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内容： 1. 掌握混炼定义 2. 理解掌握混炼过程 3. 理解混炼胶的结构及分散程度对胶料性能的影响
一、混炼的基本概念 在炼胶机上将各种配合剂均匀地加入具有一定塑性的生胶、塑炼胶中的工艺过程称为混炼。经混炼制成的胶料称为混炼胶或母炼胶。 混炼对胶料的加工和制品的质量起着决定性的作用。混炼不好会出现配合剂分散不均、胶料可塑性过低或过高、焦烧、喷霜等现象，使压延、压出、滤胶、硫化等工序不能正常进行，并使制品物理机械性能不稳定或下降。 在混炼工艺中必须满足以下要求： ①保证配合剂的均匀分散，避免结团现象； ②使补强剂与生胶产生一定数量的结合橡胶，达到良好的补强效果，以利制品性能的提高； ③使胶料具有一定的可塑性，保证各项工艺的顺利进行； ④在保证混炼胶质量的前提下，尽量缩短混炼时间，减少动力消耗，避免过炼现象。 二、混炼胶的结构 1、配合剂粒径 配合剂加入生胶后，经混炼加工，其粒子的实际分散直径有大于、等于和小于粒子初始直径三种情况。 案例分析（06）（粒子大小分析） 内容：依据下表4－1说明胶料中常用配合剂粒子的初始直径？并进行粒径大小顺序。 表4－1 几种常用配合剂的粒子直径
安排：每班分组若干组，每组轮流选择主发言人，提出观点共同讨论，其他人提出补充意见。最后老师点评总结。
2、混炼胶的结构：胶态分散体系 根据胶体化学的概念，分散体系可依据分散相粒子大小大致分为： a) 粒子直径为0.1～lnm时为分子分散体系，即真溶液； b) 粒子直径为1～l00nm时，为胶态分散体系，即胶体溶液； c) 粒子直径为l00nm以上时为粗粒分散体系，即悬浮体。但这种分类方法并不绝对，某些粒子直径为500nm的分散体系仍表现出胶体性质。 从大多数配合剂的分散度来衡量，混炼胶结构介于胶态分散体系和粗粒分散体系之间。 研究表明，让大部分配合剂（特别是补强剂）分散到初始粒子大小以求充分发挥其补强作用并无必要，而实际上也不可能。只要配合剂的分散直径达到5～6μm时，就有良好的混炼效果。而粒子分散直径在10μm以上时，则对胶料性能极为不利。 但是，混炼胶的这种分散体系却比一般胶体的稳定性强。因为（a）橡胶的黏度极高，致使胶料的某些特性，如热力学不稳定性在通常情况下不太显著，已于生胶中分散开来的配合剂粒子一般难以聚结和沉降；（b）再生胶、增塑剂、有机配合剂和硫黄等能溶于橡胶中，从而构成混炼胶的复合分散介质；（c）混炼胶中的细粒子补强剂（如炭黑、白炭黑等）以及促进剂等能与生胶在接触界面上产生一定的化学和物理结合（但与硫化胶结构不同，仍然具有线型聚合物的流动特性），这对混炼胶的稳定性和硫化胶性能起着重要作用。因此，完全可以认为混炼胶是一种具有复杂结构特性的，以配合剂为分散相、以生胶为连续相的“胶态”分散体系，或者说是一种胶体物质。 三、分散程度对胶料性能的影响 1、分散程度对胶料性能的影响 炭黑在胶料中的分散程度对胶料性能的影响如表4－2所示。表中的分散率是指被分散的炭黑一橡胶团块小于6um的百分数。 表4－2 炭黑在胶料中的分散程度对胶料性能的影响
胶料配方：充油丁苯橡胶137.5，中超耐磨炉黑69，硬脂酸1.5，氧化锌3，防老剂1，硫黄2，促进剂CZ l.1。使用BR型实验室密炼机混炼（逆混法）。密炼机起始温度94℃，转速77r／min。硫化条件（试片）为144℃×60min，厚试样为70min。
课堂讨论（4-1）： 主要内容：随着炭黑分散率的提高胶料的定伸应力、门尼黏度、拉伸强度、扯断伸长率增加，裂口增长等物理机械性能的影响？ 学生发言讨论 教师总结： 数据说明，随着炭黑分散率的提高胶料的定伸应力、门尼黏度下降，拉伸强度和扯断伸长率增加，裂口增长减慢。因此，提高配合剂在胶料中的分散程度，是确保胶料质地均一和制品性能优异的关键。 2、分散程度提高 分散程度的提高与配合剂的表面性质有着重要的联系。配合剂类别虽多，但依据表面性质基本分为两类：一类是亲水性配合剂，如碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、陶土、立德粉、氧化锌、氧化镁及其它碱性无机物等。这类配合剂因粒子表面极性与橡胶极性相差较大，因而不易被橡胶湿润，于胶料中结团而不易分散；另一类为疏水性（亲胶性）配合剂，如各类炭黑等，其粒子表面极性与橡胶极性相似，易被橡胶湿润，容易分散，因此混炼效果较好。 为了提高配合剂（特别是亲水性配合剂）的分散程度，行之有效的方法是在胶料内加入表面活性剂，常用的有硬脂酸、高级醇、含氮化合物、某些树脂和增塑剂等。它们的分子结构中含有不同性质的基团，其中一部分为—OH、—NH2、—COOH、—NO2、—NO或—SH等极性基团，有亲水性，能产生很强的水合作用；另一部分为非极性碳氢键或苯环式烃基，具有疏水性。 当表面活性剂处于亲水性配合剂表面时，其亲水性基团一端向着配合剂粒子，并产生吸附作用，而疏水性的一端向外，从而使亲水性配合剂粒子表面变成疏水性表面，因此，改善了与橡胶之间的湿润能力，提高了分散效果。 四、混炼过程 混炼过程是配合剂（主要是炭黑）在生胶中均匀分散的过程。由于生胶的黏度很高，不利于配合剂的分散。因此配合剂在生胶中的分散与液态的分散体不完全相同，必须借助于炼胶机的强烈机械作用来强化混炼过程。 混炼过程是通过以下两个阶段完成的。 1、润湿阶段：先是橡胶渗入到炭黑凝聚体（二次结构）的空隙中，形成浓度很高的炭黑一橡胶团块，分布在不含炭黑的橡胶中。 2、分散阶段：然后是这些浓度很高的炭黑一橡胶团块在很大的剪切力下被搓开，团块逐渐变小，直至达到充分分散。 前一个过程就是通常所称的湿润阶段或吃粉阶段。在此阶段中，由于炭黑的粒径一般都较小，比表面积很大，橡胶与炭黑的接触面积就非常巨大。如每含l0kg中超耐磨炭黑（比表面积为115m2／g）的胎面胶料中，橡胶与炭黑粒子的总接触面积可达lkm2。显然，要使橡胶能全部包围炭黑颗粒的表面，而且要渗入到炭黑凝聚体的空隙里形成高浓度的炭黑一橡胶团块，这就要求橡胶应具有很好的流动性。橡胶的黏度越低，对炭黑的湿润性就越好，吃粉也就越快。炭黑粒子越粗，结构性越低，越容易被橡胶湿润。 后一个过程就是分散阶段。在此阶段的混炼过程，实际上就是通过加工中对胶料施加剪切力来克服炭黑一橡胶团块中炭黑聚集体（一次结构）粒子之间的内聚力，使其尽可能分散成为接近于单独的聚集体的过程。事实上，随着湿润过程的不断进行，胶料黏度不断上升，当炭黑全部被生胶湿润后，胶料黏度上升到一定值。在随后的分散操作中，可借助浓度很高的炭黑一橡胶团块的较大剪切应力，不断地将炭黑凝聚体搓碎分开，逐渐变小并不断分散到生胶中。当炭黑一橡胶团块中的炭黑凝聚体被逐渐搓开而分散的过程中，胶料黏度和剪切应力逐渐下降，当剪切应力下降到与炭黑聚集体的内聚力相平衡时，分散即不再继续进行。因此，增加胶料黏度和提高切变速率都能相应地提高胶料的剪切应力，以克服炭黑聚集体内聚力对分散的阻碍，从而提高分散效果。此外，高结构炭黑可使胶料获得较高黏度而具有较高的剪切应力，粗粒炭黑因比表面积小而内聚力低，所以都较易分散。 混炼的两个阶段对橡胶黏度的要求是相互矛盾的，为此，正确选择橡胶的可塑性和混炼温度对确保混炼质量是至关重要的。 |
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