混炼硅橡胶的间歇配制工艺
采用间歇法配制工艺配制混炼硅橡胶多在捏合机 及密炼机中进行。工业化生产中,为大批量制取混炼 硅橡胶,常使用曲拐式捏合机,这种装置的主要特征 是装有一对逆向旋转的Z形搅拌桨,容量达数立方米;
为使原料混合均匀,需要较长的混炼时间。采用槽内 装有2个旋桨、上部装有加压块、能使原料在压缩状 态下混炼的密炼机可在较短时间内制得混合均匀的混炼硅橡胶[1]。这种加压式密炼机的有 效容积最大仅数百升,不能满足大批量生产的要求。采取先在密炼机中混炼,再在捏合机 中热处理的方法,可高效、大批量生产混炼硅橡胶胶料[2]»即先将硅橡胶生胶、补强填料 白炭黑、结构化控制剂等在150 °C下用密炼机混合均匀,再在捏合机中氮气保护下或减压 下150°C〜20CTC热处理。
[例1]在75 L的密炼机中加人50 kg硅橡胶生胶(Me2SiO链节摩尔分数为99•85%, MeViSiO链节摩尔分数为0.15%,ViMe2SiOa5链节封端,平均聚合度约8 000),再加人 20. 5 kg BET法比表面积为200 m2/g的沉淀法白炭黑、2 kg聚合度为3〜4的羟基硅油、 0.05 kg乙烯基三甲氧基硅烷,在浮动压块加压下混炼约5 min,使混合物分散均匀,混合 物温度升至105 °C;将混合物移至事先预热的200 L捏合机中,以5 m3/h流量通氮, 170 °C〜190 °C混炼1 h (升温时间1 h),得混炼胶料1。
也可以按上述配方,采用密炼机混炼3次,得到约310 kg混合物。将其中的70 kg加 入底部装有排料螺杆、容量为200 L的捏合机中,在5 m3/h通氮下,于170 °C〜190 °C热 处理lh;再将其余的混合物在加热下,用直径为75 mm的单螺杆挤出机,以70 kg/h的 速度向捏合机中连续进料2 h;同时以相同的速度,通过捏合机底部的料螺杆连续排出 经过热处理的混炼胶料2。胶料在捏合机中的滞留时间为1 h。
作为比较,按上述配方加料,在捏合机中,以5m3/h流量通氮,于50°C〜100°C混炼约 1.5h;然后,升温至170°C〜19CTC,热处理lh,制得混炼胶料3。其连续作业时间为4 h。
将100份胶料与0. 5份硫化剂DBPMH在双辑机上混合均勻,在165 °C条件下热压硫 化10 miri;然后在200 °C条件下二次硫化4h,制得2 mm厚的试片,测其物理机械性能, 结果见表6 — 1。 表6—1密炼机与捏合机组合混炼工艺与单用捏合机混炼工艺比较
表6 — 1结果表明,密炼 |
测试项目 |
胶料1 |
胶料2 |
胶料3 |
机与捏合机组合的混炼工艺 |
邵尔A硬度/度 |
|
|
|
较单用捏合机的工艺生产效 |
热压硫化后 |
51 |
48 |
51 |
率显著提高,且硅橡胶的性 |
二次硫化后 |
53 |
50 |
53 |
能基本一致。 |
拉伸强度/MPa |
8. 3 |
8.0 |
8.5 |
将密炼机中制得的混合 |
伸长率/% |
340 |
320 |
350 |
物直接或用输送螺杆连续送 人同向双螺杆挤出机中,在 |
混炼设备 |
密炼机、捏合机 |
密炼机、底部 排料式捏合机 |
捏合机 |
150 °C〜200 °C、强力剪切下 |
在捏合机中的停留时间/h |
2 |
1 |
4 |
热处理,并通过挤出机的减 |
生产效率/kg • h-1 |
约35 |
约75 |
约17 |
压排气段脱除胶料中挥发分,
也可高效、大批量地制取混炼硅橡胶[3]。
[例2]在加压式密炼机中加人100份甲基乙烯基硅橡胶生胶、41份沉淀法白炭黑、3 份羟基硅油(所用原料规格均与胶料1相同),混炼约10 min,混合物的温度升至60 将混合物连续以120 g/min的速度向双螺杆挤出机(KCC 80X22—35EX7型,日本KCK 公司)供料,用挤出机挤出,得混炼硅橡胶料4。双螺杆混炼挤出机混炼部分的温度为 200 °C ,螺杆转速20r/min,胶料在挤出机中的滞留时间约为10 min。作为比较,采用同 样配方,在捏合机中混炼后,在180 °C〜190 1C下处理约1 h,制得混炼硅橡胶料5。将 100份胶料与0. 5份DBPMH硫化剂在双辊机上混合后,于165力条件下热压硫化10 min,再200 °C二次硫化4h,制成2 mm厚试片。测其性能,结果见表6—2。
表6—2密炼机与挤出机组合混炼工艺与单用捏合机混炼工艺的比较
测试项目 |
胶料4 |
胶料5 |
邵尔A硬度/度 |
|
|
热压硫化后 |
48 |
48 |
二次硫化后 |
51 |
51 |
两者之差 |
3 |
3 |
拉伸强度/MPa |
8.0 |
7.0 |
伸长率/% |
360 |
300 |
混炼设备 |
加压密炼机、双螵杆混炼挤出机 |
捏合机 |
操作时间/min |
20 |
180 |
由表6-2可以看出,采用两种混炼工艺制得的硅橡胶胶料的性能基本一致。