高 健,姜文英,梁文偉,宋建平
(洛陽雙瑞特種裝備有限公司,河南 洛陽 471000)
混煉是通過捏合設備將配合劑加入生膠制備混煉膠的過程。在混煉過程中,通過不同配合劑的添加和混煉工藝賦予膠料不同的功能和加工性能,混煉效果直接影響制品的品質(zhì),是橡膠生產(chǎn)過程中的重要工序[1]。
丁腈橡膠(NBR)因具有較大的阻尼系數(shù),常用于制備減振制品。但NBR分子結(jié)構(gòu)具有強極性,混煉過程生熱快,容易引起膠料的焦燒,配合劑在膠料中不易分散,造成批次間膠料性能不穩(wěn)定、制品外觀缺陷等問題[2]。因此,研究NBR的混煉工藝對生產(chǎn)有一定的指導價值。本工作以NBR為基體,研究促進劑添加順序等混煉工藝對NBR性能的影響,以期提高混煉膠及制品的性能穩(wěn)定性。
NBR,中國石油蘭州石化公司產(chǎn)品;炭黑、硬脂酸、氧化鋅、防老劑、硫黃和促進劑,市售品。
1#工藝:NBR在X(S)M-50型密煉機(大連第二橡塑機械有限公司產(chǎn)品)中塑煉→加炭黑和小料,混煉均勻→加硫黃和促進劑→排膠→在X(S)K-400型開煉機(大連第二橡塑機械有限公司產(chǎn)品)上下片→停放8 h。
2#工藝:NBR在密煉機中塑煉→加炭黑和小料,混煉均勻→排膠→在開煉機上加硫黃和促進劑→下片→停放8 h。
3#工藝一段:NBR在密煉機中塑煉→加炭黑和小料,混煉均勻→排膠→在開煉機上下片→停放4 h;二段:在密煉機中加一段混煉膠、硫黃和促進劑→捏合→排膠→在開煉機上下片→停放4 h。
采用平板硫化機進行硫化,硫化條件為150℃×30 min。
(1)硫化特性。采用高鐵檢測儀器(東莞)有限公司生產(chǎn)的GT-M2000A型無轉(zhuǎn)子硫化儀進行測試,溫度為140 ℃。
(2)力學性能。采用高鐵檢測儀器(東莞)有限公司生產(chǎn)的AI3000型伺服控制拉力試驗機進行測試。
不同混煉工藝膠料的硫化特性見表1。
表1 不同混煉工藝膠料的硫化特性
從表1可以看出,不同混煉工藝膠料的硫化特性差異較大,2#工藝膠料的t10最長,3#工藝膠料次之,1#工藝膠料最短,即2#工藝膠料具有更長的安全加工時間,利于膠料填裝、排氣工藝,且不易引起焦燒。
此外,2#工藝膠料平行測試數(shù)據(jù)最集中,3#工藝膠料次之,1#工藝膠料平行測試數(shù)據(jù)離散性最大。1#工藝膠料t10的離散性最大,膠料性能極不穩(wěn)定,從而引起制品批次間的差別,不利于產(chǎn)品品質(zhì)的把控。從膠料的可塑性來看,1#工藝膠料的FL最大,2#工藝膠料次之,3#工藝膠料最小,即1#工藝膠料的流動性最差,不利于膠料模壓,焦燒的可能性最大。
綜上分析,造成不同工藝硫化特性差別較大的主要原因為:硫黃在NBR中分散差,在混煉初期就已加入;1#工藝在混煉結(jié)束前加入促進劑,此時膠料的溫度較高,特別是在捏合齒附近的膠料溫度更高,膠料局部容易發(fā)生預交聯(lián)反應,阻礙硫黃和促進劑的分散,導致硫化特性不穩(wěn)定[3];此外,局部的交聯(lián)反應導致膠料的流動性差,膠料的FL偏大;2#工藝經(jīng)過開煉機降溫,加入促進劑時膠料溫度較低;3#工藝則是膠片停放后,加入促進劑時膠料溫度接近室溫。2#和3#工藝均可降低膠料發(fā)生預交聯(lián)反應的可能,因此,配合劑分散更加均勻,硫化特性更穩(wěn)定,數(shù)據(jù)離散性小,膠料的性能穩(wěn)定[4]。
不同混煉工藝膠料的力學性能如表2所示。
從表2可以看出:膠料的拉伸強度和拉斷伸長率呈相同變化規(guī)律;2#工藝膠料與3#工藝膠料力學性能相當,均優(yōu)于1#工藝膠料;2#和3#工藝膠料的力學性能穩(wěn)定性也優(yōu)于1#工藝膠料。
表2 不同混煉工藝膠料的力學性能
綜上分析,混煉過程在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持一致的前提下,主要靠混煉溫度和時間把控,1#工藝在高溫下加入促進劑,雖然排膠溫度和時間與2#和3#工藝一致,但促進劑添加時的膠料溫度差異較大。在1#工藝下,膠料易出現(xiàn)焦燒,加劇硫黃分散的不均勻性,造成局部應力集中。
本試驗還對不同車次膠料力學性能的穩(wěn)定性進行了考察,結(jié)果如表3所示。
表3 不同車次膠料的力學性能
從表3可以看出:在1#工藝下,不同車次膠料的拉伸強度在15 MPa左右波動,且數(shù)據(jù)離散性最大;2#和3#工藝膠料的拉伸強度在16 MPa左右波動,波動明顯小于1#工藝膠料;拉斷伸長率的變化規(guī)律與拉伸強度變化規(guī)律一致。
為保證膠料的可塑性,停放后的膠料在使用前需進行返煉。返煉后膠料的力學性能如表4所示。
從表4可以看出:返煉后膠料的拉伸強度和拉斷伸長率均增大,2#工藝膠料的拉伸強度增幅最大,3#工藝膠料次之,1#工藝膠料最?。环禑捄?種工藝膠料的拉斷伸長率相差不大。
表4 返煉后膠料的力學性能
膠料停放可以促進生成結(jié)合膠,提高強度,但膠料流動性降低。返煉過程是混煉膠再分散的過程,配合劑隨著橡膠大分子鏈運動,分散更加均勻;返煉會破壞部分凝膠,使膠料變軟,塑性增大,流動性變好,制品也更均勻[5]。
采用3種工藝的膠料制備橡膠支座產(chǎn)品,其外觀如圖1所示。
從圖1可以看出:1#工藝產(chǎn)品外觀有缺陷,如麻點、缺膠、色差和水流痕等問題;2#和3#工藝產(chǎn)品外觀正常,表面光滑、平整、有輕微色差。分析認為,制品出現(xiàn)麻點、缺膠和水流痕與膠料的加工性能有直接關系。橡膠支座是厚橡膠產(chǎn)品,硫化前排氣是不可缺少的一項工序,在1#工藝下,膠料的門尼粘度大、起硫時間短,最外層膠料升溫快導致局部易硫化,排氣加壓時膠料不流動或流動性差造成制品出現(xiàn)麻點、缺膠、色差和水流痕,嚴重時造成飛邊炸裂等現(xiàn)象。在2#和3#工藝下,膠料流動性好,制品外觀正常。
影響產(chǎn)品外觀主要的因素在于硫化時間和膠料的可塑性,兩者缺一不可;使用前的返煉,雖能在一定程度上改善膠料的加工性能和力學性能,但不能完全解決初次混煉不均的問題,此外也會帶來膠料過度加工和局部焦燒的可能。
(1)混煉工藝對NBR膠料和制品的性能影響較大,2#工藝的可控性較好,膠料性能也更穩(wěn)定。
(2)返煉可以適當改善NBR膠料的加工性能和力學性能,但不能完全解決混煉不均的問題。