密炼

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图1 密炼机结构示意图
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密炼原理 物料在混炼室中，受到转速不同、转向相 反的两个转子所施加的作用力，使物料在转子 与室壁间进行混炼剪切，物料对转子凸棱施加 反作用力，这个力由测力传感器测量，在经过 机械分级的杠杆力臂转换成转矩值的单位克· 米 (g· m)读数。其转矩值的大小反应了物料粘度 的大小。通过热电偶对转子温度的控制，可以 得到不同温度下下物料的粘度。
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2.加料顺序 密炼机混炼中，生胶、炭黑和液体软化剂的投加顺序与混炼 时间特别重要，一般都是生胶先加，再加入炭黑，混炼至炭 黑在胶料基本分散后再加入液体软化剂，这样有利于混炼， 提高混炼效果，缩短混炼时间。液体软化剂过早加入或过晚 加入，均对混炼不利，易造成分散不均匀，混炼时间延长， 能耗增加。液体软化剂的加入时间可由分配系数K确定。硫 磺和超速促进剂通常在混炼的后期加入，或排料到压片机上 加，减少焦烧危险。小药（固体软化剂、活化剂、促进剂、 防老剂、防焦剂等）通常在生胶后，炭黑前加入。
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Q=K*V*ρ
Q——装料总容量，Kg； K——填充系数，通常取0.6~0.7； V——密炼室的总有效体积，L； ρ——胶料的密度，g/cm3
填充系数K的选取与确定应根据生胶种类和配方特点， 设备特征与磨损程度、上顶栓压力来确定。NR及含胶率高 的配方，K应适当加大；合成胶及含胶率低的配方，K应适 当减小；磨损程度大的旧设备，K应加大；新设备要小些； 啮合型转子密炼机的K应小于剪切型转子密炼机；上顶栓压 力增大，K也应相应增大。
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5.转速 提高密炼机转子的速度是强化混炼过程的最后有效的措施之 一。转速增加一倍，混炼周期大约缩短30%~50%。提高 转速会加速生热，导致胶料粘度降低，机械剪切效果降低， 不利于分散。 6.混炼温度 混炼温度高有利于生胶和胶料的塑性流动和变形，有利于橡 胶对固体配合剂粒子表面的湿润和混合吃粉，但又使胶料的 粘度下降，不利于配合剂粒子的破碎与分散混合。混炼温度 过高还会加速橡胶的热氧老化，使硫化胶的物理机械性能下 降，即出现过炼现象；还会使胶料发生焦烧现象，所以密炼 机混炼过程中必须采用有效的冷却措施；但温度不能太低， 否则会出现胶料压散现象。
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图3 PVC共混物扭矩流变测定
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影响密炼机混炼效果的因素
密炼机混炼的胶料质量好坏，除了加料顺序外，主要取决于 混炼温度、装料容量、转子速度、混炼时间、上顶栓压力和 转的子类型等。 1.装料容量 即混炼容量，容量不足会降低胶料的剪切和捏合作用，甚 至出现胶料打滑和转子空转现象，导致混炼效果不良。反 之，容量过大，胶料翻转困难，使上顶栓位置不当，使一部 分胶料在加料口颈处发生滞留，从而使胶料混合不均匀，混 炼时间长，并容易导致设备超负荷，能耗大。因此，混炼容 量应适当，通常取密炼室总有效容积的60%~70%为宜。 密炼机混炼时装料容量可用下列经验公式计算：
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6.提起上顶栓，加入小料，落下上顶栓混炼1.5min； 7.提起上顶栓，加入炭黑或填料，落下上顶栓混炼3min； 8.提起上顶栓，加入液体软化剂，落下上顶栓混炼1.5min； 9.排胶，用热电偶温度计测胶料的温度，记录密炼室初始温 度、混炼结束时密炼室温度及排胶温度，最大功率、转子速 度； 10.将开炼机的辊距调到3.8mm，打开电源开关，使开炼机运 转，打开循环水阀门，再将从密炼机排出的胶料投入到开炼 机上包辊。
密炼机的组成 密炼机一般由密炼室、两个相对回转的转 子、上顶栓、下顶栓、测温系统、加热和冷却 系统、排气系统、安全装置、排料装置和记录 装置组成。转子的棱等，转子的断面几何 形状有三角形、圆筒形或椭圆形三种，有切向 式和啮合式两类。测温系统是由热电偶组成， 主要用来测定混炼过程中密炼室内温度的变化 ；加热和冷却系统主要是为了控制转子和混炼 室内腔壁表面的温度。
③Banbury密炼机的推挤与卷折作用Banbury密炼机对物料的 推挤发生在两个方向， 一个在旋转方向，一个在转子的轴向。 Banbury密炼机的转子断面呈椭圆形，其工作表面与混炼室壁 间的间隙是楔形的，在凸棱推进一侧与背侧形成了两个压力不 同的区域，推进一侧为高压区，背侧为低压区。在髙压区内， 物料受到转子的强烈推挤，发生连续形变，实现了分布与炼塑。 在低压区，由于从间隙流过来的物料扰乱了该处物料的固有状 态，形成了有利于分布混合的紊乱流动状态。这种高、低压区 的推挤发生在旋转方向，称为旋向推挤。由于转子表面有一对 旋向相反的螺旋凸棱，当转子转动时，物料在凸棱作用下将产 生循环式的轴向往复运动。一般转子的两条螺旋凸棱的螺旋角 分别为45°和30°。因此，两棱对物料的推力大小是不同的， 在不同区域的推动作用也有变化。这种转子的轴向推挤作用对 分布混合有重要贡献。 两个转子的相向旋转又形成了对物料的卷折作用。当两转 子以一定速比转动对，某一转子高压区的物料在凸棱推挤下将 进入另一个转子的低压区，形成混炼室左、右区域物料的交叉 流动和卷折变形。为了避免两转子髙压区在物料交换处同时出 现，两转子的转动位置应能调整，方法为选择适当的速比，如 取速比为3:2时，就可较多出现适合的物料交换位置。 帝高力装饰材料（江苏）有限公司
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密炼机操作须知
1. 操作者需经过专门训练。 2. 操作者在操作过程中必须集中精力，切勿与他人闲谈。 3. 当操作人员在进料的时候应由他人操作控制盘。 4. 在任何情况下操作者切勿将头、手伸到混合槽里面。 5. 在混合槽倾转的时候即使搅拌轴主马达停止转动也不得 将手伸到混合槽里面。 6. 在倒料的时候切勿将手伸到混合槽里面，操作者必须用 手进入时，须等搅拌轴完全停止转动，且切勿让任何人接近 控制盘。 7. 在做机械保养时须将电源开关切掉。 8. 机械如遇到故障，操作者应停止操作，并及时通知有关 负责人员以便采取适当的处理。 9. 电气零件要保持清洁，定期清理检查线路及螺丝是否松 脱。
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3.上顶栓压力 密炼机混炼时，胶料都必须受到上顶栓的一定压力作用。一 般认为上顶栓压力在0.3~0.6MPa为宜。当转子转速恒定 时，进一步增加压力效果也不大。当混炼量不足时，上顶栓 压力也不能充分的发挥作用。提高提高上顶栓压力可以减少 密闭室内的非填充空间，使其填充程度提高约10%。随着 容量和转速的提高，上顶栓的压力必须增大。 上顶栓压力提高会加速混炼过程胶料生熟，并增加混炼时的 功率消耗。 4.转子的结构和类型 转子工作表面的几何形状和尺寸在很大程度上决定了密炼机 的生产能力和混炼质量。密炼机转子的基本构型有两种：剪 切型转子和啮合型转子。一般说来，剪切型转子密炼机的生 产效率高，可以快速加料、快速混炼与快速排胶。啮合型转 子密炼机具有分散效率高、生热率低等特性，适用于制造硬 料胶和一段混炼。啮合型转子密炼机的分散和均化效果比剪 切型转子密炼机要好，混炼时间可以缩短30%~50%。
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7.混炼时间 在同样的条件下采用密炼机混炼胶料所需的混炼时间比 开炼机短得多。混炼质量要求一定时，所需混炼时间 随密炼机转速和上顶栓压力提高而缩短。加料顺序不 当，混炼操作不合理都会延长混炼时间。 延长混炼时间能提高配合剂在胶料中的分散度，但也会 降低生产效率。混炼时间过长又容易造成胶料过炼而 使硫化胶的物理机械性能受到损害，还会造成胶料的 “热历史”增长而容易出现焦烧的现象，因此应尽可 能缩短胶料的混炼时间。
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密炼机每批混炼工艺试验报表，应记录：开始 混炼时间、混炼时间、转子速度、上顶栓压 力、排胶温度、功率消耗、混炼胶质量与原材 料总质量的差值及密炼机类型。 注意：开始混炼时，可先混炼一个配方相同的 胶料调整密炼机工作状态，再正式混炼；对同 一批混炼胶料，密炼机的控制条件和混炼时间 应保持相同。
监测PVC熔融过程最普通的方法就是使用塑性流变仪 (Brabender Plasticorder)或Haake流变仪。图3显示了 PVC塑化过程中，塑化扭矩对应时间的曲线图。每一个阶 段熔体的温度都被记录下来。“A”点显示的是压缩峰，反 映了粉末受到的压缩和增稠情况。“B”点表示开始塑化， 随后出现的是塑化峰。“C”点出现在PVC塑化成熔体的一 刻。从“A”点到“C”点之间的时间差值被称作“塑化时 间”。“C”点处测到的扭矩被称作“塑化扭矩”。在这个 阶段PVC并不会完全熔融，大部分的熔体处于初级粒子状 态。塑化持续进行，扭矩开始下降，在“D”点后扭矩几乎 呈现为常数，这个扭矩被称作平衡扭矩。平衡扭矩可以粗 略地表征为熔体粘度的估计值。当继续加热和剪切，到 “E”点后，PVC链会发生脱氯化氢作用以及发生交联，扭 矩会再次上升。“A”点到“E”点之间的时间差值被称作 “降解时间”。PVC配方类型、加工温度、剪切速率和负 载水平等因素都会强烈地影响熔融曲线。
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图2 转矩与时间的关系曲线
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图2 为一般物料的转矩流变曲线，但有些物料没有AB 段，各段意义分别如下： OA：在给定温度和转速下，物料开始粘连，转矩上升到A点。 AB：受转矩旋转作用，物料很快被压实（赶气），转矩下降 到B点(有的样品没有AB段)。 BC：物料在热和剪切力的作用下开始塑化(软化或熔融)，物 料即由粘连转向塑化，转矩上升C点。 CD：物料在混合器中塑化，逐渐均匀。达到平衡，转矩下 降到D。 DE：维持恒定转矩，物料平衡阶段（至少在90s以上)。 E以后：继续延长塑化时间，导致物料发生分解、交联、固 化，使转矩上升或下降。
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Banbury密炼机的混合原理
① 基本密炼过程加入到密炼机中的各种物料在转子作用下进行 强烈混合，其中大的团块被破碎，逐步细化（并与其它组分混 合），达到符合质量要求的特定体积或粒度。这一过程称为分 散过程。在混合过程中，粉状与液体添加剂附着在聚合物表面， 直到被聚合物包覆。这一过程称为浸润或混入过程。混合物中 各组分在混炼室中迅速进行位置更换，形成各组分均匀分布状 态，这一过程称为分布过程。混合中，由于剪切、挤压作用， 聚合物逐步软化或塑化，达到一定可流动性的过程称为炼塑过 程。 ② Banbury密炼机的剪应力Banbury密炼机对物料的剪切作 用主要发生在转子工作表面与混炼室壁的间隙之间。由于转子 表面呈椭圆形，转子外表面与混合室壁的间隙呈楔形， 最大剪 切区域是转子凸棱顶部与室壁的间隙，其功能类似开炼机中的 辊距区域，但密炼机的这一区域的剪切强度要比开炼机辊隙中 的强度大得多。因为开炼机的两个辊筒相向回转，虽然具有一 定速比，但物料通过两辊辊隙时的速度梯度比物料通过密炼机 静止室壁与高速旋转转子凸棱间的间隙时的速度梯度要小得多。 最大剪应力与转子结构和操作条件均有关系。