CN103042616A

CN103042616A - 一种橡胶填充碳黑的方法

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Publication number: CN103042616A
Application number: CN2011103087304A
Authority: CN
Inventors: 陆俊沛
Original assignee: CHANGZHOU HUAWEI MEDICAL SUPPLIES Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU HUAWEI MEDICAL SUPPLIES Co Ltd
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明涉及一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，所述方法由以下步骤构成：第一步：橡胶原料准备；第二步：配合剂准备；第三步：塑炼；第四步：混炼；第五步：加有机硅；第六步：热炼出片；第七步：硫化。本发明提供一种橡胶填充碳黑的方法，该方法能降低成本、改善制品使用性能、使物料分散均匀，使用本发明方法生产出来的橡胶制品耐磨性较强和使用寿命较长，具有广阔的市场前景。

Description

一种橡胶填充碳黑的方法

技术领域

本发明涉及的一种橡胶混炼的方法，尤其涉及一种橡胶填充碳黑的方法。

背景技术

碳黑是指煤、石油、生物质燃料等不完全燃烧后所形成的细小颗粒。碳黑进入大气后，能吸收太阳光，减少到达地面的太阳辐射。烃类在严格控制的工艺条件下经气相不完全燃烧或热解而成的黑色粉末状物质。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氢和硫等。碳黑粒子近似球形，粒径介于10～500μm间。许多粒子常熔结或聚结成三维键枝状或纤维状聚集体。在橡胶加工中，通过混炼加入橡胶中作补强剂(见增强材料)和填料。碳黑是最古老的工业产品之一。

碳黑主要用作橡胶的补强剂和填料，其消耗量约为橡胶消耗量的一半，橡胶用碳黑占碳黑总量的94％，其中约60％用于轮胎制造。此外，也用作油墨、涂料和塑料的着色剂以及塑料制品的紫外光屏蔽剂。在许多其他制品，如电极、干电池、电阻器、***、化妆品及抛光膏中，它也是重要的助剂。炉黑主要用于橡胶制品，碳黑的粒径越细，其补强性能越优越；碳黑结构度越高，其定伸应力及模量越高。细粒径的补强性品种主要用于轮胎胎面，赋予轮胎优良的耐磨性能。轮胎的其他部位，如胎侧、帘布层、带束缓冲层和内衬层，要求胶料耐曲挠龟裂、耐臭氧氧化、具有良好的回弹性和较低的生热性能，一般选用较粗粒径的半补强型(比表面积低于40m2/g)炉黑。色素用槽黑广泛用于油墨、涂料和塑料中。油墨、特别是新闻油墨主要使用中色素槽黑。在涂料制造过程中，高色素槽黑赋予高级汽车面漆极好的黑度和光泽，中色素槽黑用于一般工业涂料。此外，中色素槽黑也常用作聚烯烃的紫外光屏蔽剂，用于提高塑料制品的耐候性。橡胶用槽黑主要用于轮胎特别是越野及工程轮胎的胎面胶，它赋予胎面较高的强度及良好的耐磨性能。热裂黑主要用于橡胶制品。因粒径粗而补强性能差，仅用于要求最大限度填充增量的场合，如用于制造胶垫、胶管、海绵制品、密封圈、轮胎内衬层、胎圈胶以及绝缘制品等。

橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶。按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶。乳胶为橡胶的胶体状水分散体；液体橡胶为橡胶的低聚物，未硫化前一般为粘稠的液体；粉末橡胶是将乳胶加工成粉末状，以利配料和加工制作。20世纪60年代开发的热塑性橡胶，无需化学硫化，而采用热塑性塑料的加工方法成形。橡胶按使用又分为通用型和特种型两类。

但橡胶及其制品在加工，贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用而引起橡胶物理化学性质和机械性能的逐步变坏，最后丧失使用价值，这种变化叫做橡胶老化。表面上表现为龟裂、发粘、硬化、软化、粉化、变色、长霉等。橡胶老化的的因素有：

(1)氧：氧在橡胶中同橡胶分子发生游离基链锁反应，分子链发生断裂或过度交联，引起橡胶性能的改变。氧化作用是橡胶老化的重要原因之一。

(2)臭氧：臭氧的化学活性氧高得多，破坏性更大，它同样是使分子链发生断裂，但臭氧对橡胶的作用情况随橡胶变形与否而不同。当作用于变形的橡胶(主要是不饱和橡胶)时，出现与应力作用方向直的裂纹，即所谓“臭氧龟裂”；作用于变形的橡胶时，仅表面生成氧化膜而不龟裂。

(3)热：提高温度可引起橡胶的热裂解或热交联。但热的基本作用还是活化作用。提高氧扩散速度和活化氧化反应，从而加速橡胶氧化反应速度，这是普遍存在的一种老化现象--热氧老化。

(4)光：光波越短、能量越大。对橡胶起破坏作用的是能量较高的紫外线。紫外线除了能直接引起橡胶分子链的断裂和交联外，橡胶因吸收光能而产生游离基，引发并加速氧化链反应过程。经外线光起着加热的作用。光作用其所长另一特点(与热作用不同)是它主要在橡表面进生。含胶率高的试样，两面会出现网状裂纹，即所谓“光外层裂”。

(5)机械应力：在机械应力反复作用下，会使橡胶分子链断裂生成游离荃，引发氧化链反应，形成力化学过程。机械断裂分子链和机械活化氧化过程。哪能个占优势，视其所处的条件而定。此外，在应力作用下容易引起臭氧龟裂。

(6)水分：水分的作用有两个方面：橡胶在潮湿空气淋雨或浸泡在水中时，容易破坏，这是由于橡胶中的水溶性物质和亲水基团等成分被水抽提溶解，水解或吸收等原因引起的。特别是在水浸泡和大气曝露的交替作用下，会加速橡胶的破坏。但在某种情况下水分对橡胶则不起破坏作用，甚至有延缓老化的作用。

(7)橡胶制品在使用过程如果和油类介质长期接触，油类能渗透到橡胶内部使其产生溶胀，致使橡胶的强度和其他力学性能降低。油类能使橡胶发生溶胀，是因为油类渗入橡胶后，产生了分子相互扩散，使硫化胶的网状结构发生变化。

(8)其它：对橡胶的作用因素还有化学介质、变价金属离子、高能辐射、电和生物等。

因此降低成本橡胶制品、改善橡胶制品使用性能、使物料分散均匀，增加橡胶制品的抗老化性，耐磨性和延长橡胶制品寿命，是业内急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种橡胶填充碳黑的方法，该方法能降低成本、改善制品使用性能、使物料分散均匀。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，所述方法由以下步骤构成：

第一步：橡胶原料准备；

第二步：配合剂准备；

第三步：塑炼；

第四步：混炼；

第五步：加有机硅

第六步：热炼出片；

第七步：硫化。

所述的橡胶原材料准备包括对橡胶进行质检，然后进行烘胶、切胶工艺；所述烘胶的温度为50℃～60℃，烘胶时间在夏秋季为24～48h、在冬春季为36～72h；所述的橡胶原材料为天然橡胶或丁苯橡胶。

所述配合剂准备包括碳黑的选取和软化剂、促进剂、硫化剂等配合剂的准备。

所述的塑炼包括：

一段塑炼：用开练机进行塑炼，将开炼机辊距调至0～1mm，将胶料从大牙轮端投入，破料进行塑炼，胶料落盘；当辊上无胶时，将盘内胶料扭转90°，重新翻入辊筒，继续薄通，与此反复薄通4次，最后按配料要求对胶料进行计量，并打成三胶包；然后将三角包和规定量碳黑一起投入密炼机一同塑炼3～5min；密炼机卸料后，再次投入开炼机，并打包存放；

和二段塑炼：一段塑炼完成8h后进行二段塑炼，二段塑炼方法同一段，薄通4次后打卷、计量，存放，准备混炼使用。

所述混炼在密炼机中进行：在密炼机料斗内加入橡胶、填料和各种助剂、小料，放下上顶拴加压，风压0.4～0.6MPa，混炼2.5～3min；清扫上顶栓上物料，提起上顶拴，加入硫磺，混炼30～40S；密炼机卸料。

密炼排料温度≤110℃，加硫温度≤90℃

优选的，在所述加有机硅步骤中加入以下有机硅化合物的一种或者几种：

[R¹n-(RO)₃-nSi-(A₁)_m-(Ar)_p]_q[B] [I]

R¹n-(RO)₃-nSi-A₂ [II]

R¹n-(RO)₃-nSi-A3 [III]

式中B＝-SCN，-SH，-CL，-NH₂(q＝1)或-SX(q＝2)

R和R¹可以相同或者不同，并代表C_1-4烷基或苯基，

n＝0，1或2，

A₁＝双官能的直链或支链C_1-6烃基，

m＝0或1，

Ar＝C_6-12，最好是C₆亚芳基，

P＝0或1，但P和n二者不能都是0，

q＝2-8的数字，

A₂＝单官能的直链或支链不饱和C_1-20，最好是C_2-8烃基，

A3＝单官能的直链或支链不饱和C_2-20，最好是C_2-8烃基。

加有机硅的过程在密炼机中进行，温度为250℃

所述热炼出片在三辊压延机和开炼机中进行：将开炼机预热到温度50℃～70℃，按混炼顺序进行，先混炼，后热炼，按混炼车次热炼，使热炼胶质量均匀、温度稳定，胶料热炼均匀后，打卷下料；将三辊压延机按出片要求定好辊距、宽度，定好冷却辊速和三辊机匹配及裁刀裁断长度，将热炼好的胶卷，按次序投到三辊机中辊和上辊间，开始压延出片。

所述硫化在硫化机中进行：将硫化模板预热到150℃～157℃，然后打开下模、中模，将压延胶片在中模摆正，中模向上运动合模，再将压延胶片在下模摆正，然后加压、完成硫化步骤。

本发明提供一种橡胶填充碳黑的方法，该方法能降低成本、改善制品使用性能、使物料分散均匀，使用本发明方法生产出来的橡胶制品耐磨性较强和使用寿命较长，具有广阔的市场前景。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1橡胶填充碳黑方法的工艺流程图

具体实施方式

实施例：

1、原材料准备

原料标准、采购及储存胶塞制品主要原料为天然橡胶、丁苯橡胶、碳黑及软化剂、促进剂、硫化剂等。其质量指标符合国家、部颁、行业标准，同时还应无毒、无味，对人体无不良反应。购进原料后经检验合格需存放在蔽光、通风且干燥的库房内，以防受潮、变质、结块。

2、塑炼

(1)塑炼准备

天然橡胶塑炼前一般要进行烘胶，以便于加工。烘胶温度一般50℃～60℃，夏秋季24～48h，冬春季36～72h，注意，烘胶时不要与热源接触，避免胶料过热变坏。烘胶后要切成三角块，拨去外包装，并对部分有杂质、发霉的胶块加以挑选，合格胶放到架子上，不得落地，以免污染。

检查设备安全情况，包括辊距、辊筒间和密炼室内异物；冬季，密炼机、开炼机要预热到要求温度方可生产，以免温度过低损伤设备。开炼机干油手动润滑的，要注意加油，每班要加油2次。

(2)塑炼

一段塑炼开炼机辊距调至0～1mm，将胶料从大牙轮端投入，破料进行塑炼，胶料落盘；当辊上无胶时，将盘内胶料扭转90°，重新翻入辊筒，继续薄通，与此反复薄通4次，最后按配料要求对胶料进行计量，并打成三胶包。然后将三角包和规定量碳黑一起投入密炼机一同塑炼3～5min；密炼机卸料后，再次投入开炼机，并打包存放。

二段塑炼一段塑炼8h后方可进行二段塑炼。最短要停放4h后进行。二段塑炼方法同一段，薄通4次后打卷、计量，存放，准备混炼使用。

3、混炼

(1)配料

按配方要求配好大、中、小料，严禁私自改动；配料时，计量器具在连续使用5～10次后，要校正一次。

配料用计量器具

名称

计量器具

称量公差

大料	50Kg磅秤	±100g
			小料	5Kg案秤	±5

配料采用一次配料法，即：将数份料中的同一种物料，一次配好，然后再换配另一种物料，依次进行。每次配料结束，要对一起配的数份配料种类进行自检，是否有少配、漏配现象。促进剂等小料，如有结团、块现象，应捣碎或过筛处理。配料结束，将料盆摆放整齐，做好配料记录。

(2)混炼准备

检查设备安全情况，包括辊距、辊筒间和密炼室内异物，电压、风压正常；冬季，密炼机、开炼机要预热到要求温度方可生产，以免温度过低损伤设备。按照生产计划，领取指定的胶料、填料和各种助剂。

(3)混炼

在密炼机料斗内加入橡胶、填料和各种助剂、小料，放下上顶拴加压，风压0.4～0.6MPa，混炼2.5～3min；清扫上顶栓上物料，提起上顶拴，加入硫磺，混炼30～40S；密炼机卸料；将胶料放到开炼机上，包辊冷却；在辊距1～2mm下，将胶料薄通2次，同时打三角包；下片；橡胶混炼下片后，不需冷却立即送出片工序，热炼出片。待出片胶料不可存放过多、过久，防止胶料焦烧。密炼排料温度不得超过110℃；加硫温度不得超过90℃，以免硫磺融化分散不好。

4、加有机硅

加有机硅的过程在密炼机中进行，保证加工环境温度为250℃。在加有机硅步骤中加入以下有机硅化合物的一种或者几种：

[R¹n-(RO)₃-nSi-(A₁)_m-(Ar)_p]_q[B] [I]

R¹n-(RO)₃-nSi-A₂ [II]

R¹n-(RO)₃-nSi-A3 [III]

式中B＝-SCN，-SH，-CL，-NH₂(q＝1)或-SX(q＝2)

R和R¹可以相同或者不同，并代表C_1-4烷基或苯基，

n＝0，1或2，

A₁＝双官能的直链或支链C_1-6烃基，

m＝0或1，

Ar＝C_6-12，最好是C₆亚芳基，

P＝0或1，但P和n二者不能都是0，

q＝2-8的数字，

A₂＝单官能的直链或支链不饱和C_1-20，最好是C_2-8烃基，

A3＝单官能的直链或支链不饱和C_2-20，最好是C_2-8烃基。

5、热炼出片

(1)热炼出片准备

检查设备安全情况，包括辊距、辊筒间内异物；三辊压延机、开炼机要预热到要求温度50°～70℃方可生产，以保证所出胶片尺寸稳定。

(2)出片

胶料混炼后，立即投到热炼开炼机XK-450上热炼；胶料热炼时，一要按混炼顺序进行，先混炼，后热炼，防止胶料停放过久焦烧；二要按混炼车次热炼，以保证热炼胶质量均匀、温度稳定。同时尽量减少每车热炼胶的温度波动，以保证所出胶片尺寸稳定；胶料热炼均匀后，打卷下料，以减少温度波动；将三辊压延机按出片要求定好辊距、宽度，定好冷却辊速和三辊机匹配及裁刀裁断长度；将热炼好的胶卷，按次序投到三辊机中辊和上辊间，开始压延出片；胶片压延过程中，要经常抽查胶片压延质量，包括胶片长度、宽度和质量，以稳定下工序硫化生产质量；环境温度大于25℃时，压延胶片需过水冷却、风吹后上八辊冷却，以降低胶片存放温度，防止胶片因温度过高而焦烧；每一托板胶片压延完毕，要及时做好标识存放。压延胶片存放时间不可过长：冬天不超过72小时，夏季不超过48小时。

6、硫化

(1)硫化准备

预热：将硫化模板预热到规定温度(天然胶一般150℃～157℃)，一般还需在稳定20min左右，使模板温度进一步均匀。

按硫化规格领取相适应的压延胶片；

首次开硫化机时，要手动打开下模、中模；将压延胶片在中模摆正，按黄色启动按钮，中模向上运动合模；再将压延胶片在下模摆正，按压黄色启动按钮，设备自动加压、完成硫化步骤。

硫化过程中，硫化结束，设备自动打开下模，取出硫化胶片，按黄色启动按钮，中模打开，取出硫化胶片；中模放压延胶片，按压黄色启动按钮，中模向上运动合模，再将压延胶片在下模摆正，按压黄色启动按钮，设备自动加压，完成硫化。硫化过程中，应随时检查产品质量，并剪去有外观缺陷的次品。硫化结束，要将硫化胶片修剪整齐。

通过上述工艺流程制成的碳黑橡胶可以根据需要冲裁成各式各样的橡胶制品。

以上实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，所述方法由以下步骤构成：

第一步：橡胶原料准备；

第二步：配合剂准备；

第三步：塑炼；

第四步：混炼；

第五步：加有机硅；

第六步：热炼出片；

第七步：硫化。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，所述的橡胶原材料准备包括对橡胶进行质检，然后进行烘胶、切胶工艺；所述烘胶的温度为50℃～60℃，烘胶时间在夏秋季为24～48h、在冬春季为36～72h；所述的橡胶原材料为天然橡胶或丁苯橡胶。

3.根据权利要求1所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，配合剂准备包括碳黑的选取和软化剂、促进剂、硫化剂等配合剂的配备。

4.根据权利要求1所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，所述的塑炼包括：

5.根据权利要求1所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，所述混炼在密炼机中进行：在密炼机料斗内加入橡胶、填料和各种助剂、小料，放下上顶拴加压，风压0.4～0.6MPa，混炼2.5～3min；清扫上顶栓上物料，提起上顶拴，加入硫磺，混炼30～40S；密炼机卸料。

6.根据权利要求5所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，密炼排料温度≤110℃，加硫温度≤90℃。

7.根据权利要求1所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，在所述加有机硅步骤中加入以下有机硅化合物的一种或者几种：

[R¹n-(RO)₃-nSi-(A₁)_m-(Ar)_p]_q[B] [I]

R¹n-(RO)₃-nSi-A₂ [II]

R¹n-(RO)₃-nSi-A3 [III]

式中B＝-SCN，-SH，-CL，-NH₂(q＝1)或-SX(q＝2)

R和R¹可以相同或者不同，并代表C_1-4烷基或苯基，

n＝0，1或2，

A₁＝双官能的直链或支链C_1-6烃基，

m＝0或1，

Ar＝C_6-12，最好是C₆亚芳基，

P＝0或1，但P和n二者不能都是0，

q＝2-8的数字，

A₂＝单官能的直链或支链不饱和C_1-20，最好是C_2-8烃基，

A3＝单官能的直链或支链不饱和C_2-20，最好是C_2-8烃基。

8.根据权利要求7所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，加有机硅的过程在密炼机中进行，温度为250℃。

9.根据权利要求1所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，所述热炼出片在三辊压延机和开炼机中进行：将开炼机预热到温度50℃～70℃，按混炼顺序进行，先混炼，后热炼，按混炼车次热炼，使热炼胶质量均匀、温度稳定，胶料热炼均匀后，打卷下料；将三辊压延机按出片要求定好辊距、宽度，定好冷却辊速和三辊机匹配及裁刀裁断长度，将热炼好的胶卷，按次序投到三辊机中辊和上辊间，开始压延出片。

10.根据权利要求1所述的一种橡胶填充碳黑的方法，其特征在于，所述硫化在硫化机中进行：将硫化模板预热到150℃～157℃，然后打开下模、中模，将压延胶片在中模摆正，中模向上运动合模，再将压延胶片在下模摆正，然后加压、完成硫化步骤。