新型的密炼机下辅机_连续混炼机的原理.docx

新型的密炼机下辅机连续混炼机的原理山东化工学院纪冰汪传生编译赵嘉澍校第三代传递式混炼机可以进行全过程控制, 克服在混炼质量、温度控制、机构简化等方面存在的缺点, 确保减少初期投资成本和日后运转费用。关键词: 连续混炼机, 多段剪切传递混炼, 纵向混炼从 1965 年到 1979 年, 大约有 50 台第一代传递式混炼设备安装在世界各地轮胎厂的 炼胶车间中, 用作密炼机的下辅机。 目前, 这 些传递式混合设备大多数已淘汰, 因为它的 混炼能力达不到目前的要求, 且生热过高。最近, F ran c is sh aw 公司向市场推出一 种串联式 ( 双级) 密炼机, 即用一台密炼机进行母炼, 在其下游再安装一台尺寸较小的不 带上顶栓的密炼机, 用于冷却胶料, 并进行终炼。自从第一代传递式混炼设备问世以来, 传递混炼技术已取得很大进展, 而用户对提 高密炼机效率的要求, 进一步促进了对传递 混炼原理的探讨。图 1第一、第二代传递混炼段的展开和分解图多段剪切传递混炼 (M C T )冷喂料挤出机自 1980 年以来, 已有数百台规格为 50 250mm且对各种难混胶料的塑化能力有很大改善的冷喂料挤出机供应市场。参见图 1 和图 2, 这种挤出机在传递段 有许多密集的螺旋形沟槽, 因此改善了横向 混炼能力。持有生产许可证的公司有: 主要从事轮 胎翻修的慕尼黑 A Z 模具及机械制造公司; 生 产用于混炼各种胶料 ( 包括难混胶料) 的 M C T 的瑞士苏黎士 R CM A G 公司; 以及汉 诺威的贝尔斯托夫公司, 该公司生产的改进 型销钉挤出机 ( SC ) 可加工销钉机筒挤出机图 2 与图 1 相对应的纵向截面剖视图所不能加工的胶料。 上述机台均装有可调节 流阀, 从而拓宽了适用胶料的范围。的混炼能力M C T1994 年 4 月, IKV ( 德国亚琛国家 技 术学院塑料加工研究所) 有关 M C T 混炼性能 的研究报告指出: 螺杆几何形状与机筒几何第 26 卷第 1 期新型的密炼机下辅机 连续混炼机的原理39形状的一定结合, 以及节流阀的应用, 对改善炭黑分散性和终炼质量的效果与采用常用密 炼机的效果一样好。喂料方式有两种: 一种是喂入不同粒径的粒状母炼胶, 该母炼胶应在螺条混合器中 与硫化剂一起预混和; 另一种方式是喂入两 种母炼胶条, 一种胶条混有硫化剂, 另一种胶 条则加有促进剂。多年来, 某公司把从不同供应商处获得的喂料胶条与载重车胎胎面胶混在一起, 直 接贴在打磨好的胎体上, 然后模压硫化。 此 外, 对于用预硫化胎面进行翻胎, A Z 公司还 提供一种生产缓冲胶料的密炼机2挤出机生 产线, 用于分别制造含硫黄喂料胶条和含促 进剂喂料胶条, 这两种胶条均有良好的贮存 稳定性。 在 85C 左右的条件下, 胎面直接挤 出到胎体表面上, 在硫化罐中快速硫化。预混合粒料喂料和两种胶条喂料均可保 证在M C T 挤出机加料段中预分散均匀。 但 M C T 挤出机不作为密炼机排胶用下辅机, 尤其是在缩短混炼周期时。行的有序混炼能力。图 4 与图 3 相对应的纵向截面剖视图图 2 图示了前两代传递式混炼几何结构 中胶层模型 (用卡片制成) 组件工作原理。 传 递混炼从四个供料螺槽起始端开始, 将物料 传递到四个受料螺槽末端。 被传送的“胶层” 涂成黑色, 这样可清楚地看出, 没有一个胶层 被剪切过两次, 但也没有遗漏。在传递区供料螺槽起始端处的四个胶层 正是在受料螺槽末端被混合的胶层, 这就是 被称为横向混炼的原因。螺槽截面宽度取决于围绕周边的供料螺槽数和受料螺槽数, 而传递胶层 (被涂成黑色 的卡片模型) 的面积则由螺槽宽度所确定。同 样, 传递区的展开长度 (被分成供料螺槽的深 度) 决定了传递胶层或被研究体积元的厚度。 图 2 说明应考虑迭加效应, 即正被传递螺槽中的涡流及一层一层从里到外的翻转, 此时胶层可认为是连续的卡片模型。 位于传 递段起始处供料螺槽中的涡流中心 ( 虚线表 示) 到受料螺槽未端处的涡流最外层结束。在传递时, 新鲜的胶料层沿着两螺槽壁连续不断地流动, 这是实现橡胶 ( 不良导体)与金属表面间热传递的先决条件。这说明, 传递式混炼设备的几何形状、另 件尺寸及工作强度均由设计者决定。因而, 采用这样的几何形状, 可用数字精 确地表示混炼质量, 而不是大略估算。 同样,能量输入也较其他那些体积元几何形状未确 定 的 设 备 少。 那 些 设 备 的 几 何 尺 寸 是 用Gau ssian 概率分布法确定 的, 有 时 太 小, 有具有纵向混炼能力的传递式混炼机图 3 和图 4 为第三代传递式混炼原理示意图。 与图 1 和图 2 所示的前两代混炼设备 进行比较, 有助于检验以两种不同方法所进图 3 第三代传递混炼段的展开和分解图40世界橡胶工业1999时太大。因此, 所有那些设备都需至少计算一次, 主要部件则必须反复验算。图 3 和图 4 表明了第三代传递式混炼原 理, 同时也表明了其特征: 在图示的特定结构 中, 只有逆转向螺槽的第二个交叉面才是传 递区 (黑色部分)。 这与图 1、图 2 完全不同, 图 1 和图 2 中是每个交叉点都有此功能。 这称为纵向混炼,纵向混炼也可通过几何 方法用数字表达清楚。图 9 显示了一个实例: 每第四个交叉面积是一个传递面积或工作面积, 这说明纵向 混炼比横向混炼多得多。图 5 M C TD 第三代传递式混炼机的冷喂料挤出机使用性能曲线 零件光滑表面的半径所决定的, 不考虑螺槽 所形成的附加面积。第三代传递式混炼机的首次实际应用表 1冷却面积的比较开炼机mm123英m 2按照此新原理, 冷喂料挤出机的塑化作用在一个传递区中而不是在二个传递区中发 生, 生产能力有显著提高, 而且即使增大螺杆转速, 其挤出温度曲线也仍平坦。3007004001, 0004501, 2005501, 5006001, 8006652, 10011. 827. 615. 839. 417. 747. 221. 759. 123. 670. 926. 282. 70. 661. 261. 701. 322. 523. 401. 983. 775. 102. 595. 187. 77公 司 已 将 此 原 理 应 用 在 其 新 型R CM3. 46. 810. 2M C TD 挤出机中, 图 5 所示即为其产量及温度曲线。 象天然胶胎面胶和胎侧胶这样两种 不同的胶料, 它们的产量比较接近, 但虽然这两种胶的挤出温度范围都变窄, 挤出温度却相差较大。M C T 也具有自洁功能。4. 48. 813. 2M C T 传递式混炼机直径下列条件时的冷却面积, m 2单位 m1. 5L 2= 2D L 3= 3DL 1= D4. 719. 4214. 132. 06. 2812. 522. 53. 03. 57. 859. 4211. 0015. 7018. 84配炼车间主要问题之探讨胶料温度混炼温度的降低和混炼输入功的减少主 要受开炼机的影响, 尽管两者的影响不是同 步的。表 1 是开炼机与传递式混炼机的冷却面积比较, 可作为选用机台规格的依据。对开炼 机来说, 冷却面积是由一个辊筒的冷却面积 决定的; 而传递式混炼机则是由内部及外部实际上, 传递式混炼机的产量相对于螺槽深度来说不是按比例增加的, 但这是设计 排料挤出机的基础。根据小型传递式混炼机可接受的圆周速 度, 并根据密炼机的排胶周期, 可计算出更小的螺槽深度和转速范围。 排胶周期限定了密 炼机产量。第 26 卷第 1 期新型的密炼机下辅机 连续混炼机的原理41圆周上的分布可用可调节流阀同时对混炼输入功及冷 却进行控制。因此, 传递式混炼机工作区可保持满负荷运转而不管其通过量如何, 且转速在允许的范围内。 可维持M C T 的自洁性。不同粒料的预分散这是纵向混炼引起的。 图 3 和图 4 仅表 示了实际传递的两种纵向实验位移情况, 实际传递的纵向位移根据需要可以是相邻螺槽 数的几倍。 在极端情况下可象螺槽数目一样 多。以此方式, 从密炼机排出的不均匀胶团 经传递混炼成为预定薄片, 进入受料螺槽中不断增多的胶料中, 从而实现分散。此程序在 随后的传递区可重复进行。图 7 图 6 加料口平面图图 8 传递式混炼机截面示意图新的混炼原理机械特点图 6 图 9 概括显示了所推荐的排料密 炼机的工作原理。 由于其有效平均直径远大 于卧式排料挤出机, 而且带有许多浅的螺槽, 因此其冷却效果可以是开炼机的几倍。图 9 传递式混炼机四头供料螺槽的展开图图 7 所示为一固定式内柱和一外壳的结构, 内柱顶部表面较大, 外壳以转窑的方式旋 转。采用该结构, 可实现从密炼机排料口直接向传递式混炼机喂料, 不需采用又贵又需经 常维修的强制喂料装置。 而粉料及硫化剂是 从传递混炼区较低的地方定量加入的, 液体硫化剂则是在压力下通过管道加入的, 这样 可节约原材料。对转速非常低的机台来说, 其减速装置 一般采用标准齿轮传动马达驱动大直径的齿图 6 炼胶车间使用示意图图 8 特别提出一种结构, 这种结构的冷 却面积可以比卧式结构中的大直径和许多传 递区所起的作用大许多倍。42世界橡胶工业1999轮, 而不采用价格昂贵的减速机。 如图 6 所示。图 9 表示利用纵向混炼的特点来弥补缩 短混炼周期时密炼机排出胶料预分散不足的 缺陷。为使密炼机能满载运转, 可使用一种节 流装置 ( 本文未示出) , 把传递式混炼机的输 出量调节到密炼机的输出量, 这与转速无关。节流还对混炼定性因子有直接的影响,而且是过程电控中的一重要参数。 实际上在 若干个传递混炼区可采用若干个节流装置,由过程控制器进行按序调节或由压力传感器进行自动调节。 这种检测方式就不需要对有 不同要求的混炼采用不同几何结构的传递式 混炼装置。由圆盘刀切割成的粒状物料从设备的底 部输出。圆盘刀对着一个相对转动件切割, 该 转动件在周边附近分布有许多沟槽。 这些胶 粒落在一个转盘上, 并转移到传送带上进行 直接冷却, 或者送到自动操作的开炼机上进行压片、冷却, 见图 6 所示。 这种综合的立式设计可代替密炼机下游的压片机。低) 下进行横向混炼而改善炭黑的分散作用。3 一个用于混合增容剂或附加配合剂的 装置。3 一个终炼装置, 在周边适当位置计量 加入硫化剂, 也可以计量加入悬浮体或液体配合剂。机械的简化低转速时, 可采用大直径高强度轴承, 如 建筑起重机上所采用的。这种轴承应安装好, 使与橡胶接触不会发生危险。 不需要防止橡胶泄漏的密封件。 公差也不需像卧式挤出机 那样严格, 因为传递式混炼机在较大间隙范 围内运转。立式布置可保证不会发生任何的金属件 相接触的现象, 而大直径卧式挤出机则在开机或停机时都会发生快速磨损。由此可见, 立 式布置可减少淬火的要求, 且磨损极小。连续混炼消除了密炼机操作所产生的能 量峰值。一般来说, 传递式混炼装置所消耗的 能量比其他密炼机少。结论本方案看来符合对连续操作、自洁性设备的真正要求。