洪桂香(湖北武漢市神風化工材料公司， 武漢430055)

摘要：闡述幾種典型橡膠的混煉工藝特點， 包括天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠和丙烯酸酯橡膠。

關鍵詞：混煉; 混煉膠; 工藝過程; 述評

文章編號：1673-9647 (2014) 11-0017-05 中圖分類號：TQ330.1+1 文獻標識碼：A

橡膠的混煉就是將各種配合劑借助煉膠機機械力的作用， 將各種配合劑均勻地分散在橡膠中，以形成一個以橡膠為介質(zhì)或者以橡膠與某些能和它相容的配合組分(配合劑、其它聚合物) 的混合物為介質(zhì)， 以與橡膠不相容的配合劑(如粉體填料、氧化鋅、顏料等) 為分散相的多相膠體分散體系的過程。對混煉工藝的具體技術要求是：配合劑分散均勻， 使配合劑特別是炭黑等補強性配合劑達到最好的分散度， 以保證膠料性能一致?；鞜捄蟮玫降哪z料稱為“混煉膠”， 其質(zhì)量對進一步加工和制品質(zhì)量有重要影響。

1· 天然橡膠的混煉

天然橡膠是生膠塑煉的主要膠種， 用開煉機和密煉機進行塑煉均能獲得良好效果。用開煉機塑煉時， 通常采用低溫(40～50 ℃) 薄通(輥距0.5～1 mm) 塑煉法和分段塑煉法效果最好。用密煉機塑煉時， 溫度宜在155 ℃以下， 時間約在13 min左右。塑煉時間增加， 塑煉膠的可塑性隨之增大。但不要過煉， 否則可塑性變得過高而使物理機械性能下降。

天然橡膠塑煉時常加入促進劑M 作塑解劑，來提高塑煉效果。促進劑M 對開煉機塑煉和密煉機塑煉都適用。天然橡膠塑煉后， 為使橡膠分子鏈得到松弛(俗稱恢復疲勞) 和可塑性均勻， 需停放一定時間(4～8 h)， 才能供下道工序使用。目前國內(nèi)使用的天然橡膠主要品種有： 國產(chǎn)煙片膠和標準膠， 進口煙片膠和馬來西亞標準膠等。

由于上述膠種的初始門尼粘度不同， 欲獲得相同的可塑性， 所需的塑煉時間當然不同。其塑煉時間按長短排列的順序為： 進口煙片膠>國產(chǎn)煙片膠>國產(chǎn)標準膠>馬來西亞標準膠。恒粘和低粘標準馬來西亞橡膠、充油天然橡膠、輪胎橡膠、易操作橡膠的初始門尼粘度較低(一般小于65)，可不經(jīng)塑煉直接混煉。

天然混煉膠(NR) 具有綜合性好的物理機械性能， 在常溫下具有很高的彈性， 彈回率可達50%～85%以上。天然膠還具有較高的機械強度，很好的耐屈撓疲勞性能， 滯后損失小， 多次變形下生熱量低， 撕裂強度高， 耐磨性和耐寒性良好，以及良好的氣密性、防水性、電絕緣性和絕熱性。天然膠的耐堿性好， 對一般酸的抗耐性也較好，但不耐濃強酸， 并且天然膠還有很好的工藝加工性能。天然橡膠具有良好有混煉性能， 包輥性良好， 生膠強力和初粘性較高， 塑性、并用性及對配合劑的浸潤性都較好， 膠料的塑性增加速度快而且生熱量低。因此， 對配合劑的濕潤性好， 吃粉快， 分散也比較容易; 混煉時間短， 混煉操作工藝易于掌握。但天然膠對混煉時間較敏感， 混煉時間過短， 混煉膠表面會呈現(xiàn)顆粒狀， 造成壓延擠出困難; 混煉時間過長， 又會導致過煉。開煉機混煉， 輥溫在45～55 ℃之間， 前輥比后輥高5 ℃。密煉機混煉多采用一段混煉法， 排膠溫度在120 ℃以下。

　　2 ·丁苯橡膠的混煉

丁苯橡膠(SBR) 又稱聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理機構性能， 加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠， 有些性能如耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度較天然橡膠更為優(yōu)良， 可與天然橡膠及多種合成橡膠并用。

丁苯橡膠在混煉時配合劑分散困難， 電能消耗大， 生熱大， 膠料質(zhì)量受溫度的影響較大， 所以在制造丁苯橡膠膠料時， 應針對其特點而規(guī)定混煉條件。在開煉機混煉時， 較適宜的方法是將配方中的炭黑制成母煉膠直接加入， 摻用丁苯橡膠的膠料， 在未加配合劑以前， 要求丁苯橡膠和天然橡膠先混合均勻后再加入。由于丁苯橡膠對配合劑的濕潤性比天然橡膠差， 故混煉時間較天然橡膠延長。以22 in (55.9 cm) 開煉機混煉胎面膠為例， 若采用炭黑母煉膠， 混煉時間為25～30 min。不采用炭黑母煉膠， 其混煉時間可適當延長。輥溫不宜過高， 一般前輥55 ℃以下， 后輥50 ℃以下為宜。膠料溫度在55～60 ℃左右。容量的選擇視丁苯橡膠的摻用量而定， 摻30%的丁苯橡膠，其容量與天然橡膠相同; 摻50%的丁苯橡膠， 其容量可適當減少。

丁苯橡膠混煉時生熱大， 升溫快， 因此混煉溫度應比天然橡膠適當?shù)托?。配合劑在丁苯橡膠中較難混合分散， 故混煉時間要比天然橡膠長。用開煉機混煉包輥性較好， 但易包冷輥， 因此前輥溫度應比后輥溫度低5～10 ℃。需增加薄通次數(shù)和進行補充加工， 以利配合劑的均勻分散， 用密煉機混煉應采用兩段混煉， 容量應小些?；鞜挄r間過長， 可塑度變化不大， 但會產(chǎn)生凝膠， 影響物理機械性能。排膠溫度要低于130 ℃。

　　3· 順丁橡膠的混煉

順丁橡膠內(nèi)聚強度低， 粘附性自粘性較弱，在混煉過程中， 生膠呈破碎狀， 配合劑分散不良，易發(fā)生脫輥。順丁膠在開煉機上混煉不易壓合成片， 且容易脫輥， 故宜采用小輥矩、低輥溫(40～50 ℃) 混煉。為使配合劑均勻分散， 需進行補充加工， 用密煉機混煉時， 容量可增加10%， 混煉溫度也可稍高， 以利于配合劑分散， 排膠溫度一般在130～140 ℃， 采用兩段混煉有利于分散均勻， 也可采用逆混法混煉。這樣能節(jié)省40%的煉膠時間。炭黑含量大或采用高結構細粒子炭黑時， 必須采用兩段混煉才能分散均勻， 也可采用逆混法混煉。

順丁橡膠的工藝性能與其它合成橡膠有很大區(qū)別， 在一般加工溫度范圍內(nèi)(50～140 ℃) 基本上不產(chǎn)生力化學降解和熱氧化降解， 與炭黑混合時會形成堅硬的結構， 生膠及膠料內(nèi)聚強度低，粘附性和自粘性較弱， 在混煉過程中生膠呈破碎狀， 配合劑分散不良易發(fā)生脫輥， 所以一般需與天然橡膠和丁苯橡膠等并用。順丁橡膠品種不同，混煉特性也不同， 高順式類型的混煉特性較好，包括有較好的包輥性和分散性， 開煉時的輥溫宜低于天然橡膠， 以40～50 ℃較為理想。中順式要求溫度更低一些。低順式順丁橡膠因無法結晶故加工性能較好。順丁橡膠的硫磺用量要低于其它二烯類橡膠。這是因為硫磺在順丁橡膠中的遷移較快， 易產(chǎn)生噴霜現(xiàn)象。順丁橡膠應以兩段混煉法為主。采用兩段混煉， 能明顯改善膠料工藝性能和硫化膠的物理機械性能。采用一段混煉時，輸送帶覆蓋膠可塑度為0.33; 采用兩段混煉時為0.38， 當可塑度為0.2～0.25 時就會產(chǎn)生脫輥現(xiàn)象。用兩段法制備的膠料， 其硫化膠拉伸強度也有所提高。軟化劑應在炭黑分散后加入， 這樣能提高硫化膠的拉伸強度和定伸應力。在密煉機中先將順丁橡膠與丁苯橡膠混合， 然后加入其它配合劑，并不能明顯改善膠料和硫化膠性能。若將生膠和炭黑同時兌入， 然后加軟化劑， 則可提高定伸應力和拉伸強度。

　　4 ·丁基橡膠的混煉

丁基橡膠在生產(chǎn)中進行混煉時， 一般都采用引料法(即待引膠料包輥之后再加入生橡膠和配合劑) 和薄通法(即將配方中的一半生橡膠用冷輥及小輥距反復薄通， 待其包輥后再加入另一半生橡膠)。混煉膠的溫度一般控制在40～60 ℃ (前輥溫度應比后輥溫度低10～15 ℃); 速比不宜超過1∶1.25， 否則空氣易于卷入膠料中引起制品起泡。配合劑應分批少量加入， 在配合劑完全吃凈混入之后才能切割。丁基橡膠采用密煉機混煉時， 可采用一段混煉和二段混煉以及逆混法。裝膠容量可比天然橡膠稍大一些(大5%～10%); 混煉過程中， 盡可能在初期就加入補強填充劑， 以產(chǎn)生最大的剪切力和較好的混煉效果; 混煉時間比天然橡膠長30%～50%; 混煉的溫度通常控制在： 一段混煉排膠溫度121 ℃以下， 二段混煉排膠溫度為155 ℃左右。高填充膠料在密煉機混煉時易出現(xiàn)壓散現(xiàn)象， 即粒化現(xiàn)象。其處理方法是增大裝膠容量或者采用逆混法。為了改善丁基橡膠的混煉效果， 提高結合橡膠的比例， 可對混煉膠膠料進行“熱處理”， 即將“熱處理” 劑(如對二亞硝基苯) 1.0～1.5 份加入丁基橡膠之中， 并使之均勻，然后在高溫下進行處理。丁基橡膠的混煉膠的“熱處理” 分為動態(tài)和靜態(tài)兩種， 前者是在密煉機上與第一段混煉同時進行， 工藝溫度為120～200 ℃;后者是直接置于蒸汽或熱空氣中2～4 h。

丁基橡膠的內(nèi)聚強度低， 自粘性差， 包輥性差。另外， 其飽和度高， 與其它橡膠在工藝上不相容， 在沒有專用混煉設備時混煉加工前后必須徹底清洗機臺， 以免混入其它生膠， 影響膠料質(zhì)量。丁基橡膠混煉時， 配合劑分散困難。開煉機混煉時， 采用引料法(即待引料膠包輥后再加生膠和配合劑) 或薄法， 將配方中一半生膠以小輥矩反復薄通， 待包輥后再加入另一半。用密煉機混煉時， 裝膠容量比天然橡膠大10%～20%， 混煉溫度在150 ℃為好， 當填料多時也可采用兩段混煉法和逆混煉法。丁基橡膠易包冷輥， 因此后輥溫度比前輥應高10 ℃左右。丁基橡膠的冷流性較大， 配合劑分散困難， 不易包輥， 橡膠制品在開煉機混煉時可用引料法(即從前次煉好的同樣膠料上取一小塊包于輥筒上， 然后加入丁基橡膠和配合劑) 或用薄通法(即將配方中一半生膠以小輥距反復薄通， 待包輥后再加入另一半)。

5 ·氯丁橡膠的混煉

氯丁橡膠均以乳液聚合法生產(chǎn)， 生產(chǎn)工藝流程多為單釜間歇聚合。聚合溫度多控制在40～60 ℃，轉化率則在90%左右。聚合溫度、最終轉化率過高或聚合過程中進入空氣均會導致產(chǎn)品質(zhì)量下降。生產(chǎn)中用硫磺-秋蘭姆(四烷基甲氨基硫羰二硫化物) 體系調(diào)節(jié)相對分子質(zhì)量。硫磺-秋蘭姆體系的主要缺點在于硫鍵不夠穩(wěn)定， 這是影響貯存性的重要原因之一。若用硫醇調(diào)節(jié)相對分子質(zhì)量則可改善此種性能。氯丁橡膠與一般合成橡膠不同，它不用硫磺硫化， 而是用氧化鋅、氧化鎂等硫化。

氯丁橡膠的加工性能取決于未硫化膠的粘彈行為， 而其粘彈行為與氯丁膠的品種及溫度有關。由于混煉一般是在彈性狀態(tài)下進行， 以利用膠料彈性態(tài)的剪切力作用使填料分散良好。因此氯丁膠混煉時為避免高溫的影響， 應盡早加入填料，以便在彈性態(tài)下達到一定程度的混入。用開煉機混煉時， G 型氯丁橡膠對溫度變化敏感， 輥溫超過70 ℃時便嚴重粘輥， 并呈粘流態(tài)， 配合劑不易分散。用密煉機混煉時其容量要適當縮小， 一般填充系數(shù)以0.6 為宜， 一般分兩段混煉， 以盡量降低混煉溫度。排膠溫度要低于100 ℃。

氯丁橡膠在使用開煉機混煉時的缺點是生熱大， 比較容易粘輥， 易焦燒， 配合劑分散較慢，因此混煉溫度不宜過高， 容量宜小， 輥筒速比也不宜大。由于對溫度的敏感性強， 通用型氯丁橡膠在常溫到71 ℃時， 便呈現(xiàn)粒狀態(tài)， 此時生膠內(nèi)聚力減弱， 不僅嚴重粘輥， 配合劑分散也會很困難。非硫調(diào)節(jié)型氯丁橡膠的彈性狀態(tài)溫度在79 ℃以下， 所以混煉工藝性能比硫磺調(diào)節(jié)型好， 粘輥傾向和焦燒傾向較小。用開煉機混煉時， 為避免粘輥， 輥溫一般控制在40～50 ℃以下(前輥比后輥溫度低5～10 ℃)， 并且在生膠捏煉時， 輥距要逐漸由大到小調(diào)節(jié)?；鞜挄r先加入吸酸劑氧化鎂，以防焦燒， 最后加入氧化鋅。為了減少混煉生熱，炭黑和液體軟化劑可分批次交替加入。硬脂酸和石蠟等操作助劑可分散的逐漸加入， 這樣既可幫助分散， 又可防止粘輥。硫磺調(diào)節(jié)型氯丁橡膠在開煉機的混煉時間一般比天然橡膠長30%~50%，非硫磺調(diào)節(jié)型混煉時間可比硫磺調(diào)節(jié)型短20%左右。為了避免氯丁橡膠在開煉機混煉時的升溫過快， 速比小于1∶1.2 以下， 冷卻效果會好些。減少煉膠容量也是保障操作安全， 分散良好的辦法。目前， 國內(nèi)硫磺調(diào)節(jié)型氯丁橡膠的煉膠容量比天然橡膠應少20%～30%， 方可正常操作。由于氯丁橡膠易焦燒， 故在使用密煉機混煉時通常采用二段混煉法?；鞜挏囟葢^低(排料溫度一般控制在100 ℃以下)， 裝膠容量比天然橡膠低(容量系數(shù)一般取0.50～0.55)， 氧化鋅在第二段混煉時的壓片機上加入。針對氯丁橡膠混煉易焦燒難分散的問題， 利拿密煉機采用國內(nèi)最先進的四菱雙轉子同向運轉， 結合密煉機上頂栓呈“X” 曲線運動， 分散效果好， 時間短， 可有效降低氯丁橡膠在混煉加工時的焦燒現(xiàn)象。

　　6 ·乙丙橡膠的混煉

乙丙橡膠也可用普通煉膠設備加工， 但因乙丙橡膠塑煉效果特別差， 缺乏粘性， 橡膠不易包輥， 一般先采用窄輥距， 待形成連續(xù)片狀后再放寬輥距進行混煉加工。輥溫為前輥50～60 ℃， 后輥60～70 ℃為宜。三元乙丙橡膠的加料順序一般為： 生膠包輥—1 / 2 炭黑—1 / 2 炭黑—硬脂酸—氧化鋅(或氧化鎂) —促進劑—交聯(lián)劑—薄通、下片。乙丙橡膠混煉時不易發(fā)生過煉， 配合劑分散均勻， 但自粘性差。乙丙橡膠用開煉機混煉， 一般先采用小輥矩使其連續(xù)包輥后， 再逐步放寬輥矩，加入配合劑， 輥溫在60～70 ℃之間。采用密煉機混煉宜采用高溫， 混煉溫度在150～160 ℃有助于填充劑和軟化劑的分散及力學性能的提高。裝膠容量可比其它膠料高10%～15%。

7 ·丁腈橡膠的混煉

丁腈橡膠混煉工藝性能差， 混煉時發(fā)熱量大，易脫輥， 對粉狀配合劑的濕潤能力差， 配合劑難于分散。炭黑用量大時， 會使膠料升溫快而易于焦燒。丁腈橡膠在開煉機上混煉時， 應采用低溫、小容量、小輥距慢加料的操作方法， 以促進配合劑的均勻分散。若用密煉機混煉， 應加強混煉室冷卻， 炭黑和酯類軟化劑要分批交替加入， 排膠溫度不得高于130 ℃。硫磺在丁腈膠中的溶解度比較低， 混合分散困難， 應在混煉開始時加入。丁腈橡膠中丙烯腈含量有42%～46%、36%～41%、31%～35%、25%～30%、18%～24%等5 種。丙烯腈含量越多， 耐油性越好， 但耐寒性則相應下降。

　　8· 硅橡膠的混煉

硅橡膠分熱硫化型( 高溫硫化硅膠HTV) 、室溫硫化型(RTV)， 其中室溫硫化型又分縮聚反應型和加成反應型。

硅橡膠不經(jīng)塑煉即可混煉， 一般均采用開煉機操作?；鞜捴幸３值洼仠?不超過50 ℃)，短時間。生膠加入時先包前(慢) 輥， 混煉吃粉時轉包后輥， 所以宜兩面操作。包輥后即可加入配合劑， 待混合均勻， 膠料全部包輥及表面光滑即可。硅橡膠質(zhì)地柔軟， 混煉切割時要用膩子刀?；鞜捄蟮哪z料要經(jīng)過一定時間(>24 h) 停放， 以利于配合劑分散， 使用前必須經(jīng)過回煉?；鞜捘z宜隨煉隨用， 時間過久， 硫化膠性能會降低。

　　9· 氟橡膠的混煉

氟橡膠門尼粘度高、剛性大， 磨擦生熱大，一般混煉加工比較困難。開煉機混煉氟橡膠時，要小輥距， 少容量， 輥溫控制在50～60 ℃?；鞜掗_始， 先使輥筒冷卻， 加入生膠薄通10 次左右，形成均勻的包輥膠， 調(diào)節(jié)輥矩保持少量堆積膠，然后加入配合劑， 混煉時間通常不做嚴格規(guī)定，但要求盡可能快速。氟橡膠較難采用密煉機混煉，但嚙合型密煉機冷卻系統(tǒng)較強， 可以混煉氟橡膠?；鞜挼哪z料要應停放24 h 后才能使用， 使用前必須經(jīng)過回煉， 使配合劑分散均勻， 提高膠料的流動性和自粘性。

10 ·丙烯酸酯橡膠的混煉

聚丙烯酸脂橡膠門尼粘度較低， 可不塑煉直接進行混煉。開煉機混煉時易粘輥， 同時包前后輥造成操作困難。因此， 輥溫較低(30～50 ℃)有利防粘輥， 也有利配合劑分散。因該膠包快速輥或高溫輥， 故前輥溫度高些。輥距在2～3 mm左右， 薄通1～2 次， 加配合劑， 混煉中配合劑分散良好。密煉機混煉時無粘輥之虞， 且能縮短混煉周期， 但宜采低速混煉。

ACM 膠料不需塑煉， 直接進行混煉?；鞜挄r有可能粘輥或脫輥。應避免輥溫過高， 可開足冷卻水。裝膠量不可過高， 為額定量的一半左右較合適。把輥距打到最小位置， 把硬脂酸壓在輥筒上， 然后調(diào)到正常煉膠輥距。加入生膠， 包輥并保持適當積膠; 加入防老劑等小料; 加入炭黑等填料， 把落入接料盤的填料等重新加到輥筒上，直到完全混入膠中。填料加完后， 可把膠割下翻煉， 打包卷。如果粘輥不好割下， 可停車割下，以后就不會粘輥了。膠料割下后薄通5～10 次， 盡量混合均勻。薄通完成后， 如果輥溫和膠溫都不太高， 把輥距調(diào)到合適位置， 使輥筒上有適量積膠， 再加入硫化劑。硫化劑加完后， 薄通打包，盡量混合均勻。加硫化劑時， 如果輥溫過高， 膠料易焦燒(提前自硫化)。但如果輥溫過低， 又不利于硫化劑硬脂酸鈉、鉀等融化分散。一般控制溫度在40～70 ℃左右為宜。加入硫化劑混合均勻后，出片冷卻。混煉膠存放1～24 h 后， 返煉一次， 即可使用。加有硬脂酸鈉、鉀的膠料存放期可在一個月左右。而加有硬脂酸鈉、鉀又加有0.5 份3 號硫化劑的膠料在3 天內(nèi)用完為宜， 否則可能焦燒。膠料在硫化時裝模要快， 以防膠料在高溫模具中提前硫化， 造成缺膠或產(chǎn)生氣泡、裂口。特別是組合模操作更應注意。裝模完成后， 加壓時可慢些， 以防加壓太快膠料未充滿模腔而被壓出模外造成缺膠。加壓后快速排氣1～2 次。膠料在混煉時， 儲存時或硫化操作時如果發(fā)生焦燒現(xiàn)象， 會使硫化膠在搭頭部分產(chǎn)生裂口， 或在膠中間留下較大氣泡， 嚴重時會在膠面出現(xiàn)流痕， 表面粗糙不平， 還會影響骨架粘結。用硅烷偶聯(lián)劑處理白炭黑時， 可在混煉時加完白炭后再加硅烷， 也可把硅烷加入白炭中后再混煉。

　　11· 結束語

只要更多了解常用典型橡膠的獨特性能， 充分利用其混煉的工藝特點， 更好地解決廢橡膠的回收再生利用問題， 降低橡膠的生膠價格， 典型橡膠應用領域和需求量將會取得更大的發(fā)展。