第四章 密煉機

1、Changsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & Technology第一節(jié)第一節(jié) 概述概述密閉式煉膠機（internal mixer）簡稱密煉機，是在開煉機的基礎上發(fā)展起來的一種高強度間歇式混煉設備。它是一種有一對特定形狀并相對回轉的轉子，在可調壓力和溫度的密閉狀態(tài)下間歇性地對聚合物進行塑煉和混煉的機械。密煉機轉子轉動示意圖Changsha University of Science

2、 & TechnologyChangsha University of Science & Technology密密 煉煉 機機Changsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & Technology密閉式煉膠機密閉式煉膠機密煉機密煉機全稱全稱開煉機開煉機基礎基礎缺點缺點粉塵大粉

3、塵大勞動強度大勞動強度大效率低效率低開放式煉膠機開放式煉膠機優(yōu)點優(yōu)點混煉時間短混煉時間短 生產效率高生產效率高 操作容易，較好地克服粉塵飛揚操作容易，較好地克服粉塵飛揚 減少配合劑的損失減少配合劑的損失 Changsha University of Science & Technology 現代密煉機發(fā)展的標志之一是機臺。通常將轉子轉速為20rpm的稱為低速密煉機，30-40rpm的稱為中速密煉機，60rpm以上的稱為高速密煉機。 近年來，出現了轉速達80rpm甚至更高的密煉機，亦有對工藝和效能有廣泛適應性和處理手段的雙速、三速、變速密煉機，也有轉子速比可調節(jié)的密煉機。其操作時間大大縮

4、短，從過去慢速機臺的815min縮短至1.53.5min，甚至有的達11.5min（包括采用密煉法與補充混煉法配合的工藝過程等）。Changsha University of Science & Technology密煉機發(fā)展方向：密煉機發(fā)展方向：二大二大二高二高一低一低大功率、大規(guī)格（大容量）大功率、大規(guī)格（大容量）高速、高壓高速、高壓單位能耗低單位能耗低主要問題主要問題端面密封端面密封Changsha University of Science & Technology第二節(jié)第二節(jié) 基本結構基本結構 密煉機主要由轉子、密煉室、密封裝置、加料及壓料機構、卸料裝置、傳動裝置、氣

5、動控制系統、液壓系統、加熱冷卻系統、潤滑系統及電控系統等部分組成。Changsha University of Science & Technology1.整體結構整整體體結結構構六個部分六個部分混煉部分混煉部分Mixing section 加料部分加料部分 Feed module section 壓料部分壓料部分Pressure ram section 卸料部分卸料部分 Discharge section 傳動裝置部分傳動裝置部分Drive section 加熱冷卻系統加熱冷卻系統 Heatingcooling system 氣壓系統氣壓系統 Compressed air syste

6、m 液壓系統液壓系統 Hydraulie system 電控系統電控系統 Elestric controller (system) 潤滑系統潤滑系統 Lubrication system五五個個系系統統底座底座Changsha University of Science & TechnologyXM250/40橢圓型密煉機結構圖橢圓型密煉機結構圖Changsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & Technology2.傳動系統傳動系統是密煉機的重要組成部分之一，它用來傳

7、遞動力，使轉子克服工作阻力而轉動，從而完成煉膠作業(yè)。密煉機在煉膠過程中消耗大量的功率，但轉速并不高，一般在2060r/min范圍內，而電動機的轉速卻高達7501500r/min，因此密煉機的傳動裝置具有傳遞功率大和傳動比大兩個特點。 Changsha University of Science & Technology 2.1電機特性 一般密煉機的轉子的轉速是不同的，且多數密煉機轉子的速比是固定不變的，因此傳動系統需要安裝速比齒輪。密煉機的工作環(huán)境比較惡劣，工作過程中又有高峰負荷，因此對電動機的要求較高。 （1）瞬時過載系數要大于2.48，有耐超負荷特性； （2）起動轉矩大； （3）可

8、以正、反轉； （4）用封閉式電動機。 因此多選用三相異步交流籠型電動機。對于單速雙速密煉機分別采用單雙速電動機，對于變速密煉機則采用直流電動機來驅動。 （現在的同步轉子不在需要速比齒輪，而是雙輸出）。Changsha University of Science & Technology2.2密煉機的傳動型式 單臺傳動單臺傳動多臺傳動多臺傳動單速單速雙速雙速變速變速w（2）按密煉機的轉子轉速）按密煉機的轉子轉速w（1）按電機同時驅動密煉機臺數）按電機同時驅動密煉機臺數已淘汰已淘汰Changsha University of Science & Technology（4）按減速機構

9、形式左傳動右傳動（3）按電機和密煉機相對位置）按電機和密煉機相對位置中間傳動帶大驅動齒輪的傳動無大驅動齒輪的單獨傳動 采用雙輸出軸減速機一般減速機行星減速機單電機 F、GK雙電機Changsha University of Science & Technology3.主要零部件 密煉機的主要零部件為轉子、密煉室、加料及壓料裝置、卸料裝置、密封裝置等。Changsha University of Science & Technology3.1 轉子（轉子（Rotor） （1）轉子的作用 轉子（rotor）是密煉機的主要工作部件，稱之為密煉機的“心臟”。轉子的結構形式、強度等技術性

10、能直接影響著工作性能、生產效率和煉膠質量。與混煉室一起完成對膠料的混合剪切和捏煉作用。 (2) 轉子的性能要求與材料選擇 在煉膠過程中，轉子直接與膠料接觸，承受著膠料的摩擦、擠壓、腐蝕、高溫作用及巨大的扭矩，這些作用比開煉機中強烈得多。故要求轉子： 具有足夠的強度和剛度，以確保轉子工作的安全可靠。表面硬度大，耐磨性及耐腐蝕性好，以延長使用壽命。良好的導熱性能，以利于混煉溫度的控制。Changsha University of Science & Technology轉子的材料 密煉機的轉子多以鑄鋼（ZG310570）制成，而后在突棱頂堆焊一層58mm的耐磨硬質合金（硬度HRC55-62

11、），其余工作表面堆焊或噴涂一層2-3mm的耐磨硬質合金或者焊后整體鍍鉻，鉻層0.1mm。此外某些高性能的密煉機轉子還有以優(yōu)質合金鋼材料或不銹鋼材料制造的，價格昂貴，使用有限。Changsha University of Science & Technology嚴重裂紋的轉子堆焊嚴重裂紋的轉子堆焊輕微裂紋的轉子堆焊輕微裂紋的轉子堆焊Changsha University of Science & Technology（3）轉子類型與結構）轉子類型與結構按轉子斷面形狀可分為橢圓型橢圓型圓筒型圓筒型三角型三角型 橢圓型轉子按螺旋棱數目不同二棱二棱三棱三棱四棱四棱六棱六棱轉子的結構形狀

12、與密煉機的生產效率及混煉質量密切相關轉子的結構形狀與密煉機的生產效率及混煉質量密切相關。Changsha University of Science & Technology 橢圓形轉子是當今密煉機最為廣泛使用的一種轉子，其突出的高剪切性能有力地促進了物料的分散混合與分布混合，并且吃料快，排料凈，生產效率高。 橢圓形轉子按螺旋突棱的數目可分為兩棱轉子、四棱轉子和六棱轉子。突棱越多，轉子的機械捏煉作用越強，混煉速度越快，混煉效率越高，但結構越復雜。實踐證明，四棱轉子密煉機比二棱轉子密煉機縮短混煉周期25%30%，生產能力提高25%，能耗降低15%20%。 Changsha Univers

13、ity of Science & Technology二二棱棱轉轉子子圖圖四四棱棱轉轉子子圖圖Changsha University of Science & Technology三棱同步轉子圖三棱同步轉子圖Changsha University of Science & Technology六棱六棱VCMT轉子圖轉子圖Changsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & Technology（4）轉子的冷卻方式 在煉膠過程中，在轉子與密煉室內壁間的高剪切區(qū)

14、因膠料劇烈變形產生大量的熱量，如不及時對捏煉區(qū)及時冷卻導熱并控溫將無法確?；鞜掃^程的正常進行。所以密煉機的轉子及混煉室等部件的冷卻性能直接影響到排膠溫度和煉膠質量。對于高壓快速密煉機來說更是如此。 轉子的冷卻方式常見的有兩種，因結構不同，冷卻效果也不同。 噴淋式冷卻 適用于兩棱低轉速轉子的冷卻。 強制循環(huán)冷卻 適用與高壓快速密煉機轉子的冷卻。Changsha University of Science & TechnologyChangsha University of Science & Technology3.2 密煉室密煉室前密煉室壁前密煉室壁后密煉室壁后密煉室壁側壁側壁

15、Changsha University of Science & Technology(1)密煉室的作用密煉室的作用 密煉室（mixing chamber）是密煉機的另一個主要工作部件。它與轉子一起共同完成對膠料的捏煉作用。它與上頂栓、卸料門（就是下頂栓）組成密閉的煉膠空間。Changsha University of Science & Technology（2）密煉室的性能要求及材料選擇）密煉室的性能要求及材料選擇 密煉室在煉膠過程中承受物料強烈的摩擦、擠壓與高溫等作用，工作情況復雜，物料對密煉室壁面的磨損十分嚴重。內壁磨損后，轉子突棱與密煉室內壁間隙加大，直接影響混煉效果

16、并延長混煉時間，嚴重者則損壞密煉室壁，使機器無法使用。因此密煉室必須具有較大的力學強度與剛度、表面硬度大、耐磨性、耐腐蝕性、導熱性好，便于安裝與維修。Changsha University of Science & Technology密煉室材料密煉室材料 一般密煉室正面壁材料要求不低于Q235鋼（Q235:國內標準,Q代表鋼材的屈服點，后面的數字表示屈服點數值，,Q235意思是屈服點（s）為235 MPa的碳素結構鋼。 ）為保證其表面耐磨性，可在密煉室內壁堆焊24mm厚的耐磨合金，硬度不低于HRC40，或用鑲裝不銹鋼襯套、表面噴涂、表面鍍鉻等方法提高其耐磨性耐腐蝕性。 側面壁為鑄鐵件

17、Changsha University of Science & Technology（3）密煉室的結構）密煉室的結構 上下組合式密煉室上下組合式密煉室 前后組合式密煉室前后組合式密煉室 開閉式密煉室開閉式密煉室 傾斜式密煉室傾斜式密煉室 翻轉式密煉室翻轉式密煉室密煉室的結構密煉室的結構Changsha University of Science & Technology上下組合式上下組合式Changsha University of Science & Technology前后組合式前后組合式Changsha University of Science & T

18、echnology 開閉式（亮翅式）開閉式（亮翅式） 由前后由前后兩可開閉的正面壁及兩側壁兩可開閉的正面壁及兩側壁組成。這種結構的前后混煉室壁可以組成。這種結構的前后混煉室壁可以打開，便于更換物料品種時打開，便于更換物料品種時進行清理和檢查。因此，結構比較復雜。一般實驗室用的小型密煉機才采用此種結構型式。Changsha University of Science & Technology傾斜式傾斜式兩轉子軸線連兩轉子軸線連線與水平方向線與水平方向呈一定角度，呈一定角度，不平行。實驗不平行。實驗室用得多。室用得多。Changsha University of Science &

19、 Technology翻轉式翻轉式 密煉室作為一個整體，密煉室作為一個整體，可翻轉一定角度?？煞D一定角度。上頂栓上頂栓轉子轉子密煉室密煉室加壓氣缸加壓氣缸加料口加料口Changsha University of Science & Technology（4 4）密煉室的冷卻）密煉室的冷卻 橢圓型密煉機橢圓型密煉機主要靠混煉室將煉膠過程中產生的大量熱量傳遞出去。主要靠混煉室將煉膠過程中產生的大量熱量傳遞出去。冷卻方式有以下幾種：冷卻方式有以下幾種：噴淋式：噴淋式：結構簡單，結構簡單，冷卻效果一般，用于冷卻效果一般，用于舊式密煉機。舊式密煉機。Changsha University of

20、 Science & Technology水浸式：水浸式：結構簡單，結構簡單，水流速慢，冷卻效果水流速慢，冷卻效果一般。一般。 以上兩種側面壁都以上兩種側面壁都不能冷卻。不能冷卻。Changsha University of Science & Technology夾套式夾套式 密煉室壁為一密煉室壁為一夾套夾套，中間有許多，中間有許多隔板隔板，夾套分兩半部，冷卻水由一邊進入，夾套分兩半部，冷卻水由一邊進入后，在夾套中沿軸線方向循環(huán)流動，再由側壁至另一邊循環(huán)后流出。后，在夾套中沿軸線方向循環(huán)流動，再由側壁至另一邊循環(huán)后流出。這種冷卻方式可以增大冷卻面積，增加冷卻水的流速，提高冷卻

21、效果。但因為密煉室壁較厚，冷卻效果不是太理想。Changsha University of Science & Technology 鉆孔式 在密煉室壁內沿著軸向方向鉆了許多小孔，冷卻水沿孔道循環(huán)流動，對密煉室壁分上下兩半部進行冷卻。因鉆孔的截面積較夾套的小，故水流速度較快，且孔與密煉室內壁距離更接近，導熱系數高，傳熱快，故冷卻效果較前一種好。大孔串連式大孔串連式小孔并聯式小孔并聯式小孔串連式小孔串連式分為分為鉆孔式鉆孔式Changsha University of Science & Technology冷卻水的最佳溫度 實踐證明，以40-60的溫水對密煉機進行溫度控制更有益

22、于混煉過程的進行。因為溫水冷卻將克服因水溫過低而在混煉室剪切壁上所導致的“露水效應”而延緩混煉過程的弊?。槐３只鞜捓鋮s水溫的一致，使膠料加工的穩(wěn)定性有所保證，并節(jié)省能量、縮短混煉周期、提高設備使用效率。Changsha University of Science & Technology3.3 密封裝置密封裝置 密煉機的密煉室是密閉的，工作時兩個轉子相對回轉，轉子軸頸與密煉室側壁密煉機的密煉室是密閉的，工作時兩個轉子相對回轉，轉子軸頸與密煉室側壁之間的環(huán)形空隙在混煉時物料容易泄漏。因此在該交界處需要裝設之間的環(huán)形空隙在混煉時物料容易泄漏。因此在該交界處需要裝設密封裝置（密封裝置（dus

23、t stop）。特別是近年來隨著高壓快速密煉機的發(fā)展，密封問題顯得更為重要。特別是近年來隨著高壓快速密煉機的發(fā)展，密封問題顯得更為重要。Changsha University of Science & Technology常見密封形式常見密封形式端面密封端面密封：將兩個精密的平面在介質壓力下或外力（如彈簧力、液壓力）：將兩個精密的平面在介質壓力下或外力（如彈簧力、液壓力）的作用下相互貼緊并相互回轉運動而構成的動密封裝置。的作用下相互貼緊并相互回轉運動而構成的動密封裝置。迷宮密封迷宮密封：將兩個有凹凸形結構的迷宮環(huán)相互配合安裝，形成通路曲折：將兩個有凹凸形結構的迷宮環(huán)相互配合安裝，形成通

24、路曲折的迷宮，并作相對回轉運動而形成的密封裝置。的迷宮，并作相對回轉運動而形成的密封裝置。反螺紋密封反螺紋密封：在兩相對回轉的密封環(huán)之一上，切制成與軸的正常旋轉方：在兩相對回轉的密封環(huán)之一上，切制成與軸的正常旋轉方向相反的螺紋，則可使漏出的物料返回原處的動密封裝置。向相反的螺紋，則可使漏出的物料返回原處的動密封裝置。 填料密封填料密封：將填料壓入填料箱內由于壓蓋對填料施加軸向壓力，使填料：將填料壓入填料箱內由于壓蓋對填料施加軸向壓力，使填料在產生軸向壓縮的同時產生徑向伸張，從而使填料與填料箱內孔及轉動在產生軸向壓縮的同時產生徑向伸張，從而使填料與填料箱內孔及轉動軸外圓表面密切結合而產生密封作用

25、的動密封裝置。軸外圓表面密切結合而產生密封作用的動密封裝置。Changsha University of Science & Technology3.4 加料及壓料裝置加料及壓料裝置 密煉機的加料及壓料裝置主要是用于向密煉室內投入物料，并在捏密煉機的加料及壓料裝置主要是用于向密煉室內投入物料，并在捏煉時對物料施加一定的壓力。加料裝置主要有加料斗和翻板門組成。煉時對物料施加一定的壓力。加料裝置主要有加料斗和翻板門組成。 壓料裝置主要由壓料裝置主要由汽缸、活塞、活塞桿、密封填料及上頂栓汽缸、活塞、活塞桿、密封填料及上頂栓組成。組成。Changsha University of Scienc

26、e & TechnologyChangsha University of Science & Technology3.5 卸料裝置卸料裝置 在密煉機工作時，必須將設在密煉機下部的卸料口關閉，混煉結束后需把卸料在密煉機工作時，必須將設在密煉機下部的卸料口關閉，混煉結束后需把卸料口打開，將捏煉好的物料排出。這種開閉卸料口的機構稱為卸料裝置（口打開，將捏煉好的物料排出。這種開閉卸料口的機構稱為卸料裝置（discharge device），通常由），通常由卸料門（下頂栓）及其開閉機構卸料門（下頂栓）及其開閉機構等組成。等組成。Changsha University of Science

27、 & Technology第三節(jié)第三節(jié) 工作原理和主要參數工作原理和主要參數 31 工作原理工作原理 32 主要參數主要參數Changsha University of Science & Technology31 工作原理工作原理在密煉室內，生膠的混煉和混煉膠的混煉過程，比開煉機的塑煉和混煉要復雜的多，物料加入密煉室后，就在由兩個具有螺旋棱、有速比、相對回轉的轉子與密煉室壁，上、下頂栓組成的混煉系統內受到不斷變化反復進行的強烈剪切和擠壓作用，使膠料產生剪切變形，進行了強烈的捏煉。由于轉子有螺旋棱，在混煉時膠料反復地進行軸向往復運動，起到了攪拌作用，致使混煉更為強烈。Chang

28、sha University of Science & Technology密煉機的煉膠過程是比較復雜的，我們可以從下面的圖簡單地密煉機的煉膠過程是比較復雜的，我們可以從下面的圖簡單地表示煉膠過程。表示煉膠過程。Changsha University of Science & Technology就是使配合劑分散在橡膠中就是使配合劑分散在橡膠中混煉混煉混混煉煉原原理理討論討論分散介質分散介質( (液相液相) )配合劑配合劑分散相分散相看作看作看作看作生生 膠膠如何把配合劑分散在生膠中，主要看生膠的濕潤能力及表面張力，也要看配如何把配合劑分散在生膠中，主要看生膠的濕潤能力及表面張

29、力，也要看配合劑是否易被打濕。合劑是否易被打濕。工藝上工藝上機械上機械上可增加表面活性劑硬脂酸等，以幫助濕潤配合劑可增加表面活性劑硬脂酸等，以幫助濕潤配合劑必須以一定的作用力，以便將配合劑混入生膠中，并破必須以一定的作用力，以便將配合劑混入生膠中，并破壞其聚集體壞其聚集體Changsha University of Science & Technology一一 、混煉過程混煉過程基基本本步步驟驟1 1、細分（、細分（ break）2 2、混入、混入(捏煉捏煉) （ intermix，blend）3 3、分散、分散（微觀分散微觀分散,分散混煉分散混煉）（Dispersive Mixing

30、）4 4、簡單結合、簡單結合(單純混合單純混合,宏觀分散、分布混煉宏觀分散、分布混煉)5、塑化階段、塑化階段Changsha University of Science & Technologyw 生膠和配合劑由加料斗加入，首先落入兩個相對回轉的轉子口部，在上頂栓的壓力及摩擦力的作用下，被帶入兩轉子之間的間隙處，受到一定的捏煉作用，然后由下頂栓的尖棱將膠料分開，進入轉子與密煉室壁的間隙中，在此處經受強烈的剪切捏煉作用后，被破碎的兩股膠料又相會于兩個轉子口部，然后再進入兩轉子間隙處，如此循環(huán)往復。 膠料在密煉室中的混煉過程膠料在密煉室中的混煉過程Changsha University o

31、f Science & Technology膠料在密煉室中的混煉過程如下：膠料在密煉室中的混煉過程如下：Changsha University of Science & Technology二、二、膠料在密煉室中所受的機械作用膠料在密煉室中所受的機械作用1、 轉子外表面與密煉室內壁間的捏煉作用轉子外表面與密煉室內壁間的捏煉作用 （ 橢圓型轉子密煉機橢圓型轉子密煉機尤為明顯尤為明顯）（A）密煉機中流線和填充情況示意圖密煉機中流線和填充情況示意圖（B）局部放大，轉子突棱棱峰處物料流動情況局部放大，轉子突棱棱峰處物料流動情況 Changsha University of Scienc

32、e & Technology 轉子表面與密煉室內壁間形成了一個環(huán)形間隙，當膠料通過此環(huán)形間隙時，則受到捏煉作用。 由于轉子表面制有螺旋突棱，它與密煉室形成的間隙是變化的（如XM-50密煉機間隙為4-80mm,XM-250密煉機間隙為2.5-120mm），最小間隙在轉子棱峰與密煉室內壁之間。當膠料通過此最小間隙時，受到強烈的擠壓、剪切、拉伸作用，這種作用與開煉機兩輥距的作用相似，但比開煉機的效果要大的多。這是由于轉動的轉子與固定不動的室壁之間膠料的速度梯度比開煉機大的多，而且，轉子突棱與密煉室壁所形成的透射角尖銳。膠料在轉子突棱尖端與密煉室內壁之間邊捏煉，邊通過，同時，還受到轉子其余表面

33、的類似滾壓作用。 Changsha University of Science & Technology2 、兩轉子之間的混合攪拌、擠壓作用、兩轉子之間的混合攪拌、擠壓作用（嚙合型密煉機尤為明顯）（嚙合型密煉機尤為明顯） 兩轉子的橢圓形表面各點與轉子軸心線的距離不等，因而具有不同的圓周速度。因此兩轉子間的間隙和速比不是一個恒定值，而是處處不同，時時變化的。 速度梯度最大值和最小值相差達幾十倍。可使膠料受到強烈的剪切、擠壓、攪拌作用。 又由于兩轉子轉速不同，其相對位置也是時刻變化的，使膠料在兩轉子間的容量也經常變化，產生強烈的混合、攪拌作用。 公式公式Changsha Universit

34、y of Science & Technology3 、上下頂栓分流、剪切和交換作用、上下頂栓分流、剪切和交換作用 由于上、下頂栓頂部的分流作用，及兩轉子的轉速不同，可使膠料在左右密煉室中進行折卷搗換。其中一側轉子前面的部分膠料（高壓區(qū)）被擠壓到對面密煉室轉子后面（低壓區(qū)），并隨之帶入料斗中。彼此往復搗換，如兩臺相鄰開煉機連續(xù)倒替混煉時相似。 為了有效交換，一個轉子必須把膠料直接撥到相對應的轉子棱峰后 部間隙中。否則，因壓力平衡性阻止交換。這就要求兩轉子轉到適當位置進行交換，這取決于速比。 Changsha University of Science & Technology4

35、 4、 轉子的軸向往復切割捏煉作用轉子的軸向往復切割捏煉作用 膠料在轉子上不僅會隨轉子作圓周運動，同時轉子的螺旋突棱對物料產生軸向的推移作用，因此膠料還會沿軸向移動。由右面的突棱螺旋的受力分析可以看出，兩突棱螺旋升角的不同其作用也不同，這樣膠料在轉子的軸向往復移動就形成了切割捏煉的作用。Changsha University of Science & Technology兩棱轉子展開圖兩棱轉子展開圖 膠料流動示意圖膠料流動示意圖 膠料的軸向移動情況示意圖膠料的軸向移動情況示意圖 三、膠料在轉子上的流動情況三、膠料在轉子上的流動情況Changsha University of Scien

36、ce & Technology GK四棱轉子展開圖四棱轉子展開圖膠料的軸向移動情況示意圖膠料的軸向移動情況示意圖 GK四棱轉子四棱轉子Changsha University of Science & Technology3-2 主要參數主要參數 一、轉子的轉速與速比一、轉子的轉速與速比 1、轉速、轉速 轉子的轉速是密煉機主要性能指標之一。轉子的轉速是密煉機主要性能指標之一。轉轉子子轉轉速速生產能力生產能力功率消耗功率消耗煉膠質量煉膠質量混煉成本混煉成本Changsha University of Science & Technology（1）轉子轉速對生產能力的影響）轉

37、子轉速對生產能力的影響 煉膠效率的高低，取決于施加在膠料上的剪切力的大小，而剪切應力受剪切速率的煉膠效率的高低，取決于施加在膠料上的剪切力的大小，而剪切應力受剪切速率的影響。由下式可看出：影響。由下式可看出：wu膠料的粘度膠料的粘度wm流變常數流變常數Changsha University of Science & Technology提高提高n生產率生產率提高提高為什么？為什么？A、由上面公式知，對于一個機臺由上面公式知，對于一個機臺來講，來講，D，h都是固定的，只有都是固定的，只有改變改變n。提高提高n，可以提高剪切可以提高剪切速率，縮短速率，縮短 t，從而提高產量；從而提高產量；

38、B 、提高提高轉子轉速轉子轉速n , ,被攪拌的膠被攪拌的膠料表面交換頻繁，這就加速了配料表面交換頻繁，這就加速了配合劑在膠料中的混合作用，使合劑在膠料中的混合作用，使t 縮短，從而提高產量；縮短，從而提高產量；C、提高提高 n，膠料對密煉室膠料對密煉室P 也增大，也增大，膠料受到的機械作用增大，膠料受到的機械作用增大，t 縮縮短，從而提高產量。短，從而提高產量。上圖為上圖為轉子轉速與混煉時間關系轉子轉速與混煉時間關系Changsha University of Science & Technology（2）轉子轉速對電機功率的影響）轉子轉速對電機功率的影響從公式和圖從公式和圖4-14

39、看看，功率與轉子轉速，功率與轉子轉速近似成正比。近似成正比。N=4u2B/h N-轉子單位上的功率消耗；轉子單位上的功率消耗；-膠料的粘度；膠料的粘度； u-轉子棱頂的回轉線速度轉子棱頂的回轉線速度； B-轉子棱頂寬度；轉子棱頂寬度；h-轉子棱頂與密煉室內壁間轉子棱頂與密煉室內壁間隙隙 。Changsha University of Science & Technology（3）轉子轉速對排膠溫度的影響 混煉時，必須保持膠溫在一定限度內，轉子轉速過快將使物料溫度迅速上升，粘度下降，影響剪切效果，同時也降低了膠料的分散度。 在第一段混煉時，一般排膠溫度應控制在1301500C以下，否則除

40、了會引起分散不良外，還容易使膠料發(fā)生化學反應，如出現熱裂解、凝膠等現象。 最終混煉為防止焦燒，一般排膠溫度控制在1001200C以下。據此，為了獲得最有效的混煉，也按不同的膠料選擇最適宜的轉子轉速。 目前多速和調速密煉機的應用均被重視。Changsha University of Science & Technology2 2、轉子速比、轉子速比 密煉機轉子的速比通常為密煉機轉子的速比通常為1:1.151:1.15- -1 1：1.181.18。近年來，新開發(fā)研制的。近年來，新開發(fā)研制的同步同步轉子密煉機轉子密煉機，其轉子速比為，其轉子速比為 1 1：1 1。Changsha Univ

41、ersity of Science & Technology二、轉子棱頂與密煉室內壁間隙二、轉子棱頂與密煉室內壁間隙 在流變學分析中已講到，對膠料起分散作用的主要因素是在流變學分析中已講到，對膠料起分散作用的主要因素是, ,在轉子棱頂與密在轉子棱頂與密煉室內壁間隙煉室內壁間隙h形成的高剪切區(qū)內，間隙大小，直接影響膠料的及剪切應力形成的高剪切區(qū)內，間隙大小，直接影響膠料的及剪切應力和剪切速率。和剪切速率。 生產實踐證明生產實踐證明：密煉機在使用若干年后，同等條件下，混煉膠的質量下降。：密煉機在使用若干年后，同等條件下，混煉膠的質量下降。 原因是：密煉機使用時間長了，原因是：密煉機使用時間

42、長了，轉子棱與密煉室內壁會產生磨損，使轉子棱轉子棱與密煉室內壁會產生磨損，使轉子棱頂與密煉室內壁間隙頂與密煉室內壁間隙h增大增大，致使致使剪切應力和剪切速率剪切應力和剪切速率減小，降低了煉膠效減小，降低了煉膠效果，果，使混煉膠的質量下降使混煉膠的質量下降。 應對措施是：應對措施是： 補焊；增加容量。補焊；增加容量。Changsha University of Science & Technology三、生產能力與填充系數三、生產能力與填充系數 計算密煉機生產能力，可用下式：計算密煉機生產能力，可用下式： 式中式中G -生產能力，公斤生產能力，公斤/小時；小時； V1 -密煉機工作容量，

43、升；密煉機工作容量，升； -膠料的比重，公斤膠料的比重，公斤/升；升； t -一次煉膠時間，分。一次煉膠時間，分。 Changsha University of Science & Technology 工作容量工作容量V1由下式計算由下式計算： V1=V 式中：V-密煉室總容量（密煉室總容量減去轉子所占體積）-膠料的填充系數 由此可知，填充系數直接影響密煉機的工作容量大小，即影響生產能力的大小。但填充系數過大或過小均會影響煉膠質量，也影響生產能力。 Changsha University of Science & Technology四、上頂栓對膠料的單位壓力四、上頂栓對膠料

44、的單位壓力 上頂栓對膠料的單位壓力是強化煉膠的主要手段之一。上頂栓對膠料的單位壓力是強化煉膠的主要手段之一。 增加上頂栓對膠料的壓力，可以提高膠料中的流體靜壓力,雖然不直接影響剪切應力，但是由于減少了密煉室內膠料的空隙，使得膠料與密煉室內壁，轉子，上、下頂栓等之間，以及膠料內部各種物料之間更加迅速地互相接觸和擠壓，加速各種物料混入膠料中的過程，從而縮短混煉時間，提高密煉機的功效。膠料混煉膠料混煉分散分散關鍵關鍵剪切應力剪切應力決定因素決定因素Changsha University of Science & Technology提高上頂栓壓力的方法：提高上頂栓壓力的方法： （1）提高壓縮

45、空氣的壓力；）提高壓縮空氣的壓力； （2）加長風筒直徑；）加長風筒直徑； （3）采用液壓代替風壓。）采用液壓代替風壓。增加上頂栓壓力，使物料之間更加迅速地互相接觸和擠壓，并使物料之間接觸面積增大，從而減少了膠料與密煉室內壁及膠料與轉子表面的滑動，能間接的導致較高的剪切應力，加速分散過程，從而縮短混煉時間，提高了混煉膠質量。Changsha University of Science & Technology五、功率五、功率 （一 ）功率消耗的確定 電動機功率主要消耗在： 膠料捏煉過程中的剪切、攪拌混合和機器各轉動部的摩擦，前者是主要的。膠料的性質膠料的性質配方配方混煉溫度混煉溫度加料方

46、法和順序加料方法和順序上頂栓壓力上頂栓壓力轉子的轉速轉子的轉速轉子的結構轉子的結構功功率率消消耗耗密煉機容量密煉機容量Changsha University of Science & Technology 假定膠料是在粘度不變、等溫下捏煉過程，轉子單位長度上的功率消耗假定膠料是在粘度不變、等溫下捏煉過程，轉子單位長度上的功率消耗表示為：表示為： N=4u2B/h N-轉子單位上的功率消耗；轉子單位上的功率消耗； -膠料的粘度；膠料的粘度； u-轉子棱頂的回轉線速度；轉子棱頂的回轉線速度； B-轉子棱頂寬度；轉子棱頂寬度； h-轉子棱頂與密煉室內壁間隙轉子棱頂與密煉室內壁間隙 。 但是，

47、橡膠屬非牛頓型流體，對一臺特定的密煉機來說，其功率消耗表但是，橡膠屬非牛頓型流體，對一臺特定的密煉機來說，其功率消耗表示為：示為：N=Cuk+1 k -膠料特性系數，膠料特性系數，k1： u-轉子棱頂回轉線速度；轉子棱頂回轉線速度； C-系數系數 。Changsha University of Science & Technology（二）密煉機功率消耗的因素分析（二）密煉機功率消耗的因素分析 1、功率與密煉機工作容量的關系。、功率與密煉機工作容量的關系。 從圖從圖4-12知，密煉機工作容量越大，其功率消耗越多。知，密煉機工作容量越大，其功率消耗越多。Changsha Universi

48、ty of Science & Technology 2、功率與轉子棱頂和密煉室內壁間隙的關系、功率與轉子棱頂和密煉室內壁間隙的關系 ，功率消耗功率消耗與轉子棱頂和與轉子棱頂和密煉室內壁密煉室內壁間隙（間隙（h）成成反比反比。Changsha University of Science & Technology 3、功率與轉子轉速的關系、功率與轉子轉速的關系 從公式和圖從公式和圖4-14看，功率與轉子轉速近似看，功率與轉子轉速近似成正比。成正比。 Changsha University of Science & Technology 4、功率與上頂栓壓力的關系、功率與上

49、頂栓壓力的關系 上頂栓壓力的增加，會導致功率消耗的增加。 5、功率與轉子結構的關系、功率與轉子結構的關系 轉子由二個螺旋棱增加至四個螺旋棱、六個螺旋棱時，加劇了膠料在捏煉中的分流和增加了膠料的剪切次數，故增加了功率消耗 。Changsha University of Science & Technology四四 其他類型混煉機其他類型混煉機 由上已知，橢圓形轉子密煉機具有對物料高剪切速率和高剪切應力的強烈捏煉作用，混合效果好、生成效率高，自問世以來為高分子原材料加工廣泛使用，是混煉工序主導設備之一。但經過長期的生產實踐，橢圓形轉子密煉機也逐漸暴露出它的缺陷，如混煉時混煉室局部過熱高溫、

50、轉子冷卻面積小、物料溫度不勻等，物料的分散性因此受到影響，并限制了轉子轉速與生產能力的進一步提高。因此，繼橢圓形轉子密煉機之后，其他類型的密煉機根據生產實踐的需要應運而生。Changsha University of Science & Technology（1）圓筒形轉子密煉機）圓筒形轉子密煉機 1934年英國年英國Francis-shaw Co研制開發(fā)了一種模擬雙輥開煉研制開發(fā)了一種模擬雙輥開煉機捏煉作用的嚙合型圓筒形轉子密煉機。機捏煉作用的嚙合型圓筒形轉子密煉機。 圖圖2-51為圓筒形轉子為圓筒形轉子 密煉機主要結構，與密煉機主要結構，與 橢圓形轉子密煉機相橢圓形轉子密煉機相 似

51、，只是轉子構造形似，只是轉子構造形 狀不同。狀不同。Changsha University of Science & Technology 轉子的本體是圓筒形的。每個轉子有一個長螺旋棱和兩個小突棱，兩個轉子的長突棱旋向相同且螺旋推進角相等，大約為40-42。轉子相向等速回轉。工作時，一個轉子的突頂峰嚙入另一個轉子的棱谷基圓之內，其間有3mm左右的間隙，所以稱嚙合型密煉機。（橢圓形轉子密煉機稱相切型密煉機。）由于兩個轉子轉速較高，故剪切作用比開煉機大。螺旋突棱使每個轉子以相反方向推進物料，形成了沿軸向的攪拌混合作用。Changsha University of Science &

52、 Technology圓筒形轉子密煉機的特點 這種密煉機混煉效果好，混煉壁不易磨損，機器維修費用低，壽命長，無局部過熱，排料溫度低，易于控溫。可實現母膠與硫磺的一次混煉，有利于熱敏性物料及生熱快、難于分散物料的混煉。但是圓筒形轉子密煉機因轉子體積的龐大使物料填充量減少，接納與排除物料效率低、自潔性差。Changsha University of Science & Technology（2）三棱型轉子密煉機）三棱型轉子密煉機 三棱型轉子密煉機的轉子如圖，其工作部分的截面形狀為三角形。轉子工作表面的左右兩部分各有三條旋向相反（螺旋角為30）的突棱，這些突棱在轉子中部匯交形成120的夾角。

53、下圖為三棱型轉子。Changsha University of Science & Technology三棱型轉子密煉機的特點三棱型轉子密煉機的特點 這種類型的轉子由于突棱的排這種類型的轉子由于突棱的排列及構造左右對稱，不能使膠料產列及構造左右對稱，不能使膠料產生軸向移動，降低了混合效果。較生軸向移動，降低了混合效果。較易清理混煉室及轉子，維修拆卸方易清理混煉室及轉子，維修拆卸方便，生熱少，主要用于高溫敏感的便，生熱少，主要用于高溫敏感的物料。物料。Changsha University of Science & Technology第五節(jié)第五節(jié) 密煉機煉膠的聯動作業(yè)線密煉機煉膠的聯動作業(yè)線 現代煉膠系統對膠料的制備日趨自動化和智能化，混煉橡膠的工藝流程以現代煉膠系統對膠料的制備日趨自動化和智能化，混煉橡膠的工藝流程以密煉機為中心，將混煉前的原材料輸送、存儲、稱量、按工藝順序依次投入到密煉機為中心，將混煉前的原材料輸送、存儲、稱量、按工藝順序依次投入到混煉室內，經浸潤、分散、混合完成膠料的捏煉過程，混煉膠排料后再經壓片、混煉室內，經浸潤、分散