橡胶混炼实验：探究液体软化剂对性能影响

3.2.1 实验目的

（1）了解橡胶混炼和塑炼概念上的差别，熟悉橡胶混炼的目的。

（2）掌握橡胶混炼的基本原理与工艺步骤。

（3）进一步掌握双辊炼胶机的操作方法。

3.2.2 实验原理

橡胶是现代国民经济与科技领域中不可缺少的高分子材料，用途十分广泛，不仅可以用于人们的日常生活、体育运动和医疗卫生，还能满足工农业生产、交通运输、航空航天以及电子通讯等领域的需求。

橡胶加工是指由生胶及其配合剂经过一系列化学与物理作用制成橡胶制品的过程，主要包括生胶的塑炼、塑炼胶与各种配合剂的混炼及成型、胶料的硫化等几个加工工序。橡胶的塑炼操作已经在前面的实验中进行了介绍，本实验主要介绍橡胶的混炼。

橡胶混炼是先通过机械的作用，使各种配合剂与塑炼胶均匀混合形成混炼胶，而混炼的目的是使各种配合剂能完全均匀分散在橡胶中，胶料组成和各种性能均匀一致，从而提高所得橡胶制品的使用性能，改进橡胶的工艺性能或降低成本。因而，混炼胶的质量控制对确保橡胶制品的工艺及使用性能意义重大。橡胶所用的配合剂主要包括硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、补强剂、填充剂、液体软化剂等。其中，硫化剂也叫固化剂、交联剂，是一种能使橡胶分子链交联成为硫化橡胶的配合剂，即使橡胶分子链发生交联反应，由线型结构转变为立体网络结构，使得橡胶可塑性降低，弹性强度增加，而硫磺是橡胶硫化时最常用的一种硫化剂；硫化促进剂是一种能增加硫化剂活性、缩短橡胶硫化时间的物质，可以利用不同促进剂的活性强弱及活性温度不同的特性，在一个体系中同时采用不同的促进剂，使它们能更协调地促进交联，提高促进效果；助促进剂也即活化剂，它在炼胶和硫化过程中起到活化的作用；防老剂多指抗氧剂，它可避免橡胶大分子在加工过程中发生氧化降解作用。橡胶中常常还会用到各种填料，其中，碳黑是最常用的一种活性填料，又称之为补强剂，橡胶中添加碳黑能够提高橡胶制品的力学性能；而像碳酸钙、硫酸钡等填料的加入，主要起到增容和降低成本的作用。液体软化剂，如机油，可改善橡胶的混炼加工性能和制品的柔软性。

混炼胶组分复杂，配合剂种类及用量对橡胶制品的性能都会产生影响。在进行橡胶混炼时，除了选择正确的配合剂外，还应注意各种配合剂的加料顺序，一般按如下顺序加入：先加入量少难分散的小料（促进剂、活化剂、防老剂），确保这些小料在橡胶中有足够长的时间进行分散，再加入量多易分散的配合剂（补强剂、填充剂），最后加入硫化剂。

常用的混炼加工设备有开炼机和密炼机，本实验使用开炼机。

3.2.3 仪器与原料

（1）仪器

本实验所用仪器为X（S）K-160B型双辊筒开放式炼胶机、电子天平以及割刀。

（2）原料

本实验所用原料有天然橡胶、硫磺、促进剂M、硬脂酸、氧化锌、轻质碳酸钙、碳黑（HAF）、软化剂（30#机油）、防老剂4010NA。

3.2.4 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混炼胶质量。

（2）清理辊筒下方的接料盘，确保其干净整洁。

（3）按表1所示指导性配方称取规定重量的天然橡胶、促进剂、硫磺等组分（组分量供参考，学生可自己设计）。

表1 指导性配方

（4）启动炼胶机，将辊筒的温度调整到50～60℃之间，后辊辊温可以比前辊稍低些。

（5）包辊：将塑炼胶放置在双辊的缝隙间，然后调整辊缝间隙大小，使塑炼胶既能包辊又能有部分堆积在两个辊筒之间，经5min左右的塑炼操作后，使其均匀连续地包裹在前辊上，形成光滑无隙的包辊胶层；取下胶层，然后将辊隙调至1.5～2mm，将胶层投入到辊缝处使其包于后辊上；最后将辊距调到所要求的下片厚度，切割下片。

（6）吃粉：依次将促进剂M、防老剂4010NA、硬脂酸、氧化锌、碳黑（HAF）、轻质碳酸钙、软化剂（30#机油）及硫磺加入到上述塑炼胶中。在加入促进剂M、防老剂4010NA、硬脂酸、氧化锌、软化剂（30#机油）及硫磺过程中，均需捣胶2～3次；而在加入碳黑（HAF）、轻质碳酸钙时，应让粉料自然进入胶料中，使之与橡胶均匀接触混合，而不必急于捣胶，同时需逐步调宽辊隙，保持适当的堆积胶，待粉料全部吃进后再进行捣胶2～3次。

（7）翻炼：在除硫磺之外的全部配合剂加完之后，对胶料进行多次翻炼，直至胶料颜色均匀一致、表面光滑为止。翻炼时可将辊距调至0.5～1mm，并将胶料或卷起或折成三角状或折叠，然后放在两辊之间。

（8）下片：待胶料被混炼均匀后，适当调大辊距，辊压胶料出片。(www.xing528.com)

3.2.5 实验数据记录与处理

（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）配方表（见表2）

表2 配方表

（3）吃粉过程中，加入碳黑（HAF）、轻质碳酸钙前捣胶次数为____________ 次；加入碳黑（HAF）、轻质碳酸钙后捣胶次数为 ____________次。

3.2.6 注意事项

（1）混炼过程中，硫化剂应最后加入。如果硫化剂提早加入，可能导致在混炼过程中就发生交联反应，而过长的混炼时间会使胶料烧焦，不利于后期的成型和硫化工序。

（2）混炼过程中严禁戴手套操作。

（3）使用炼胶机炼胶时，手一定不能接近辊缝；操作时双手尽量避免越过辊筒水平中心线上部，且送料时应握拳；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；留长发的学生应事先戴好帽子，以免头发被卷入炼胶机中。

（4）在捣胶过程中，注意割刀应由中央处割向两端，用手撕扯胶料时应向下、向外方向进行，不能随着辊筒方向一起运动。

3.2.7 思考题

（1）混炼过程中，硫化剂应在什么阶段加入？为什么？

（2）混炼胶中常用的配合剂有哪几类？各种配合剂的作用是什么？

（3）橡胶的塑炼和混炼概念上的区别是什么？是先塑炼后混炼，还是先混炼后塑炼？

3.2.8 预习要求

（1）进一步了解开炼机的结构及工作原理。

（2）理解混炼和塑炼的区别，了解混炼胶中的各种配合剂及其作用。

（3）熟悉混炼胶中各种组分的加料顺序。

（4）理解包辊、吃粉、翻炼等基本操作方法。