徐 藝，李 威，倪淑杰，鄧彩霞

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

隨著輪胎工業(yè)的發(fā)展，密煉機(jī)成為塑煉和混煉的主要設(shè)備，并處于不斷完善中。密煉機(jī)具有混煉時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)單、減少粉塵飛揚(yáng)和配合劑損失等優(yōu)點(diǎn)。密煉機(jī)按轉(zhuǎn)子嚙合與否分為切向型和嚙合型。切向型和嚙合型密煉機(jī)的混煉原理為：料斗裝置中有一個(gè)壓砣，用于將材料壓入密煉室中，通過(guò)壓砣的往復(fù)運(yùn)動(dòng)向膠料施加一定的壓力，以加速煉膠過(guò)程，提高混煉效果；密煉室中兩個(gè)相向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)混煉膠料的功能；轉(zhuǎn)子端板用于密封混煉室的兩端；防塵密封用于密封旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子與靜止轉(zhuǎn)子端板之間的區(qū)域；底座中設(shè)有排料裝置（卸料門）；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子完成混煉過(guò)程[1-3]。

GK非嚙合切向型密煉機(jī)由密煉裝置、加料裝置、壓料裝置、卸料裝置、傳動(dòng)裝置、底座、加熱冷卻系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)組成[4]。本研究所用密煉機(jī)采用轉(zhuǎn)子密封圈油密封系統(tǒng)，目的是使各轉(zhuǎn)動(dòng)部分減少摩擦，延長(zhǎng)使用壽命。高壓油泵根據(jù)密煉機(jī)的運(yùn)行情況向密封圈注油，并對(duì)油筒加油、壓力、流量進(jìn)行控制潤(rùn)滑，主要用于密封圈的動(dòng)靜圈的供油潤(rùn)滑系統(tǒng)[5]。GK型內(nèi)壓式密封裝置開設(shè)注油孔，注入工藝油是為了使進(jìn)入密封腔內(nèi)的物料軟化形成糊狀物，高壓工藝油施壓在動(dòng)環(huán)端面上，使動(dòng)環(huán)與定環(huán)間產(chǎn)生一定比壓，比壓由工藝油壓力及物料流溢情況決定。密封面間的潤(rùn)滑由潤(rùn)滑油提供。該密封裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是動(dòng)環(huán)和定環(huán)均為兩半，且在擋圈外，不容易被破壞。另外，密封面距轉(zhuǎn)子端面較遠(yuǎn)，物料流動(dòng)距離大，壓力損失大、漏料少，易密封[6]。

本工作采用具有轉(zhuǎn)子密封圈油密封系統(tǒng)的GK-5E型密煉機(jī)，研究不同填料體系膠料在混煉過(guò)程中的質(zhì)量變化、密度及拉伸性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號(hào)STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1502，中國(guó)石化齊魯石化公司產(chǎn)品；溶聚丁苯橡膠（SSBR），德國(guó)朗盛公司產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石化北京燕山石化公司產(chǎn)品；炭黑N220和工業(yè)參比炭黑，美國(guó)卡博特公司產(chǎn)品；沉淀法白炭黑，牌號(hào)1165MP，羅地亞白炭黑（青島）有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

配方A：NR 100，工業(yè)參比炭黑 50。

配方B：SBR 100，白炭黑 40。

配方C：NR 32，SBR 68，炭黑N220 38.4，白炭黑 14.5。

配方D：NR 32，SBR 68，炭黑N220 44.3，白炭黑 9.4。

配方E：SSBR 70，BR 16，SBR 14，炭黑N220 10，白炭黑 48。

配方A—E除上述組分外，其他組分及用量均相同。

1.3 主要設(shè)備和儀器

GK-5E型密煉機(jī)，德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品；843609型密度儀，德國(guó)布拉本德公司產(chǎn)品；XB-220A型天平法比重計(jì)，瑞士Precisa公司產(chǎn)品；Z005型電子拉力機(jī)，德國(guó)Zwick公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

混煉前稱取所用原材料質(zhì)量第1段記為m0，第2段記為m2。

1.4.1 配方A膠料

配方A膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉初始轉(zhuǎn)速為90 r·min-1，投料溫度為50 ℃，在混煉過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制溫度，壓壓砣2次，出料溫度為115 ℃，A-1和A-2混煉時(shí)間分別為225和266 s，稱取一段混煉膠質(zhì)量，記為m1。二段混煉初始轉(zhuǎn)速為70 r·min-1，投料溫度為50 ℃，在90 ℃時(shí)出料，A-1和A-2混煉時(shí)間分別為150和170 s，稱取二段混煉膠質(zhì)量，記為m3。相同配方膠料在開煉機(jī)上混煉，記為A（開煉機(jī)）。

混煉膠在145 ℃×30 min的條件下進(jìn)行硫化。

1.4.2 配方B膠料

配方B膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉初始轉(zhuǎn)速為90 r·min-1，投料溫度為50 ℃，在混煉過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制溫度，壓壓砣2次，B-1和B-2出料溫度分別為110和120 ℃，混煉時(shí)間為240 s，稱取一段混煉膠質(zhì)量，記為m1。二段混煉初始轉(zhuǎn)速為70 r·min-1，投料溫度為40 ℃，在90 ℃時(shí)出料，混煉時(shí)間為150 s，稱取二段混煉膠質(zhì)量，記為m3。相同配方膠料在開煉機(jī)上混煉，記為B（開煉機(jī)）。

混煉膠在150 ℃×10 min的條件下進(jìn)行硫化。

1.4.3 配方C和D膠料

配方C和D膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉初始轉(zhuǎn)速為90 r·min-1，投料溫度為60 ℃，在混煉過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制溫度，在2.5 min時(shí)壓壓砣，在122 ℃時(shí)出料，混煉時(shí)間為235 s，稱取一段混煉膠質(zhì)量，記為m1。二段混煉初始轉(zhuǎn)速為70 r·min-1，投料溫度為45 ℃，在90 ℃時(shí)出料，混煉時(shí)間為155 s，稱取二段混煉膠質(zhì)量，記為m3。

混煉膠在150 ℃×30 min的條件下進(jìn)行硫化。

1.4.4 配方E膠料

配方E膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉初始轉(zhuǎn)速為90 r·min-1，投料溫度為50 ℃，在混煉過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制溫度，在105 ℃時(shí)出料，混煉時(shí)間為300 s，稱取一段混煉膠質(zhì)量，記為m1。二段混煉初始轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，投料溫度為50 ℃，在混煉過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制溫度，在90 ℃時(shí)出料，混煉時(shí)間為208 s，稱取二段混煉膠質(zhì)量，記為m3。

混煉膠在150 ℃×20 min的條件下進(jìn)行硫化。

1.5 性能測(cè)試

（1）混煉膠的布拉本德密度依據(jù)密度儀說(shuō)明書測(cè)試；硫化膠的天平法比重計(jì)密度按GB/T 533—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 密度的測(cè)定》測(cè)試。

（2）拉伸性能按GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)試》測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

GK-5E型密煉機(jī)采用機(jī)械油密封體系。密煉機(jī)工作按鈕開啟后，設(shè)備的油泵開始工作，同時(shí)機(jī)械油進(jìn)入密煉機(jī)中起到密封及膠料混煉過(guò)程中的潤(rùn)滑作用。在保證密煉機(jī)正常工作的前提下，控制機(jī)械油的進(jìn)油速度。本混煉過(guò)程中，密煉機(jī)的耗油量為6.8 mL·min-1。

配方A—E膠料在混煉過(guò)程中的質(zhì)量變化和密度測(cè)試結(jié)果如表1所示，硫化膠的拉伸性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表1 膠料在混煉過(guò)程中的質(zhì)量變化和密度測(cè)試結(jié)果

表2 硫化膠的拉伸性能測(cè)試結(jié)果

2.1 混煉時(shí)間

配方A膠料主要考察混煉時(shí)間對(duì)硫化膠拉伸性能的影響。A-1和A-2膠料的一段混煉時(shí)間分別為225和266 s；而在一段混煉后得到的A-1和A-2膠料的質(zhì)量分別增大了3.0和3.4 g。這表明在混煉過(guò)程中密煉機(jī)的機(jī)械油有一部分進(jìn)入混煉膠中，混煉結(jié)束后膠料的質(zhì)量會(huì)有一定的增大（經(jīng)兩段混煉后，A-1和A-2膠料的質(zhì)量分別增大8.2和9.3 g）；且混煉時(shí)間越長(zhǎng)，進(jìn)入混煉膠中的機(jī)械油越多?；鞜捦瓿珊驛-1和A-2膠料增大的質(zhì)量在炭黑混煉標(biāo)準(zhǔn)要求（不應(yīng)超過(guò)＋0.5%或不應(yīng)低于－1.5%）范圍內(nèi)。

從表1和2可以看出，在兩段混煉過(guò)程中，雖然有部分機(jī)械油進(jìn)入混煉膠中，但對(duì)膠料的密度和拉伸性能影響不大。A-1和A-2膠料的布拉本德密度和天平法比重計(jì)密度相近；且配方A膠料經(jīng)開煉機(jī)混煉后硫化膠的天平法比重計(jì)密度為1.130 Mg·m-3，與混煉后膠料的密度相差不大。另外，兩種混煉方式所得硫化膠的拉伸性能無(wú)明顯差異。

2.2 混煉溫度

配方B膠料主要考察混煉溫度對(duì)硫化膠拉伸性能的影響。B-1和B-2膠料的一段出料溫度分別為110和120 ℃；而在一段混煉后得到的B-1和B-2膠料質(zhì)量分別增大了3.7和3.9 g。結(jié)果表明在混煉過(guò)程中密煉機(jī)的機(jī)械油有一部分進(jìn)入混煉膠中，混煉結(jié)束后膠料的質(zhì)量會(huì)有一定的增大（經(jīng)兩段混煉，B-1和B-2膠料質(zhì)量分別增大9.5和9.9 g）；混煉溫度越高，進(jìn)入混煉膠中的機(jī)械油越多。

從表1和2可以看出：B-1和B-2膠料的布拉本德密度和天平法比重計(jì)密度相近；兩種膠料的拉伸性能稍有差異。這說(shuō)明出料溫度對(duì)硫化膠的拉伸性能影響不大。

從配方B膠料的混煉工藝可以看出，白炭黑膠料的混煉時(shí)間較長(zhǎng)，一段和二段混煉共需390 s，在混煉過(guò)程中具有密封作用的機(jī)械油會(huì)部分進(jìn)入最終的混煉膠中，引入的機(jī)械油可能對(duì)白炭黑膠料的拉伸性能有影響。因此，針對(duì)白炭黑用量較大且混煉時(shí)間較長(zhǎng)的配方不建議使用具有油密封系統(tǒng)的密煉機(jī)。

2.3 填料體系

配方C和D膠料的混煉工藝一致，配方中白炭黑和炭黑的用量有一定的差別，導(dǎo)致二者在最終膠料的增量上不同，表現(xiàn)為膠料的密度不同，但這種差異并不會(huì)給硫化膠的拉伸性能帶來(lái)影響（見表1和2）。

配方E采用高用量白炭黑，為了保證白炭黑的有效分散，需要延長(zhǎng)混煉時(shí)間，因此配方E膠料的混煉時(shí)間總計(jì)為508 s，膠料的質(zhì)量增大11.7 g。根據(jù)GK-5E型密煉機(jī)工作原理，混煉時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)增大機(jī)械油引入的風(fēng)險(xiǎn)，因此不建議高用量白炭黑配方或進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的混煉時(shí)使用GK-5E型密煉機(jī)。

3 結(jié)論

（1）在GK-5E型密煉機(jī)中用于密封的機(jī)械油會(huì)在混煉過(guò)程中部分進(jìn)入到混煉膠中，混煉時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高進(jìn)入的機(jī)械油越多。

（2）混煉溫度和混煉時(shí)間對(duì)硫化膠的拉伸性能影響不大。

（3）膠料配方中白炭黑用量過(guò)大會(huì)直接影響混煉時(shí)間，進(jìn)而對(duì)硫化膠的拉伸性能產(chǎn)生影響。