密炼机的混炼工艺对天然橡胶炭黑胶料结构与性能的影响

论文摘要

密炼机作为橡胶加工中非常重要的设备,其混炼工艺方法对混炼胶的加工性能及制品质量有着重要的影响。本文主要研究了密炼机的转子转速、混炼时间、上顶栓压力、冷却水温度和起始温度等工艺参数的变化对胶料的混合效果、门尼粘度以及硫化胶性能的影响,结果表明:(1)随转子转速加快,吃料速度加快,最高转矩下降,排胶温度升高,混炼能耗增大;混炼胶门尼粘度先略有上升,后快速下降;混炼胶中炭黑的分散性先变好后变差,分散等级均不高,Payne效应先减小后增大;硫化胶交联密度略有下降;硫化胶中Payne效应有减弱的趋势。综合比较,在77r/min下混炼的胶料其硫化胶的综合性能最佳。(2)随混炼时间延长,转子最高转矩变化不大,排胶温度逐渐升高,能耗变大;胶料的门尼粘度下降,混炼胶硫化转矩逐渐减小,硫化速度相差不大;硫化胶的交联密度变化不大;胶料中炭黑的分散性提高。综合比较,炭黑混炼时间为5min时,硫化胶的综合性能最佳。(3)随上顶栓压力升高,排胶温度有上升的趋势;胶料门尼粘度先增加后减小;对硫化特性影响不大,胶料中炭黑分散性先变好后变差。上顶栓压力为0.6MPa时,炭黑分散度等级较高。硫化胶在低形变下的弹性模量先增大后下降;硫化胶交联密度变化不大。综合比较,上顶栓压力为0.8MPa时NR硫化胶综合性能最佳。(4)随冷却水温度升高,排胶温度也随之升高;胶料的门尼粘度先增大后减小;混炼胶硫化转矩下降,硫化速度变化不大;适当的冷却水温度有利于炭黑在胶料中的分散,50℃左右时炭黑分散性较好。综合比较,在冷却水温度为50℃左右时硫化胶综合性能最好。(5)提高混炼起始温度,有利于吃粉和炭黑分散,排胶温度升高,但小于起始温度的升高幅度,混炼能耗在起始温度为60℃时达到最大;混炼胶的门尼粘度先增大后下降,工艺正硫化时间略有缩短,焦烧时间变化不大,硫化速度加快;硫化胶交联密度下降。综合比较,混炼起始温度在60℃时硫化胶综合性能较好。本文通过实验研究表明,密炼机的混炼工艺对于天然橡胶炭黑胶料的结构与性能有着显著的影响。选择合适的工艺条件对于改善混炼质量,提升产品性能,降低单位能耗以及提高生产效率有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 炼胶设备发展进程
• 1.1.1 开炼机的发展进程
• 1.1.2 密炼机的发展进程
• 1.2 密炼机的结构与工作原理
• 1.2.1 密炼机的结构组成
• 1.2.2 密炼机的工作原理
• 1.2.3 密炼机混炼的工艺方法
• 1.2.3.1 一段混炼法
• 1.2.3.2 分段混炼法
• 1.2.3.3 引料法
• 1.2.3.4 逆混法
• 1.2.4 密炼机混炼的主要影响因素
• 1.2.4.1 填充系数
• 1.2.4.2 转子转速
• 1.2.4.3 炼胶温度
• 1.2.4.4 混炼时间
• 1.2.4.5 上顶栓压力
• 1.2.4.6 加料顺序
• 1.2.5 密炼机混炼质量的主要控制方式
• 1.2.5.1 时间标准
• 1.2.5.2 温度标准
• 1.2.5.3 混炼效应标准
• 1.2.5.4 能量标准
• 1.2.5.5 瞬时功率标准
• 1.3 密炼机混炼的理论
• 1.3.1 混炼机理
• 1.3.1.1 粘弹性流体理论
• 1.3.1.2 粘弹性固体理论
• 1.3.2 混炼胶的结构
• 1.3.3 混炼胶与结构及性能的关系
• 1.4 课题目的及意义
• 第二章 转子转速对天然橡胶炭黑胶料结构与性能的影响
• 2.1 概述
• 2.2 实验
• 2.2.1 主要原料与配方
• 2.2.2 实验设备与仪器
• 2.2.3 试样制备与测试
• 2.2.3.1 混炼胶的制备
• 2.2.3.2 硫化胶的制备
• 2.2.3.3 性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 混炼特性分析
• 2.3.1.1 转速对混炼过程中转矩的影响
• 2.3.1.2 转速对混炼过程中密炼室温度的影响
• 2.3.1.3 转速对混炼能耗的影响
• 2.3.2 转子转速对混炼胶结构与性能的影响
• 2.3.2.1 转子转速对混炼胶门尼粘度的影响
• 2.3.2.2 转子转速对混炼胶物理交联密度的影响
• 2.3.2.3 转速对混炼胶中炭黑网络相互作用的影响
• 2.3.2.4 转速对混炼胶硫化特性的影响
• 2.3.3 转速对硫化胶的结构与性能的影响
• 2.3.3.1 转速对硫化胶中炭黑分散度的影响
• 2.3.3.2 转速对硫化胶交联密度的影响
• 2.3.3.3 转速对硫化胶动态性能的影响
• 2.3.3.4 转速对硫化胶的静态性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 炭黑混炼时间对天然橡胶炭黑胶料结构与性能的影响
• 3.1 概述
• 3.2 实验
• 3.2.1 主要原料
• 3.2.2 实验设备与仪器
• 3.2.3 试样制备与测试
• 3.2.3.1 混炼胶的制备
• 3.2.3.2 硫化胶的制备
• 3.2.3.3 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 混炼特性分析
• 3.3.1.1 炭黑混炼时间对转矩的影响
• 3.3.1.2 炭黑混炼时间对混炼室温度的影响
• 3.3.1.3 炭黑混炼时间对混炼能耗的影响
• 3.3.2 炭黑混炼时间对混炼胶结构与性能的影响
• 3.3.2.1 对门尼粘度的影响
• 3.3.2.2 对物理交联密度的影响
• 3.3.2.3 对混炼胶中炭黑相互作用的影响
• 3.3.2.4 硫化特性分析
• 3.3.3 炭黑混炼时间对硫化胶的结构与性能的影响
• 3.3.3.1 对炭黑分散度的影响
• 3.3.3.2 对交联密度的影响
• 3.3.3.3 对硫化胶动态性能的影响
• 3.3.3.4 对硫化胶物理机械性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 上顶栓压力对天然橡胶结构与性能的影响
• 4.1 概述
• 4.2 实验
• 4.2.1 主要原料
• 4.2.2 实验设备与仪器
• 4.2.3 试样制备与测试
• 4.2.3.1 混炼胶的制备
• 4.2.3.2 硫化胶的制备
• 4.2.3.3 性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 上顶栓压力对混炼特性的影响
• 4.3.2 上顶栓压力对混炼胶结构与性能的影响
• 4.3.2.1 上顶栓压力对混炼胶门尼粘度的影响
• 4.3.2.2 上顶栓压力对混炼胶物理交联密度的影响
• 4.3.2.3 上顶栓压力对混炼胶中炭黑相互作用的影响
• 4.3.2.4 上顶栓压力对混炼胶硫化特性的影响
• 4.3.3 上顶栓压力对 NR 硫化胶的结构与性能的影响
• 4.3.3.1 对炭黑分散度的影响
• 4.3.3.2 对交联密度的影响
• 4.3.3.3 对硫化胶动态性能的影响
• 4.3.3.4 对硫化胶物理机械性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 冷却水温度对天然橡胶炭黑胶料结构与性能的影响
• 5.1 概述
• 5.2 实验
• 5.2.1 主要原料
• 5.2.2 实验设备与仪器
• 5.2.3 试样制备与测试
• 5.2.3.1 混炼胶的制备
• 5.2.3.2 硫化胶的制备
• 5.2.3.3 性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 冷却水温度对排胶温度的影响
• 5.3.2 冷却水温度对混炼胶结构与性能的影响
• 5.3.2.1 门尼粘度分析
• 5.3.2.2 冷却水温度对混炼胶物理交联密度的影响
• 5.3.2.3 冷却水对混炼胶动态性能的影响
• 5.3.2.4 冷却水温度对混炼胶硫化特性的影响
• 5.3.3 冷却水温度对 NR 硫化胶结构与性能的影响
• 5.3.3.1 冷却水温度对硫化胶中炭黑分散度的影响
• 5.3.3.2 冷却水温度对 NR 硫化胶交联密度的影响
• 5.3.3.3 冷却水温度对 NR 硫化胶动态性能的影响
• 5.3.3.4 冷却水温度对 NR 硫化胶物理机械性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 起始温度对天然橡胶炭黑胶料结构与性能的影响
• 6.1 概述
• 6.2 实验
• 6.2.1 主要原料
• 6.2.2 实验设备与仪器
• 6.2.3 试样制备与测试
• 6.2.3.1 混炼胶的制备
• 6.2.3.2 硫化胶的制备
• 6.2.3.3 性能测试
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 起始温度对混炼特性的影响
• 6.3.1.1 起始温度对转矩的影响
• 6.3.1.2 起始温度对排胶温度的影响
• 6.3.1.3 起始温度对混炼能耗的影响
• 6.3.2 起始温度对混炼胶结构与性能的影响
• 6.3.2.1 对门尼粘度的影响
• 6.3.2.2 对物理交联密度的影响
• 6.3.2.3 对混炼胶动态性能的影响
• 6.3.2.4 对硫化特性的影响
• 6.3.3 起始温度对硫化胶结构与性能的影响
• 6.3.3.1 对炭黑分散度的影响
• 6.3.3.2 交联密度分析
• 6.3.3.3 对NR 硫化胶的动态性能的影响
• 6.3.3.4 对硫化胶物理机械性能的影响
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文