要依靠機械力使分子鏈斷裂，所以在像章區域內(天然膠低於110℃)隨溫度升高，生膠粘度下降，塑煉時受到的作用力較小，以致塑煉效果反而下降。相反，高溫塑煉時，主要是氧化裂解反應起主導作用，因而塑煉效果在高溫區(天然膠高於110℃)將隨溫度的升高而增大，所以溫度對塑煉起著促進作用。各種橡膠由於特性不同，對應於最低塑煉效果的溫度范圍也不一樣，但溫度對塑煉效果影響的曲線形狀是相似的。由前已知，不論低溫塑煉還是高溫塑煉，使用化學增塑劑皆能提高塑煉效果。接受劑型增塑劑，如苯醌和偶氮苯等，它們在低溫塑煉時起遊離基接受劑作用，能使斷鏈的橡膠分子遊離基穩定，進而生成較短的分子;引發劑型增塑劑，如過氧化二苯甲酰和偶氮二異丁腈等，它們在高溫下分解成極不穩定的遊離基，再引發橡膠分子生成大分子遊離基，並進而氧化斷裂。此外，如硫醇類及二鄰苯甲酰胺基苯基二硫化物類物質，它們既能使橡膠分子遊離基穩定，又能在高溫下引發橡膠形成遊離基加速自動氧化斷裂，所以，這類化學增塑劑稱為混合型增塑劑或鏈轉移型增塑劑。

橡膠壓延工藝

　　壓延是將混煉膠在壓延機上制成膠片或與骨架材料制成膠布半成品的工藝過程，橡膠它包括壓片、貼合、壓型和紡織物掛膠等作業。

　　壓延工藝的主要設備是壓延機，壓延機一般由工作輥筒、機架、機座、傳動裝置、調速和調距裝置、輥筒加熱和冷卻裝置、潤滑系統和緊急停車裝置。壓延 機的種類很多，工作輥筒有兩個、三個、四個不等，排列形式兩輥有立式和臥式;三輥有直立式、Γ型和三角形;四輥有Γ型、L型、Z型和S型等多種。按工藝用 途來分主要有壓片壓延機(用於壓延膠片或紡織物貼膠，大多數三輥或四輥，各輥塑度不同)、擦膠壓延機(用於紡織物的擦膠，三輥，各輥有一定得速比，中輥速 度大。借助速比擦入紡織物中)、通用壓延機(又稱萬能壓延機，兼有壓片和擦膠功能、三輥或四輥，可調速比)、壓型壓延機、貼合壓延機和鋼絲壓延機。

　　壓延過程一般包括以下工序：混煉膠的預熱和供膠;紡織物的導開和幹燥(有時還有浸膠)

　　膠料在四輥或三輥壓延機上的壓片或在紡織物上掛膠依機壓延半成品的冷卻、卷取、截斷、放置等。

　　在進行壓延前，需要對膠料和紡織物進行預加工，膠料進入壓延機之前，需要先將其在熱煉機上翻煉，這一工藝為熱煉或稱預熱，其目的是提高膠料的混煉 均勻性，進一步增加可塑性，提高溫度，增大可塑性。為了提高膠料和紡織物的粘合性能，保證壓延質量，需要對織物進行烘幹，含水率控制在1-2%，含水量 低，織物變硬，壓延中易損壞，含水量高，粘附力差。

　　幾種常見的橡膠的壓延性能 天然橡膠熱塑形大，收縮率小，壓延容易，易粘附熱輥，應控制各輥溫差，以便膠片順利轉移;丁苯橡膠熱塑性小，收縮率大，因此用於壓延的膠料要充分塑煉。由 於丁苯橡膠對壓延的熱敏性很顯著，壓延溫度應低於天然橡膠，各輥溫差有高到低;氯丁橡膠在75-95℃易粘輥，難於壓延，應使用低溫法或高溫法，壓延要迅 速冷卻，摻有石蠟、硬酯酸可以減少粘輥現象;乙丙橡膠壓延性能良好，可以在廣泛的溫度范圍內連續操作，溫度過低時膠料收縮性大，易產生氣泡;丁腈橡膠熱塑 性小，收縮性大，在膠料種加入填充劑或軟化劑可減少收縮率，當填充劑重量占生膠重量的50%以上時，才能得到表面光滑的膠片，丁腈橡膠粘性小易粘冷輥。

　　壓出工藝

　　壓出工藝是通過壓出機機筒筒壁和螺杆件的作用，使膠料達到擠壓和初步造型的目的，壓出工藝也成為擠出工藝。

　　壓出工藝的主要設備是壓出機。

　　幾種橡膠的壓出特性：天然橡膠壓出速度快，半成品收縮率小。機身溫度50-60℃，機頭70-80℃，口型80-90℃;丁苯橡膠壓出速度慢，壓 縮變形大，表面粗糙，機身溫度50-70℃，機頭溫度70-80℃，口型溫度100-105℃;氯丁橡膠壓出前不用充分熱煉，機身溫度50℃，機頭℃，口 型70℃;乙丙橡膠壓出速度快、收縮率小，機身溫度60-70℃，機頭溫度80-130℃，口型90-140℃。丁腈橡膠壓出性能差，壓出時應充分熱煉。 機身溫度50-60℃，機頭溫度70-80℃。

橡膠混煉工藝

　　混煉是指在煉膠機上將各種配合劑均勻的混到生膠種的過程。橡膠混煉的質量是對膠料的進一步加工和成品的質量有著決定性的影響，即使配方很好的膠料，如 果混煉不好，也就會出現配合劑分散不均，膠料可塑度過高或過低，易焦燒、噴霜等，使壓延、壓出、塗膠和硫化等工藝不能正常進行，而且還會導致制品性能下 降。

　　混煉方法通常分為開煉機混煉和密煉機混煉兩種。這兩種方法都是間歇式混煉，這是目前最廣泛的方法。

　　開煉機的混合過程分為三個階段，即包輥(加入生膠的軟化階段)、吃粉(加入粉劑的混合階段)和翻煉(吃粉後使生膠和配合劑均達到均勻分散的階段)。

　　開煉機混膠依膠料種類、用途、性能要求不同，工藝條件也不同。混煉中要注意加膠量、加料順序、輥距、輥溫、混煉時間、輥筒的轉速和速比等各種因素。既不能混煉不足，又不能過煉。

　　密煉機混煉分為三個階段，即濕潤、分散和涅煉、密煉機混煉石在高溫加壓下進行的。操作方法一般分為一段混煉法和兩段混煉法。

　　一段混煉法是指經密煉機一次完成混煉，然後壓片得混煉膠的方法。他適用於全天然橡膠或摻有合成橡膠不超過50%的膠料，在一段混煉操作中，常采用 分批逐步加料法，為使膠料不至於劇烈升高，一般采用慢速密煉機，也可以采用雙速密煉機，加入硫磺時的溫度必須低於100℃。其加料順序為生膠—小料—補強 劑—填充劑—油類軟化劑—排料—冷卻—加硫磺及超促進劑。

　　兩段混煉法是指兩次通過密煉機混煉壓片制成混煉膠的方法。這種方法適用於合成橡膠含量超過50%得膠料，可以避免一段混煉法過程中混煉時間長、膠 料溫度高的缺點。第一階段混煉與一段混煉法一樣，只是不加硫化和活性大的促進劑，一段混煉完後下片冷卻，停放一定的時間，然後再進行第二段混煉。混煉均勻 後排料到壓片機上再加硫化劑，翻煉後下片。分段混煉法每次煉膠時間較短，混煉溫度較低，配合劑分散更均勻，膠料質量高。

橡膠塑煉工藝

　　生膠塑煉是通過機械應力、熱、氧或加入某些化學試劑等方法，使生膠由強韌的彈性狀態轉變為柔軟、便於加工的塑性狀態的過程。

　　生膠塑煉的目的是降低它的彈性，增加可塑性，並獲得適當的流動性，以滿足混煉、亞衍、壓出、成型、硫化以及膠漿制造、海綿膠制造等各種加工工藝過程的要求。

　　掌握好適當的塑煉可塑度，對橡膠制品的加工和成品質量是至關重要的。在滿足加工工藝要求的前提下應盡可能降低可塑度。隨著恒粘度橡膠、低粘度橡膠的出現，有的橡膠已經不需要塑煉而直接進行混煉。

　　在橡膠工業中，最常用的塑煉方法有機械塑煉法和化學塑煉法。機械塑煉法所用的主要設備是開放式煉膠機、密閉式煉膠機和螺杆塑煉機。化學塑煉法是在機械塑煉過程中加入化學藥品來提高塑煉效果的方法。

　　開煉機塑煉時溫度一般在80℃以下，屬於低溫機械混煉方法。密煉機和螺杆混煉機的排膠溫度在120℃以上，甚至高達160-180℃，屬於高溫機械混煉。

　　生膠在混煉之前需要預先經過烘膠、切膠、選膠和破膠等處理才能塑煉。

　　幾種膠的塑煉特性：

　　天然橡膠用開煉機塑煉時，輥筒溫度為30-40℃，時間約為15-20min;采用密煉機塑煉當溫度達到120℃以上時，時間約為3-5min。

　　丁苯橡膠的門尼粘度多在35-60之間，因此，丁苯橡膠也可不用塑煉，但是經過塑煉後可以提高配合機的分散性

　　順丁橡膠具有冷流性，缺乏塑煉效果。順丁膠的門尼粘度較低，可不用塑煉。

　　氯丁橡膠得塑性大，塑煉前可薄通3-5次，薄通溫度在30-40℃。

　　乙丙橡膠的分子主鏈是飽和結構，塑煉難以引起分子的裂解，因此要選擇門尼粘度低的品種而不用塑煉。

　　丁腈橡膠可塑度小，韌性大，塑煉時生熱大。開煉時要采用低溫40℃以下、小輥距、低容量以及分段塑煉，這樣可以收到較好的效果。