Page 73 - 《橡塑技术与装备》2017年15期（8月橡胶）

工艺与设备 何振鹏 等·用于制备聚酰胺 / 溴化丁基橡胶动态硫化热塑性弹性体的同向双螺杆挤出机

我国在 PA/BIIR TPV 的研究工作开展的比较晚， 态硫化的过程，采用较大的长径比和较高的转速，同
主要是集中在硫化体系、增容体系和增塑体系等物料 时由于硫化过程的发生，物料黏度较高，该机组需要
配方对材料性能的影响方面，以及加工参数对材料性 承受较高的机头压力和负荷。因此该流程中，重复配
能的影响，但是对加工设备的研究很少涉及。其中原 置了双螺杆挤出机，投资较大且物料的加工能耗较高。
料主要采用的是 BIIR 和 PA12 或三元共聚尼龙制备 为了简化 PA/BIIR TPV 的制备流程，以天华化工机械
TPV，由于 PA12 或三元共聚尼龙的熔融温度较低， 及自动化研究设计院有限公司开发的新一代高转速高
这种 TPV 很难满足轮胎硫化条件的要求，只适合用于 扭矩同向双螺杆挤出机组为基础，开发应用于动态硫
温度不高的其他场所。此外，PA12 和三元共聚尼龙的 化的专用机组。
价格相对较高，而其阻隔性能也相对较差，使得制备
TPV 性价比不太理想 [4] 。因此国内在 PA/BIIR TPV
方面一直是空白，未出现高品质能工业化应用的材料。

2 PA/BIIR TPV 制备工艺流程介绍 图 2 DVA 热塑性弹性体制备流程
动态硫化制备 TPV 的设备有开炼机、密炼机和双
螺杆挤出机。目前国内外报道中大多采用开炼机和密 3 动态硫化专用机组的关键技术
炼机制备 PA/BIIR TPV，而采用双螺杆挤出机的很少。 3.1 螺杆转速
采用开炼机或密炼机制备 TPV 的优点是硫化时间易于 采用双螺杆挤出机进行混合和动态硫化，在混炼
控制，可将橡胶组分充分硫化。但缺点是开炼机和密 设备剪切力的作用下，将橡胶和树脂等多种组分熔融
炼机的转速偏低，剪切力较小，料温得不到精确控制， 混合到一起，与此同时，共混物中的橡胶相被硫化，
劳动强度大，生产效率不高，材料质量受人为技术影 并且被不断的打散以微米级尺寸（低于 1 μm）分散于
响较大。对比而言，双螺杆挤出机的最大优点是能提 基体中所构成的稳定的共混体系。根据相关的专利和
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供可控制的最佳温度场，高转速产生的高剪切、强混 资料，表明混合时的剪切速率一般要大于 500 s ，优
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合作用，同时可以根据工艺要求，设置不同物料的加 选范围在 2 000~7 500 s 。
入位置，使原料和各种助剂按照顺序定量加入，有利 参照挤出机的剪切速率 γ=(π . D . n)/h，其中 γ 为剪
于均匀混合和硫化交联反应的控制。同时这种连续性 切速率，D 为螺杆外径，n 为螺杆转速，h 为螺槽深度。
的混炼设备自动化程度高、劳动强度小、生产效率高， 因此可以看出，啮合自洁型的挤出机的剪切速率与螺
是生产 TPV 的发展方向。 槽深度成反比，与螺杆外径和螺杆转速成正比。对于
根据以上设备的功能特点和适用的物料范围，将 某一定型的机组，其剪切速率直接与螺杆转速有关。
以上设备结合起来，开发了一种新的 PA/BIIR TPV 制 PA/BIIR TPV 制备过程中，由于橡胶颗粒发生硫
化，物料的黏度很大，挤出过程中机头压力基本在 10
备流程。根据已经公布的 DVA 弹性体相关专利，其制
备过程是 ：①将生胶和橡胶助剂送入炼胶（开炼机或 MPa 左右。因此选用了我单位最新研制的高转速高扭
矩的同向双螺杆挤出机组，螺杆最高转速为 1 000
密炼机）机，再经橡胶造粒机获得混料胶颗粒 ；②将
PA 树脂和增塑剂等助剂加入第一级双螺杆挤出机混合 r/min。该型号同向双螺杆挤出机啮合比（D i /D o ）为
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塑化并造粒得到混合树脂颗粒 ；③将混炼胶和混合树 1.55，比扭矩（M/d ）为 11.3 N . m/cm ，达到了第六
脂颗粒以及其他辅料加入第二级双螺杆挤出机中完成 代同向双螺杆挤出机的性能水平。
动态硫化制备出 DVA 弹性体 [4] 。DVA 弹性体制备流 3.2 喂料方式
程如图 2 所示。 在优化的制备流程中我们采用分步喂料方式。即
以上制备过程中，主要存在以下缺点 ：① PA 树 在受控的加热和剪切条件下，采用沿着挤出机螺杆在
脂经过两次热历程，容易出现热降解的问题，将会影 多个位置引入各组分。在主喂料口加入尼龙、抗氧化
响到 TPV 的强度等性能 ； ②由于工艺要求不同，第一 剂、光稳定剂和增塑剂等 ；在螺杆的长径比一半的上
级双螺杆仅完成 PA 与助剂的混炼造粒，采用的常规 游位置加入改性卤化丁基橡胶颗粒与硫化剂体系，并
的混炼机组配置。而第二级双螺杆挤出机需要完成动 最终确定在尼龙经历第一混炼啮合段呈现塑化软化的

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