聚合物混炼技术与工程目录

一、开炼机混炼技术

混炼过程包括三个方面：

三过程：开炼机混炼可分为①包辊②吃粉③翻炼三个阶段。

一、包辊不饱和橡胶在开炼机上加工时，改变辊筒温度会出现四种不同的包辊状态。温度较低，胶料较硬，弹性高，橡胶主要停留在堆积胶处滑动，延迟生产过程。温度适宜，橡胶能正常包于辊筒上，既有塑性流动又有适当高的弹性变形，有利于混炼操作。随着温度的提高，流动性增加，分子间力减小，强度降低，胶片不能紧包在辊筒上，出现脱辊或破裂现象。橡胶在更高的温度下呈粘弹性流体包于辊筒，并产生塑性流动。

二、吃粉胶料包辊后，为使配合剂尽快混入胶中，在辊缝上应保持适量的堆积胶。吃粉时，当胶料进入堆积胶的上层时，由于受到阻力而拥塞、折叠起来，在堆积胶的前方形成绉纹沟，粉剂就能进入这些沟纹中，并被带进堆积胶的内部。如果无堆积胶存在，则配合剂只靠后辊与橡胶间的剪切力将粉剂擦入橡胶中，这样并不能使粉剂深入橡胶内部，影响混炼效果。而且未被擦入橡胶中的粉剂会被后辊与橡胶挤压成薄片落入接料盘。如系液体配合剂则会粘到后辊上或流到接料盘上，而使以后混炼发生困难。在吃粉过程中，堆积胶量必须适中。如无堆积胶或堆积胶量过少时，一方面配合剂只靠后辊筒与橡胶间的剪切力擦入胶料中，不能深入胶料内部而影响分散效果；另一方面未被擦入橡胶中的粉状配合剂会被后辊筒挤压成片落入接料盘，如果是液体配合剂则会粘到后辊筒上或落到接料盘上，造成混炼困难。若堆积胶过量，则有一部分胶料会在辊缝上端旋转打滚，不能进入辊缝，使配合剂不易混入。

三、翻炼混炼的第三个阶段为翻炼。由于橡胶黏度大，混炼时胶料只沿着开炼机辊筒转动方向产生周向流动，而没有轴向流动，而且沿周向流动的橡胶也仅为层流，因此大约在胶片厚度约1／3处的紧贴前辊筒表面的胶层不能产生流动而成为“死层”或“呆滞层”，见图所示。此外，辊缝上部的堆积胶还会形成部分楔形“回流区”。以上原因都使胶料中的配合剂分散不均。

由于橡胶粘度大，胶料在辊筒表面近层的流动性较差，剪切力促使橡胶流动仅为层流。与辊筒面相接触的约1/3厚胶片内层配合剂进不去，形成“死层”。

为了弥补堆积胶对混炼的不良影响，工艺上必须辅以切割翻炼，使“死层”中的胶料不断地被带到堆积胶顶部并进入“活层”，使左右两边胶料互相掺匀，才能破坏死层和回流区，使混炼均匀，确保质地均一。

二、密炼机技术：

1、密炼机的用途：

主要用于橡胶的塑炼和混炼，同时也用于塑料、沥青料、油毡料、合成树脂料的混合。它是橡胶工厂主要炼胶设备之一。七十年代以来，国外在炼胶工艺和设备方面虽然发展较快，例如用螺杆挤出机代替密炼机和开炼机进行塑炼和混炼，但还是代替不了密炼机。新的现代工厂中的炼胶设备仍以密炼机为主，混炼方法也仍采用两段混炼法。

分类：

（1）按转子横截面的形状分为：椭圆形转子密炼机、圆筒形转子密炼机、三角形转子密炼机

（2）按工作原理分为：相切型转子密炼机、啮合型转子密炼机

（3）按转子转速大小及变化分为：低速、中速、高速及单速、双速、变速密炼机

（4）按转子相对转速：异步和同步转子密炼机

（5）按混炼室的结构形式分为：普通型和翻转式密炼机

（6）按转子间的相对间隙分为：定间隙和可调间隙密炼机

2、密炼机的规格与技术特征：

1、规格

过去采用密炼室的工作容量和主动转子转速表示；现在采用密炼室的总容量/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

X表示橡胶，S表示塑料，M表示密炼机，75表示密炼机总容量，双速（35和70转/分）

3、密炼机的整体结构及每一部分的作用：

（1）混炼部分：混炼部分主要有转子、密炼室、密封装置等组成。

（2）加料部分：它主要右加料室和斗形的加料口以及翻板门（加料门）11组成，这部分作用主要是用于加料和瞬间存料。

（3）压料部分：它主要由上顶栓9和推动上顶栓做上、下往复运动的气缸14组成，它的主要作用：给胶料一定的压力，加速炼胶过程，提高炼胶效果。

（4）卸料装置部分：主要由安装在密炼室下面的下顶栓3和下顶栓锁紧机构2所组成，它的主要作用，就是在炼胶完毕后排出胶料，也就是卸料。下顶栓内可通冷却水冷却，下顶栓与物料接触的‘ ’形表面应堆焊耐磨合金，增加其耐磨性。

（5）传动装置部分：主要有电机22，弹性联轴节21，减速机20和齿形联轴节19等组成。安装在传动底座上，其作用:传递动力，使转子克服工作阻力而转动，从而完成炼胶作业。

（6）底座：主要由机座而组成，有的分为主机底座和传动底座。其作用:供密炼机使用，在其上安装主机和传动系统的部件。

（7）加热冷却系统：主要由管道和分配器等组成，以便将冷却水或蒸汽通人密炼室、转子和上、下顶栓等的空腔内循环流动，以控制胶料的温度。从国外引进的密炼机加热冷却系统配有温控装置，采用恒温水加热冷却。作用：根据工艺要求，控制炼胶过程中胶料的温度

（8）液压系统：主要由一个双联叶片油泵15，旋转油缸17，往复油缸16，管道和油箱等组成。它是卸料机构动力供给部分。用于控制下顶栓及下顶栓锁紧机构的开闭。

（9）气压系统：主要由气缸14，活塞13，加料门的气缸，气阀，管道和压缩空气等组成。它是加料，压料机构的动力供给部分。用于控制上顶栓的升降，加压及翻板门的开闭。

（10）电控系统：主要由控制箱，操作机台和各种电气仪表组成，它是整个机台的操作中心。

（11）润滑系统主要由油泵，分油器和管道组成，目的是为了使各个转动部分（如旋转轴、轴承、密封装置的密封环摩擦面等）减少摩擦。增加使用寿命，向这些摩擦面注入润滑油。作用：向每个转动部位，注入润滑油，以致减少运动部件之间的摩擦，延长其使用寿命。

4、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。

胶料在密炼室中所受的机械作用：

1、转子外表面与密炼室内壁间的捏炼作用（椭圆型转子密炼机尤为明显）

2 、两转子之间的混合搅拌、挤压作用（啮合型密炼机尤为明显）

3 、上下顶栓分流、剪切和交换作用

4、转子的轴向往复切割捏炼作用

生产能力与填充系数：

G ----生产能力，公斤/小时；

V1 ----密炼机工作容量，升；

----胶料的比重，公斤/升；

t ----一次炼胶时间，分。

工作容量V1由下式计算：V1=VβV----密炼室总容量（密炼室总容量减去转子所占体积）

β----胶料的填充系数

提高上顶栓压力的方法：（1）提高压缩空气的压力；（2）加长风筒直径；（3）采用液压代替风压。

功率消耗的确定：N=4•η•u2B/h

N----转子单位上的功率消耗；

η----胶料的粘度；

u----转子棱顶的回转线速度；

B----转子棱顶宽度；

h----转子棱顶与密炼室内壁间隙。

N=Cuk+1

k ----胶料特性系数，k＜1：

u----转子棱顶回转线速度；

C----系数。

密炼机的传动形式：A按电机同时驱动密炼机台数：多台传动、单台传动。B按密炼机的转子速度：单速、双速、变速C按电机和密炼机的相对位置：左传动、右传动、中间传动D按减速机构形式：带大驱动齿轮的传动、无大驱动齿轮的单独传动、采用双输出轴减速机对电动机的要求较高。

（1）瞬时过载系数要大于2.48，有耐超负荷特性；

（2） 起动转矩大；

（3） 可以正、反转；

（4） 用封闭式电动机。

转子材料：在炼胶过程中，转子承受着胶料的摩擦、挤压、腐蚀、高温作用及巨大的扭矩，故要求转子有足够的强度和刚度，以及表面耐磨耐化学腐蚀和良好的传热性等性能。转子材料多采用铸钢（ZG45）。突棱顶堆焊一层5～8毫米厚的耐磨硬质合金，其余工作表面也要堆焊一层2～3毫米厚的耐磨硬质合金。

转子的冷却形式：（1）螺旋夹套式；（2）转子内表面开螺旋沟槽（GK系列）；（3）一般强制冷却式

密炼室：作用：是密炼室的主要工作部件，它与转子一起共同完成对胶料的捏炼作用。

材料：A、正面壁为ZG45，为保证其耐磨性，可在密炼室内壁堆焊2－4mm耐磨硬质合金。B、侧面壁为铸铁件

密炼室的结构形式：A、前后组合式，由前后两正面壁14、17，左右两侧面壁组成。B、上下对开式由上、下混炼室及上、下机壳组成。C、开闭式（亮翅式）由前后两可开闭的正面壁及两侧壁组成。D、倾斜式E、翻转式

密炼室常用材料：A、正面壁为ZG45，为保证其耐磨性，可在密炼室内壁堆焊2－4mm耐磨硬质合金。B、侧面壁为铸铁件

压料部分（上顶栓）的结构组成：结构：该装置安装在密炼室的上部。

①气缸－铸铁件，为避免活塞在运动中与筒盖碰撞，在气缸顶部和下部设有缓冲装置。

②活塞－其密封方式，有用橡胶皮和铸铁活塞环。

③活塞杆－有一定的强度及稳定性，在加压过程中不变形。

④重锤－即上顶栓，为直接与胶料接触加压部件。

加压气缸的主要作用是提供上顶栓上、下运动的动力，提供上顶栓加压物料的压力。

上顶栓安全装置：为防止重锤连接部件断裂造成重锤落入密炼室引起重大机械事故，必须采用一定安全措施。①加大活塞杆上销孔尺寸。②混炼室的上部安装挡销。③冷却水管上焊接挡块。

加料部分的结构组成：该装置安装在密炼室的上部，主要由加料斗、翻板门、后门、填料箱等组成。

卸料部分形式：⑴、滑动式⑵、摆动下落式⑶翻转式

密炼机的密封装置形式：1、端面密封2、迷宫密封3、反螺纹密封4、填料密封

（1）、外压端面密封装置：

A、分类按压紧方式分螺栓弹簧压紧式、拨叉弹簧压紧式、拨叉液压油缸压紧式。

B、结构及其密封原理：

a、螺栓弹簧压紧式：在弹簧压力机构作用下，转动环和压紧环的接触面产生一定的压力，阻止物料的泄漏。用于低压低速的密炼机，结构简单、密封可靠，使用寿命长但使用时要求有良好的维护。

b、拨叉液压油缸压紧式(简称FYH）优点是：各密封环工作面受压均恒，密封面比压保持相当稳定，同时工作时可以调整，密封可靠、维修方便。

C、拨叉弹簧压紧式其结构形式：与拨叉液压油缸压紧式相似，即把图中油缸换成了弹簧。结构简单，压力较小适用与中小型密炼机和翻转式密炼机。

（2）内压端面接触式自动密封装置主要是依靠密炼室在混炼时的胶料向外挤出时的压力使内密封圈始终压紧在外密封圈上，以达到良好的密封效果。这种密封装置可由胶料的压力变化而自动调整内密封圈的压紧程度，密封效果较好。适用于高压快速密炼机上的密封装置。

（3）反螺纹与端面复合式自动密封装置当物料从密炼室向外露出时，反螺纹可把它尽量返回到密炼室里面去。

（4）反螺纹迷宫式复合密封装置：该装置结构简单，制造维护方便，但转子下沉，使两个迷宫圆环接触，则迷宫很快磨损。当转子轴承成为滑动轴承时，不宜采用此种密封装置。

（5）外压迷宫式密封装置：密封原理是：当密炼室内的物料外泄时，需通过相当长的很窄的路径才能到达内外密封圈的接触面，起到“迷宫”的作用。该密封装置可以满足高压快速混炼的需要，但结构复杂，装卸、调节和维护工作量较大，如GK型密炼机采用这种密封装置。

（6）双重反螺纹填料式复合密封装置这种密封装置，结构简单，拆开压盖便可更换填料。但填料磨损较厉害，寿命不长，需经常更换，只有当物料受中压时，效果较好。

密炼机上辅机系统：炭黑气力输送系统；炭黑称量、投料系统；油料输送、贮存、称量、注油系统；胶料导开、称量、投料系统；计算机智能控制系统。

密炼机下辅机系统：主要有A压片机：目前常用的压片机有开炼机压片或双螺杆挤出压片两种形式。

和B胶片冷却机组：经压片后的胶料必须进行冷却，冷却的目的是降低胶片温度和涂隔离剂，避免胶片存放时相互粘结和发生自硫。塑炼胶或混炼胶经压片机或挤出压片机出片后，喷涂或浸渍皂液隔离剂，进行冷却、切割（或折叠）叠片停放，以供下道工序使用。目前可供选用的胶片冷却机组装置有挂架式胶片冷却装置。有两种形式：落地式或架空式。架空式可充分利用空间，有利于车间胶料存放和车辆的通行。

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