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        串聯(lián)密煉機恒溫混煉工藝性能的研究

        2022-10-28 07:09:10劉華龍叢明輝王婷婷孫慶江董凌波關(guān)金朝
        輪胎工業(yè) 2022年10期
        關(guān)鍵詞:壓壓密煉機門尼

        劉華龍,叢明輝,王婷婷,孫慶江,董凌波,關(guān)金朝

        (三角輪胎股份有限公司,山東 威海 264200)

        在輪胎生產(chǎn)過程中,混煉膠質(zhì)量至關(guān)重要,在整個輪胎生產(chǎn)工藝流程中膠料混煉耗電占比較大,因此如何提高膠料混煉質(zhì)量、降低能耗是膠料混煉技術(shù)研究中的重要課題。相對于傳統(tǒng)單密煉機,膠料在串聯(lián)密煉機的上密煉機中完成混煉后不經(jīng)過降溫過程直接排入下密煉機中繼續(xù)混煉,降低了膠料中轉(zhuǎn)及降溫冷卻過程中的人力成本和能源消耗。目前使用嚙合轉(zhuǎn)子的串聯(lián)密煉機的上下密煉機均能實現(xiàn)精準(zhǔn)變轉(zhuǎn)速恒溫混煉,提高混煉膠混煉均勻性和混煉程度[1-6],但是目前對串聯(lián)密煉機的變轉(zhuǎn)速恒溫混煉工藝性能研究較少。

        本工作通過對IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機的恒溫混煉與恒轉(zhuǎn)速混煉工藝性能進行對比,研究串聯(lián)密煉機的混煉工藝性能。

        1 實驗

        1.1 主要原材料

        天然橡膠(NR),20#標(biāo)準(zhǔn)膠,馬來西亞產(chǎn)品;炭黑,山東貝斯特有限公司產(chǎn)品;白炭黑,山東聯(lián)科科技股份有限公司產(chǎn)品。

        1.2 配方

        試驗采用公司全鋼載重子午線輪胎0°帶束層膠料(編號為JL),配方主要組分為NR、炭黑和白炭黑。

        1.3 主要設(shè)備和儀器

        IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機,德國克虜伯公司產(chǎn)品;BB270型密煉機,日本神戶制鋼公司產(chǎn)品;MV-3000型門尼粘度計和TS-2000M型電子拉力機,中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品;RPA2000橡膠加工分析(RPA)儀,美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;動態(tài)熱機械分析(DMA)儀,德國GABO公司產(chǎn)品;401B型老化試驗箱,江都試驗機械廠產(chǎn)品。

        1.4 混煉工藝

        母煉膠采用IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機混煉(IM550E和IM1000ET密煉機的功率分別為2 550和1 500 kW,均采用嚙合PES5型轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子速比均為1∶1),具體混煉工藝方案如下。

        (1)JL-1編號膠料混煉,恒轉(zhuǎn)速混煉過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1,恒溫混煉過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為5~50 r·min-1。一段混煉工藝為:上密煉機加NR、小料、炭黑和白炭黑→壓壓砣(30 s)→提壓砣→壓壓砣(30 s)→提壓砣→壓壓砣升溫至160℃→排膠至下密煉機→下密煉機恒溫155 ℃,保持180 s→排膠;二段混煉工藝為:上密煉機加一段混煉膠→壓壓砣(30 s)→提壓砣→壓壓砣(30 s)→提壓砣→壓壓砣升溫至160 ℃→排膠至下密煉機→下密煉機恒溫155 ℃,保持140 s→排膠。三段混煉工藝同二段混煉。

        (2)JL-2編號膠料混煉,恒轉(zhuǎn)速混煉過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1,恒溫混煉過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為5~50 r·min-1。一段混煉工藝為:上密煉機加NR、小料、炭黑和白炭黑→壓壓砣(30 s)→提壓砣→壓壓砣(30 s)→提壓砣→壓壓砣升溫至150℃后恒溫,保持150 s→排膠至下密煉機→下密煉機恒溫150 ℃,保持330 s→排膠;二段混煉工藝同一段混煉。

        在介紹紅色文化的名人時,在英譯版本中省略了名人們的“字”?!白帧?,也稱“表字”,是一個人的名字的注解、補充和延伸。在省博物館里面有很多類似的表達,比如“胡漢民(1879-1936),字展堂”,“梁延相(1796-1861),字章冉”,“張蔭桓(1837-1900),字樵野”等。但是,考慮到中外文化差異,“字”是中國人特有的,而外國人沒有,所以不必譯出。

        終煉采用BB270型密煉機混煉,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1,混煉工藝為:加母煉膠→升溫至125 ℃→排膠至開煉機→加硫化體系→搗膠→排膠。

        1.5 性能測試

        (1)RPA測試條件:終煉膠應(yīng)變掃描,溫度100 ℃,應(yīng)變范圍 0.7%~100%,頻率 1.67 Hz。

        (2)DMA測試條件:硫化膠溫度掃描,溫度范圍 30~80 ℃,動態(tài)應(yīng)變 5%,靜態(tài)應(yīng)變 10%,頻率 10 Hz。

        (3)膠料其他性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進行測試。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 生產(chǎn)效率和能耗

        2.1.1 生產(chǎn)效率

        JL-1與JL-2兩種母煉膠混煉時間對比如表1所示。

        表1 JL-1與JL-2兩種母煉膠混煉時間對比 s

        2.1.2 能耗

        JL-1與JL-2兩種母煉膠混煉能耗對比如表2所示。

        表2 JL-1與JL-2兩種母煉膠混煉能耗對比

        從表2可以看出,JL-1母煉膠增加第三段148 s的恒轉(zhuǎn)速混煉產(chǎn)生的能耗為372.7 kJ·kg-1,JL-2母煉膠一段混煉過程中增加的150 ℃×150 s恒溫混煉帶來的能耗增加為162.3 kJ·kg-1,增加恒溫混煉比增加一段恒轉(zhuǎn)速混煉的能耗降低56%,但JL-2母煉膠混煉總能耗比JL-1母煉膠減小16%,這主要是因為JL-2母煉膠兩段式混煉比JL-1母煉膠三段式混煉減少1段破膠升溫帶來的能耗。

        2.2 膠料性能

        2.2.1 門尼粘度

        JL-1與JL-2兩種膠料門尼粘度對比如表3所示。

        表3 JL-1與JL-2兩種膠料門尼粘度對比

        從表3可以看出,在相同混煉工藝下,JL-1和JL-2的二段混煉分別降低門尼粘度21和18,JL-1的三段混煉降低門尼粘度12。從表2可以看出,JL-1和JL-2二段混煉及JL-1三段混煉的能耗分別為379.0,387.1和372.7 kJ·kg-1,由此可見,其降低單位門尼粘度消耗的能量分別為18,22和31 kJ·kg-1。這可能是因為在相同的混煉工藝下,隨著混煉段數(shù)的增加,母煉膠門尼粘度下降,NR分子鏈變短,密煉機轉(zhuǎn)子對NR分子鏈的剪切作用變?nèi)酰T尼粘度下降速度慢,同時降低單位門尼粘度的能耗急劇上升。JL-2與JL-1一段母煉膠門尼粘度差為8,能耗差為162.3 kJ·kg-1,則降低單位門尼粘度消耗的能量為20 kJ·kg-1,降低單位門尼粘度的能耗比JL-1混煉低33%;JL-1和JL-2終煉膠的

        門尼粘度分別為55和61,JL-2終煉膠的門尼粘度增大11%,而總能耗減小16%。

        2.2.2 物理性能

        JL-1與JL-2兩種膠料物理性能對比如表4所示。

        表4 JL-1與JL-2兩種膠料物理性能對比

        從表4可以看出,老化前JL-1膠料的物理性能略好于JL-2膠料,而老化后JL-2膠料的物理性能略好。這表明相比增加1段母煉膠混煉,增加150℃×150 s變轉(zhuǎn)速恒溫混煉工藝對膠料物理性能影響不大,甚至可以改善膠料的耐老化性能。

        2.2.3 鋼絲粘合性能

        使用JL-1和JL-2兩種膠料進行鋼絲簾線(規(guī)格為3×0.20+6×0.35HT)覆膠制樣,H抽出力測試結(jié)果分別為1 010和1 126 N。

        由此可見,JL-2膠料的鋼絲抽出力大于JL-1膠料,表明增加恒溫混煉工藝有利于膠料中配合劑的分散和反應(yīng),增強了膠料的鋼絲粘合性能。

        2.2.4 動態(tài)力學(xué)性能

        取JL-1與JL-2兩種終煉膠進行RPA測試,得到在0.7%~100%應(yīng)變范圍內(nèi)儲能模量的下降幅度(ΔG′);取兩種硫化膠進行DMA測試,得到60 ℃下?lián)p耗因子(tanδ),結(jié)果如表5所示。

        從表5可以看出,在0.7%~100%應(yīng)變范圍內(nèi),JL-1和JL-2兩種膠料的ΔG′分別為235和277 kPa,根據(jù)Payne效應(yīng)[7],JL-1膠料的炭黑分散性好于JL-2膠料。這表明增加恒溫混煉工藝對炭黑的分散作用不如增加1段恒轉(zhuǎn)速混煉工藝,但可以提高配合劑的混煉均勻性和反應(yīng)程度。

        表5 JL-1與JL-2兩種膠料動態(tài)力學(xué)性能對比

        從表5還可以看出,JL-1與JL-2兩種膠料60 ℃下tanδ相同,表明增加相同時間的恒溫混煉工藝與增加1段母煉膠混煉生產(chǎn)膠料滯后損失和生熱基本一致[8]。

        3 結(jié)論

        與恒轉(zhuǎn)速混煉工藝相比,IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機在相同混煉時間內(nèi)恒溫混煉工藝具有以下特點。

        (1)減少混煉段數(shù),減輕勞動強度,提高生產(chǎn)效率5%,能耗下降56%,降低單位門尼粘度能耗下降33%,母煉膠混煉總能耗下降16%。

        (2)終煉膠門尼粘度降低11%,炭黑分散性下降,膠料的定伸應(yīng)力、拉伸強度和拉斷伸長率等物理性能略有下降,但老化后物理性能提高,膠料與鋼絲簾線的粘合性能提高,滯后損失和生熱相當(dāng)。

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