一次法混炼胶在半部件工序中的应用

杨京辉, 郑 昆, 高明伟, 袁金琪

（特拓（青岛）轮胎技术有限公司, 山东 青岛 266061）

一次法混炼胶在半部件工序中的应用

杨京辉, 郑 昆, 高明伟, 袁金琪

（特拓（青岛）轮胎技术有限公司, 山东 青岛 266061）

通过一次法混炼（SSM）混炼胶在轮胎半部件各工序的使用，从流动性、膨胀系数、生热等方面，详细阐述了SSM混炼胶在使用性能上与普通混炼胶的差异。现场实践及数据收集和分析表明：SSM胶料在压出时胶料呈现出的膨胀率小，尺寸前后波动小；拉断强度、定伸强度大。SSM混炼胶混炼时对分子间力破坏小，门尼黏度高但是流动性好，胶料性能稳定，且生热较低。

一次法混炼（SSM）；门尼黏度；流动性；膨胀系数；生热

0 前 言

一次法混炼（SSM）胶料的优越性主要在半部件的压出、压延过程中体现。抽取了胎面、胎侧、三角胶、垫胶、内衬等各种部件，在生产中进行了SSM法胶料与普通胶料的对比，同时通过大量数据积累和长期跟踪，总结了SSM法胶料在半部件工序使用中的特点和优势。

SSM一次法炼胶系统可减少设备数量，大幅减少设备购入和安装、维护成本，大幅缩短胶料混炼及存放周期，密炼产能可提升2.5倍，节约能耗达25%以上，大大降低了劳动强度，提高了生产效率。每条SSM法炼胶生产线的产量最大可达200 t。

SSM系统生产的胶料具有优异的分散性，优良的稳定性、均匀性、加工性，具有高性能、高质量、低成本、低碳环保等特点[1]。胶料强伸积（拉伸强度与伸长率的乘积）提高，撕裂强度提高，压缩生热低，屈挠性能相当，同车均匀性提高，分散度提高，VMI磨耗性能提高，剪切黏度降低且上升率慢，滚动阻力和生热降低，胶料致密性提高，轮胎的高速和耐久性能提高[2]。

1 原理剖析

传统的密炼机多段混炼时，橡胶分子在高温氧化和机械力的作用下被切断。不同于传统工艺，SSM工艺中的密炼机只是完成初步混合，对填充剂（炭黑、白炭黑）和其他助剂的分散都通过全自动开炼机的开放式混炼完成。开放式混炼的工艺特点在于通过设定合适的开炼机工艺参数来达到所需要的混炼效果。开放式混炼可以保证在高速长时间混炼下的有效冷却，不会引起过高的胶料温升，减少了橡胶分子氧化和凝胶的产生[3]。

SSM混炼过程中，将4台开炼机作为混炼的主要装备，开炼机对胶料的做功主要体现在对胶料的剪切上：在有效的时间内对胶料剪切次数越多和剪切力越大，则胶料的分散度越高。因此，提高开炼机对胶料的剪切是解决混炼效果的关键所在。

根据开炼机对胶料的剪切力、剪切应力和切变速率计算公式，开炼机剪切力的计算可使用如下公式：

从以上公式的分析可以看出：胶料的剪切力F剪与切变速率成正比，切变速率与开炼机的速比f成正比，与开炼机的速度V2成正比，与开炼机的辊间距e成反比。

2 SSM胶料压出的特点

2.1 流动性及膨胀率

为了了解SSM胶料在混炼完毕后的性能指标，测定和对比了SSM胶料和普通胶料的门尼黏度和流动性的数据对比，其中胶料流动性测试采用了特拓（青岛）轮胎技术有限公司的VMa测量设备和方法，测试温度为90 ℃。具体数据如图1、2所示。

图1 SSM胶料和普通胶料的门尼黏度对比

由图中数据可见：SSM混炼胶的门尼黏度通常比普通混炼方法高5～10；而流动性方面，表现为SSM混炼胶优于普通混炼胶，这是由于传统法混炼为多段混炼，胶料经过反复多次的高温、高剪切加工，胶料的黏度急剧降低，体现出门尼黏度低的特点；而一次法混炼，胶料的主要混炼场所为开炼机，由于开炼机混炼主要通过机械剪切作用对胶料进行混炼，分子链断裂及取向相对于密炼机混炼更加均匀有序，所以，尽管看起来门尼黏度高于传统法混炼胶料，但胶料的流动性依然保持良好。图3～5所示是同一口型在相同工艺条件下，SSM胶料与普通胶料挤出的尺寸差异。

图2 SSM胶料和普通胶料的流动性对比

图3 SSM胎面胶与普通混炼胎面胶的尺寸差异

图4 SSM胎侧胶与普通混炼胎侧胶的尺寸差异

由图3～5的数据可以看出，SSM胶料在压出时，挤出尺寸明显小于普通混炼胶，说明SSM胶料的流动性优于普通混炼胶料。

在口型流动中，胶料相继受剪切场的作用，产生剪切形变，若这种形变的弹性部分在离开口型前来不及完全松弛掉，压出物将在流动方向上产生弹性回复，从而导致压出膨胀[4]。针对膨胀率的问题，抽取胎面、胎侧、三角胶的重点管控点进行膨胀率计算，以验证SSM胶料与普通胶料在膨胀率上的差异。半部件的膨胀率计算使用式（2），数据见图6～8。

式中：DH为实际出型尺寸，d为口型板开型尺寸。

具体数据如图6～8所示（已将百分比换算为数值）。

图5 SSM三角胶与普通混炼垫胶的尺寸差异

图6 胎面3个点的膨胀率

图7 胎侧3个点的膨胀率

由图6～8的数据可以看出，同一规格在相同工艺条件下，SSM胶料在压出时的口型膨胀率小于普通混炼胶。

2.2 收缩性

通过对比SSM胶料与普通混炼胶料在挤出、卷取及成型时的尺寸变化，并验证胶料加工后的尺寸变化，发现SSM法生产的胶料，主要的混炼是在开炼机上，通过反复的机械剪切作用，在低温下进行混炼，炭黑等填料的分散更均匀，分子链取向性明显，胶料流动性好，沿挤出方向上的直线分子链较多，拉伸后的收缩大；传统法混炼生产胶料，经过反复多次的高温氧化作用，分子链破坏严重，分子链取向性弱，网状分子链较多，压出后因为分子间作用力的原因，尺寸变化较小。对垫胶和胎面的挤出进行了对比试验，试验数据如图9～10所示。

从垫胶的变化趋势看，SSM胶料收缩明显偏大，前后的收缩变化较明显：宽度方向收缩率为1.22%，高于普通胶料0.68%的收缩率。

大量数据的验证表明：挤出下线时使用SSM胶料，其厚度普遍比普通胶料薄0.22～0.49 mm；经过停放后的半部件，在成型使用前，厚度表现为SSM胶料比普通胶料的厚0.02～0.35 mm。说明SSM胶料流动性好，收缩较大，证明炭黑分散效果好。

图8 三角胶2个点的膨胀率

2.3 生热

胶料在挤出时的温度不但对半制品乃至成品胎的质量有重要影响，同时影响着挤出作业的效率。SSM胶料由于分子链取向性好、流动性佳，因此在挤出时的升温慢，在同样的工艺条件下，挤出温度明显低于普通胶料的。对比了胎面、胎侧、三角胶、垫胶的挤出温度，详见图11。

SSM胶料的挤出温度能降低2～3 ℃，为生产效率的提高提供了支持。实际生产中，在不研修口型的情况下，合格尺寸的挤出需要提高挤出机转速2～5 r/min，线速度的进一步提高可通过研修口型或提高螺杆转速、供胶量等直接取得。

图9 垫胶挤出和成型宽度厚度对比

图10 胎面挤出和成型宽度厚度对比

图11 轮胎部件挤出出口和卷曲时的温度

3 结 语

SSM法胶料具有以下特点：

（1）SSM胎面胶在生产过程中的膨胀率小于普通胶料，挤出时SSM胶料生产的部件偏薄，但停放后的尺寸与普通胶料的压出尺寸基本相同；

（2）尺寸要求相同的情况下，根据胶料的不同，采用SSM一次法炼胶，挤出机转速应比普通炼胶方法提高0.5～2 r/min；

（3）在挤出温度方面，SSM胶料的挤出温度要比普通胶料低2～5 ℃，可提高生产效率5%～10%。

由此可见，SSM胶料具有以下优势：

（1）提高生产效率；

（2）胶料膨胀率小，尺寸前后波动小；

（3）拉断强度、定伸应力大，混炼对分子间力破坏小，门尼黏度虽高但流动性好，胶料性能质量更加稳定；

（4）胶料生热较慢且较低；

（5）对压延制品尺寸及表面状态影响不大。

综上所述，SSM混炼胶不但在生产效率上颠覆了传统混炼工艺，也提高了挤出的质量稳定性，在降低生产成本的同时提高了产品质量，带来一场全新的炼胶革命。

[1] 李汉青, 贺杰克.SSM一步法炼胶技术及其应用[C] //2012年“万向新元”杯第八届中国国际橡塑技术、装备与市场高峰论坛论文集.北京：中国石油和化工勘察设计协会橡胶塑料设计专业委员会，2012.

[2] 朱宏明，蔡浩，高雪梅.低温一次法的胎面胶料性能研究[J] .中国橡胶,2013(18)：41-44.

[3] 李汉青, 李红卫.轮胎工业中的蓝色生产技术及应用[C] //2014年国际橡胶会议论文集.北京：中国化工学会橡胶专业委员会，2014.

[4] 梁基照, 黄衍强.口型入口角对混炼胶压出膨胀的影响[J].橡胶工业,1991(9)：554-557.

[责任编辑：朱 胤]

西布尔公司将使溶聚丁苯橡胶新牌号商业化

俄罗斯最大的石化生产商西布尔公司于2014年11月27日宣布：已开始生产新牌号的溶聚丁苯橡胶（SSBR），并会在沃罗涅日（Voronezh）橡胶生产基地生产这些新产品。这些新产品由西布尔公司创新研发中心与俄罗斯Voronezhsintezkauchuk公司共同开发。这些产品是沃罗涅日装置最有前途的产品，并预计将用于低滚动阻力和高抓地公路用轮胎的制造。

该技术已针对不同类型的轮胎，试点生产出两个橡胶牌号：SSBR-HV和SSBR-LV。该产品将被俄罗斯境外的轮胎生产商用于测试。预计该牌号将于2015年在沃罗涅日进行商品化生产。该SSBR-HV和SSBR-LV等级将催生新一代丁苯橡胶。

沃罗涅日装置将在其业务中增加这些新产品，而不是取代现有能力。沃罗涅日装置是西布尔公司SSBR唯一的生产装置，至2013年年底能力为2.3万t/a。该设施也有能力可生产8万t/a乳聚丁苯橡胶（ESBR）。西布尔公司的陶里亚蒂（Togliatti）装置也有能力生产6万t/aESBR。

(钱伯章)

工信部赴中国橡胶工业协会调研轮胎行业情况

12月5日，原材料工业司副司长潘爱华带队赴中国橡胶工业协会调研。

协会重点介绍了今年以来轮胎行业的运行情况和美国商务部对我输美轿车、轻卡车胎反补贴初步裁决，裁决税率具体为：抽样企业税率分别是17.69%和12.5%；其余企业15.69%；不配合调查或未答卷的企业81.29%。双方就轮胎用原材料进口关税政策和技术标准调整对轮胎行业可能造成的影响等问题进行了深入讨论。

潘爱华指出，要抓住习近平总书记提出的"21世纪海上丝绸之路"战略机遇，与东盟国家加强原材料的国际贸易，为我国轮胎行业的健康发展提供保障。双方详细探讨了实施《轮胎行业准入公告管理办法》的具体方案。

(工信部）

Application of SSM Compound in Semi-Finish Preparation Workshop

Yang Jinghui, Zheng Kun, Gao Mingwei,Yuan Jinqi
(TTa (Qingdao) Tire Technology alliance co., Ltd., Qingdao 266061, china)

This paper elaborates the differences in fuidity, die swell, heat build-up between SSM (Single Step Mixing) compound and conventional mixing compound in semi-f nish workshop. accordingto the production data gathered, SSM compound shows smaller die swell, higher tensile strength, higher mooney viscosity but better f uidity, excellent performance stability and lower heat build-up due to the less rubber molecular scission during mixing.

SSM(Single Step Mixing); Mooney Viscosity; Fluidity; Die Swell; Heat build-Up

TQ330.6

b

1671-8232(2014)12-0010-05

2014-10-31

山东省科技厅重点扶持项目（编号2012cX50204），山东省自主创新专项支持。