生膠摩擦性能對捏煉機工作的影響
[2016-09-22]
由微觀和唯象分析建立了橡膠粘附摩擦的理論模型。通過對模型的分析和試驗驗證,提出了提高捏煉機混煉效果的新途徑:
(1) 捏煉機溫度控制采用溫水冷卻,使捏煉機處于最佳工作狀態;
(2) 通過合理選擇密煉室和轉子表面材料以改變材料表面能來增大膠料與它們之間的摩擦力;
(3) 在壓砣壓力較大的條件下,在密煉室內壁沿與轉子軸線同方向加工淺的光滑槽,可明顯改善混煉效果。
為了提高捏煉機的生產能力并改善混煉效果,設計師和工藝師曾做了許多工作,并且積累了不少經驗。例如設計師對捏煉機轉子構型的設想及轉子凸棱和密煉室之間間隙的選擇;工藝師在壓砣壓力、加料量和轉子轉速等方面的探討,無疑會對密煉加工起著積極的作用。
橡膠的混煉是一個極其復雜的過程,影響因素眾多,單考慮上述因素的影響往往是不夠的,有時會出現適得其反的效果。
例如,對捏煉機轉子構型的設計,就要考慮到加工的可行性及成本;減小轉子凸棱與密煉室壁的間隙,會增大功率消耗和混煉強度,但間隙過小也會使混煉膠質量下降;增大壓砣壓力,提高轉子轉速,雖然能夠縮短混煉周期,提高生產能力,但是同時也會增大功率消耗,導致膠料溫度升高。
橡膠在加工過程中的工藝行為主要取決于粘附2摩擦性能以及內聚強度和膠料各層間的自粘性能。橡膠的內聚強度和粘附-摩擦性能變化在溫度-速度過渡區表現更為突出,會產生一系列影響工藝過程正常進行的反，F象。
例如,加工BR 和IIR 或在一定條件下加工NR 和SBR 時,在混煉起始階段,物料在捏煉機轉子和混煉室壁間會產生滑移,這時混煉過程實際上處于停頓狀態,幾乎不消耗能量,由于破壞了粘性流動的邊界條件,故不能進行剪切變形,因而也不會使配合劑分布和分散。
盡管高分子材料與加工設備間的摩擦對其加工性能的影響早已被人們所認識,并且也有過一些試驗探討,但并沒有人對摩擦機理進行過研究并建立相應的理論模型。
由于研究者所采用的材料和試驗條件不同,不但很難從試驗中找到規律性,甚至還出現一些相互矛盾的結論。例如, Evans[1 ] 對聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯進行的摩擦試驗發現,摩擦因數是隨金屬表面粗糙度的增大而減小,隨金屬表面溫度的升高而增大,與Has-sam Helmy[2 ]的結論不同。Ellwood[3 ]對幾種胎面膠進行了摩擦因數對溫度的依賴性這一單一條件的試驗,但沒有對摩擦機理進行過闡述。沒有說明試驗條件就得出摩擦因數隨溫度升高而增大的結論,顯然這個結論是片面的。
本工作從摩擦的觀點出發,建立橡膠摩擦的理論模型并進行試驗研究,旨在增大膠料與混煉室及轉子表面的摩擦力,以提高捏煉機混煉效果和產品質量。
1 理論模型的建立
假定橡膠材料為線形粘彈體,認為橡膠在光滑剛性表面上的摩擦起因于界面層橡膠分子鏈在金屬表面的粘附-蠕變-回復準周期性的變形過程,采用Kelvin 力學模型,根據Boltzman疊加原理和W1L1F 方程及能量守恒定律,經微觀和唯象分析,建立一個包含微觀參數、粘彈參數及工藝參數在內的理論混合模型:
式中 Fa ———粘附摩擦力;
RF ———分子鏈Flory 半徑;
tanδ———橡膠損耗因子;
E′———橡膠儲能模量;
E ∞, E0 ———變形頻率趨于無窮和零時的橡膠彈性模量;
aθ———W1L1F1 方程中的平移因子;
τs ———在溫度θs (θs = Tg + 50) 下的推遲時間;
v ———橡膠與剛性表面相對滑動速度;
P ———正壓力;
Sp ———剛性表面的輪廓接觸面積;
β———剛性表面的幾何特性參數;
σ0 ———分子鏈的粘附應力, 反映了橡膠與金屬表面的粘合強度的大小;
ρ———系數,根據膠料配方確定。
2 摩擦力的影響因素
2yuan1 溫度和速度的影響———溫度和速度的等效性
分析式(1) 發現, 粘附摩擦力Fa = f ( vaθ,E′, tanδ) 是橡膠粘彈參數的函數, 與橡膠的粘彈性相關, 滿足溫度和速度的等效性。對于無定型材料, aθ符合W?L?F ?方程。
對資料中的試驗數據重新回歸分析[4 ,5 ] ,結果(見圖1 和2) 證實了理論預測的正確性。從圖1 和2 可以看出, 橡膠的粘附摩擦力主曲線中存在峰值,且對應于摩擦界面層物料中的玻璃化轉變點。
盡管此時基體材料不一定發生玻璃化轉變,但由于界面層分子鏈受到強烈的剪切而變形,并摩擦生熱,性能表現出類似于發生該轉變。
http://www.217408.com煉膠機
上一條：開煉機技術之生膠與混煉膠的加工工藝
下一條：捏煉機的保養維護規章制度
聯系我們