串聯(lián)密煉機恒溫混煉工藝性能的研究

劉華龍，叢明輝，王婷婷，孫慶江，董凌波，關(guān)金朝

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

在輪胎生產(chǎn)過程中，混煉膠質(zhì)量至關(guān)重要，在整個輪胎生產(chǎn)工藝流程中膠料混煉耗電占比較大，因此如何提高膠料混煉質(zhì)量、降低能耗是膠料混煉技術(shù)研究中的重要課題。相對于傳統(tǒng)單密煉機，膠料在串聯(lián)密煉機的上密煉機中完成混煉后不經(jīng)過降溫過程直接排入下密煉機中繼續(xù)混煉，降低了膠料中轉(zhuǎn)及降溫冷卻過程中的人力成本和能源消耗。目前使用嚙合轉(zhuǎn)子的串聯(lián)密煉機的上下密煉機均能實現(xiàn)精準變轉(zhuǎn)速恒溫混煉，提高混煉膠混煉均勻性和混煉程度[1-6]，但是目前對串聯(lián)密煉機的變轉(zhuǎn)速恒溫混煉工藝性能研究較少。

本工作通過對IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機的恒溫混煉與恒轉(zhuǎn)速混煉工藝性能進行對比，研究串聯(lián)密煉機的混煉工藝性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），20＃標準膠，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑，山東貝斯特有限公司產(chǎn)品；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（編號為JL），配方主要組分為NR、炭黑和白炭黑。

1.3 主要設(shè)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；動態(tài)熱機械分析（DMA）儀，德國GABO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

母煉膠采用IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機混煉（IM550E和IM1000ET密煉機的功率分別為2 550和1 500 kW，均采用嚙合PES5型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子速比均為1∶1），具體混煉工藝方案如下。

（1）JL-1編號膠料混煉，恒轉(zhuǎn)速混煉過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，恒溫混煉過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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℃→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。三段混煉工藝同二段混煉。

（2）JL-2編號膠料混煉，恒轉(zhuǎn)速混煉過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，恒溫混煉過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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150℃后恒溫，保持150 s→排膠至下密煉機→下密煉機恒溫150 ℃，保持330 s→排膠；二段混煉工藝同一段混煉。

在介紹紅色文化的名人時，在英譯版本中省略了名人們的“字”?！白帧?，也稱“表字”，是一個人的名字的注解、補充和延伸。在省博物館里面有很多類似的表達，比如“胡漢民（1879-1936），字展堂”，“梁延相（1796-1861），字章冉”，“張蔭桓（1837-1900），字樵野”等。但是，考慮到中外文化差異，“字”是中國人特有的，而外國人沒有，所以不必譯出。

終煉采用BB270型密煉機混煉，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1，混煉工藝為：加母煉膠→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

（1）RPA測試條件：終煉膠應(yīng)變掃描，溫度100 ℃，應(yīng)變范圍 0.7%～100%，頻率 1.67 Hz。

（2）DMA測試條件：硫化膠溫度掃描，溫度范圍 30～80 ℃，動態(tài)應(yīng)變 5%，靜態(tài)應(yīng)變 10%，頻率 10 Hz。

（3）膠料其他性能均按相應(yīng)國家標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 生產(chǎn)效率和能耗

2.1.1 生產(chǎn)效率

JL-1與JL-2兩種母煉膠混煉時間對比如表1所示。

表1 JL-1與JL-2兩種母煉膠混煉時間對比 s

2.1.2 能耗

JL-1與JL-2兩種母煉膠混煉能耗對比如表2所示。

表2 JL-1與JL-2兩種母煉膠混煉能耗對比

從表2可以看出，JL-1母煉膠增加第三段148 s的恒轉(zhuǎn)速混煉產(chǎn)生的能耗為372.7 kJ·kg-1，JL-2母煉膠一段混煉過程中增加的150 ℃×150 s恒溫混煉帶來的能耗增加為162.3 kJ·kg-1，增加恒溫混煉比增加一段恒轉(zhuǎn)速混煉的能耗降低56%，但JL-2母煉膠混煉總能耗比JL-1母煉膠減小16%，這主要是因為JL-2母煉膠兩段式混煉比JL-1母煉膠三段式混煉減少1段破膠升溫帶來的能耗。

2.2 膠料性能

2.2.1 門尼粘度

JL-1與JL-2兩種膠料門尼粘度對比如表3所示。

表3 JL-1與JL-2兩種膠料門尼粘度對比

從表3可以看出，在相同混煉工藝下，JL-1和JL-2的二段混煉分別降低門尼粘度21和18，JL-1的三段混煉降低門尼粘度12。從表2可以看出，JL-1和JL-2二段混煉及JL-1三段混煉的能耗分別為379.0，387.1和372.7 kJ·kg-1，由此可見，其降低單位門尼粘度消耗的能量分別為18，22和31 kJ·kg-1。這可能是因為在相同的混煉工藝下，隨著混煉段數(shù)的增加，母煉膠門尼粘度下降，NR分子鏈變短，密煉機轉(zhuǎn)子對NR分子鏈的剪切作用變?nèi)酰T尼粘度下降速度慢，同時降低單位門尼粘度的能耗急劇上升。JL-2與JL-1一段母煉膠門尼粘度差為8，能耗差為162.3 kJ·kg-1，則降低單位門尼粘度消耗的能量為20 kJ·kg-1，降低單位門尼粘度的能耗比JL-1混煉低33%；JL-1和JL-2終煉膠的

門尼粘度分別為55和61，JL-2終煉膠的門尼粘度增大11%，而總能耗減小16%。

2.2.2 物理性能

JL-1與JL-2兩種膠料物理性能對比如表4所示。

表4 JL-1與JL-2兩種膠料物理性能對比

從表4可以看出，老化前JL-1膠料的物理性能略好于JL-2膠料，而老化后JL-2膠料的物理性能略好。這表明相比增加1段母煉膠混煉，增加150℃×150 s變轉(zhuǎn)速恒溫混煉工藝對膠料物理性能影響不大，甚至可以改善膠料的耐老化性能。

2.2.3 鋼絲粘合性能

使用JL-1和JL-2兩種膠料進行鋼絲簾線（規(guī)格為3×0.20＋6×0.35HT）覆膠制樣，H抽出力測試結(jié)果分別為1 010和1 126 N。

由此可見，JL-2膠料的鋼絲抽出力大于JL-1膠料，表明增加恒溫混煉工藝有利于膠料中配合劑的分散和反應(yīng)，增強了膠料的鋼絲粘合性能。

2.2.4 動態(tài)力學(xué)性能

取JL-1與JL-2兩種終煉膠進行RPA測試，得到在0.7%～100%應(yīng)變范圍內(nèi)儲能模量的下降幅度（ΔG′）；取兩種硫化膠進行DMA測試，得到60 ℃下?lián)p耗因子（tanδ），結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，在0.7%～100%應(yīng)變范圍內(nèi)，JL-1和JL-2兩種膠料的ΔG′分別為235和277 kPa，根據(jù)Payne效應(yīng)[7]，JL-1膠料的炭黑分散性好于JL-2膠料。這表明增加恒溫混煉工藝對炭黑的分散作用不如增加1段恒轉(zhuǎn)速混煉工藝，但可以提高配合劑的混煉均勻性和反應(yīng)程度。

表5 JL-1與JL-2兩種膠料動態(tài)力學(xué)性能對比

從表5還可以看出，JL-1與JL-2兩種膠料60 ℃下tanδ相同，表明增加相同時間的恒溫混煉工藝與增加1段母煉膠混煉生產(chǎn)膠料滯后損失和生熱基本一致[8]。

3 結(jié)論

與恒轉(zhuǎn)速混煉工藝相比，IM550E/IM1000ET重型串聯(lián)密煉機在相同混煉時間內(nèi)恒溫混煉工藝具有以下特點。

（1）減少混煉段數(shù)，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率5%，能耗下降56%，降低單位門尼粘度能耗下降33%，母煉膠混煉總能耗下降16%。

（2）終煉膠門尼粘度降低11%，炭黑分散性下降，膠料的定伸應(yīng)力、拉伸強度和拉斷伸長率等物理性能略有下降，但老化后物理性能提高，膠料與鋼絲簾線的粘合性能提高，滯后損失和生熱相當。