密炼机原理

实验二密炼机混炼工艺

一、实验目的

本实验的主要目的是让学生了解密炼机的结构，熟练掌握密炼机混炼的操作方法和加料顺序，熟悉密炼机混炼的工艺条件，了解影响密炼机混炼效果的因素，制备符合性能要求的炭黑混炼胶或母炼胶。

二、实验设备及工作原理

实验设备为湖南益阳橡胶机械有限公司制造的1.7升小型密炼机。

图2-1 1.7升小型密炼机

（一）密炼机的结构

图2-2 密炼机结构示意图

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。转子的表面有螺旋状突棱，突棱的数目有二棱、

四棱、六棱等，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。密炼机密炼室结构示意图如图2-2所示。

（二）密炼机混炼工作原理

密炼机工作时，两转子相对回转，将来自加料口的物料夹住带入辊缝受到转子的挤压和剪切，穿过辊缝后碰到下顶拴尖棱被分成两部分，分别沿前后室壁与转子之间缝隙再回到辊隙上方。在绕转子流动的一周中，物料处处受到剪切和摩擦作用，使胶料的温度急剧上升，粘度降低，增加了橡胶在配合剂表面的湿润性，使橡胶与配合剂表面充分接触。配合剂团块随胶料一起通过转子与转子间隙、转子与上、下顶拴、密炼室内壁的间隙，受到剪切而破碎，被拉伸变形的橡胶包围，稳定在破碎状态。同时，转子上的凸棱使胶料沿转子的轴向运动，起到搅拌混合作用，使配合剂在胶料中混合均匀。配合剂如此反复剪切破碎，胶料反复产生变形和恢复变形，转子凸棱的不断搅拌，使配合剂在胶料中分散均匀，并达到一定的分散度。由于密炼机混炼时胶料受到的剪切作用比开炼机大得多，炼胶温度高，使得密炼机炼胶的效率大大高于开炼机。

三、操作方法

1、按照密炼机密炼室的容量和合适的填充系数（0.6～0.7），计算一次炼胶量和实际配方；

2、根据实际配方，准确称量配方中各种原材料的用量，将生胶、小料（ZnO、SA、促进剂、防老剂、固体软化剂等）、补强剂或填充剂、液体软化剂、硫黄分别放置，在置物架上按顺序排好；

3、打开密炼机电源开关及加热开关，给密炼机预热，同时检查风压、水压、电压是否符合工艺要求，检查测温系统、计时装置、功率系统指示和记录是否正常；

4、密炼机预热好后，稳定一段时间，准备炼胶；

5、提起上顶栓，将已切成小块的生胶从加料口投入密炼机，落下上顶栓，炼胶1min；

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、转子的转速；

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到开炼机上包辊，待胶料温度降到110℃以下，加入硫黄，左右割刀各二次，待硫黄全被吃进去，胶料表面比较光滑，割下胶料。

11、将开炼机辊距调到0.5mm，投入胶料薄通，打三角包，薄通5遍，将辊距调到2.4mm左右，投入胶料包辊，待表面光滑无气泡，下片，称量胶料的总质量，放在平整、洁净金属表面上冷却至室温，贴上标签注明胶料配方编号和混炼日期，停放待用。

密炼机每批混炼工艺试验报表，应记录：开始混炼时温度、混炼时间、转子转速、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：开始混炼实验时，可先混炼一个与试验胶料配方相同的胶料调整密炼机的工作状态，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。

四、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、转子转速、

混炼时间、上顶拴压力和转子的类型等。

1、装料容量

即混炼容量，容量不足会降低对胶料的剪切作用和捏炼作用，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，使上顶拴位置不当，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，通常取密闭室总有效容积的60%～70%为宜。密炼机混炼时装料容量可用下列经验公式计算：

Q——装料容量，Kg；

K——填充稀疏，通常取0.6～07；

V——密闭室的总有效容积，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、上顶拴压力来确定。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；上顶拴压力增大，K也应相应增大。另外逆混法的K必须尽可能大。

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，再加炭黑，混炼至炭黑在胶料中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。硫黄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。

3、上顶拴压力

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，进一步提高压力效果也不大。当混炼容量不足时，上顶栓压力也不能充分发挥作用。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，上顶栓的压力必须使用增大。

上顶栓压力提高会加速混炼过程胶料生热，并增加混炼时的功率消耗。

4、转子结构和类型

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较高，可以快速加料、快速混合与快速排胶。啮合型转子密炼机具有分散效率高、生热率低等特性，适用于制造硬胶料和一段混炼。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，混炼时间可缩短30~50%。

5、转速

提高密炼机转子的速度是强化混炼过程的最有效的措施之一。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