聚合物混煉技術(shù)與工程

一、開(kāi)煉機(jī)混煉技術(shù)

混煉過(guò)程包括三個(gè)方面：

三過(guò)程：開(kāi)煉機(jī)混煉可分為①包輥②吃粉③翻煉三個(gè)階段。

一、包輥不飽和橡膠在開(kāi)煉機(jī)上加工時(shí)，改變輥筒溫度會(huì)出現(xiàn)四種不同的包輥狀態(tài)。溫度較低，膠料較硬，彈性高，橡膠主要停留在堆積膠處滑動(dòng)，延遲生產(chǎn)過(guò)程。溫度適宜，橡膠能正常包于輥筒上，既有塑性流動(dòng)又有適當(dāng)高的彈性變形，有利于混煉操作。隨著溫度的提高，流動(dòng)性增加，分子間力減小，強(qiáng)度降低，膠片不能緊包在輥筒上，出現(xiàn)脫輥或破裂現(xiàn)象。橡膠在更高的溫度下呈粘彈性流體包于輥筒，并產(chǎn)生塑性流動(dòng)。

二、吃粉膠料包輥后，為使配合劑盡快混入膠中，在輥縫上應(yīng)保持適量的堆積膠。吃粉時(shí)，當(dāng)膠料進(jìn)入堆積膠的上層時(shí)，由于受到阻力而擁塞、折疊起來(lái)，在堆積膠的前方形成縐紋溝，粉劑就能進(jìn)入這些溝紋中，并被帶進(jìn)堆積膠的內(nèi)部。如果無(wú)堆積膠存在，則配合劑只靠后輥與橡膠間的剪切力將粉劑擦入橡膠中，這樣并不能使粉劑深入橡膠內(nèi)部，影響混煉效果。而且未被擦入橡膠中的粉劑會(huì)被后輥與橡膠擠壓成薄片落入接料盤。如系液體配合劑則會(huì)粘到后輥上或流到接料盤上，而使以后混煉發(fā)生困難。在吃粉過(guò)程中，堆積膠量必須適中。如無(wú)堆積膠或堆積膠量過(guò)少時(shí)，一方面配合劑只靠后輥筒與橡膠間的剪切力擦入膠料中，不能深入膠料內(nèi)部而影響分散效果；另一方面未被擦入橡膠中的粉狀配合劑會(huì)被后輥筒擠壓成片落入接料盤，如果是液體配合劑則會(huì)粘到后輥筒上或落到接料盤上，造成混煉困難。若堆積膠過(guò)量，則有一部分膠料會(huì)在輥縫上端旋轉(zhuǎn)打滾，不能進(jìn)入輥縫，使配合劑不易混入。

三、翻煉混煉的第三個(gè)階段為翻煉。由于橡膠黏度大，混煉時(shí)膠料只沿著開(kāi)煉機(jī)輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)方向產(chǎn)生周向流動(dòng)，而沒(méi)有軸向流動(dòng)，而且沿周向流動(dòng)的橡膠也僅為層流，因此大約在膠片厚度約1／3處的緊貼前輥筒表面的膠層不能產(chǎn)生流動(dòng)而成為“死層”或“呆滯層”，見(jiàn)圖所示。此外，輥縫上部的堆積膠還會(huì)形成部分楔形“回流區(qū)”。以上原因都使膠料中的配合劑分散不均。

由于橡膠粘度大，膠料在輥筒表面近層的流動(dòng)性較差，剪切力促使橡膠流動(dòng)僅為層流。與輥筒面相接觸的約1/3厚膠片內(nèi)層配合劑進(jìn)不去，形成“死層”。

為了彌補(bǔ)堆積膠對(duì)混煉的不良影響，工藝上必須輔以切割翻煉，使“死層”中的膠料不斷地被帶到堆積膠頂部并進(jìn)入“活層”，使左右兩邊膠料互相摻勻，才能破壞死層和回流區(qū)，使混煉均勻，確保質(zhì)地均一。

二、密煉機(jī)技術(shù)：

1、密煉機(jī)的用途：

主要用于橡膠的塑煉和混煉，同時(shí)也用于塑料、瀝青料、油氈料、合成樹脂料的混合。它是橡膠工廠主要煉膠設(shè)備之一。七十年代以來(lái)，國(guó)外在煉膠工藝和設(shè)備方面雖然發(fā)展較快，例如用螺桿擠出機(jī)代替密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行塑煉和混煉，但還是代替不了密煉機(jī)。新的現(xiàn)代工廠中的煉膠設(shè)備仍以密煉機(jī)為主，混煉方法也仍采用兩段混煉法。

分類：

（1）按轉(zhuǎn)子橫截面的形狀分為：橢圓形轉(zhuǎn)子密煉機(jī)、圓筒形轉(zhuǎn)子密煉機(jī)、三角形轉(zhuǎn)子密煉機(jī)

（2）按工作原理分為：相切型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)、嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)

（3）按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大小及變化分為：低速、中速、高速及單速、雙速、變速密煉機(jī)

（4）按轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速：異步和同步轉(zhuǎn)子密煉機(jī)

（5）按混煉室的結(jié)構(gòu)形式分為：普通型和翻轉(zhuǎn)式密煉機(jī)

（6）按轉(zhuǎn)子間的相對(duì)間隙分為：定間隙和可調(diào)間隙密煉機(jī)

2、密煉機(jī)的規(guī)格與技術(shù)特征：

1、規(guī)格

過(guò)去采用密煉室的工作容量和主動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速表示；現(xiàn)在采用密煉室的總?cè)萘?主動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速表示。

國(guó)產(chǎn)密煉機(jī)的規(guī)格表示法：

XM-250/20

X表示橡膠，M表示密煉機(jī)，250表示密煉機(jī)的總?cè)萘浚?0表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

X（S）M-75/35x70

X表示橡膠，S表示塑料，M表示密煉機(jī)，75表示密煉機(jī)總?cè)萘?，雙速（35和70轉(zhuǎn)/分）

3、密煉機(jī)的整體結(jié)構(gòu)及每一部分的作用：

（1）混煉部分：混煉部分主要有轉(zhuǎn)子、密煉室、密封裝置等組成。

（2）加料部分：它主要右加料室和斗形的加料口以及翻板門（加料門）11組成，這部分作用主要是用于加料和瞬間存料。

（3）壓料部分：它主要由上頂栓9和推動(dòng)上頂栓做上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸14組成，它的主要作用：給膠料一定的壓力，加速煉膠過(guò)程，提高煉膠效果。

（4）卸料裝置部分：主要由安裝在密煉室下面的下頂栓3和下頂栓鎖緊機(jī)構(gòu)2所組成，它的主要作用，就是在煉膠完畢后排出膠料，也就是卸料。下頂栓內(nèi)可通冷卻水冷卻，下頂栓與物料接觸的‘ ’形表面應(yīng)堆焊耐磨合金，增加其耐磨性。

（5）傳動(dòng)裝置部分：主要有電機(jī)22，彈性聯(lián)軸節(jié)21，減速機(jī)20和齒形聯(lián)軸節(jié)19等組成。安裝在傳動(dòng)底座上，其作用:傳遞動(dòng)力，使轉(zhuǎn)子克服工作阻力而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成煉膠作業(yè)。

（6）底座：主要由機(jī)座而組成，有的分為主機(jī)底座和傳動(dòng)底座。其作用:供密煉機(jī)使用，在其上安裝主機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的部件。

（7）加熱冷卻系統(tǒng)：主要由管道和分配器等組成，以便將冷卻水或蒸汽通人密煉室、轉(zhuǎn)子和上、下頂栓等的空腔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，以控制膠料的溫度。從國(guó)外引進(jìn)的密煉機(jī)加熱冷卻系統(tǒng)配有溫控裝置，采用恒溫水加熱冷卻。作用：根據(jù)工藝要求，控制煉膠過(guò)程中膠料的溫度

（8）液壓系統(tǒng)：主要由一個(gè)雙聯(lián)葉片油泵15，旋轉(zhuǎn)油缸17，往復(fù)油缸16，管道和油箱等組成。它是卸料機(jī)構(gòu)動(dòng)力供給部分。用于控制下頂栓及下頂栓鎖緊機(jī)構(gòu)的開(kāi)閉。

（9）氣壓系統(tǒng)：主要由氣缸14，活塞13，加料門的氣缸，氣閥，管道和壓縮空氣等組成。它是加料，壓料機(jī)構(gòu)的動(dòng)力供給部分。用于控制上頂栓的升降，加壓及翻板門的開(kāi)閉。

（10）電控系統(tǒng)：主要由控制箱，操作機(jī)臺(tái)和各種電氣儀表組成，它是整個(gè)機(jī)臺(tái)的操作中心。

（11）潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由油泵，分油器和管道組成，目的是為了使各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分（如旋轉(zhuǎn)軸、軸承、密封裝置的密封環(huán)摩擦面等）減少摩擦。增加使用壽命，向這些摩擦面注入潤(rùn)滑油。作用：向每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部位，注入潤(rùn)滑油，以致減少運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦，延長(zhǎng)其使用壽命。

4、膠料在密煉室中的混煉過(guò)程：生膠和配合劑由加料斗加入，首先落入兩個(gè)相對(duì)回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子口部，在上頂栓的壓力及摩擦力的作用下，被帶入兩轉(zhuǎn)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(kāi)，進(jìn)入轉(zhuǎn)子與密煉室壁的間隙中，在此處經(jīng)受強(qiáng)烈的剪切捏煉作用后，被破碎的兩股膠料又相會(huì)于兩個(gè)轉(zhuǎn)子口部，然后再進(jìn)入兩轉(zhuǎn)子間隙處，如此循環(huán)往復(fù)。

膠料在密煉室中所受的機(jī)械作用：

1、轉(zhuǎn)子外表面與密煉室內(nèi)壁間的捏煉作用（橢圓型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)尤為明顯）

2 、兩轉(zhuǎn)子之間的混合攪拌、擠壓作用（嚙合型密煉機(jī)尤為明顯）

3 、上下頂栓分流、剪切和交換作用

4、轉(zhuǎn)子的軸向往復(fù)切割捏煉作用

生產(chǎn)能力與填充系數(shù)：

G ----生產(chǎn)能力，公斤/小時(shí)；

V1 ----密煉機(jī)工作容量，升；

----膠料的比重，公斤/升；

t ----一次煉膠時(shí)間，分。

工作容量V1由下式計(jì)算：V1=VβV----密煉室總?cè)萘浚軣捠铱側(cè)萘繙p去轉(zhuǎn)子所占體積）

β----膠料的填充系數(shù)

提高上頂栓壓力的方法：（1）提高壓縮空氣的壓力；（2）加長(zhǎng)風(fēng)筒直徑；（3）采用液壓代替風(fēng)壓。

功率消耗的確定：N=4?η?u2B/h

N----轉(zhuǎn)子單位上的功率消耗；

η----膠料的粘度；

u----轉(zhuǎn)子棱頂?shù)幕剞D(zhuǎn)線速度；

B----轉(zhuǎn)子棱頂寬度；

h----轉(zhuǎn)子棱頂與密煉室內(nèi)壁間隙。

N=Cuk+1

k ----膠料特性系數(shù)，k＜1：

u----轉(zhuǎn)子棱頂回轉(zhuǎn)線速度；

C----系數(shù)。

密煉機(jī)的傳動(dòng)形式：A按電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)密煉機(jī)臺(tái)數(shù)：多臺(tái)傳動(dòng)、單臺(tái)傳動(dòng)。B按密煉機(jī)的轉(zhuǎn)子速度：?jiǎn)嗡?、雙速、變速C按電機(jī)和密煉機(jī)的相對(duì)位置：左傳動(dòng)、右傳動(dòng)、中間傳動(dòng)D按減速機(jī)構(gòu)形式：帶大驅(qū)動(dòng)齒輪的傳動(dòng)、無(wú)大驅(qū)動(dòng)齒輪的單獨(dú)傳動(dòng)、采用雙輸出軸減速機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求較高。

（1）瞬時(shí)過(guò)載系數(shù)要大于2.48，有耐超負(fù)荷特性；

（2） 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；

（3） 可以正、反轉(zhuǎn)；

（4） 用封閉式電動(dòng)機(jī)。

轉(zhuǎn)子材料：在煉膠過(guò)程中，轉(zhuǎn)子承受著膠料的摩擦、擠壓、腐蝕、高溫作用及巨大的扭矩，故要求轉(zhuǎn)子有足夠的強(qiáng)度和剛度，以及表面耐磨耐化學(xué)腐蝕和良好的傳熱性等性能。轉(zhuǎn)子材料多采用鑄鋼（ZG45）。突棱頂堆焊一層5～8毫米厚的耐磨硬質(zhì)合金，其余工作表面也要堆焊一層2～3毫米厚的耐磨硬質(zhì)合金。

轉(zhuǎn)子的冷卻形式：（1）螺旋夾套式；（2）轉(zhuǎn)子內(nèi)表面開(kāi)螺旋溝槽（GK系列）；（3）一般強(qiáng)制冷卻式

密煉室：作用：是密煉室的主要工作部件，它與轉(zhuǎn)子一起共同完成對(duì)膠料的捏煉作用。

材料：A、正面壁為ZG45，為保證其耐磨性，可在密煉室內(nèi)壁堆焊2－4mm耐磨硬質(zhì)合金。B、側(cè)面壁為鑄鐵件

密煉室的結(jié)構(gòu)形式：A、前后組合式，由前后兩正面壁14、17，左右兩側(cè)面壁組成。B、上下對(duì)開(kāi)式由上、下混煉室及上、下機(jī)殼組成。C、開(kāi)閉式（亮翅式）由前后兩可開(kāi)閉的正面壁及兩側(cè)壁組成。D、傾斜式E、翻轉(zhuǎn)式

密煉室常用材料：A、正面壁為ZG45，為保證其耐磨性，可在密煉室內(nèi)壁堆焊2－4mm耐磨硬質(zhì)合金。B、側(cè)面壁為鑄鐵件

壓料部分（上頂栓）的結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)：該裝置安裝在密煉室的上部。

①氣缸－鑄鐵件，為避免活塞在運(yùn)動(dòng)中與筒蓋碰撞，在氣缸頂部和下部設(shè)有緩沖裝置。

②活塞－其密封方式，有用橡膠皮和鑄鐵活塞環(huán)。

③活塞桿－有一定的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，在加壓過(guò)程中不變形。

④重錘－即上頂栓，為直接與膠料接觸加壓部件。

加壓氣缸的主要作用是提供上頂栓上、下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，提供上頂栓加壓物料的壓力。

上頂栓安全裝置：為防止重錘連接部件斷裂造成重錘落入密煉室引起重大機(jī)械事故，必須采用一定安全措施。①加大活塞桿上銷孔尺寸。②混煉室的上部安裝擋銷。③冷卻水管上焊接擋塊。

加料部分的結(jié)構(gòu)組成：該裝置安裝在密煉室的上部，主要由加料斗、翻板門、后門、填料箱等組成。

卸料部分形式：⑴、滑動(dòng)式⑵、擺動(dòng)下落式⑶翻轉(zhuǎn)式

密煉機(jī)的密封裝置形式：1、端面密封2、迷宮密封3、反螺紋密封4、填料密封

（1）、外壓端面密封裝置：

A、分類按壓緊方式分螺栓彈簧壓緊式、撥叉彈簧壓緊式、撥叉液壓油缸壓緊式。

B、結(jié)構(gòu)及其密封原理：

a、螺栓彈簧壓緊式：在彈簧壓力機(jī)構(gòu)作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)和壓緊環(huán)的接觸面產(chǎn)生一定的壓力，阻止物料的泄漏。用于低壓低速的密煉機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封可靠，使用壽命長(zhǎng)但使用時(shí)要求有良好的維護(hù)。

b、撥叉液壓油缸壓緊式(簡(jiǎn)稱FYH）優(yōu)點(diǎn)是：各密封環(huán)工作面受壓均恒，密封面比壓保持相當(dāng)穩(wěn)定，同時(shí)工作時(shí)可以調(diào)整，密封可靠、維修方便。

C、撥叉彈簧壓緊式其結(jié)構(gòu)形式：與撥叉液壓油缸壓緊式相似，即把圖中油缸換成了彈簧。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力較小適用與中小型密煉機(jī)和翻轉(zhuǎn)式密煉機(jī)。

（2）內(nèi)壓端面接觸式自動(dòng)密封裝置主要是依靠密煉室在混煉時(shí)的膠料向外擠出時(shí)的壓力使內(nèi)密封圈始終壓緊在外密封圈上，以達(dá)到良好的密封效果。這種密封裝置可由膠料的壓力變化而自動(dòng)調(diào)整內(nèi)密封圈的壓緊程度，密封效果較好。適用于高壓快速密煉機(jī)上的密封裝置。

（3）反螺紋與端面復(fù)合式自動(dòng)密封裝置當(dāng)物料從密煉室向外露出時(shí)，反螺紋可把它盡量返回到密煉室里面去。

（4）反螺紋迷宮式復(fù)合密封裝置：該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維護(hù)方便，但轉(zhuǎn)子下沉，使兩個(gè)迷宮圓環(huán)接觸，則迷宮很快磨損。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸承成為滑動(dòng)軸承時(shí)，不宜采用此種密封裝置。

（5）外壓迷宮式密封裝置：密封原理是：當(dāng)密煉室內(nèi)的物料外泄時(shí)，需通過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的很窄的路徑才能到達(dá)內(nèi)外密封圈的接觸面，起到“迷宮”的作用。該密封裝置可以滿足高壓快速混煉的需要，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝卸、調(diào)節(jié)和維護(hù)工作量較大，如GK型密煉機(jī)采用這種密封裝置。

（6）雙重反螺紋填料式復(fù)合密封裝置這種密封裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆開(kāi)壓蓋便可更換填料。但填料磨損較厲害，壽命不長(zhǎng)，需經(jīng)常更換，只有當(dāng)物料受中壓時(shí)，效果較好。

密煉機(jī)上輔機(jī)系統(tǒng)：炭黑氣力輸送系統(tǒng)；炭黑稱量、投料系統(tǒng)；油料輸送、貯存、稱量、注油系統(tǒng)；膠料導(dǎo)開(kāi)、稱量、投料系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)。

密煉機(jī)下輔機(jī)系統(tǒng)：主要有A壓片機(jī)：目前常用的壓片機(jī)有開(kāi)煉機(jī)壓片或雙螺桿擠出壓片兩種形式。

和B膠片冷卻機(jī)組：經(jīng)壓片后的膠料必須進(jìn)行冷卻，冷卻的目的是降低膠片溫度和涂隔離劑，避免膠片存放時(shí)相互粘結(jié)和發(fā)生自硫。塑煉膠或混煉膠經(jīng)壓片機(jī)或擠出壓片機(jī)出片后，噴涂或浸漬皂液隔離劑，進(jìn)行冷卻、切割（或折疊）疊片停放，以供下道工序使用。目前可供選用的膠片冷卻機(jī)組裝置有掛架式膠片冷卻裝置。有兩種形式：落地式或架空式。架空式可充分利用空間，有利于車間膠料存放和車輛的通行。

2017年第十一屆橡膠培訓(xùn)班報(bào)名中

費(fèi)用：3900元/人，含培訓(xùn)費(fèi)，食宿費(fèi)，資料費(fèi)，等全部費(fèi)用。