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橡胶加工

的试验研究,翌年试验生产半机械化法烟片和膏化法浓缩胶乳。1955~1964年,膏化法、离心法浓缩胶乳,烟片、皱片和风干片先后正式投入生产。1974年试制颗粒胶成功,1980年后大多数固体初制品工厂改建为颗粒胶厂,也建了一批新厂。胶乳的性质从胶树流出的鲜胶乳,由橡胶、水和非橡胶物质三部分组成。非橡胶物质的主要成分是蛋白质、丙酮溶物、水溶物和无机盐。

是以割胶流出的胶乳及其自然凝固的各种杂胶为原料,经过适当处理,制成各种橡胶初制品的过程。

发展简史

早在19世纪即已开始生产橡胶初制品。巴西印第安人以木棒蘸取胶乳,用椰壳烧烟烤成薄膜,再蘸再烤,如此反复多次,层层增厚,最后做成西瓜那样大的胶球供应市场。这种胶球从巴西的帕拉(Para)港出口,故称为“帕拉球胶”。随后,美国人C.古德伊尔(Goodyear)发明橡胶硫化法,解决了生胶发粘变脆问题;英国人J.B.邓洛普(Dunlop)发明充气轮胎以及汽车投入生产,橡胶需要量与日俱增,因而橡胶栽培事业日益发展,加工技术不断提高,产品品种也逐渐增多。1898年J.帕金(Parkin)开始用醋酸作凝固剂制造烟片(用烟熏干的胶片),其后又出现了皱片(自然风干或热空气干燥的表面起皱的胶片)。到1923年,蒸发法、膏化法和离心法浓缩胶乳先后试制成功并投入生产。从此,天然橡胶初制品就有固体和液体两类了。1965年,马来西亚在橡胶加工技术方面进行了较大的改革,开始生产以技术性质划分等级的颗粒橡胶,深受广大用户欢迎,发展很快。除马来西亚外,印度尼西亚、泰国、斯里兰卡、科特迪瓦、印度等国也大量生产颗粒橡胶。其造粒方法有碎裂法、剪切法、挤压法、锤磨法和撕碎法。

中国生产橡胶初制品始于1915年,但长期处于手工生产状态,产品仅烟片一种,最高年产量未超过200吨。1952年起大规模种植橡胶树,1954年开始橡胶初制品的试验研究,翌年试验生产半机械化法烟片和膏化法浓缩胶乳。1955~1964年,膏化法、离心法浓缩胶乳,烟片、皱片和风干片先后正式投入生产。1974年试制颗粒胶成功,1980年后大多数固体初制品工厂改建为颗粒胶厂,也建了一批新厂。

胶乳的性质

从胶树流出的鲜胶乳,由橡胶、水和非橡胶物质三部分组成。非橡胶物质的主要成分是蛋白质、丙酮溶物、水溶物和无机盐。这些物质对橡胶加工和橡胶制品的质量都有一定的影响。蛋白质对胶乳起着保护胶体的作用,其分解产物可促进橡胶硫化,延缓橡胶老化,延长橡胶制品的使用寿命。但它吸水性较强,能增加生胶及其制品的吸水性和导电性,使之容易长霉,且不利于用作绝缘橡胶制品。某些丙酮溶物对胶乳也起稳定作用,有的还可防止橡胶氧化。水溶物具有较强的吸水性,会导致生胶和橡胶制品吸潮、发霉和降低绝缘性。在无机盐中,钙、镁离子会降低胶乳稳定性;铜、锰、铁等离子具有促进橡胶老化的作用。组成胶乳的各种物质及其含量,不是固定不变的,往往因胶树品种、树龄、气候、季节、土壤、施肥、割胶制度、化学刺激等因素的变化而不同。这是天然橡胶质量变异性较大的根源。表1是鲜胶乳主要成分的变化范围。

表1 鲜胶乳的基本成分

用500倍的显微镜观察用水稀释的胶乳,可以看到其中有许多球形(有时还有梨形)的橡胶粒子作不规则的运动。这些粒子很小,直径小的只有0.03微米,大的也不超过2微米,平均0.25微米。每个胶粒都由内、中、外三层组成,内层是溶胶(溶于乙醚的橡胶),中层是凝胶(不溶于乙醚的橡胶),外层主要为蛋白质和类脂物(大多数是丙酮溶物)组成的保护层。保护层具有两个特性:一是亲水性,能把胶乳的水分子吸引到胶粒周围,形成一层定向排列的“水化膜”,将胶粒包围起来。二是带有负电荷。带负电荷的胶粒互相碰撞,彼此排斥而分散,加上水化膜的隔离、缓冲作用,因而胶乳能保持稳定状态,不易凝固。如果胶粒的水化膜受到严重破坏,例如在胶乳中加无水酒精使胶粒脱水,或加酸来中和胶粒上的负电荷,均会使胶乳凝固。

橡胶初制品

产量和种类

1983年世界天然橡胶两类初制品共产402.5万吨。固体初制品又称固体生胶,主要有烟片、白皱片、风干片、褐皱片、颗粒胶(含恒粘胶、低粘胶、通用胶)、橡胶粉以及特种橡胶(脱蛋白胶、易操作橡胶、接枝橡胶、环氧化橡胶等)。其中,以烟片产量较多,约占50%。但颗粒胶同烟片等传统片状胶相比,具有如下优点:①按技术性质分级,打破了妨碍生产发展的外观分级,能比较准确地区分橡胶质量;②机械化程度和劳动生产率较高,劳动强度较低;③生产周期短,由原来的5~20天,缩短为1~2天;④加工相对集中,加工处理量的幅度较大,对天然橡胶因品种和使用化学刺激与否等差异适应性较强,因而有利于提高产品的一致性;⑤可因地制宜地采用各种各样的热源来干燥橡胶,而且热能消耗较少,既易解决燃料短缺的困难,又可降低加工生产成本。因此,颗粒胶有取代片状胶的趋势。

表2 各种规格马来西亚橡胶的质量标准

液体初制品又称商品胶乳,主要有离心法浓缩胶乳、膏化法浓缩胶乳、蒸发法浓缩胶乳和特种胶乳(硫化胶乳、纯化胶乳、耐寒胶乳、甲基丙烯酸甲酯接枝胶乳等)。其中,离心法浓缩胶乳生产效率高,生产过程短,质量容易控制,故产量最多,约占液体初制品总产量的90%。

在两类初制品中,固体初制品产量较多,占总量(以干胶计)的90%以上。主要原因有二:①橡胶消费量最多的制品是各种类型的轮胎,其耗胶量最大的部件只能用固体生胶制造;②橡胶是重要战略物资之一,因为只有固体生胶能耐久贮,各国大量用作国防储备的橡胶都是这类初制品。

基本生产过程和质量标准

颗粒胶生产工艺流程如下:

保存剂一般采用氨水,使胶乳不易变质。凝固胶乳用的凝固剂,大都采用醋酸或蚁酸。机械脱水设备,主要用凝块压薄机。造粒用设备有挤压机、碎裂机、皱片机—剪切机、皱片机—锤磨机和皱片机—撕碎机等五种。干燥热源采用煤、油、电等均可。橡胶等级均按杂质含量、塑性保持指数等技术性质划分。包装大都采用聚乙烯薄膜作包皮,以条板箱集装。

橡胶加工

中国研制成功的超厚凝块压薄机,能压厚达45厘米的凝块;输送带式干燥机和自动打包机,可使颗粒胶造粒后的各操作工序连续化,对提高橡胶加工生产水平起了良好作用。

各种规格马来西亚橡胶(含颗粒胶)的质量标准见上页表2。

离心法浓缩胶乳生产工艺流程如下:

橡胶加工

鲜胶乳的保存剂大都单用氨,但1978年以来,有些工厂改用二硫化四甲基秋兰姆、氧化锌与氨的复合保存体系,可大大延长胶乳的有效保存期。商品浓缩胶乳除单用氨作长期保存剂的高氨浓缩胶乳外,还适应消费者的需要,采用五氯酚钠、硼酸、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二硫化四甲基秋兰姆和氧化锌作辅助保存剂,生产各种低氨浓缩胶乳。

国际标准化组织规定的离心法浓缩胶乳的质量标准见表3。

表3 离心法浓缩胶乳的质量标准

发展趋势

由于加强基本理论研究来指导工艺技术,橡胶加工进入了新的发展阶段。20世纪80年代的主要趋势是:①努力革新制胶工艺,争取实现机械化、连续化和自动化。鉴于生产片状生胶存在很多缺点,各产胶国正创造条件,采用各种造粒方法将各种橡胶原料制成粒状胶,以便在短时间内使之完全干燥,从而减少能耗和降低加工成本。在此基础上,正在探讨鲜胶乳长效保存,连续凝固,颗粒胶的连续干燥和自动打包,试图把各加工工序连成一条流水作业线,实现橡胶加工的上述“三化”。②积极研制各种特种橡胶,扩大天然橡胶的应用领域。为了弥补天然橡胶某些性能不如合成橡胶的缺点和适应橡胶用户对橡胶初制品越来越高的要求,正在改变过去只重视生产通用橡胶的状况,积极开发具有特殊用途的各种特种橡胶。例如操作性能良好,特别适于制造轮廓复杂或尺寸要求精密的压出制品所需的易操作橡胶;耐油及气密性良好,并适于制作白色或鲜色制品的环氧化橡胶;可在零下低温储运,保持良好工艺性能的耐寒胶乳;能增加胶乳制品定伸强度和抗撕裂强度的树脂补强胶乳等。③大力减少用胶能耗,降低生产成本。为了简化橡胶制品生产工序,促进用胶过程的连续化、自动化,减少机械、设备投资和能量消耗,从而降低用胶生产成本,另一方面研制散粒橡胶、热塑橡胶和液体橡胶满足用户需要;另一方面直接与橡胶消费者挂钩,把需要加入橡胶的各种配合剂直接加入胶乳,以制造定制配合橡胶。这不仅易使配合剂与橡胶混合均匀,而且还能省去塑炼和混炼两道工序,节省大量动力和劳力。