橡胶连续混炼设备与技术

橡胶连续混炼设备与技术

王 薇

(青岛科技大学,山东青岛 266042)

摘要:分析了间歇式混炼的优缺点,介绍了连续混炼发展的起因以及目前应用于连续混炼的设备和技术并展望了连续混炼的发展趋势。连续式混炼机混炼不需要进行周期性的加料和卸料,可以充分利用混炼机的混炼能力,但连续混炼设备是以粉状或颗粒状喂料为先决条件。

关键词:橡胶混炼;间歇式;连续式

中图分类号:TQ330.4+3 文献标识码:B 文章编号:1000 890X(2003)04 0237 04

1 间歇式密炼机混炼技术的发展

早期的橡胶工业混炼采用双辊开炼机,而双辊开炼机混炼存在许多缺点,最重要的一条就是混炼胶质量差。由于轮胎工业的发展导致微粒及有毒硫化促进剂用量增长,同时橡胶制品对胶料质量要求不断提高,开炼机混炼已经满足不了生产的需要。因此在20世纪20年代密炼机就引入橡胶加工工业了。

目前工厂主要以密炼机混炼为主。密炼机密炼室中的胶料主要有两种流动:周向流动和轴向流动。胶料主要是由密炼室中转子之间、转子和室壁之间以及转子与压砣和卸料门之间的剪切和混合作用而得到混炼,密炼机对胶料的混炼是间歇式的。间歇混炼密炼机具有很长的发展历史,自从20世纪20年代密炼机作为混炼设备代替开炼机以后,密炼机经历了多个发展阶段。从无压砣到压砣的出现及改进;从翻转式卸料到卸料门卸料,卸料门从摆动式到滑动式;转子的形状从无凸棱到二凸棱再到四凸棱等,这些在密炼机设计上的改进都使间歇式密炼机技术有了很大的发展[1]。目前密炼机的一个值得注意的重大改进是转子由切线型改为啮合型。

近些年来,间歇式密炼机技术又有了新的发展。目前间歇式密炼机在国内、外应用最广泛的

作者简介:王薇(1973 ),女,山东青岛人,青岛科技大学讲师,工学学士,主要从事高分子材料加工机械方面的研究和教学工作。有3种类型:美国的法勒尔公司F系列密炼机转子形式是切线型;德国的W&P公司的GK型密炼机有两个系列,一个是GK N系列切线型转子,另一个是GK E系列啮合型转子;英国Francis Shaw公司的K型密炼机的转子形式为啮合型。

同步转子(又称ST转子)是法勒公司近几年来一直致力开发和研究的技术项目。同步转子技术将传统的转子速比由1.16 1改为1 1,此技术的转子和转子之间的相互作用提高了胶料流变参数和物理性能的均匀性,而W&P公司研制的组合式密炼机具有功能独立的3个部分:料斗、混炼区和机座。3个功能独立的部分可以分别进行正向和反向安装,各部件易于拆卸、更换和安装。此外,意大利的Pomini公司研制出了可调啮合间隙(VIC)密炼机。此种密炼机的转子为啮合式,转子间的距离是可调节的。

间歇式密炼机是现代工厂主要的炼胶设备,它能够保证得到优质的混炼胶,具有生产能力较高、使用寿命较长和工作性能可靠等优点,但是间歇式混炼原理也存在薄弱点。尽管间歇式密炼机在其发展过程中结构发生了一定的变化,性能也得到优化,但是这并不能改变间歇式混炼工艺固有的缺点。间歇混炼过程中各流体微团有不同的流动轨迹,虽然物料在间歇式密炼机中停留的时间一样,物料在密炼机整个容积中所经受的切变速率不同,物料微团在不同的剪切区停留的时间也不完全一样。总的来说,在给定时间内,各物料团经历了不同的应变历程,最终积累了不同的总

应变量。因此就使得间歇混炼所得到的混炼胶质量不均匀。

除间歇式混炼机理不完善之外,为了保证工业上所要求的生产能力,间歇式密炼机需要有更大的容积,此外由于密炼机的转子转速很高,导致密炼室内热量增加,间歇式密炼机混炼的胶料是没有固定形状的胶块,需要辅助设备进行进一步加工,以便得到下道工序所需要的胶料形状。用间歇式密炼机加工胶料时由于密炼室内温度很高,胶料难以一次完成混炼,有时需要二段混炼。在一次混炼之后,再进行下一次混炼时,硫化剂一般都加到二段混炼的密炼机中,间歇式混炼过程使得调整更加复杂。

为了克服间歇式密炼机的缺点,人们开始设想是否有一种更为便捷、混合性能更好的混炼技术可以代替间歇式混炼技术在橡胶工业中的地位,这就使得连续混炼技术的发展成为可能。

2 连续混炼技术的发展

连续混炼技术是混炼操作自动化、连续化的新技术。相对于间歇混炼技术,连续混炼技术具有以下六方面的优点[2]:

(1)连续式混炼机混炼不需要进行周期性的加料和卸料,可以充分利用混炼机的混炼能力。这样就可以将单位机台的生产能力提高,也就大大地提高了生产率。

(2)用连续混炼机可以在稳定的机械条件和热条件下混炼胶料,有效地利用调整和控制手段,以便使过程按最佳水平进行。

(3)采用连续混炼可以使自动化程度大大提高。

(4)连续混炼的能量消耗稳定,没有大的峰值,可以节约能源。

(5)使用连续混炼机进行连续混炼,可以省去上、下辅机设备。这就大大地简化了生产设备,降低了生产设备投资。同时,上、下辅机的取消还使得连续混炼厂房无需像密炼厂房那样需要三层楼房,这样就可以节约占地面积,大大降低厂房设施投资。

(6)使用密炼机进行胶料混炼时,在加料和卸料的同时不能进行混炼生产,而连续混炼机就不存在这个问题,可以进行连续生产,从而提高生产率,同时降低劳动强度。

连续式混炼机以机筒代替密炼室,转子在机筒内旋转,混炼胶料,并将胶料从加料区域推向卸料区域[3]。连续混炼机的特点是混炼质量与混炼机供料系统有关,如果在原料配比上有波动,那么在成品混炼胶成分中也将反映出来。连续式混炼机的发展也是渐进的,依照结构可以分为单转子连续混炼机、双转子连续混炼机、传递式连续混炼机和双螺杆挤出机[4]。

2 1 单转子连续混炼机

最早的连续式混炼机在机架上安装有密炼式圆筒型机筒,机筒的内表面为圆锥形,机筒壁具有冷却腔、胶料加料口以及其它组分的加料口。在圆锥形转子的表面具有螺旋沟槽,从里面用冷却水冷却,从加料口加的料由于转子旋转而被拉入间隙中进行强烈混炼,而且由于转子上有螺槽,使胶料逐渐向出口移动[5]。混炼胶沿转子圆周方向进行的混炼作用最强烈,沿转子轴线方向混炼作用比较弱。这种混炼机对混炼胶中加入的各种成分波动特别敏感,在混炼过程中也不能保证均匀混炼,混炼胶的加工强度可以通过改变转子和机筒壁之间的间隙来调整。

2 2 双转子连续混炼机

双转子连续混炼机是将两个转子装配在一个混炼室内,这种连续混炼设备的混炼效果较好,而且可以减小供料波动。法勒连续混炼机就是一种双转子相对旋转装置,其长度相当小。该设备有两个转子,与本伯里密炼机内的布置形式相似,其转子也是安装在混炼室内。混炼机的一端设有加料斗,其对应端装有卸料门[6]。

双转子连续混炼机的转子是仿制本伯里密炼机转子设计的,转子上有一类似于挤出机螺杆的供料段,其主要用途是把原材料推进密炼室内。与供料段相邻的是正、反向螺旋状棱,它的主要用途是保障胶料得到充分的混炼,除此之外转子还有椭圆形翼,它的用途是通过卸料口排出胶料。

这种可以连续混炼的密炼机的生产率是由喂料速率保证的,保持恒定的供料可以提高转子的转速,以得到更大的剪切力。法勒公司连续混炼机是在常压下操作,从而形成独立的混炼环境,完