IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機在全鋼載重子午線輪胎生產(chǎn)線中的應用

劉華龍，崔 曉，宮 璐，孫慶江，董凌波

（三角輪胎股份有限公司 威海華茂橡膠科學技術分公司，山東 威海 264200）

混煉膠的性能和質量穩(wěn)定性在輪胎生產(chǎn)工藝過程中極其重要，傳統(tǒng)混煉工藝多數(shù)膠料混煉段數(shù)控制在2—5段，膠料中轉及降溫冷卻會增加一定的人力成本和能源消耗。串聯(lián)密煉機混煉方式提供了新的工藝思路，上密煉機在工作時下密煉機可補充混煉上一車膠料，提高了膠料混煉均勻性和混煉程度；另外設定恒溫混煉時間，可為膠料提供一個恒溫反應場所，并且不損失生產(chǎn)效率[1]。當前我公司在密煉機下輔線安裝可以自動輸入、自動混煉硫黃和促進劑等終煉小料的開煉機，實現(xiàn)了部分配方膠料由原材料一段性混煉成終煉膠。膠料減段生產(chǎn)可降低能耗，減少場地浪費，符合當下自動化、綠色化輪胎生產(chǎn)要求[2-4]。

目前對于德國克虜伯公司的IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機（IM550E為上密煉機、IM1000ET為下密煉機）在全鋼載重子午線輪胎生產(chǎn)線中的應用研究較少，本工作通過與國內使用的較為先進的日本神戶制鋼公司的BB620大型傳統(tǒng)密煉機進行綜合對比，對IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機工藝性能進行分析與討論。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），20#標準膠，泰國進口產(chǎn)品；炭黑，山東貝斯特有限公司產(chǎn)品；沉淀水合二氧化硅（白炭黑），山東聯(lián)科科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

試驗采用公司全鋼載重子午線輪胎0°帶束層膠料（JL），配方主要組分為：NR 100，炭黑 45，白炭黑 10。

1.3 主要設備和儀器

IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機，德國克虜伯公司產(chǎn)品；BB270型和BB620型密煉機，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；MV-3000型門尼粘度計和TS-2000M型電子拉力機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析（RPA）儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；401B型老化試驗箱，江都試驗機械廠產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

（1）采用BB620型密煉機混煉2車膠料，編號為JLA-1和JLA-2，45 r·min-1恒轉速混煉。一段混煉工藝為：NR和小料→壓壓砣10 s→炭黑和白炭黑→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣升溫至160 ℃→排膠；二段混煉工藝為：一段混煉膠→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣升溫至160 ℃→排膠。

（2）采用IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機混煉2車膠料，編號為JLB-1和JLB-2，恒轉速混煉過程轉速為50 r·min-1，恒溫混煉過程轉速為5～50 r·min-1。一段混煉工藝為：上密煉機加NR、小料、炭黑和白炭黑→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣升溫至160 ℃后恒溫，保持40 s→排膠至下密煉機→下密煉機恒溫155 ℃，保持180 s→排膠；二段混煉工藝為：上密煉機加一段混煉膠→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣升溫至160 ℃→排膠至下密煉機→下密煉機恒溫155 ℃，保持140 s→排膠。

（3）采用BB270型密煉機終煉，轉速為25 r·min-1?；鞜捁に嚍椋憾位鞜捘z→升溫至125℃→排膠至開煉機→加硫化體系→搗膠→排膠。

1.5 性能測試

RPA測試條件：對終煉膠進行應變掃描，溫度100 ℃，應變范圍 0.7%～100%，頻率 1.67 Hz。

膠料其他性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 生產(chǎn)效率

密煉機主要設備參數(shù)如表1所示。

表1 密煉機主要設備參數(shù)對比

從表1可以看出，IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機轉子形式為嚙合PES5，BB620型密煉機轉子形式為剪切4WH，串聯(lián)密煉機的有效容量比BB620型密煉機小30%左右，即單車產(chǎn)量相對較小。

兩種密煉機單車混煉時間對比如表2所示。

表2 兩種密煉機單車混煉時間對比 s

從表2可以看出，串聯(lián)密煉機一段混煉用時比BB620型密煉機長30 s，生產(chǎn)效率低12.5%，二段混煉用時短5 s，生產(chǎn)效率高3.1%。串聯(lián)密煉機一段混煉時間較長的原因主要是嚙合PES5轉子吃粉較慢，上密煉機為保證膠料混煉均勻性增加了40 s恒溫混煉工藝；二段混煉時間較短的主要原因是嚙合PES5轉子冷卻效果較好[5-6]，升溫相對平緩，生產(chǎn)中設置了密煉機最高轉速，使混煉時間略短。

2.2 膠料性能

2.2.1 門尼粘度

JLA-1，JLA-2，JLB-1和JLB-2四組混煉膠的門尼粘度對比如表3所示。

表3 膠料門尼粘度對比

從表3可以看出：JLB一段混煉膠平均門尼粘度比JLA一段混煉膠高14.5，串聯(lián)密煉機一段混煉膠平均門尼粘度高19.3%；JLB和JLA二段混煉膠平均門尼粘度分別比一段混煉膠下降了25和19，串聯(lián)密煉機二段混煉膠平均門尼粘度下降幅度增大31.6%。這可能是因為一段混煉過程中串聯(lián)密煉機的嚙合轉子對NR分子鏈的剪切作用小、擠壓作用強[7-8]，NR分子鏈機械剪切斷裂較少，而在二段混煉階段密煉機的155 ℃恒溫混煉工藝中，NR分子鏈因熱氧反應斷裂較多，造成門尼粘度下降快。

2.2.2 物理性能

膠料物理性能對比如表4所示。

從表4可以看出，JLB膠料的邵爾A型硬度、100%定伸應力、300%定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率基本高于JLA膠料，老化后的物理性能下降幅度與JLA膠料基本相同。

表4 膠料物理性能對比

結合表3可以看出，在混煉過程中，BB620型密煉機剪切4WH轉子的剪切作用強于IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機嚙合PES5轉子，機械剪切造成的NR分子鏈斷裂增加，膠料的物理性能損失較大。

2.2.3 鋼絲簾線粘合性能

使用JLA和JLB膠料進行鋼絲簾線覆膠制樣，抽出力和剝離強度測試結果如表5所示。

表5 膠料鋼絲簾線粘合性能對比

從表5可以看出，JLB膠料鋼絲簾線抽出力和剝離強度均大于JLA膠料，這表明串聯(lián)密煉機的恒溫混煉工藝可以提高配合劑的混煉均勻性和反應程度，改善了膠料的鋼絲簾線粘合性能。

2.2.4 動態(tài)力學性能

取JLA和JLB終煉膠試樣分別進行RPA測試，結果如圖1和2及表6所示，G′為儲能模量，tanδ為損耗因子。

表6 終煉膠動態(tài)粘彈性對比

從圖1可以看出，JLB膠料的G′明顯大于JLA膠料，在0.7%～100%應變范圍內，JLB-1和JLB-2膠料的G′下降幅度（ΔG′）分別為274.54和266.29 kPa，JLA-1和JLA-2膠料的ΔG′分別為170.33和164.25 kPa，JLA膠料的G′降幅較小，根據(jù)Payne效應[9]，JLB膠料的炭黑分散性不如JLA膠料。

圖1 終煉膠的G′-應變曲線

從圖2可以看出，JLA膠料的tanδ明顯高于JLB膠料[10-11]，JLB膠料的炭黑分散性不如JLA膠料，這表明串聯(lián)密煉機在恒轉速混煉過程中嚙合PES5轉子對炭黑分散作用不如剪切4WH轉子，而在恒溫混煉過程中串聯(lián)密煉機主要是靠熱氧反應斷裂NR分子鏈，以降低膠料的門尼粘度，提高配合劑的混煉均勻性與反應程度，但是對炭黑的分散作用較小。

圖2 終煉膠的tanδ-應變曲線

從表6可以看出，在100 ℃、相同應變下兩車JLB終煉膠之間的G′和tanδ的差值比兩車JLA膠料小，這表明兩車JLB膠料的加工性能基本一致，即串聯(lián)密煉機生產(chǎn)膠料的質量穩(wěn)定可靠，再現(xiàn)性高。

3 結論

相對于BB620型密煉機，IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機的混煉工藝性能具有以下特點。

（1）嚙合PES5轉子對NR分子鏈機械剪切斷裂作用弱，但高溫、恒溫混煉工藝對NR分子鏈熱氧斷裂作用強，在一定程度上彌補了剪切作用降低、膠料門尼粘度效果差的缺點，混煉增段效率高、降低門尼粘度效果好，但存在混煉炭黑分散性略差的缺點。

（2）高溫、恒溫混煉工藝有利于配合劑的分散與反應，提高了膠料的100%定伸應力、300%定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率等物理性能，增強了膠料與鋼絲簾線的粘合性能。

（3）生產(chǎn)膠料質量穩(wěn)定性高。