史勇，閆楠

（西安航天動力研究所，陜西西安 710100）

氟橡膠是主鏈或側(cè)鏈的碳原子上連有氟原子的高分子彈性體。氟原子電負極性高，且其原子半徑小，能夠緊密排列在碳原子周圍，賦予了氟橡膠耐高溫、耐天氣老化、耐光老化、耐臭氧老化、耐輻射、耐磨性好、耐油和耐一些特殊介質(zhì)等性能，使其在航天、航空、石化、汽車等領(lǐng)域廣泛使用。但由于分子結(jié)構(gòu)氟原子的存在，使氟橡膠分子間內(nèi)聚能高、分子鏈剛性大，門尼粘度高。同時、氟橡膠的分子結(jié)構(gòu)也決定了導熱性差、混煉工藝性差，在混煉過程中容易生熱，稍有不慎就會造成膠料粘輥和焦燒。另外、氟橡膠價格昂貴，尤其是一些特殊的氟橡膠如羧基亞硝基氟橡膠、全氟醚氟橡膠。因此，解決好氟橡膠的混煉工藝問題，對有效使用氟橡膠及發(fā)揮氟橡膠的優(yōu)異性能意義重大。

氟橡膠通常采用開放式煉膠機進行混煉，一般不采用密煉機進行混煉。部分廠家也嘗試采用密煉操作混煉氟橡膠，但因為生膠在密煉機中進行剪切變形時會產(chǎn)生不可逆的脆性破壞，易生成碎膠塊，而且密煉操作生熱更大，所以只在部分牌號的氟橡膠上應用了密煉操作，大部分牌號的氟橡膠，尤其是羧基亞硝基氟橡膠等價格特別昂貴的氟橡膠，還是采用開放式煉膠機混煉。因此，本文僅對氟橡膠開放式煉膠機混煉工藝進行討論研究。

1 開放式煉膠機混煉工作原理簡介

1.1 開放式煉膠機結(jié)構(gòu)

開放式煉膠機結(jié)構(gòu)主要由輥筒、輥筒軸承、機架和橫梁、機座、調(diào)距裝置、冷卻裝置、潤滑裝置、傳動裝置、緊急剎車裝置以及安全裝置等組成。

1.2 混煉工作原理

開放式煉膠機混煉過程通常分為3個階段，包輥、吃粉和翻煉。由于開放式煉膠機的前后輥筒轉(zhuǎn)動線速度有差異形成了剪切力，當膠料加到輥筒上時，膠料受輥筒擠壓，在摩擦力和粘附力的作用下，被拉入輥筒縫隙，形成楔形斷面的膠條，在輥筒縫隙中受速度梯度的剪切力和輥筒溫度的作用下，膠料受到強烈的碾壓和撕裂，同時伴隨著橡膠大分子鏈的氧化斷裂作用。從輥筒縫隙排出的膠片，由于兩個輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個輥筒上，又重新返回兩輥間，這樣多次往復完成煉膠作業(yè)。

2 氟橡膠混煉工藝參數(shù)分析

開放式煉膠及混煉的膠料質(zhì)量好壞，除了加料順序外，主要取決于混煉溫度、裝膠容量、混煉時間等參數(shù)。

2.1 裝膠容量

裝膠容量即混煉容量，與混煉質(zhì)量有密切關(guān)系，容量不足影響設備利用率，而其會在輥筒上產(chǎn)生不穩(wěn)定的操作，容易產(chǎn)生過煉。反之，容量過大，勢必增加堆積膠量，使堆積膠只能自身打轉(zhuǎn)而失去作用、影響分散效果。適宜的裝膠量是允許輥筒上方保持適當量的堆積膠，使膠料通過時形成波紋和折皺，夾裹粉劑進入兩輥間隙。

根據(jù)經(jīng)驗，合適的裝膠容量可按公式（1）計算。

式（1）中，Q為裝料容量，kg；K為裝料系數(shù)；D為輥筒直徑，cm；L為輥筒工作部分長度，cm；ρ為膠料的密度，kg/dm3。

由于氟橡膠混煉時生熱較大，因此混煉氟橡膠的裝膠容量為其他通用橡膠的1/2左右。目前，通常使用6吋煉膠機混煉氟橡膠，裝膠容量一般在500～1 000 g。

2.2 加料順序

羧基亞硝基氟橡膠混煉加料順序為生膠-填充劑-硫化劑-促進劑，為避免粘輥、可與少量3#助劑混合后一起加入，當生膠進入輥筒后即粘住雙輥，隨后加入補強填充劑、1#助劑、2#助劑，最后加入3#助劑。

2.3 混煉時間及輥距

延長混煉時間能提高配合劑在膠料中的分散度，但也會降低生產(chǎn)效率。混煉時間過長又容易造成膠料過煉而使硫化膠的物理機械性能受到損害，還會造成膠料的“熱歷史”增長而容易出現(xiàn)焦燒現(xiàn)象。因此，一般不宜過長，羧基亞硝基氟橡膠會吸收空氣中的水分而使膠料性能降低，因此更需嚴格控制混煉時間、輥距。羧基亞硝基氟橡膠混煉的最大輥距為1.5～3.0 mm，為了防止焦燒和粘輥，混煉過程不能進行薄通。

2.4 輥溫

混煉溫度高有利于生膠和膠料的塑性流動和變形，有利于橡膠對固體配合劑粒子表面的濕潤和混合吃粉，但又使膠料的粘度下降，不利于配合劑粒子的破碎與分散混合?；鞜挏囟冗^高還會加速橡膠的熱氧老化，使硫化膠的物理機械性能下降，即出現(xiàn)過煉現(xiàn)象；還會使膠料發(fā)生焦燒現(xiàn)象。氟橡膠混煉過程中的生熱較大，因此必須嚴格控制混煉輥溫，一般輥溫控制在50 ℃以下。

2.5 停放

混煉膠料宜存放于低溫干燥處，氟橡膠混煉后的膠料，因溫度較高，應特別注意膠料不能堆放，防止膠料中間的溫度聚集，導致焦燒等現(xiàn)象。另外，水會與氟橡膠中的配合劑發(fā)生反應而導致膠料焦燒，因此氟橡膠冷卻和停放要避免接觸水，羧基亞硝基氟橡膠對濕度非常敏感，需用鋁塑袋抽真空保存，杜絕接觸空氣和濕氣。

3 羧基亞硝基特種氟橡膠混煉質(zhì)量控制要點

羧基亞硝基氟橡膠是指主鏈上含有N-O結(jié)構(gòu)的一種氟橡膠，低溫性良好，二元亞硝基氟橡膠是由三氟亞硝基甲烷（CF3NO）與四氟乙烯（CF2=CF2）的懸浮共聚物，羧基亞硝基氟橡膠是在二元亞硝基氟橡膠的基礎(chǔ)上引入第三單體，即亞硝基全氟丁酸（或亞硝基全氟丙酸）的三元共聚物，由于羧基基團的引入，可采用氟化物作硫化劑，得到的硫化橡膠耐強氧化劑能力大大提高。羧基亞硝基氟橡膠性能優(yōu)異，但價格非常昂貴，膠料受濕度影響大，煉膠工藝性差。

煉膠的質(zhì)量控制要點如下。（1）羧基亞硝基氟橡膠價格昂貴，為避免受污染，煉膠必須使用專用的煉膠機煉膠間。（2）羧基亞硝基氟橡膠屬于一種離子交聯(lián)的高分子材料，吸水性和自硫化性均較強，煉膠過程中要嚴格控制環(huán)境溫度和濕度，溫度控制在5～25 ℃，濕度不大于50%，如果達不到溫濕度要求，禁止混煉。（3）注意煉膠機和周圍環(huán)境是否整潔，在混煉前必須對煉膠機進行徹底清潔，包括擋板要徹底進行清潔。（4）白炭黑要提前在100 ℃左右進行烘干，防止水分混入；檢查2#助劑，如有團聚、發(fā)黑現(xiàn)象禁止使用。（5）羧基亞硝基氟橡膠門尼黏度較低，適宜在開煉機上直接混煉。當生膠進入輥筒后，即粘住雙輥，隨后加入補強填充劑、1#助劑、2#助劑，最后加入3#助劑。待混煉均勻后方可放寬輥距，使膠料包于快速輥筒上，停車下片。由于選用2#助劑，膠料有焦燒傾向，因此煉膠過程中應盡量冷卻輥筒，保證低溫混煉，為了防止焦燒和粘輥，混煉過程不能進行薄通；煉制過程膠料易粘輥，一方面可通過不斷調(diào)整輥距，克服粘輥，另一方面可將配合劑中的3#助劑提前涂抹在輥筒表面，在混煉結(jié)束下輥時減少橡膠與輥筒附著力。（6）煉膠過程中注意輥溫不超過50 ℃；如果煉完一輥后輥溫過高，等輥筒稍作冷卻后再進行下一輥操作。（7）混煉后的膠料立即進行真空封裝后放入干燥器內(nèi)，停放2 h后使用。

4 實施效果

經(jīng)過研究和采取各項質(zhì)量控制措施，進行羧基亞硝基氟橡膠的煉膠，混煉的膠料各項數(shù)據(jù)符合要求，質(zhì)量良好使用開煉機混煉羧基亞硝基氟橡膠，試驗的工藝參數(shù)如表1所示，混煉膠數(shù)據(jù)見表2。

表1 羧基亞硝基氟橡膠開煉機煉膠工藝參數(shù)

表2 羧基亞硝基氟橡膠混煉膠數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

通過對特種氟橡膠開放式煉膠機混煉的特點及工藝過程的分析，找出了質(zhì)量控制的要點，制定出有針對性的生產(chǎn)質(zhì)量控制措施，通過實際驗證，混煉的氟橡膠各項性能符合要求，保證了氟橡膠煉膠的質(zhì)量，可推廣至各類氟橡膠開放式煉膠機混煉的工作中。