一、實驗目的
橡膠配合與混煉工藝實驗主要內容是根據實驗配方，準確稱量生膠、各種配合劑的用量，將配合劑與生膠混合均勻並達到一定分散度，製備符合效能要求的混煉膠。該實驗的目的是熟悉並掌握橡膠配合方法，熟練掌握開煉機混煉的操作方法、加料順序，了解開煉機混煉的工藝條件及影響因素。
二、實驗裝置及工作原理
ф160×320mm雙輥筒開煉機，主要由機座、溫控系統、前後輥筒、緊急剎車裝置、擋膠板、調節輥距大小的手輪、電機等部件組成。開煉機的結構圖如圖1所示。
圖1-1 開煉機結構示意圖
圖1-2ф160×320mm雙輥筒開煉機
開煉機混煉的工作原理是利用兩個平行排列的中空輥筒，以不同的線速度相對迴轉，加膠包輥後，在輥距上方留有一定量的堆積膠，堆積膠擁擠、縐塞產生許多縫隙，配合劑顆粒進入到縫隙中，被橡膠包住，形成配合劑團塊，隨膠料一起通過輥距時，由於輥筒線速度不同產生速度梯度，形成剪下力，橡膠分子鏈在剪下力的作用下被拉伸，產生彈性變形，同時配合劑團塊也會受到剪下力作用而破碎成小團塊，膠料通過輥距後，由於流道變寬，被拉伸的橡膠分子鏈恢復捲曲狀態，將破碎的配合劑團塊包住，使配合劑團塊穩定在破碎的狀態，配合劑團塊變小。膠料再次通過輥距時，配合劑團塊進一步減小，膠料多次通過輥距後，配合劑在膠料中逐漸分散開來。採取左右割刀、薄通、打三角包等翻膠操作，配合劑在膠料中進一步分布均勻，從而制得配合劑分散均勻並達一定分散度的混煉膠。
三、實驗步驟
1、根據實驗配方，準確稱量生膠和除液體軟化劑以外的各種配合劑的量，觀察生膠和各種配合劑的顏色與形態；
2、檢查開煉機輥筒及接料盤上有無雜物，如有先清除雜物；
3、開動機器，檢查裝置運轉是否正常；
4、將輥距調至規定大小（根據煉膠量確定），調整並固定擋膠板的位置；
5、將塑煉好的生膠沿輥筒的一側放入開煉機輥縫中，採用搗膠、打卷、打三角包等方法使膠均勻連續的包於前輥，在輥距上方留適量的堆積膠，經過2—3分鐘的滾壓、翻煉，形成光滑無隙的包輥膠；
6、按下列加料順序依次沿輥筒軸線方向均勻加入各種配合劑，每次加料後，待其全部吃進去後，左右3/4割刀各兩次，兩次割刀間隔20秒鐘；
加料順序：小料（固體軟化劑、活化劑、促進劑、防老劑、防焦劑等）→大料（炭黑、填充劑等）→液體軟化劑→硫黃和超速級促進劑
7、割斷並取下膠料，將輥距調整到0.5mm，加入膠料薄通，並打三角包，薄通5遍；
8、按試樣要求，將膠料壓成所需厚度，下片稱量質量並放置於平整、乾燥的存膠板上(記好壓延（出片）方向、配方編號)待用。
9、關機，清洗機臺。
四、影響因素
影響開煉機混煉效果的因素主要有膠料的包輥性、裝膠容量、輥溫、輥距、輥筒的速比、加料順序、加料方式及混煉時間等。
1、膠料的包輥性
膠料的包輥性好壞會影響混煉時吃粉快慢、配合劑分散，如果包輥性太差，甚至無法混煉。膠料的包輥性與生膠的性質（如格林強度（格林強度為生膠基本強度）、斷裂拉伸比、最大鬆弛時間等）、輥溫和剪下速率有關，格林強度高、斷裂拉伸比大、最大鬆弛時間長的生膠包輥性好，如nr；格林強度低、斷裂拉伸比小、最大鬆弛時間短的生膠包輥性差，如br。影響生膠這些性質的因素都會影響生膠的包輥性，如加入補強劑，提高膠料的格林強度，增大鬆弛時間，會明顯改善br的包輥性；膠料中過多加入液體軟化劑，降低格林強度，縮短鬆弛時間，包輥性變差，甚至脫輥。
輥溫在膠料玻璃化轉變溫度（tg）以下，無法包輥，在粘流溫度（tf）以上，膠料粘輥，也不能混煉，只有在tg~ tf之間某一溫度範圍內，膠料才有良好的包輥性，適於混煉。如採取減小輥距、增大速比或提高輥筒轉速等方法增大剪下速率，可提高膠料的斷裂拉伸比、延長最大鬆弛時間，因而也能改善膠料的包輥性。
2、裝膠容量
裝膠容量過大，增加了堆積膠量，使堆積膠在輥縫上方自行打轉，失去了起摺紋夾粉作用，影響配合劑的吃入和分散效果，延長混煉時間，膠料的物性下降，同時會增大能耗，增加煉膠機的負荷，易使裝置損壞。如果裝膠量過少，堆積膠沒有或太少，吃粉困難，生產效率太低。因此，開煉機混煉時裝膠量要合適。
可根據經驗用下列公式計算裝膠容量：
q=kdlρ
q—裝膠量，kg；
k—裝料係數，k取0.0065～0.0085l/cm2；
d—滾筒直徑，cm；
l—輥筒工作部分的長度，cm；
ρ—膠料的密度，g/cm3。
當鍊膠量較少時，為了保證輥距上方留有適量的堆積膠，可通過調整擋膠板的距離來實現*（目的縮短滾筒工作部分長度）。
3、輥距
膠料通過輥距時受到的剪下變形速率，與輥距、輥筒轉速和速比之間的關係為：
γ——機械切變速率，s-1；
f——滾筒的速比，f=v1/v2；
v2——前輥筒表面旋轉線速度，m/min；
v1——後輥筒表面旋轉線速度，m/min；
e——輥距，mm；
減小輥距，剪下變形速率增大，橡膠分子鏈和配合劑團塊受到的剪下作用增大，配合劑團塊容易破碎，因此有利於配合劑的分散，但橡膠分子鏈受剪下斷裂的機會也增大，容易使分子鏈過度斷裂，造成過煉，橡膠分子量降得過低，使膠料的物理機械效能降低。輥距過大，剪下作用太小，配合劑不易分散，給混煉操作帶來困難。因此開煉機混煉時，輥距要合適。
合適的輥距大小與裝膠量有關，如表1-1所示。天然膠與合成膠並用時，並用比例相等，總膠量可按天然膠來定輥距；合成膠大於天然膠比例時，總膠量可按合成膠定輥距。
表1-1 輥距大小與裝膠量的關係
4、速比與輥速
速比和輥速增大，對混煉效果的影響與減小輥距的規律一致，會加快配合劑的分散，但對橡膠分子鏈剪下也加劇，易過煉，使膠料物性降低，使膠料公升溫加快，能耗增加。速比過小，配合劑不易分散，生產效率低。開煉機混煉的輥筒速比一般在1.
15～1.27範圍內。國標建議速比1.
40 慶大公司試驗用開煉機是1.35。
5、輥溫
表1-2 不同膠料開煉機混煉時輥筒溫度
隨輥溫公升高，膠料的粘度降低，有利於膠料在固體配合劑表面的濕潤，吃粉加快；但配合劑團塊在柔軟的膠料中受到的剪下作用會減弱，不容易破碎，不利於配合劑的分散，結合橡膠的生成量也會減少。因此開煉機混煉時輥筒的溫度要合適。由於溫度對不同膠料包輥性的影響不同，因此不同膠料混煉時輥溫也應不同。
nr包熱輥，前輥溫度要高於後輥；而大多數合成橡膠包冷輥，前輥溫度要低於後輥。常用的橡膠開煉機混煉時輥溫如表1-2所示。
6、加料順序
混煉時加料順序不當，輕則影響配合劑分散不均，重則導致焦燒、脫輥或過煉，加料順序是關係到混煉膠質量的重要因素之一，因此加料必須有乙個合理的順序。加料順序的確定一般遵循用量小、作用大、難分散的配合劑先加，用量多、易分散的配合劑後加，對溫度敏感的配合劑後加，硫化劑與促進劑分開加等原則。因此開煉機混煉時，最先加入生膠、再生膠、母煉膠等包輥，如果配方中有固體軟化劑如石蠟，可在膠料包輥後加入，再加入小料如活化劑（氧化鋅、硬脂酸）、促進劑、防老劑、防焦劑等，再次加炭黑、填充劑，加完炭黑和填充劑後，再加液體軟化劑，如果炭黑和液體軟化劑用量均較大時，兩者可交替加入，最後加硫化劑。
如果配方中有超速級促進劑，應在後期和硫化劑一起加。配方中如有白炭黑，因白炭黑表面吸附性很強，粒子之間易形成氫鍵，難分散，應在小料之前加入，而且要分批加入。對nbr，由於硫黃與其相容性差，難分散，因此要在小料之前加，將小料中的促進劑放到最後加。
7、加料方式
加料方式不同也會影響吃粉速度和分散效果。如果配合劑連續加在某一固定位置，其它部位膠料不吃粉，相當於減少了吃粉面積，吃粉時間延長，吃粉慢，配合劑由吃入位置分散到其他地方需要的時間延長，因此也不利於配合劑的分散。加料時應將配合劑沿輥筒軸線方向均勻撒在堆積膠上，使堆積膠上都覆蓋有配合劑，這樣會縮短吃粉時間，也有利於配合劑在膠料中的分散，縮短混煉時間，減小對橡膠分子鏈的剪下破壞。
避免膠料過煉，膠料過煉會導致物性下降。
四、採用標準
gb/t 6038-2006 《橡膠試驗膠料配料、混煉和硫化裝置及操作程式》
小配合煉膠時，不同人員，會有不同的操作方式，有的喜歡打三角包，有的喜歡打卷，過程雖然不同，但最終是為了保證膠料的分散，保證檢測資料的一致性。
我們在實際操作中會發現同樣的材料，不同人員，甚至自己本人煉膠的時候也很難保證資料一致性。困擾的原因很多，不同批次原材料，滾筒溫度，外部環境溫度，生膠門尼，可以理解成不可能有兩車一模一樣的膠料。甚至同一車膠料取3個點測試結果也會不相同。
小開煉機及上煉膠時，由於經驗的原因，每個人對膠料分散性都有不同的理解，往往會導致膠料過煉，經常困擾的問題是我們通過劃刀（兩面三刀），打卷，打三角包。國標原標準有規定操作步驟但是最新國標gb/t 6038-2006沒有規定操作方法，只是規定了材料製備前的要求，混煉時對裝置的要求，以及投料說明。
開煉機煉膠時難分散的材料有氧化鋅，以及硬質炭黑，樹脂，促進劑，色膠等材料。一般情況下預設上述材料分散均勻後，膠料即算混煉完成。
建議: 1. 取一塊124白色膠料800克，色膠10克，在開煉機上按自己安全的操作習慣觀察膠料表面顏色的變化情況，顏色一致後基本上可以理解分散均勻了。
2. 實際操作中多注意物性結果比較優異的操作方式。
常用橡膠配合劑分類與作用
著色劑著色劑是使橡膠製品著色的物質。無機著色劑是無機顏料，白色以鈦白粉為最好，紅色有氧 化鐵 鐵紅 銻紅等，黃色有鉻黃，藍色有群青，綠色有氧化鉻，黑色有油黑。有機著色劑是有機顏料和某些染料，這種著色劑大多數是有機化合物的鋇鹽或鈣鹽，如紅色有立索爾大紅，黃色有漢沙黃g，綠色有酞青綠，藍色有酞青藍。發泡...
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