橡膠軟管膠料的配合和混煉工藝

白 鵬, 梁西正, 王維相

（1.平頂山市礦益膠管制品有限公司, 河南 平頂山 467013；2.中橡集團 沈陽橡膠研究設計院, 遼寧 沈陽 110021）

1 原材料貯存和配合

不言而喻，原材料應存放在易于運轉到混煉車間稱量的位置上。另外，貯存溫度應始終如一，不要太低，空氣也應干燥。

粉末材料貯存和稱重點一般設在一樓，稱重后的批料再通過升降機、吊車和運輸帶傳輸到密煉機，通常這些操作所使用的機械化和自助化程度也同樣取決于生產規(guī)模和條件。較好的布局是材料在較高的平臺上或者與混煉設備同樓層，并在就近的房間貯存和稱重。

在膠管工業(yè)所實施的膠料配合體系中，主要將混煉膠劃分為四種或五種組分，它們是：聚合物；填料（炭黑，白色填料，再生膠）；配合劑（包括石蠟）；硫化劑；油和增塑劑。

在上述的幾種組分中，橡膠要切塊（加溫軟化，40～60℃）；粉狀配合劑應按細度要求進行篩選，并清除雜質；固體軟化劑或防老劑應粉碎處理，以力分散；對黏稠狀軟化劑要適當加溫，除去水分并降低黏度后使用，必要時要過濾。

依據產品和膠料配合，可以將油直接喂入混煉機，也可以與填料預混。就炭黑而言，采用介于標準包裝與散裝運輸罐之間中等散裝量（1000kg）就可能使用半機械化稱量系統。就白色填料而言，可采用振動或懸浮系統以改善流動性能，或達到充分的混合。

2 塑煉和摻合

2.1 橡膠的塑煉

在常用的橡膠中，大都需要經過塑煉來增加其塑性，以適應制備膠料的要求。

橡膠通常采用開煉機、密煉機或螺桿塑煉機進行塑煉。

2.1.1 開煉機塑煉

用開煉機塑煉，一般都在低溫和小輥距的條件下進行，必要時可采取分段塑煉（即塑煉一定時間，經停放后再塑煉），以提高塑煉效果。

采用開煉機塑煉時，其兩輥筒的速比一般以1:(1.20～1.25)為宜。

2.1.2 密煉機塑煉

密煉機塑煉一般是在高溫熱氧作用下進行的，橡膠分子在煉膠機中受溫度和強機械作用產生劇烈的破壞，從而在較短的時間內獲得較高的可塑性。

采用密煉機塑煉的主要優(yōu)點是生產效率高，機械化、自動化程度較好，適宜于大批量生產，并可改善勞動條件。

2.1.3 螺桿塑煉機塑煉

用螺桿塑煉機塑煉，橡膠主要是通過受螺桿與機筒壁摩擦攪拌和高溫氧化作用而獲得塑煉效果的。其優(yōu)點是生產效率高，而且有利于連續(xù)化作業(yè)，但其塑煉的均勻性較差。

2.1.4 化學增塑法

橡膠在采用機械塑煉的同時，加入適量的化學增塑劑，可提高塑煉效果。

在以天然橡膠為主的膠管膠料中，通常以促進劑M、DM作為塑解劑（這類促進劑在膠管膠料中使用都比較普遍），這樣既能起到良好的增塑效果，又無損于促進硫化的特性。一般塑解劑用量在0.3～0.5份時（以橡膠為100份），橡膠塑煉時間可減少30%～40%。

不論采用何種方法進行塑煉，其塑煉膠都必須具有均勻的可塑性，并達到規(guī)定的塑性指標，以滿足下一工序需要。

2.2 橡膠與其他高分子聚合物的摻合

2.2.1 各種橡膠的摻合

在大多數膠管用的膠料中，多膠種配合極為普遍，其主要目的是為了滿足膠管的使用要求和改善膠料的加工性能。

為使多膠種均勻地混為一體，以獲得良好的混煉效果，通常在混煉前先將配方中規(guī)定的膠種和用量進行摻合（混合）。其方法是先將所需的膠種和用量進行稱配，然后通過煉膠機適當地翻煉和壓合，成為均一的“摻合膠”。

在多膠種的摻合過程中，不論其膠種配比如何，各膠在摻合前的塑性都應基本相近，這樣有助于提高摻合效果。

在實際生產中，也有不經摻合而直接進行混煉的，這對于采用密閉式煉膠機混煉是可行的；但必須在混煉前先將稱配的橡膠適當壓合后再加入配合劑進行混煉，否則，將對混煉質量產生一定影響。

2.2.2 橡膠與其他高分子聚合物的并用

橡膠與其他高分子聚合物的并用，簡單地說，就是通常所稱的“橡塑并用”。就其并用工藝來說，主要應根據各種高分子聚合物的并用特性（如溫度、相容性等），再以相應的加工設備（一般可采用配有加溫裝置的煉膠機）進行共混。其中正確掌握并用溫度非常重要，并且翻煉壓合一定要均勻，否則，將難于制得質量均一的共混體。

2.3 塑煉膠可塑性

為適應膠管制造工藝的需要，對用于各膠層部件及不同膠種的塑煉膠（或摻合膠）的可塑性要求，參見表1。

表1 不同膠層部件的得塑煉膠可塑性要求

3 混 煉

總體來說，制造膠管用的膠料，混煉膠料所用的設備可以分為下面3種：開煉機混煉；密煉機混煉；連續(xù)、自動或高速混煉；

不言而喻，在加工的大多數工序中，混煉設備的冷卻是最為重要的。在過去多年里，許多混煉設備制造商投入大量人力從事開發(fā)工作，這無疑使獲得較短的混煉用時成為可能。出于混煉速度、產量和經濟方面的考慮，密煉加工是一種廣泛使用的混煉方法，但是在膠管生產方面，開煉機混煉也一直在使用，無疑在今后若干年內仍將繼續(xù)使用。這是由于某些產品產量的要求，也出于精密的分散度考慮，同時膠料也有無污染的要求，所有這兩項重要的因素在用密煉機時不能得到充分的保證。

3.1 開煉機混煉

由于開煉機結構簡單、設備投資低、使用維修方便等優(yōu)點，故在一般中小型工廠中使用較為普遍。

采用開煉機混煉的主要優(yōu)點是可變性好，操作方便，對于品種多、批量小，以及要求特殊的膠料混煉尤為適宜。缺點是勞動強度高，生產效率低，粉塵易飛揚。

作為膠管用的膠料，除了能夠滿足所需的使用要求和工藝性能之外，從表觀上還需要保證膠料的均勻性、致密性和純潔性，這對于使用條件苛刻的膠管膠料（如高壓膠管內層膠等）來說更為重要。因此，采用開煉機混煉的膠料，應特別注意配合劑的分散結果，對于填充劑用量較多的膠料，以采取“少加勤加”的方法為宜。根據不同特性的膠料，必須相應地掌握好加料順序及煉膠溫度等工藝條件，嚴防產生分散不勻、膠疙瘩以及焦燒等質量問題。

3.2 密煉機混煉

用密煉機混煉具有產量大、生產效率高、勞動強度低以及粉塵飛揚少等優(yōu)點，而且還有利于自控化和大批量生產。缺點是混煉溫度較高，容易使膠料產生自硫，同時由于密煉室混煉的膠料形狀不固定，還需經壓片機補充加工。

對大部分膠管用的膠料，都可以用密閉式煉膠機進行混煉。采用密煉機混煉的基本要求如下。

3.2.1 裝膠容量

通?？筛鶕z料的含膠率高低、可塑性大小，以及轉子凸棱與室壁之間的空隙等情況確定裝膠容量。一般來說，對可塑性較大且易于混煉的膠料，其裝膠容量可適當增加；反之，則適當減少。

3.2.2 加料順序

根據不同膠種以及膠料的特性，通常可采用一段或兩段混煉。大部分膠管用的膠料，都可采用一段混煉。其一般的加料順序為：

塑煉膠（或摻合膠）→小料（活性劑、防老劑、促進劑等）→固體軟化劑→填充劑、補強劑（用量多的要分次加入）→液體軟化劑→排膠。硫化劑一般都在壓片機上加入。

對于配合劑分散困難或容易產生焦燒的膠料，可采用兩段混煉，并在第二段混煉時加入硫化劑。

若采用快速高效密煉機進行混煉，其加料順序可適當簡化。

3.2.3 混煉溫度

膠料在密煉過程中，溫度會不斷升高，但混煉溫度過高會影響膠料質量，且不利于粉劑的分散。因此，適當控制混煉溫度非常重要。一般膠料的混煉溫度以100～130℃為宜，對氯丁橡膠等易產生焦燒的膠料，其密煉溫度應控制在100℃以下。

3.2.4 混煉時間

膠料在密閉式煉膠機中混煉的時間一般不宜過長，尤其對合成橡膠用量較多的膠料，應在保證配合劑分散和混煉均勻的前提下，盡量縮短輔助或投料的時間。

3.3 膠料過濾

大部分膠管用的膠料都應具有較好的致密性和純潔性，因此這些膠料除了在塑煉和混煉等過程中需要加強清潔工作之外，還需進行過濾。

膠料過濾一般都采用螺桿濾膠機進行，濾網規(guī)格根據不同用途的膠料而定，一般為60～80目/in(1 in=2.54cm，下同)；對要求較高的膠料，可采用100目/in以上的濾網。

過濾后的膠料，一般都需經過適當冷卻后才能加入硫化劑，以防膠料產生焦燒。

3.4 膠料可塑性

根據膠管制造工藝及使用膠層部件的不同，其膠料的可塑性要求可參見表2所列的范圍適當控制。

表2 膠管不同部分的混煉膠可塑性要求

在混煉這一工序中，廣泛使用以下7種方法。

3.4.1 直接混煉法

這種方法是將膠料加以混煉，然后直接供給下一道工序，如喂入壓出機或壓延機。從這個意義上說，其名稱準確地表達了它的含義。顯然，這種方法要求對混煉周期及其后工序進行精確的計劃，其應用范圍也是非常廣的。由于某些原因，例如硫化性能和分解性能，以及由于加工過程中沒有停放時間，在其后的加工中會產生“彈性復原性”，因而最初的塑煉是極為重要的，所以在加工中進行嚴格的質量控制非常必要。

3.4.2 間接混煉法

這種加工過程是將膠料進行混煉，壓成膠片，并在進入下道工序前進行貯存。硫化材料依據特定的膠料，可在壓片之前加入，也可以在膠料貯存放置之后、下道工序之前臨時加入。據認為，從加工角度看，這種方法（除了開煉機混煉之外）能加工出最好的膠料。

3.4.3 預塑煉

在某些情況下，特別是對于烴含量相當高的膠料，必須對聚合物進行預塑煉（以消除彈性復原性）、壓片和冷卻，然后再用這種預塑煉的膠料以常規(guī)方法進行混煉。另外，如果膠料含有的填料量相當高，不論是炭黑還是礦物填料，可先混煉出母煉膠，并進行壓片和冷卻，然后再進行最后的混煉。

3.4.4 油填充

對于天然橡膠膠料，可以充油，而不會對其后的加工性能和物理性能造成過分損失，其方法是選擇適當的油，并將其與所需的炭黑進行預混。將這樣所產生的“炭油”，與橡膠一起在加工一開始就加到密煉機中，這樣就將整個膠料塑煉在一起。這種方法能防止塑煉引起的鏈的過分斷裂，這樣所獲得的膠料塑性非常令人滿意。

3.4.5 傾倒式混煉法

在膠料所含填料量相當高的情況下，有時難以使混煉機輥筒“咬住”膠料，在這種情況下，一般是將所有的配合劑（橡膠和填料）一起傾倒進密煉機中，然后進行加工。與舊的理論等相反，這種方法確實可行，并且可生產出適合其應用的滿意的膠料。

3.4.6 反序混煉法

這種方法是先向混煉機中加粉末材料，然后再加聚合物。這種方法不僅能生產出滿意的混煉膠料，而且也有可能混煉某些難以加工的氯丁膠膠料。這種膠料由于其焦燒或發(fā)粘問題，至今還不得不用開煉機進行混煉。

3.4.7 接種法

這是另一種極其有用的混煉方法，開發(fā)于第二次世界大戰(zhàn)期間，因為當時天然橡膠等較短缺。其方法是向新膠料中加進少量同類的前批膠料，使新的膠料在混煉期間“接種”到前批膠料中，這種方法對混煉烴含量極低的膠料特別有效。

3.5 混煉周期

關于密煉機混煉周期所用的技術有兩種不同的觀點。一種是根據規(guī)定的時間周期混煉而不管最終所達到的溫度，另一種是根據規(guī)定的塑煉溫升而不管整個混煉時間。從成本和生產的角度來看，這兩種方法都能生產出低成本的均勻膠料，而絕對地說哪種好哪種差是非常不明智的。事實上，為了適應特定的膠料配方而對這兩種方法都加以采用（當然是用不同的機器），甚至也可能是必要的。

現在的實際情況是，只要有可能就盡量實行連續(xù)混煉。此外，高速轉子的使用也在不斷增加，這就大大地縮短了混煉時間而增高了混煉溫度。因此，如前所述，進行了大量的研究工作，旨在開發(fā)非常有效的水汽系統和混煉膠料迅速排放的技術，其中也包括排料口的改進。

為了進一步提高生產速度，通過選用正確的混煉方法，同時使用恰當的促進劑和硫化系統，現在已有可能使用混煉機以直接混煉法混煉整批膠料。此外，把某些較為難以加工的促進劑加工成母煉膠形式，就還有可能在密煉機混煉的后期將這些母煉膠加進去進行迅速混合而不會產生焦燒。

定期檢查密煉機輥筒和殼體的磨損，并且不斷地略微增加每批膠料的質量以補償這一磨損是極為重要的，否則會出現各種混煉困難，如分散、塑煉不足等。在機器需要修理之前，通過這些混煉的附加量而多獲得這么多良好的膠料作為額外產量，這一點確是令人吃驚的。

3.6 某些特殊的混煉

“理想的”有色膠料和淺色膠料就在各自的場地用開煉機或密煉機進行混煉，并且要遠離炭黑膠料。不幸的是，“理想”的條件并非總是存在的。而下列方法則是常用的，這種方法就是使用也用于混煉炭黑膠料的密煉機來生產商業(yè)上合格的有色膠料。事實上，在某些工廠中，用蒸氣管路加溫，給膠凝所需的必要溫度，混煉機也可用來混煉PVC。清理方法只是用幾批塑煉過的膠料清洗密煉機，這些用過的塑煉膠以后可用于炭黑膠料?，F在有色膠料混煉的順序是先混煉顏色較淺的，然后依次混煉顏色較深的膠料。

關于混煉氯丁膠，有一種新的加工助劑——特殊配制的“黏性”氯化鎂值得一提。在混煉的關鍵階段，它很有助于氧化鎂的分散，進而縮短混煉時間和降低升溫，由此使混煉膠達到滿意的加工性能。丁腈橡膠在開煉機上混煉很容易，但在通用型密煉機中混煉則很困難，因為耗電非常高。但是使用特殊設計的轉子葉片，則可使這種膠料獲得良好的加工性能。在加工丁腈橡膠時，開煉機要裝備得能在后輥上混煉，因為丁腈橡膠對較快的輥筒有親和性。在大型企業(yè)車間，可將丁腈橡膠限制在專用的加工生產線上，這樣可以調整開煉機的傳動速比，以使膠料可在“前”輥上進行混煉。

3.7 連續(xù)和半連續(xù)混煉

在上世紀后期之前，橡膠工業(yè)的混煉方法和設備的變化很小，多年前的那些混煉方式、設備一起在沿用著。而連續(xù)和半連續(xù)混煉則在大中型企業(yè)表現出了很好前景和生命力。出于成本的考慮，對有限幾種膠料進行大批量加工是可行的，在混煉設備堅固結實的前提下，安排周密的混煉計劃、工藝過程和標準化是很重要的。總之，小批量膠料混煉適于采用常規(guī)的混煉方式。連續(xù)混煉可能引起的問題（常規(guī)混煉也是這樣）大概可以簡化為兩點：分散和混煉期間膠料的溫度控制。

在這一連續(xù)和半連續(xù)混煉系統中，對顆粒狀材料和其他配合劑的自動稱重已經開始使用了。這在時間 、產量、成本和質量上都是很經濟的。一個典型的系統裝配有一個密煉機（其規(guī)格應適合于上述操作條件），該密煉機采用自動添加配合劑的方式喂料，但通常不加硫化劑。這是因為在混煉期間膠料升熱過快，易產生焦燒。這樣膠料可以在出密煉機/壓出機時，再在開煉機上添加硫化劑。

另外，膠料也可以從密煉機排到傳遞混煉機（Transfermix）里并制成顆粒狀膠料，當然也不含硫化劑。這種方式可以減少在混煉機的混煉時間，然后膠料在開煉機上加硫化劑，最后壓成膠片；如膠料是顆粒狀，也可通過另一部傳遞混煉機添加硫化劑，壓成膠片。這種傳遞混煉機由特殊形狀的螺桿和機筒部件構成，可使膠料在螺桿和機筒之間往復式通過機器，從而產生剪切。膠料往復式通過次數可以設計到機器中，由膠料所要求的性能而定。由于機器和膠料里面的冷卻管道精密，可以獲得非常好的溫度控制；這種機器的另一優(yōu)點是會自動排膠，從而保證每批膠料污染程度最小。該機器螺桿直徑約500mm，生產效率非常高。但不足的一面是，由于是單螺桿機器，作為混煉機使用時，它不適合于高填充量的填料或補強材料在機器的有效時間內獲得滿意的分散。這樣它最好是密煉機的配套設備，用以添加促進劑和硫化劑，或者作為一種破碎機，用來向壓延機等喂料。

另外還有一連續(xù)混煉機，由美國Farrel公司設計。該機器可稱為擴大的班伯里密煉機，其結構包括喂料螺桿、混煉轉子和可變排膠機。同樣機器中產生最佳分解的時間是需要注意的，因此供料方法顯得很重要。轉子速度是可變的，這樣塑煉和混煉在機器有效時間的限度內有一定的靈活性。內部壓力通過排膠口尺寸加以控制。這樣在解決炭黑分散問題時，可以視為是很不錯的混煉設備。

粉末橡膠混煉已經是可取的方法了，因為丁腈橡膠、丁苯橡膠、天然橡膠和其他合成材料都可以制成粉末、顆粒狀，這樣所有配合材料都在粉末摻合機內摻合在一起，然后用密煉機或者開煉機進行最后的混煉，甚至也可以直接喂入壓出機，這樣不僅明顯地節(jié)省時間、節(jié)省能源，還具有較高的清潔度。

3.8 膠料熱煉

供壓延或壓出用的膠料，通常都采用開煉機對其進行熱煉后，再給下道工序使用。不同的膠料，膠料的熱煉溫度要求也不同。不同膠料的熱煉溫度要求參見表3。

表3 不同膠種膠料的熱煉溫度

各膠料須按不同用途分別熱煉，不能混用，并保持清潔，不得混入雜質；膠料熱煉應均勻，熱煉輥距以4～6mm為宜；熱煉后膠料應及時供壓延或壓出使用，存放過久可能會產生自硫，熱煉膠料應保持一定膠溫；返回膠須再經熱煉后才能使用；如采用冷喂料壓出工藝，則膠料可不經熱煉而直接壓出。

混煉后，最好將幾批膠料摻合在一起，通常膠料至少要停放24 h。有些加工要求膠料在最后加工前必須對其進行過濾或壓延薄通。顯然膠料的性能和下一步加工是要考慮的因素。

3.9 壓延

供膠管用的膠片或膠布一般都需要經過壓延工藝制得，即膠片壓延和膠布壓延。

3.9.1 膠片壓延

在膠管制造中，用以包貼成型的各膠層膠片多采用三輥壓延機完成壓延。

3.9.1.1 壓延溫度 不同的膠料，壓延溫度也不同，其相適應的壓延溫度可參見表4。

表4 不同膠種膠料的膠片壓延溫度

3.9.1.2 壓延速度和速比 通常，膠片壓延的速度快慢應根據膠料的可塑性大小而定，可塑度大的膠片，壓延速度可快一些。另外膠片壓延時輥筒速比應以等速為宜，采用三輥壓延機時，其中、下輥為等速；上、中輥保持一定速比，以利于排除膠料中的氣泡，隨之向中、下輥間供應均質的膠料。

3.9.1.3 供膠和膠片卷取 壓延供膠要少加勤加，保持輥距間定量積膠就好。膠料溫度要基本一致，熱煉膠也要保持均勻。膠片卷取需用清潔墊布或涂隔離劑均勻卷取，卷取速度應與壓延速度一致，同時壓延膠片要適當冷卻，以防自硫。3.9.2 膠布壓延 膠管用的膠布大多采用纖維織物（帆布或簾布）經壓延機擦膠或貼膠而成。

3.9.2.1 擦膠

擦膠是利用壓延機輥筒轉速的不同所產生的剪切力使膠料擠擦到織物的縫隙中，以提高膠料與織物的粘合強度。擦膠通常是在三輥或四輥壓延機上進行的（采用四輥壓延機的優(yōu)點是可將織物兩面同時進行擦膠，不僅效率快，還減少膠布的壓延損傷）。膠管用膠布的擦膠通常有兩種方法。一種稱為“厚擦”（也稱為包擦），即膠料包在中輥上，包膠厚度在2～3mm左右，優(yōu)點是膠布不易壓壞，操作較方便，但膠料的織物滲透性較差；另一種是“薄擦”，即在織物通過中、下輥距時，使膠料全部擦入織物里，此法優(yōu)點是膠料對織物的滲透程度好，但對織物強度損失較大，現一般多用“厚擦”法。

擦膠需注意以下幾點：

（1）擦膠溫度 擦膠對各輥筒溫度的調配對擦膠工藝及膠布質量有直接影響，因此應當根據各膠料的特性來控制相應輥筒的溫度，三輥壓延機對不同膠料的擦膠溫度參見表5。

表5 不同膠種膠料的擦膠溫度

（2）輥筒速比 輥筒速比對擦膠有一定影響。速比太小則擦膠效果不好，速比太大易使織物強力受損，而且操作困難，通常對上、中、下三輥的速比以1:（1.3～1.5）:1為宜。

（3）膠料可塑性 膠料的可塑性大，其流動性也大，易于滲透到織物中去，因此采用厚擦時對膠料的可塑度一般要求在0.5以上。

（4）對織物的要求 織物的含水量過高，會影響膠料與織物的粘合強度，因此在擦膠前必須對織物進行干燥，使含水量降至3%以下，并使織物保持一定的溫度。為提高擦膠效果，在干燥前對織物進行刷毛，除去織物中細毛絨、雜質、灰塵，便于膠料滲透到織物中去。對合成纖維及玻璃纖維等織物，可在擦膠前先經浸漿處理或在膠料中配入適量增粘劑，以提高粘合性能。

3.9.2.2 貼膠 在某些膠管產品中，采用貼膠布代替膠層和骨架層，目的是簡化成型工藝、提高生產效率，并降低原材料消耗，節(jié)約能源，改善膠管柔軟性和降低管體質量。織物貼膠一般在三輥或四輥壓延機上通過輥筒等速運轉實施，需要注意的有以下幾點：

（1）熱煉膠 貼膠時膠料要求熱煉均勻，并應保持一定的塑性和膠料溫度；

（2）加料 采取少加、勤加方式，使輥縫間保持一定的積膠；

（3）輥距 貼膠輥距必須要準確控制，以保證貼膠厚度的均勻；

（4）輥筒溫度 貼膠時的輥筒溫度依不同的膠料而定，可參照表6實施。

表6 不同膠種膠料的貼膠溫度

典型的膠管膠料配方——通用液壓膠管配方參見表7、8、9。

表7 通用液壓膠管內膠膠料配方

表8 通用膠管內膠配方

根據膠管的制造過程，其相應的原材料加工、配合等準備工藝流程列于圖1。

表9 通用膠管外膠配方

圖1 準備工藝流程圖

通用耐油、耐天候膠管配方見表10。

表10 通用耐油耐天候膠管內膠和外膠配方