3密炼机1

物料加入
物料细分
物料混入
物料分散
物料均布
排料
3.工作原理说明
在密炼机室内，生胶的塑炼或混炼胶的混炼过程， 比开炼机的塑炼或混炼要复杂得多， 1、 物料所受的作用发生在： （1）在两相对回转的转子间隙中； （2）而且在转子与混炼室壁之间的间隙中； （3）以及转子与上下顶栓的间隙中； 2、剪切挤压作用----不断变化的 3、转子有螺旋棱----物料反复进行轴向往复运动， 具有搅拌作用
INTERNAL MIXER
第四章 密炼机
4.1概述 开炼机
基础 一般均认为
劳动强度大
开放式炼胶机 缺点
效率低 粉尘大
密炼机
Banbury在1916年发明的
全称（在密闭的混炼室中）
密闭式炼胶机
实际最早是由德国W&P（ Werner&Pfleiderer Co. ） 公司的一名商业工程师（美国人）根据该公司的原 型机台设计的，由于其发展较快，产量大应用较广， 故人们一直认为Banbury密炼机是最早问世的。
β——物料的填充系数
对混炼的影响： β值小，生产能力下降，物料少，未能或少受上顶栓 的压力，而导致物料滑动，不易分散均匀，降低 炼胶质量，延长炼胶时间。 β值过大，生产能力增大，但由于粉状配合剂，疏松 密度小，在密炼开始时物料配合剂的容量常数比 混炼室总容量要大，只有分散和渗入橡胶后容量 才逐步变小，因此物料过多时即填充系数β值过大， 则会使部分物料，停留在上顶栓附近的喉边处， 不利于物料翻转而导致混炼困难，从而引起物料 质量降低
椭圆型
圆 筒 型
三棱型
按转子啮合与否（Intermeshing）
相切型，切线型
啮合型，联锁型 按转子转速不同 （Rotor Speed）
慢速 以XM－250为例 中速 以XM－250为例 高速 以XM－250为例 ≤20rpm 30～50rpm ≤60rpm
转速与其它机械相比，纯属低速范围，但对炼胶 作业来讲却是高速了，因炼胶要消耗大量能量， 产生大量热量，这两点都限制转速范围
六 个 部 分
混炼部分mixing section 加料部分 Feed module section 压料部分Pressure ram section （上顶栓） 卸料部分 Discharge section （下顶栓） 传动装置部分Drive section 底座 加热冷却系统 Heating ＆cooling system 气压系统 Compressed air system 液压系统 Hydraulic system 电控系统 Electric control system 润滑系统 Lubrication system
压力大小。 1~5 kg/cm 2 有时可达 16 kg/cm2 一般加工硬质物料压力高 压力↑—气缸直径过大—结构大—压料面积大 压力提供： 气压：结构简单，无泄漏，但压力小，缸体尺寸大 油压：压力大，控制准确，但必须解决漏油问题。
混炼室总容量分空容量，工作容量的区别：
空容积
总容积 （有效容积）
工作容积
填充系数的选择
A：上顶栓压力↑—β↑， B：转子转速↑—β↑， C：机器结构 ， D；物料性质 ， E：加料方法 的影响 一般通过类比分析和实验方法确定 长期一直认为 β=0.54 左右合理 现在β值一般为0.5~0.75
上顶栓压力
2.胶料在密炼室中的混炼过程
生胶和配合剂由加料斗加入，首先落入两
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
个相对回转的转子口部，在上顶栓的压力及摩
擦力的作用下，被带入两转子之间的间隙处，
受到一定的捏炼作用，然后由下顶栓的尖棱将
胶料分开，进入转子与密炼室壁的间隙中，在 此处经受强烈的剪切捏炼作用后，被破碎的两 股胶料又相会于两个转子口部，然后再进入两 转子间隙处，如此循环往复。
整 体 结 构
五 个 系 统
密炼机的分类
按照混炼室结构：上下组合和前后组合 按照转子几何形状（Rotor Section Form） ： 椭圆形—出现较早，且炼胶效果最好 圆筒形—德国维尔纳—普弗莱德勒公司 （Werner&Pfleiderer Co. 简称W&P公司） 三棱形—英国法兰斯肖公司（Francis Shaw Co. ） 日本神户制钢所Kobe Steel
密炼室
卸料门
规格
过去 采用混炼室的工作容量和主动转子转速 表示； 现在 采用混炼室的总容量/主动转子
的转速表示。 国产密炼机的规格表示法：XM-250/20 X表示橡胶，M表示密炼机，250表示密炼 机的总容量，20表示转子转速 X（S）M-75/35x70 S表示塑料，75表示密炼机总容量，双速 （35和70转/分）
胶料在转子上的流动情况
两棱转子展开图 胶料流动示意图
胶料的轴向移动情况示意图
GK四棱转子
GK四棱转子展开图
胶料的轴向移动情况示意图
（4）转子与卸料门之间的搅拌 作用
物料从两转子之间的上部进入，在下部被卸 料门分开，分别进入两个混炼室中，经捏 炼后，两股物料相会于两个转子的上部， 然后进入两转子的间隙中，如此反复进行。
（2）转子之间的作用
一侧转子前面的部分塑料被挤压到对面的混炼室中， 经与另一侧转子前面的塑料同时捏炼后，继续受 到转子其余表面的作用。 可以导致： （1）物料与转子接触点线速度的不同，位置的变 化，导致转子间的容量、容积变化； （2）间隙和速比的不恒定，产生变化的剪切速率， 使物料受到强烈的剪切，搅拌和折卷作用。
• 现代密炼机发展的标志之一是高速、高压和 高效能。通常将转子转速为20rpm的称为低 速密炼机，30～40rpm的称为中速密炼机， 60rpm以上的称为高速密炼机。 • 近年来，出现了转速达80rpm甚至更高的密 炼机，亦有对工艺和效能有广泛适应性和处 理手段的双速、三速、变速密炼机，也有转 子速比可调节的密炼机。其操作时间大大缩 短 ， 从 过 去 慢 速 机 台 的 8 ～ 1 5 min 缩 短 至 1.5～3.5min，甚至有的达1～1.5min（包括 采用密炼法与补充混炼法配合的工艺过程 等）。
5.密炼机混炼步骤
目前一般认为要把大量的配合剂与生胶混炼 均匀，大体分两个步骤： （1）要把粒状固体与液体配合剂，在外力作 用下，混入到生胶中形成粘结块，称之为 简单混合 （2）再把这些已形成的粘结块进一步分散均 匀称之为强烈混合。
简单混合主要由剪切变形而定，既要使简单 混合得好，希望物料流动 变形速度要快。 要求橡胶软一些，即粘度要小。 强烈混合主要用一定的剪切应力，把粘结块 压碎并进一步分散，既要求橡胶硬一些， 即粘度大，这样物料吸收的剪切力就大， 分散效果就会好。
混炼时间短
优点
密炼机
生产效率高 操作容易，较好地克服粉尘飞扬 减少配合剂的损失 改善劳动条件，减轻劳动强度等
由于它在很大程度上是凭经验发展起来的， 因而在发展早期曾出现过认为塑炼效率低，不 能用它来塑炼的说法，但已经为生产实践所否 定。因此，密炼机的出现是炼胶机械的一项重 要成果，至今仍然成为塑炼和混炼中的典型设 备，并处于不断发展完善中。据国外资料统计， 在橡胶工业中有88％的胶料是由密炼机制造的， 塑料、树脂行业亦广泛应用密炼机。
作用——是强化混炼或塑炼过程的主要手段 之一，间接地导致较高的剪切应力，加 速分散过程，从而缩短混炼时间。 间接——分散好坏的决定因素是剪切应力而 上压只提高物料的流体静压，不直接影 响剪切力，可以减少密炼室内物料的空 隙，增加物料之间的接触面，并减少物 料与密炼室内壁及物料与转子表面的滑 动。
上顶栓压力
按转子速比
目前规范使用的式椭圆形转子密炼机，圆筒形
可作为对前者工作方式的补充和发展。椭圆形密炼
机的代表是美国Farrel Co.制造的F系列密炼机和德 国WP Co.生产的GK-N系列密炼机；圆筒形密炼机 的代表是英国Francis Shaw Co.研制的K系列密炼 机与德国WP Co.生产的GK-N系列密炼机。
密炼机发展方向：
二大 二高 一低
大规格（大容量）大功率 高速、高压 单位能耗低
主要问题
端面密封
用途：塑料和橡胶的 塑炼与混炼，塑料 沥青、油毡料搪瓷 料和合成树脂的混 炼。 混炼过程：加料，压 料，转子的速比 转动，混合塑化， 排料。
XM－250/40椭圆型密炼机结构图
密炼机整体结构
混炼过程
1、细分（ break）
基 本 步 骤
2、混入(捏炼) （ intermix，blend）
3、分散（微观分散,分散混炼） （Dispersive Mixing）
5、塑化阶段
4、简单结合 (单纯混合,宏观分散、分布混炼)
密炼机的炼胶过程是比较复杂的，我们可以从下面的图简单 地表示炼胶过程从下图可以看到：密炼机对胶料的混炼可分 为：细分、混入、分散、均布等几个阶段。
（3）轴向往返切割作用
长螺旋段α=300 α<Φ ，Pt<T，物料不会产生 轴向移动，仅产生圆周运动，起到送料作 用及滚压揉搓作用。 短螺旋段α=450 α>Φ，Pt>T，物料可以产生 轴向移动，对物料产生往返切割作用。 一般两转子的螺旋长棱和短棱是相对安装， 从而使物料从转子一端移向另一端，往复 不断地挤压传递物料。 四棱转子（有两大两小）更为明显。
按转子转速变化与否
单速 双速 转子具有两个速度 变速
按转子外表面结构来分
普通型 四棱、两棱
特殊型 普通型
销钉型转子
螺旋型
按混炼室结构来分
特殊型
销钉密炼室 翻转密炼室 80－270L 10－50L
大容量（规格）密炼机370L 以密炼机的容量来分 中容量 小容量
试验用密炼机在10L以下 异步转子 同步转子
4.2 密 炼 机 工 作 原 理
1.工作原理
炼胶时，生胶和配合剂加入到密炼室后， 物料就在由两个具有螺旋棱的有速比的相 对回转的转子与密炼室壁，上顶栓，下顶 栓组成的捏炼系统内受到不断变化的反复 进行的强烈剪切和挤压作用，使物料产生 剪切变形，进行强烈的捏炼，由于转子有 螺旋棱，在捏炼时物料反复进行轴向往复 运动，起到了搅拌作用，至使捏炼更为强 烈，达到了混炼塑炼目的。
4.密炼机对物料的捏炼作用
密炼机对物料的捏炼作用可分为转子突 棱顶与密炼室内壁之间及两个转子之间两方 面的四种作用来讨论。 （1）转子外表面与密炼室内壁之间的高剪切 作用 （2）转子间的搅拌、折卷作用 （3）转子的轴向往返切割、搅拌作用 （4）上下顶栓分流、剪切和交换作用
（1）转子外表面与密炼室内壁之间 的作用
3.3主要性能参数
总容量和工作容量 上顶栓压力 生产能力 功率
总容量和工作容量
1、总容量——密炼室容积减去转子所占体 积。 2、一次捏炼量——密炼机的工作容量， （额定容量），工作时所装物料的容量， 型号规格中所指的SM—250/40 一次捏炼量V=V0β β——物料的填充系数(0.55-0.75)
（3）轴向往返切割作用
• 对普通双棱椭圆形转子，每一转子都有两方向不 同，长短不一的螺旋棱。转子长螺旋棱的螺旋角 α=300，短棱螺旋角α=450
（3）轴向往返切割作用
• 对物料产生一垂直作用力P Pr=P/sinα 轴向移动 Pt=P/cosα 绕转子轴向移动 • 摩擦力T阻止物料轴向移动 T =Ptanφ 轴向移动的必要条件：Pt≥T • Pt =Ptanα ≥ T =Ptanφ • tanα ≥ tanφ ，必须α ≥ φ φ—摩擦角 φ=370~380
• 密炼机的结构也在不断发展。密炼机工作过 程及整个机组的机械化、自动化水平也在不 断提高，采用了程序控制，现在大型引进机 台均采用计算机控制。 • 总之，此种发展是在大大强化混炼过程，提 高机台效能，减轻体力劳动和改善工作环境 等。 • 在这种剧烈的混炼过程中，当然会带来许多 新问题，因此，对机械研究设计来说，从机 台的捏炼系统、冷却系统、密封系统、加料 及压料系统、卸料系统、传动系统、控制系 统、主要零部件、材料到各种参数的技术决 定以及理论，都需要相应的发展，以使机台 性能优良，为生产过程提供可能的适应性和 调节性。
与开炼机相比密炼机的剪切和挤压作用更为强烈： 1、转子与室壁的间隙变化；导致物料受到变化 的剪切速率变化；剪切应力不断的变化，大小 不一； 2、转子的尖棱与室壁的间隙很小（最小为 5mm），使剪切效应更为突出，速度梯度为开 炼机的4-5倍； 3、转子棱峰与混炼室壁所形成的包角小，塑料 受到转子棱峰作用后，又继续受到转子其余表 面的作用。