【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、促進(jìn)劑、硫黃等配合劑多數(shù)能溶解于橡膠中，易混合均勻；216。 填充劑、補(bǔ)強(qiáng)劑等往往與橡膠不相容，難以混合均勻。216。各種配合劑的幾何形狀也不盡相同，片狀的陶土、滑石粉、針狀的石棉、玻璃絲比球狀的炭黑等配合劑難以分散。 膠料里各種配合劑的種類(lèi)很多，其性質(zhì)相差很大，不同性質(zhì)的配合劑與生膠的混合難易程度是不同的。3/10/2023216。有些配合劑粒子表面性質(zhì)與生膠表面性質(zhì)接近，兩者界面極性相差較小，易與橡膠混合，例如各種炭黑等。216。有些配合劑粒子表面性質(zhì)與生膠相差較大，兩者界面極性相差很大，這樣的配合劑就難以在橡膠中分散均勻，例如陶土、硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣等表面具有親水性的配合劑。 在混煉過(guò)程中，配合劑與橡膠混合首先是 配合劑配合劑粒子表面與橡膠接觸粒子表面與橡膠接觸 ，所以配合劑表面性質(zhì)與混煉效果關(guān)系密切。3/10/2023216。橡膠彈性體在混煉條件下是粘流體，處于流動(dòng)狀態(tài)。216。在混煉條件下的彈性體處于彈性狀態(tài)，應(yīng)該把橡膠看作是有粘彈性的固體。 配合劑中用量最大的是炭黑以炭黑為例，講述橡膠與配合劑的混煉原理兩類(lèi)觀點(diǎn)3/10/2023傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為：橡膠彈性體在混煉條件下是粘流體，處于流動(dòng)狀態(tài)炭黑在橡膠中的均勻分散過(guò)程分為幾個(gè)階段：潤(rùn)濕階段分散階段力化學(xué)降解過(guò)程3/10/2023 是炭黑顆粒被生膠潤(rùn)濕的過(guò)程，即生膠分子逐漸進(jìn)入炭黑顆粒附聚體的空隙成為 包容橡膠 。第一個(gè)階段：潤(rùn)濕階段 從配合劑的分散過(guò)程看，首先要求各種配合劑的粒子容易被生膠潤(rùn)濕。按照表面特性配合劑分為親水性和疏水性。 為了獲得良好的混煉效果，可以加入表面活性劑來(lái)改善無(wú)機(jī)粒子與橡膠的的界面狀況，如硬脂酸、高級(jí)醇、含氮的有機(jī)化合物等。3/10/2023 這些含高濃度炭黑的包容橡膠在剪切力的作用下被搓開(kāi)，變成較小的團(tuán)塊（一次結(jié)構(gòu)）分散于整個(gè)膠料中，同橡膠形成 結(jié)合橡膠結(jié)合橡膠 ； 當(dāng)膠料受到足夠大的剪切作用，已經(jīng)混入橡膠中的炭黑附聚體（二次結(jié)構(gòu)）破裂，以更細(xì)的顆粒 分散分散于橡膠中于橡膠中 。 混入的炭黑粒子被細(xì)化到一定程度（通常為 5～ 6微米）時(shí)，則不能進(jìn)一步分散。這時(shí)的混合只改變粒子的位置，稱(chēng)為 單純混合單純混合 。第二個(gè)階段：分散階段3/10/2023 由于橡膠分子鏈斷裂 (也可能是混煉溫度升高而粘度下降 )，分子量和粘度下降。第三階段：力化學(xué)降解過(guò)程3/10/2023從生膠混煉過(guò)程中功率的變化看到各個(gè)階段3/10/2023 隨著潤(rùn)濕階段的進(jìn)行，整個(gè)體系的表觀密度增大，比容減小，所需要的功率逐漸下降，到最低點(diǎn) (c)時(shí)，表示混入（潤(rùn)濕）階段的結(jié)束。 在這一階段要求橡膠具有 較低的粘度較低的粘度 ，更容易潤(rùn)濕炭黑等粉料，但是粘度太小對(duì)后面的分散不利； 圖中兩個(gè)峰值 潤(rùn)濕初期，轉(zhuǎn)動(dòng)需要很大的能量，因此混合過(guò)程功率曲線出現(xiàn)第一個(gè)峰值 (b)3/10/2023混合過(guò)程功率曲線出現(xiàn)第二個(gè)峰值 (d) 隨著混煉的進(jìn)行炭黑聚集體受到剪切力作用，破碎成更小的顆粒分散于橡膠中，并與橡膠生成結(jié)合橡膠，所以功率逐漸升高，曲線上升，直到達(dá)到第二個(gè)峰值 (d)，此時(shí)結(jié)合膠量也達(dá)到最大值。這時(shí)炭黑基本上分散均勻，可以認(rèn)為分散階段結(jié)束。這個(gè)時(shí)間稱(chēng)為炭黑混入時(shí)間，簡(jiǎn)稱(chēng) BIT值值 ，這個(gè)值可以作為生膠混煉性能判斷的依據(jù)，值越小表示越容易混煉。3/10/2023 功率曲線在第二個(gè)峰值之后逐漸下降，是由于橡膠分子鏈斷裂，也可能是混煉膠溫度升高而導(dǎo)致粘度下降。 雖然在配合劑基本分散后再適當(dāng)混煉可改善均勻程度，但是會(huì)由于分子鏈斷裂而導(dǎo)致硫化膠性能的下降。3/10/2023還有一種觀點(diǎn)中島伸之在研究了生膠斷裂特性的基礎(chǔ)上提出的 生膠的斷裂特性主要是用 形變指數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)形變指數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)比比 來(lái)表征： θd = Ubc / Ub（理想生膠斷裂能量密度 /實(shí)際生膠斷裂能量密度） λb = Lb / Lo（生膠被拉到斷裂點(diǎn)時(shí)的長(zhǎng)度 /生膠拉伸前的長(zhǎng)度）。3/10/2023 因?yàn)橄鹉z的粘彈性，因此它可以發(fā)生外力作用下的彈性形變、塑性形變而至斷裂。 左圖表征生膠加工性能的 θd～ λb。生膠（粘彈體）加工落在完全彈性線和完全塑性線之間。為使生膠有好的加工性能，必須控制θd和 λb的值稍微大一些。3/10/2023 在實(shí)際的混煉條件范圍內(nèi)，由于橡膠的的粘度很大，故不可能產(chǎn)生炭黑的自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程。 在混煉過(guò)程中，炭黑在橡膠中的無(wú)規(guī)分布只是機(jī)械作用的結(jié)果。 過(guò)程中彈性體的顆粒 破碎破碎 得越來(lái)越小，隨著彈性體顆粒變小，它與炭黑混合的均勻性得到改善，從而達(dá)到所需要的炭黑分散程度。中島伸之認(rèn)為：在混煉條件下的彈性體處于彈性狀態(tài)，應(yīng)該把橡膠看作是有粘彈性的固體，因此混合分散過(guò)程用形變來(lái)描述3/10/2023破碎炭黑的混入分散過(guò)程炭黑在橡膠中的均勻分散過(guò)程分為幾個(gè)階段：3/10/2023 是將大塊的膠團(tuán)或附聚體打碎成小塊，以便于下一步的混入（合）過(guò)程的進(jìn)行。 破碎過(guò)程不僅對(duì)混入過(guò)程，而且對(duì)分散過(guò)程都是必要的。 這種觀點(diǎn)混煉中炭黑的分散過(guò)程：第一階段：破碎3/10/2023該過(guò)程包含兩種同時(shí)進(jìn)行的機(jī)理：216。一是橡膠在外力作用下，產(chǎn)生大形變而未斷裂，增加其表面積，通過(guò)層狀機(jī)理以接受炭黑附聚體，再把炭黑包封在其中，然后松弛。大變形和彈性恢復(fù)的重復(fù)，促進(jìn)了橡膠與炭黑的混合。 (層狀模型 )第二階段：混入（合）過(guò)程3/10/2023 兩種機(jī)理均是在 擠壓擠壓 下進(jìn)行的，這里所說(shuō)的擠壓是指物料受壓，即橡膠相發(fā)生形變以適于炭黑表面的形狀，并使形變保持到橡膠相在形變狀態(tài)下的松弛為止。216。二是橡膠被破碎成小塊，再與炭黑混合，然后把炭黑包封在其中。 (破碎模型 )3/10/2023 為了使炭黑附聚體破碎，需要產(chǎn)生足夠大的應(yīng)力，所以在分散過(guò)程中橡膠必須產(chǎn)生大形變。 在改善微觀均勻性的過(guò)程中，橡膠本身也被破碎（顆粒尺寸變?。?。 伴隨著微觀分散（炭黑二次結(jié)構(gòu)的破裂）過(guò)程，可以使炭黑與橡膠的表面緊密接觸。第三階段：分散過(guò)程3/10/20233/10/2023混煉時(shí)膠料的包輥特性 Tokita等觀察了輥筒溫度與生膠的包輥現(xiàn)象，認(rèn)為隨著輥筒溫度從低變高，膠料在開(kāi)煉機(jī)輥筒間可出現(xiàn)四個(gè)界限分明的行為區(qū)域。3/10/2023 隨著溫度的升高而進(jìn)入第 Ⅱ區(qū)，生膠比第 Ⅰ 區(qū)容易變形，可包在前輥上，形成一條彈性帶，即有塑性流動(dòng)又有適當(dāng)高的彈性變形，由于膠帶不易破裂，故最適宜于煉膠操作，混煉分散好； 在第 Ⅰ 區(qū)，輥溫較低，而膠比較硬，又有一定的彈性、易滑動(dòng)，難以通過(guò)兩個(gè)輥間，如果強(qiáng)制壓入則生膠變成碎塊。3/10/2023 溫度進(jìn)一步升高，到第Ⅲ 區(qū)，流動(dòng)性增加，分子間力減小，膠帶強(qiáng)度下降而不能緊包在輥筒上，出現(xiàn)脫輥或破裂現(xiàn)象，無(wú)法進(jìn)行煉膠操作。 第 Ⅳ 區(qū)，溫度更高，橡膠呈粘性液體而包在輥筒上并產(chǎn)生粘 (塑 )性流動(dòng)。 3/10/2023 因此應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)臏囟仁股z在包輥的第 Ⅱ區(qū)進(jìn)行混煉。 但是橡膠的粘彈性不但受到溫度的影響，同時(shí)也受到外力作用速率的影響，在給定的輥筒速度下，減少輥距使剪切速率增大，就相當(dāng)于溫度的降低。 3/10/2023 各種橡膠的玻璃化溫度不同，因此橡膠包輥的最佳溫度區(qū)也不同。 例如天然橡膠只出現(xiàn) Ⅰ 和 Ⅱ 區(qū)，一般條件下的操作沒(méi)有明顯的 Ⅲ 區(qū)，所以包輥和混煉性能好；而順丁橡膠低溫包輥在 Ⅱ 區(qū)， 50℃ 以上就轉(zhuǎn)變到 Ⅲ 區(qū)，即使調(diào)整輥距也不能回到 Ⅱ 區(qū)。 另外生膠的分子量及其分布對(duì) Ⅱ 區(qū)溫度范圍有著重要的影響，一般分子量分布寬，可以使 Ⅱ 區(qū)溫度范圍展寬，包輥性好。3/10/2023 Whita 認(rèn)為從 Ⅱ 區(qū)到 Ⅲ 區(qū)的轉(zhuǎn)變是生膠在剪切下斷裂過(guò)程的表現(xiàn)，與生膠的 斷裂伸長(zhǎng)比斷裂伸長(zhǎng)比 λb值有關(guān)。 這個(gè)過(guò)程：在給定的輥距和轉(zhuǎn)速下，當(dāng)逐漸升高輥溫時(shí)，最初生膠在 Ⅱ 區(qū)是處于剪切力作用下，但是還沒(méi)有達(dá)到斷裂點(diǎn)前的橡膠態(tài)；其后隨著輥溫升高，生膠的斷裂伸長(zhǎng)比 λb減小，升到一定溫度后生膠即發(fā)生斷裂而進(jìn)入 Ⅲ 區(qū)。3/10/2023 生膠的分子量分布寬窄直接影響包輥性能。 分子量分布寬，則 λb增大，使 Ⅱ → Ⅲ 的轉(zhuǎn)變溫度提高，因而包輥性能好的 Ⅱ 區(qū)范圍擴(kuò)大了。 同時(shí)分子量分布寬，則粘流溫度降低，使 Ⅲ → Ⅳ 的轉(zhuǎn)變溫度降低，因而使包輥性能不好的 Ⅲ 區(qū)縮小。 兩者都對(duì)混煉有利，所以說(shuō)分子量分布寬的橡膠加工性能好。