试论热炼工艺对橡胶制品性能的影响

摘要：不同胶料在加工生产过程中的热炼工艺、硫化工艺，对橡胶产品成型后的物理、化学性能具有重要影响，通过开炼机回炼、螺杆挤出机热炼等的生产工艺，可以大大缩短橡胶制品生产的硫化时间、提高生产效率。本文通过利用开炼机回炼、螺杆挤出机热炼等的胶料热炼工艺，对不同用途橡胶制品作出自动化加工生产，在提升生产效率同时降低生产成本，并保证热炼硫化操作后橡胶制品性能的提高。

关键词：热炼工艺;橡胶制品;性能;影响

前言：传统开炼机回炼的橡胶加工工艺，虽然产出的橡胶制品性能符合要求，但生产效率低、人工成本高等的问题，制约着橡胶堆产品的连续生产。基于此，通过将开炼机回炼、挤出机热炼的生产工艺进行结合，对某一类别的橡胶制品作出热炼、硫化加工，可有效缩短硫化时间、提升橡胶产品的稳定性能、疲劳性能及耐老化性能等。

1橡胶制品的胶料热炼工艺、产品性能测试

1.1橡胶胶料热炼的仪器设备

在同一批次混合橡胶胶料的热炼过程中，通常选取上海橡胶机械厂、衡陽华意机械厂生产的XK-350型开炼机、HYL-1000P型螺杆挤出机，以及HYL-400P型硫化机、CSS-55100型万能试验机，开展胶料的热炼、硫化工艺。其中开炼机负责塑胶类胶料的混合搅拌均匀，再依靠由挤出机螺杆旋转产生的压力、剪切力，对塑胶物料进行塑化及均匀混合，并通过口模完成橡胶制品形态的挤出成型。

1.2橡胶胶料热炼、硫化工艺

橡胶加工企业工人对某一批次的混炼胶，使用开炼机、挤出机等热炼加工设备，制取得到预成橡胶型胶料，其中使用开炼机热炼加工的橡胶胶料标记为A0、挤出机热炼加工的胶料标记为B0，具体的胶料热炼加工方式如图1所示。在完成同一批次橡胶胶料的热炼加工后，再使用硫化成型工艺，在一定温度、压力条件下，形成橡胶胶料、硫化剂之间的交联，将线性高分子通过交联作用，制作成网状高分子结构的橡胶制品，具体如图2所示。

1.3橡胶热炼成型的性能测试

（1）常规低温刚度、垂向刚度试验测试。将橡胶热炼试样放置于某一密闭空间内，设置空间温度为常温23℃、恒温24 h，测试橡胶制品垂向刚度K1。之后对橡胶制品施加垂向压力220kN，依次放置于-25℃、-40℃、-50℃的低温环境箱之中，保持以上载荷、温度24h后，测试橡胶热炼试样的垂向刚度K2、K3、K4，并按照KLT=K2/K1（23℃）的公式，计算出气筒低温样品的刚度系数。

在0 ～300kN施加力范围内，进行橡胶热炼制品垂直方向的作用力加载，包括加载——卸载连续3次的循环作用，加载或卸载的平均速度均为20～50mm/min，记录不同载荷加载后橡胶制品的位移变化曲线。如连续以20mm/min加载速度，在橡胶制品之上逐步施加压力至300kN，然后卸载压力至170kN，保持该载荷10±2s的情况下测试压缩高，得到垂向刚度试验结果。

（2）剪切刚度试验测试。按照500kN/min的施加力加载速度，以80mm/min剪切速度，对橡胶热炼样品进行剪切测试，作出连续3次的加载——卸载循环，记录载荷压力施加下橡胶制品的变形曲线，得到剪切势线刚度的试验结果。

（3）垂向疲劳试验测试。将橡胶热炼样品放置于某一密闭空间内，设置空间温度为常温23℃、恒温24 h，测试橡胶制品垂向刚度K1。之后从垂直方向对橡胶热炼制品，加载150±100kN的载荷、载荷变化频率为1～2 Hz/次，得到橡胶热炼制品的垂向刚度变化率，计算公式为垂向疲劳刚度=|K2-K1|/K1。

2热炼工艺对橡胶制品性能影响的试验测试结果

2.1热炼工艺对橡胶胶料温度的影响

利用热炼工艺对橡胶胶料热炼完成后，立即进行开炼机热炼胶料A0、挤出机热炼胶料B0的测试，得到的胶料表面温度具体测试结果如图3所示。

从以上图3测试结果可以得出，挤出机热炼胶料B0的表面温度明显更高，主要集中在100～120℃范围内，平均温度为110.8℃，标准差为σB=5.16。而使用开炼机热炼的胶料A0温度较低，温度集中在40～80℃范围内，平均温度为56.9℃，标准差为σA=11.78。这一现象产生的主要原因，在于使用螺杆挤出机存在剪切挤压力，同一批次的混炼胶在此压力作用下，进入密闭料筒后会快速升温至塑化温度，同时产生大量热量。但从图3同一批次混炼胶的热炼加工结果来看，螺杆挤出机热炼相比于开炼机热炼而言，橡胶胶料温度的波动范围更小、温度控制更为稳定。

2.2热炼工艺对橡胶产品剪切刚度影响的性能测试结果

在使用开炼机、螺杆挤出机完成胶料热炼后，进行硫化成型的工艺加工，对开炼机胶料A0、挤出机胶料B0的硫化产物，分别作剪切刚度的试验测试，得到图4的试验结果。

根据以上图4的试验结果可以得出，开炼机胶料硫化产物A的长边剪切刚度值为480～580kN/m、挤出机胶料硫化产物B的长边剪切刚度值为510～560kN/m;开炼机胶料硫化产物A的短边剪切刚度值为380～445kN/m、挤出机胶料硫化产物B的短边剪切刚度值为390～420kN/m。因而挤出机胶料硫化产物B0的剪切性能稳定性，要明显优于开炼机热炼工艺、硫化工艺加工后，得到的橡胶胶料产品的剪切性能，这一现象产生的主要原因，可能是由于螺杆挤出机的挤出作用使胶料性能更稳定。

结语

橡胶制品加工生产的热炼硫化工艺，通常包含胶料热炼、硫化成型等的执行工序，一般现有橡胶加工企业，采取先炼胶机回炼、螺杆挤出机热炼，再硫化成型的橡胶生产方式，进行橡胶胶料加工生产。通过以上使用不同热炼工艺，对橡胶胶料热炼、硫化加工的试验，得出螺杆挤出机的胶料热炼加工工艺，得到的橡胶制品性能更优、稳定性更好。

参考文献

[1] 田佰刚，华欣倩，宗成中.天然橡胶并用胶的屈挠疲劳性能[J].  合成橡胶工业. 2016（04）：280-283.

[2] 苏俊杰，魏雪峰，冯莺.屈挠温度和屈挠频率对天然橡胶耐屈挠疲劳性能的影响[J].  橡胶科技. 2019（03）：136-139.

[3] 陈琨，张祥林，安子乾，冯振宇.温度对碳纤维平纹布正交层合板拉伸疲劳性能的影响[J].  材料导报. 2021（16）：16195-16200.

作者简介：黄伟强（1977.11-）男，汉族，广东江门人，中专学历，研究方向：橡胶