摘要： 通過橡膠混煉過程功率曲線分析、并把流變理論試驗(yàn)應(yīng)用在混煉過程的兩個(gè)重要階段：即加入粉粒狀填料之前及其全部混入膠料之后直到排料為止，證明密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的軸扭矩和密煉室中的物料粘度是成正比的(近似成線性關(guān)系)。

      混煉是橡膠加工的一個(gè)重要過程?；鞜捁に囀欠窈侠?，不僅影響混煉質(zhì)量效率及能耗，而且，混煉膠料的質(zhì)量，還將影響后續(xù)加工過程，如壓延、擠出和硫化等，更影響半成品的質(zhì)量，zui終，還將影響制品的性能。目前橡膠混煉的主要設(shè)備是密煉機(jī)，對密煉機(jī)混煉工藝的改進(jìn)，長期以來，主要是憑經(jīng)驗(yàn)和技藝，自從橡膠混煉過程理論…和密煉流變分析  J的發(fā)展，密煉機(jī)的混煉理論才進(jìn)入一個(gè)新的階段，成為人們分析和解決混煉過程諸多問題的有力手段]，但也有人認(rèn)為，混煉過程十分復(fù)雜，上述理論尚無法直接定量應(yīng)用。本文通過混煉過程的功率曲線，結(jié)合橡膠混煉過程理論和密煉流變分析討論橡膠混煉的基本過程，即橡膠與粉粒狀填料的混合過程。并輔以試驗(yàn)進(jìn)行說明。

1： 試驗(yàn)部分

橡膠粘度與扭矩關(guān)系：

(1)使用PLE一651型Brabender塑化儀進(jìn)行，轉(zhuǎn)子為三角形，轉(zhuǎn)速90r／min，填充系數(shù)0．7。

(2)使用上海輕工模具廠生產(chǎn)的1L實(shí)驗(yàn)用密煉機(jī)，轉(zhuǎn)速40r／min，填充系數(shù)0．6。將橡膠塑煉到不同時(shí)間再排膠，記錄其扭矩、溫度和能量值。將橡膠與填料混煉到不同時(shí)間再排膠，記錄其扭矩、溫度和能量值。此處的橡膠等原材料均為工業(yè)品。性能測試，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測試方法。

2： 密煉流變分析

從混煉工藝的角度來看，對密煉的流變分析，不管是Bergen、Bolen、Colwell、Funt；還

是FyBep和~y,'BadlbHOB等學(xué)者，對密煉機(jī)多只考慮轉(zhuǎn)子凸棱峰頂與混煉室壁之間的高剪切區(qū)；或補(bǔ)充考慮轉(zhuǎn)子凸棱根部及凸棱前面整個(gè)鐮刀形的剪切區(qū)。有的只考慮拖曳流，或既考慮拖曳流，也考慮壓力流。不管是牛頓性流體，還是非牛頓性流體，亦不管是等間隙，還是漸變間隙，其密煉機(jī)轉(zhuǎn)子扭矩T或轉(zhuǎn)子軸功率P與混煉室內(nèi)物料的粘度或切應(yīng)力r的關(guān)系，多

以下式表示(推導(dǎo)過程從略)：

P=rlV L／h0=4徊L／hd                         (1)

P=[2 Q La(口+1)／h (口+1)]×[3(口一1)+(口+1) 口]  (2)

P=2rrZT=2rrRZrS                                (3)

式中：V為轉(zhuǎn)子線速度，Z為轉(zhuǎn)子速度，L、h n、h、a、R、S 分別為密煉機(jī)幾何尺寸有關(guān)的參數(shù)。也就是說密煉機(jī)轉(zhuǎn)子軸功率P或者轉(zhuǎn)子扭矩T均與混煉室內(nèi)物料粘度成正比。

從混煉工藝的角度來看。膠料與粉粒狀填料混合過程，大致可分為粉碎、浸潤混入、分散

和單純混合等四個(gè)階段ll J。而塑化及橡膠分子主鏈斷裂，則貫穿各個(gè)階段。對用密煉機(jī)混煉來說。膠料的粘度大小，則決定著混入和分散能否進(jìn)行及進(jìn)行速度的快慢。從各個(gè)階段來看，粉碎和粉粒狀填料未*混入膠料前，就很難說密煉機(jī)轉(zhuǎn)子軸功率或轉(zhuǎn)子扭矩與物料粘度成正比。這也與密煉過程流變分析時(shí)，對物料假設(shè)的等溫與不可壓縮的液體性質(zhì)相差太遠(yuǎn)。因此，也不難理解：有人認(rèn)為密煉機(jī)內(nèi)混煉太復(fù)雜，對密煉的流變分析理論不能直接應(yīng)用；如還考慮到：實(shí)際混揀過程中，可能出現(xiàn)的摩擦打滑等因素，混煉過程是很復(fù)雜的。也有人認(rèn)為：膠料是粘彈性體…，在進(jìn)入高剪切區(qū)時(shí)，既有剪切變形，也有拉伸變形，在大變形時(shí)，拉伸的膠料還會(huì)斷裂。還有人認(rèn)為：在有粉粒狀填料的條件下，當(dāng)膠料粒子斷裂到一定的 細(xì)度時(shí)，混煉就完成了，而不必分為四個(gè)混煉階段。可見，各家說法是不一的。

3： 混煉過程功率曲線

橡膠與粉粒狀填料的混煉，功率曲線圖形，開始投入生膠，上頂栓下壓到位，經(jīng)過一段時(shí)間，功率下降較慢了，提起上頂栓，加入粉粒狀填料后，再將上頂栓下壓到位，這時(shí)，功率迅速上升，出現(xiàn)一峰值后，功率曲線先下降很快，到一定時(shí)間后，下降又緩慢了，zui后，到排膠時(shí)，混煉結(jié)束。

4： 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

從圖l可以看成兩段，開始投入生膠到粉粒狀填料投入前為一段，這段密煉室中只有生膠。從投入粉粒狀填料到zui終排料為另一段，在這一段密煉室中，從有生膠和粉粒狀填料兩種

到有粉粒狀填料、未混生膠及混有粉粒狀填料的膠料等三種，zui后又全部為已混有粉粒狀填料膠料的一種物料。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：

• 為生膠通過不同時(shí)間塑煉后排料，記錄密煉機(jī)轉(zhuǎn)子扭矩測定塑煉膠的門尼粘度值。

②為粉粒狀填料全部混入生膠后通過不同時(shí)間排料，記錄密煉機(jī)轉(zhuǎn)子扭矩測定}昆煉膠

的門尼粘度值。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

從圖2和圖3的試驗(yàn)結(jié)果來看，天然煙片膠和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑混煉膠，轉(zhuǎn)子扭矩和膠料門尼粘

度值存在近似的直線關(guān)系。如從圖1混煉過程功率曲線來看，投入生膠后，功率從*個(gè)峰值

下降，到提起上頂栓以前，和粉粒狀填料全部混入后，到提起上頂栓排膠前，密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的軸扭矩和密煉室中的物料的粘度之間，也應(yīng)存在近似的正比關(guān)系?？梢娫谏鲜龌鞜掃^程的兩段范圍內(nèi)，密煉的流變分析理論，基本上是適用的。天然橡膠不是牛頓流體，而是粘彈性流體，在混煉過程中，除有粘性拉伸、壓縮和剪切變形外，還在不同階段存在不同程度的彈性變形，由此。本不應(yīng)該存在前述的線性關(guān)系，如何解釋呢?在試驗(yàn)所代表的那兩段范圍內(nèi)，粘彈性物料，雖然既具有粘性，也具有彈性，但它們是一對矛盾的兩個(gè)方面，當(dāng)粘性是這一對矛盾的主要方面時(shí)，它就代表這一物體的主要屬性。本試驗(yàn)所代表的的范圍內(nèi)，粘性恰恰是主要方面。 Nakajima認(rèn)為：在混煉條件下應(yīng)視橡膠為粘彈性的固體，處于彈性狀態(tài)。這對常溫或稍高溫度下的某些合成橡膠來說，可能是適用的。而對天然橡膠，則是不*適用的。對密煉機(jī)有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的人來說，在生膠粘度較大，溫度較低，投入粉粒狀填料較多時(shí)，常會(huì)遇到膠料分成一定大小的膠團(tuán)，外層粘有粉粒狀填料而又無力混入，這時(shí)，密煉機(jī)不形成尖峰負(fù)荷，如不采取措施，可保持半小時(shí)，甚至更長時(shí)間，俗稱“壓散”現(xiàn)象。這種狀態(tài)，可以認(rèn)為是較典型的彈性體屬性。如應(yīng)用Palmgrem的橡膠混煉理論，則說明粉粒狀填料加入前，膠料的粘度決定著混入與分散能否順利進(jìn)行，決定著整個(gè)混煉進(jìn)程。這也說明：當(dāng)粉碎膠料的力小于其聚集力時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行混煉，對分散是無作用的；還能說明，密煉機(jī)負(fù)荷變化不明顯，是由于膠料粘度過大，粉粒狀填料無力混入的結(jié)果。 到此，可以認(rèn)為：在整個(gè)混煉過程的兩個(gè)主要階段，密煉流變學(xué)分析理論的主要論斷，即密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的軸扭矩和密煉室中的物料的粘度基本上成正比的關(guān)系是可以應(yīng)用的。再結(jié)合Palmgrem的橡膠混煉理論和混煉過程的功率曲線，就使得密煉機(jī)混煉橡膠的過程有了明確的理論解釋。