CN101691062B - 一种高物性橡胶型氯化聚乙烯生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氯化聚乙烯改性技术，特别是一种高物性橡胶型氯化聚乙烯生产工艺。它主要包含氯化聚乙烯和各种助剂混配工艺、混配后物料的三次压缩和三次剪切的挤出工艺以及挤出后的混炼工艺，其目的是为了提供一种能够将氯化聚乙烯改性，使其各项性能全面达到甚至超过氯丁橡胶的高物性橡胶型氯化聚乙烯生产工艺。与现有技术相比，它不仅解决了氯化聚乙烯材料的加工过程中遇到模压制品脱模困难、产品粘模、硫化效率低、产品有气泡等技术问题，而且具有材料混合分散和塑化效果好，能实现生产清洁化，降低成本等优点。

Description

一种高物性橡胶型氯化聚乙烯生产工艺

技术领域

本发明涉及氯化聚乙烯改性技术，特别是一种高物性橡胶型氯化聚乙烯生产工艺。 

背景技术

多年以来，汽车配件、机械和工业橡胶制品等的制造一直采用氯丁橡胶作为原料，根据氯丁橡胶的消耗量分析，2005年为6.4～6.5万吨，到2010年增至7-8万吨。但由于受蒙特利尔国际公约的制约，氯丁橡胶(CR)、氯磺化聚乙烯(CSM)橡胶和以利用四氯化碳溶剂法生产的生产工艺在国外发达国家早已全面禁止，我国也将全面禁止使用，从而造成了这些产品产量的逐年递减。然而，市场需求却随着全球经济的快速发展，呈现出持续增长的态势，为此，国外发达国家纷纷探索新的工艺方法和寻找替代产品，氯化聚乙烯就是一种理想的替代材料，氯化聚乙烯作为一种氯化弹性体材料，具有优异的综合性能，由于它是不含双键的含氯弹性体，有优良的耐火、耐臭氧、耐热老化性、难燃性、耐药品性和耐油性，且氯化聚乙烯生产成本低、价格低、环境污染小，目前广泛应用于树脂改性、橡胶加工、涂料、粘合剂、工程塑料等多个方面。 

虽然国内氯化聚乙烯生产技术已能生产多种牌号的产品，产品质量也较可靠，而市场上氯化聚乙烯商品的品种却较少，绝大多数都是应用于化 学建材的H135型。而目前氯化聚乙烯的研究与应用主要集中在电线电缆、胶管、胶带、防水卷材等方面，并得到了一定发展。但总体看来，国内对氯化聚乙烯的应用研究仍然比较落后，尤其是在高附加值产品产品应用领域的研究开发力度还很不够，特别是氯化聚乙烯材料在模压制品应用中存在模压硫化产品脱模困难、产品易粘模具、硫化生产效率低、产品易有气泡、产品合格率低等技术问题。 

发明内容

本发明的目的是为了解决氯化聚乙烯材料的加工过程中遇到模压制品脱模困难、产品粘模、硫化效率低、产品有气泡等技术问题，提供一种能够将氯化聚乙烯改性，使其各项性能全面达到甚至超过氯丁橡胶的高物性橡胶型氯化聚乙烯生产工艺。 

为达到上述的目的，本发明采用以下技术方案： 

一种高物性橡胶型氯化聚乙烯生产工艺，其特征在于它按以下工艺步骤进行： 

(1)混配：将氯化聚乙烯和钙锌稳定剂、硫化活性助剂、增塑软化剂、交联剂、内脱模剂按一定配比由自动送样机送入高速搅拌机进行慢速混拌，桶体温度控制在40℃内，待加料完毕后转为高速搅拌，桶体温度控制在95℃内，控制温度搅拌一定时间后停机，将物料放入贮料罐。 

所述的混配是指在材料混合前按照科学合理配比后的配方进行配合，配方中包含有能够保证材料混炼和硫化加工所需的有效物质。保证模压制品硫化后的能够很好的脱模，不污染模具，降低硫化过程中的模具清洗成 本，缩短硫化时间提高生产效率。 

(2)挤出：由自吸定量上料机将物料送入双螺杆挤出机，物料在双螺杆挤出机的螺杆内至少进行三次的压缩和三次的剪切，物料在第一次剪切的同时进行自然排气，物料在第二次和第三次剪切的同时，利用抽真空系统强制抽出物料中的水份和低分子物质，物料挤出后，经冷却、吹干、切割，半成品入库待用。 

所述的抽真空是指材料在混炼过程中的所释放出的水份和低分子物质被抽真空系统强制排出，能够保证混炼后的胶料中不含有水份和低分子物质，确保混炼胶在模压制品硫化后不产生气泡，提高产品的合格率。 

(3)混炼：使用时，根据开炼机混炼的物料容积，按照比例加入硫化剂进行混炼，辊距在0.3mm-0.5mm，薄通三角包5次出片，混炼胶停放48小时后使用。 

所述的压缩和剪切分段进行，第一次压缩和第二次压缩分别采用变螺距的第一段螺杆和第三段螺杆进行压缩，第三次压缩采用等螺距的第五段螺杆进行压缩，每次压缩后再进行剪切，第一次剪切由若干个错列角为45度、等盘厚的罗茨形状盘构成的第二段捏合盘螺杆进行剪切，第二次和第三次剪切分别由若干个错列角为60度、等盘厚的罗茨形状盘构成的第四段捏合盘螺杆和第六段捏合盘螺杆进行剪切。 

所述的增塑软化剂为氯化石腊，它能够改善CM的加工性能调整产品的硬度。 

所述的交联剂为三聚异氰酸三烯丙酯，它促进材料在高温硫化时的硫化速度。 

所述的硫化活性助剂为氧化镁，在硫化过程中对硫化剂具有提高其活 性作用。 

所述耐寒增塑剂为己二酸二辛酯，它具有增塑效果，能提高耐寒性能。 

所述的内脱模剂为硬脂酸锌，在完成硫化过程后，能够帮助产品达到很好的脱模效果。 

所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，它使材料通过高温硫化后从普通的线性结构交联成具有良好物理性能的三维网状结构。 

所述的钙锌稳定剂具有很好的润滑性和较好的光泽度、在硫化过程中能够很好的提高材料的热稳定作用。 

所述的补强填充剂为碳黑，它能够起到调整材料物理性能。 

由于氯化聚乙烯材料是没有双键的高饱合材料，使用动态硫化的方式对材料进行改性，使材料具有较高的耐臭氧性能、撕裂性能和拉伸强度。使材料在经过高温热空气老化和耐高温热油后的拉伸强度和扯断伸长率等性能具有较好的保持性。使其各项性能全面达到甚至超过氯丁橡胶。 

由于整个生产过程不使用任何溶剂，不含有任何违禁有害重金属，所有材料全部采用国产化材料、属于绿色环保型产品。能实现生产清洁化、并降低成本。 

由于物料在双螺杆挤出机的螺杆内至少进行三次压缩和三次剪切，延长物料在螺杆的停留时间，增加了物料搅拌程度，同时采用双段抽真空系统，使物料在挤出硫化工序中能够更好地排除材料中的水份和一些低分子的挥发物，使制品性能不受影响，模具不受污染。 

附图说明

图1为本实施例生产工艺流程图。 

图2为本实施例挤出工序中核心部件单螺杆的半剖视图。 

图3为图2中沿A-A放大剖面图。 

图4为图2中沿B-B放大剖面图。 

图5为图2中沿C-C放大剖面图。 

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。 

如图1所示，本实施例按以下工艺步骤进行： 

(1)混配：将氯化聚乙烯和钙锌稳定剂、补强填充剂、硫化活性助剂、增塑软化剂、交联剂、内脱模剂按一定配比由自动送样机送入高速搅拌机进行慢速混拌，桶体温度控制在40℃内，待加料完毕后转为高速搅拌，桶体温度控制在95℃内，控制温度搅拌一定时间后停机，将物料放入贮料罐。其中： 

所述的增塑软化剂为氯化石腊，它能够改善CM的加工性能调整产品的硬度。 

所述的交联剂为三聚异氰酸三烯丙酯，它促进材料在高温硫化时的硫化速度。 

所述的硫化活性助剂为氧化镁，在硫化过程中对硫化剂具有提高其活性作用。 

所述耐寒增塑剂为己二酸二辛酯，它具有增塑效果，能提高耐寒性能。 

所述的内脱模剂为硬脂酸锌，在完成硫化过程后，能够帮助产品达到很好的脱模效果。 

所述的钙锌稳定剂具有很好的润滑性和较好的光泽度、在硫化过程中能够很好的提高材料的热稳定作用。 

所述的补强填充剂为碳黑，它能够起到调整材料物理性能。 

(2)挤出：由自吸定量上料机将物料送入双螺杆挤出机，物料在双螺杆挤出机的螺杆内至少进行三次的压缩和三次的剪切，并伴随加热，物料在第一次剪切的同时进行自然排气(如图2中K处结构)，物料在第二次和第三次剪切的同时，利用抽真空系统强制抽出物料中的水份和低分子物质(如图2中J处结构)，物料挤出后，经冷却、吹干、切割，半成品入库待用。 

所述的压缩和剪切分段进行，第一次压缩和第二次压缩分别采用变螺距的第一段螺杆D和第三段螺杆F(如图2中的第一段螺杆D和第三段螺杆F)进行压缩，第三次压缩采用等螺距的第五段螺杆H(如图2中的第五段螺杆H)进行压缩，每次压缩后再进行剪切，第一次剪切由若干个错列角为45度、等盘厚的罗茨形状盘构成的第二段捏合盘螺杆E(如图2、图4中的第二段捏合盘螺杆E)进行剪切，第二次和第三次剪切分别由若干个错列角为60度、等盘厚的罗茨形状盘构成的第四段捏合盘螺杆G和第六段捏合盘螺杆E(如图2、图4中的第四段螺杆G和图2、图5中的螺杆I)进行剪切。 

(3)混炼：使用时，根据开炼机混炼的物料容积，按照比例加入硫化剂进行混炼，薄通三角包，辊距在0.3mm-0.5mm，三角包5次出片，停放48小时后使用。 

其中，所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，它使材料通过高温硫化后从普通的线性结构交联成具有良好物理性能的三维网状结构。 

物料经混配第一道工序后进入第二道工序，物料从加料口M进入到第 一段螺杆D进行第一次压缩。由于螺杆D为变螺距螺杆，螺距从大到小，进料口处螺杆的容料空间较大，消除了物料熔化后物料颗粒的间隙，减少物料体积变小对物料轴向运动速度的影响。物料在螺杆的推动下，由于第一段螺杆D的后段螺杆螺距变小，受热软化的物料受到第一次压缩迅速排出物料颗粒间的空气，并获得高的压缩比，同时在整个螺杆套筒内获得比较均匀的轴向运动速度。 

当物料经第一次压缩后，向前输送至第二段捏合盘螺杆E处，进行第一次剪切，物料在此处受到剧烈的剪切和搅拌。由于在此处因物料刚被加热变软，而且物料此时受到的螺杆挤推压力不大，因而排出的气体主要成分是空气，无有害气体，因此排出的空气直接排到大气中。 

当物料经第一次剪切后，向前输送至第三段螺杆F进行第二次压缩，由于第三段螺杆F也为变螺距螺杆，螺距从大到小，物料在压缩前先得到松弛，向前输送的轴向速度降低，加热时间变长，物料受热面积变大，升温速度提高，继续向前时，第三螺杆的后段螺杆螺距变小，物料又一次受到压缩，向前输送至第四段捏合盘螺杆G，物料第二次受到强烈的剪切和搅拌，此时物料中的水份和低分子物质开始溢出，并被相对应的抽真空系统J强制抽出，经处理后排到大气中，在螺杆的作用下物料继续向前输送，经第五段螺杆H升温后至第六段捏合盘螺杆J处，物料第三次受到强烈的剪切和搅拌，此时物料中剩余的微量水份和低分子物质开始溢出，并被相对应的抽真空系统J强制抽出，经处理后排到大气中，从而有效的防止了有害气体直接排到大气中。最后，物料从挤出机机头N挤出。 

第二段捏合盘螺杆E采用45度错列角是为了保证物料既被迅速加热和搅拌，又能防止因物料此时还没有完全熔化而需要更大的电机功率来进行驱动。第四段捏合盘螺杆G和第六段捏合盘螺杆I，采用60度错列角是为了在高压下使物料在第四段捏合盘螺杆G和第六段捏合盘螺杆I处获得更大的剪切速率和剧烈的搅拌，使物料得到更充分的、更均匀的加热和混合效果，同时物料受到剪切时会产生大量的剪切热，这对物料升温是有利的。 

在第六段捏合盘螺杆I处所增加的这一道抽真空工序，是为了确保物料中含有的气体完全被抽出，这是本发明的特点之一。 

物料经第二道挤压工序后进入第三道混炼工序，混炼时，根据开炼机容积，按照比例加入过氧化二异丙苯硫化剂进行混炼，薄通三角包，辊距在0.3mm-0.5mm，三角包5次出片，混炼胶停放48小时后使用。 

所述的薄通是指橡胶厚度很薄地通过开练机的二个辊筒，利用薄通时的机械剪切力提高胶料的混炼效果，使混炼胶中的各组份分散均匀。 

所述的三角包是指通过人力的方法改变混炼胶的运动方向，使混炼胶中的各组份充分分散。 

所述的混炼胶停放是指刚混炼后的胶料内分子处于紧张状态，需要一定的时间停放卸去分子间的内应力，降低胶料的变形，稳定胶料的硫化收缩率、硬度、磨耗和拉伸强度等。同时，让胶料中填料和助剂有充足的时间扩散均匀。 

性能测试 

将实施例制得的改性氯化聚乙烯粒子和现有氯丁橡胶粒子通过橡胶硫化注压机进行硫化压注成型，分别制得改性氯化聚乙烯片材和氯丁橡胶片 材。然后将改性氯化聚乙烯片材和氯丁橡胶片材进行性能对比检验，其结果如下表： 

由以上测试数据可以看出，改性氯化聚乙烯片材具有很好的拉伸强度、良好的扯断伸长率、高撕裂强度。材料具有很好的物理性能，表明硫化后的橡胶具有很好的机械强度和良好的韧性。并且材料在高温热空气老化和 耐高温热油后，材料的拉伸强度、扯断伸长率等性能保持性较好，远远优于氯丁橡胶材料。同时，拥有氯丁橡胶无法比拟的耐臭氧性能。完全满足橡胶材料的使用要求。 

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点： 

1、能够确保排出物料中的大量水份和低分子挥发物。 

2、促进材料混合，提高混合材料的分散和塑化效果。 

3、实现生产清洁化。由于整个生产过程不使用任何溶剂，不含有任何违禁有害重金属，所有材料全部采用国产化材料、属于绿色环保型产品。能实现生产清洁化、并降低成本。 

Claims (1)

1.一种高物性橡胶型氯化聚乙烯生产工艺，其特征在于它按以下工艺步骤进行：

(1)混配：将氯化聚乙烯和钙锌稳定剂、补强填充剂、硫化活性助剂、增塑软化剂、交联剂、内脱模剂按一定配比由自动送样机送入高速搅拌机进行慢速混拌，桶体温度控制在40℃内，待加料完毕后转为高速搅拌，桶体温度控制在95℃内，控制温度搅拌一定时间后停机，将物料放入贮料罐；

所述的增塑软化剂为氯化石腊，所述的交联剂为三聚异氰酸三烯丙酯，所述的硫化活性助剂为氧化镁，所述的内脱模剂为硬脂酸锌，所述的硫化剂为过氧化二异丙苯；

(2)挤出：由自吸定量上料机将物料送入双螺杆挤出机，物料在双螺杆挤出机的螺杆内至少进行三次的压缩和三次的剪切，并伴随加热，物料在第一次剪切的同时进行自然排气，物料在第二次和第三次剪切的同时，利用抽真空系统强制抽出物料中的水份和低分子物质，物料挤出后，经冷却、吹干、切割，半成品入库待用；

所述的压缩和剪切分段进行，第一次压缩和第二次压缩分别采用变螺距的第一段螺杆D和第三段螺杆F进行压缩，第三次压缩采用等螺距的第五段螺杆H进行压缩，每次压缩后再进行剪切，第一次剪切由若干个错列角为45度、等盘厚的罗茨形状盘构成的第二段捏合盘螺杆E进行剪切，第二次和第三次剪切分别由若干个错列角为60度、等盘厚的罗茨形状盘构成的第四段捏合盘螺杆G和第六段捏合盘螺杆E进行剪切；

(3)混炼：使用时，根据开炼机混炼的物料容积，按照比例加入硫化剂进行混炼，薄通三角包，辊距在0.3mm-0.5mm，三角包5次出片，混炼胶停放48小时后使用。

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