控制橡胶的塑炼过程：开炼机与密炼机

3.1.1 实验目的

（1）掌握橡胶塑炼的基本原理。

（2）了解橡胶塑炼加工的全过程。

（3）了解橡胶塑炼所用的主要机械设备（如开炼机）的基本结构，掌握这些设备的操作方法。

3.1.2 实验原理

生胶是线型高分子化合物，在常温下大多数处于高弹态。而橡胶加工工艺对生胶可塑度具有一定的要求，橡胶的塑炼即是实现其由高弹态变为具有一定可塑度的一个重要手段，塑炼可通过机械或化学的方法进行，其中机械塑炼法应用最为广泛。通过塑炼，橡胶大分子长链断裂变成较短的分子链，分子量分布趋向均匀化，生胶的粘度降低，从而去除或减小了生胶的高弹性，使之由原来的强韧的高弹性状态转变为柔软而富有可塑性的状态，获得适当的流动性，以满足后续橡胶混炼和成型加工的需要。塑炼胶的可塑性既对橡胶的加工工艺十分重要，同时更是直接影响到橡胶制品的性能。一般而言，涂胶、浸胶、刮胶、擦胶和制造海绵用的胶料可塑性宜高些；模压用的胶料可塑性宜低些；供压出用的胶料，则介于两者之间。通过塑炼，可使橡胶的性质更加均匀，便于生产过程的控制。但橡胶的塑炼程度应严加控制，因为过度的塑炼反而会使硫化胶的机械强度降低，永久变形增大，耐磨耗和耐老化性能都降低。

影响橡胶塑炼效果的因素有多种，既和氧、电、热、机械力以及增塑剂等因素有关，同时还受装胶容量、辊筒间距、辊筒转速与速比、辊筒温度、塑炼时间等因素影响。

对生胶进行塑炼的设备主要包括开炼机和密炼机两种。

开炼机又称为开放式炼胶机或开放式炼塑机，在塑料制品单位，人们又都习惯称它为两辊机。它的主要工作部分是两个以不同线速度相对旋转的中空辊筒或钻孔辊筒（其结构如图1所示），在操作者一面的称作前辊，可通过手动或电动做水平前后移动，借以调节辊距，适应操作要求；后辊则是固定的，不能做前后移动。前、后辊筒的大小一般相同。

塑炼时，胶料堆放在辊筒上方，由于胶料与辊筒表面之间的摩擦和粘附作用，以及胶料之间的粘接作用，当辊筒旋转时，胶料便会随着辊筒的转动而被卷入两辊间隙中。这时，由于两个辊筒表面的线速度不同，在辊隙内的物料就会受到强烈的挤压与剪切作用发生分子链断裂，降低了大分子的长度，从而完成塑炼过程（如图2所示）。

图1 开炼机的结构示意图

图2 开炼机塑炼示意图

由于橡胶在塑炼时会发热，而塑炼效果与塑炼时的温度又密切相关，因此通常的开放式炼胶机的辊筒是空心的，可以通入冷却水以降低辊筒温度，这样可以满足各种胶料对塑炼温度的要求。炼胶机的两个辊筒的速比愈大，则剪切作用愈强，塑炼效果愈好。但是，随着速比的增大，生胶升温加速，电力消耗将增大，所以速比通常取值为1∶1.25～1∶1.27。而缩小辊间距也可增大机械剪切作用，提高塑炼效果。生胶通过两辊筒后的厚度b总是大于辊距e的，其比值b/e称为超前系数。超前系数愈大，说明生胶在两辊筒间所受的剪切力愈大，可塑性增长也愈快。对于开炼机，超前系数多在2～4范围内。

开炼机的发展已有100多年的历史。一方面，它具有结构简单、制造比较容易、操作容易掌握、维修拆卸方便、加工适应性强等优点，故至今仍得到广泛应用；但另一方面，它存在着劳动条件差、劳动强度大、生产效率低、操作危险性大（需特别注意）、物料易发生氧化等缺点，因而其一部分工作目前已由密炼机所代替。

密炼机又叫捏炼机，其结构如图3所示。密炼机的主要组成部分包括密炼室、两个相对回转的转子、上下顶栓、测温系统、加热冷却系统、密封装置和电机传动装置等。其主要加工过程如下：胶料从加料斗进入密炼室后，加料门关闭，上顶栓落下，胶料被其挤压，同时由于摩擦力的作用及两个转子的相对回转，胶料被带入到两个转子的辊缝中，胶料在受到两个转子强烈的挤压和剪切后穿过辊缝落下，当碰到下顶拴尖棱时被分成两部分，分别沿前后室壁与转子之间缝隙再回到辊隙上方，被破碎的两股胶料相会于两个转子口部，然后再进入两个转子的辊隙中，如此反复。在每个循环过程中，胶料均将受到强烈的剪切、捏炼和搅拌作用，从而导致其温度急剧上升，粘度降低，橡胶在配合剂表面的湿润性增加，配合剂在胶料中混合逐渐趋向均匀，并达到一定的分散度（混炼）。胶料炼好后，卸料门打开，胶料从密炼室下部的排料口排出，完成一个加工周期。

图3 密炼机的结构示意图

3.1.3 仪器与原料

（1）仪器

本实验所用仪器有X（S）K-160B型双辊筒开放式炼胶机、电热鼓风干燥箱、裁胶刀、割刀。

（2）原料

本实验所用原料为天然橡胶生胶。

3.1.4 实验步骤

（1）检查辊筒上是否粘有杂物，如有杂物粘附或油污等污渍，实验前应及时清除干净，以免开机后轧坏辊筒或影响塑炼胶质量。

（2）清理辊筒下方的接料盘，确保其干净整洁。

（3）将辊距调大，按照设备操作规程打开双辊炼胶机的电源，先开机空转并试验紧急刹车，检查开炼机各个部件是否处于正常运转状态，确保无异常现象发生。

（4）烘胶：将块状天然橡胶生胶放在50℃的烘箱中进行烘胶。烘胶时间长短取决于胶的硬度，以烘烤软化后便于切割为准。

（5）切胶：从烘箱中取出适当软化的生胶，并用裁胶刀切取设计重量的胶块。

（6）破胶：将辊距调至2～3mm，然后将切割好的碎块生胶依次连续投入至两个辊筒之间（期间操作不宜中断，以防胶块弹出伤人）。破胶的次数一般为2 3次。

（7）薄通：将辊距调至0.5～1mm，辊温控制在45℃左右，再将破胶后的生胶碎胶片在靠近大牙轮的一端投入辊筒的间隙中，使之不包辊直接落到接料盘中。当辊筒上无堆积胶料时，将盘内胶片扭转90。角后重新投入辊筒间隙内继续薄通，直至获得所需的可塑性为止。

（8）捣胶：将辊距调至1mm，使胶料包辊后，手握割刀从左向右割到近右边缘（约4/5，不要割断），再向下割，使胶落在接料盘上（直到辊筒上的堆积胶快消失时才停止割胶）；而割落的胶随着辊筒上的余胶带入辊筒右方，再从右向左同样割胶。如此反复操作多次，直到达到所需塑炼程度。

（9）辊筒冷却：在塑炼过程中，辊筒因胶料的挤压、摩擦而具有较高的温度，应经常用手轻轻触碰辊筒感觉辊温。若感到辊温较高，应适当通冷却水使辊温下降，确保辊温不超过50℃。

（10）实验完毕后关闭电源，清理辊筒及接料盘。

3.1.5 实验数据记录与处理(www.xing528.com)

（1）实验条件

①原材料名称：________________________

②实验温度：________________________

③实验湿度：________________________

④仪器型号：________________________

⑤仪器生产厂商：________________________

（2）实验参数

①生胶质量：____________ g；

②破胶次数：____________ 次 ；

③薄通次数：____________ 次 。

3.1.6 注意事项

（1）操作双辊炼胶机时必须在老师的指导下按照设备操作规程进行，操作过程中必须集中精力，不得互相聊天以免分散注意力，更不能相互打闹。

（2）要调整好开炼机的辊距，保持辊距的平衡（若两端辊距调节的大小不一，极易造成辊筒偏载，从而损坏设备），同时要严禁两个辊筒直接接触。

（3）捣胶时要先用割刀将包辊胶片划破，然后再上手拿胶，且禁止戴手套操作，手也一定不能接近辊缝；如果胶片未被割开，不准硬拉硬扯；严禁一手在辊筒上投料，一手在辊筒下接料；如遇胶料跳动不易轧时，不得用手压胶料；推料时必须半握拳，不准超过辊筒顶端水平线；摸测辊温时，手背必须与辊筒转动方向相反。

（4）割刀必须放在安全地方，严防割刀卷入胶料而被带入辊轮；割刀必须在辊筒中心线以下操作，不准对着自己身体方向。

（5）辊筒运转过程中如发现胶料中或辊筒中有杂物，或挡板、轴瓦处等有积胶时，必须停车处理；如遇到运输带积胶或发生故障也必须停车处理；如遇到突然停车，应按顺序切断电源，关闭水、气阀门。严禁带负荷开车。

（6）炼胶时必须有2人以上在场，如遇到危险时应立即触动安全刹车。

（7）留长发的学生应事先戴好帽子，并将长发盘入帽中，以免头发被卷入炼胶机中。

3.1.7 思考题

（1）天然橡胶进行塑炼的目的是什么？哪些因素会影响塑炼的效果？如何影响？

（2）橡胶塑炼的原理是什么？

（3）什么叫破胶、薄通和捣胶？它们对生胶的塑炼质量有何影响？

（4）在橡胶塑炼过程中，为什么要控制辊筒的温度在50℃以下？

（5）辊间距大小对各阶段的塑炼效果有何影响？

（6）开炼机和密炼机在结构上有何区别？

（7）操作炼胶机时应注意哪些安全事项？

3.1.8 预习要求

（1）了解开炼机和密炼机结构上的区别，熟悉开炼机的基本操作步骤。

（2）了解塑炼的基本原理和作用。

（3）了解切胶、破胶、薄通、捣胶的概念。

（4）了解操作开炼机时的安全注意事项。