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1、l21 工作原理工作原理l22 主要参数主要参数l在密炼室内，生胶的混炼和混炼胶的混炼过程，在密炼室内，生胶的混炼和混炼胶的混炼过程，比开炼机的塑炼和混炼要复杂的多，物料加入比开炼机的塑炼和混炼要复杂的多，物料加入密炼室后，就在由两个具有密炼室后，就在由两个具有螺旋棱、有速比螺旋棱、有速比、相对回转相对回转的转子与密炼室壁，上、下顶栓组成的转子与密炼室壁，上、下顶栓组成的混炼系统内受到不断变化反复进行的强烈的混炼系统内受到不断变化反复进行的强烈剪剪切切和和挤压挤压作用，使胶料产生剪切变形，进行了作用，使胶料产生剪切变形，进行了强烈的捏炼。由于转子有螺旋棱，在混炼时胶强烈的捏炼。由于转子有螺旋棱
2、，在混炼时胶料反复地进行料反复地进行轴向往复运动轴向往复运动，起到了，起到了搅拌搅拌作用，作用，致使混炼更为强烈。致使混炼更为强烈。密炼机的炼胶过程是比较复杂的，我们可以从下密炼机的炼胶过程是比较复杂的，我们可以从下面的图简单地表示炼胶过程。面的图简单地表示炼胶过程。就是使配合剂分散在橡胶中就是使配合剂分散在橡胶中混炼混炼混混炼炼原原理理讨论讨论分散介质分散介质( (液相液相) )配合剂配合剂分散相分散相看作看作看作看作生生 胶胶如何把配合剂分散在生胶中，主要看生胶的湿润如何把配合剂分散在生胶中，主要看生胶的湿润能力及表面张力，也要看配合剂是否易被打湿。能力及表面张力，也要看配合剂是否易被打湿
3、。工艺上工艺上机械上机械上可增加表面活性剂硬脂酸等，以帮可增加表面活性剂硬脂酸等，以帮助湿润配合剂助湿润配合剂必须以一定的作用力，以便将配合必须以一定的作用力，以便将配合剂混入生胶中，并破坏其聚集体剂混入生胶中，并破坏其聚集体基基本本步步骤骤1 1、细分（、细分（ break）2 2、混入、混入(捏炼捏炼) （ intermix，blend）3 3、分散、分散（微观分散微观分散,分散混炼分散混炼）（Dispersive Mixing）4 4、简单结合、简单结合(单纯混合单纯混合,宏观分散、分布混炼宏观分散、分布混炼)5、塑化阶段、塑化阶段使橡胶和配合剂粉碎使橡胶和配合剂粉碎 l将粉状或液态物料
4、混入橡胶中形成粘结块将粉状或液态物料混入橡胶中形成粘结块( (需要需要较长时间较长时间),),要使配合剂混入，首先必须使块状要使配合剂混入，首先必须使块状橡胶变形，以形成与填充剂接触的新界面橡胶变形，以形成与填充剂接触的新界面. .此界此界面形成的方式，从理论上分析有面形成的方式，从理论上分析有。 lA A、在低速下拉伸橡胶时在低速下拉伸橡胶时, ,它可像液体一样的它可像液体一样的流动。被充分拉伸后，填充剂就会粘着在新流动。被充分拉伸后，填充剂就会粘着在新生的界面上。然后，橡胶收缩将粘着的填充生的界面上。然后，橡胶收缩将粘着的填充剂包围起来，并形成一个整体，就像把橡胶剂包围起来，并形成一个整体
5、，就像把橡胶的棱边拉伸、包卷，再拉伸等，最后在挤压的棱边拉伸、包卷，再拉伸等，最后在挤压下形成一个整体。下形成一个整体。生胶生胶炭黑二次聚集体炭黑二次聚集体再拉伸再拉伸包卷包卷拉伸拉伸分分散散B B、在高速下使橡胶变形时在高速下使橡胶变形时, ,它呈现固体性质，它呈现固体性质，即发生脆性破坏而成粒状。这些新生成的胶即发生脆性破坏而成粒状。这些新生成的胶粒表面上就布满了填充剂接着就在压力下，粒表面上就布满了填充剂接着就在压力下，结合成一整体，成为块胶料。结合成一整体，成为块胶料。l由于由于天然胶天然胶强度大强度大，尤其在采用尤其在采用老老式慢速密炼式慢速密炼机时机时，其混入方式显然属于其混入方式
6、显然属于A A的形式的形式；而而丁苯胶丁苯胶, ,顺丁胶顺丁胶, ,乙丙胶乙丙胶等所谓干酪状橡胶等所谓干酪状橡胶( (与天然胶相与天然胶相比比) )，在密炼机转子转速达到某种程度以上时在密炼机转子转速达到某种程度以上时，即不能发挥其弹性即不能发挥其弹性，就可能出现就可能出现B B的形式的形式。l有人做过实验有人做过实验：充油丁苯与顺丁胶并用进行混充油丁苯与顺丁胶并用进行混炼炼，1.31.3kgkg胶胶，在混炼初期竟被分割成在混炼初期竟被分割成18001800块块，表面布满炭黑的颗粒表面布满炭黑的颗粒，但进一步混炼结合为但进一步混炼结合为3030块胶料块胶料，再进一步混炼再进一步混炼，则成为一个
7、整体了则成为一个整体了。l由此可见，由此可见，B B的形式简单又有效。故近代的高的形式简单又有效。故近代的高速密炼机是较理想的混炼设备。速密炼机是较理想的混炼设备。 l在混入阶段，虽然填充剂混入橡胶中，并形成在混入阶段，虽然填充剂混入橡胶中，并形成了一个整体，但填充剂的粒子仍为较大的团聚了一个整体，但填充剂的粒子仍为较大的团聚集体集体( (二次聚集体二次聚集体) )。要使这些由范德华力。要使这些由范德华力( (附附聚集力聚集力) )而结合的二次聚集体破坏，则需施加而结合的二次聚集体破坏，则需施加一定外力。由于混炼胶的粘度和转子转速的影一定外力。由于混炼胶的粘度和转子转速的影响，在填充剂粒子中产
8、生了牵引力响，在填充剂粒子中产生了牵引力( (即剪切力即剪切力) )，一旦这个力超过了填充剂二次聚集体的聚集力一旦这个力超过了填充剂二次聚集体的聚集力后，填充剂就逐渐分散开来，生成的各个粒子后，填充剂就逐渐分散开来，生成的各个粒子( (炭黑一次聚集体炭黑一次聚集体) )就沿着橡胶滚动的方向而移就沿着橡胶滚动的方向而移动。动。 因此在分散阶段因此在分散阶段, ,需要一定的剪应力需要一定的剪应力, ,以便破坏聚以便破坏聚集体集体, ,若剪应力小于附聚力若剪应力小于附聚力, ,则分散难于进行。则分散难于进行。 一次聚集体一次聚集体二次聚集体二次聚集体填充剂填充剂分散分散对于对于非牛顿非牛顿流体流体l
9、 最大剪切应力最大剪切应力: l 最大剪切速率最大剪切速率:l 1胶料粘度胶料粘度l m流变常数流变常数l 转子棱处剪切速率转子棱处剪切速率l D转子棱回转直径转子棱回转直径l n转速转速l h间隙间隙l 则则max=1 (Dn/h)m 由式可见，由式可见，增大转子直径、转速，减小间隙增大转子直径、转速，减小间隙，均，均可提高剪切应力，从而提高分散的速度。可提高剪切应力，从而提高分散的速度。 将粒子从一点移到另一点，并将粒子从一点移到另一点，并不改变不改变其其物理形物理形状状和和大小大小，主要是使物种进一步，主要是使物种进一步分散均匀分散均匀。 均匀化均匀化需要使胶料如在开炼机上那样往复捣动需
10、要使胶料如在开炼机上那样往复捣动(用人工或翻胶装置用人工或翻胶装置)，在密炼机中则主要靠转在密炼机中则主要靠转子螺旋突棱的作用使其在密炼室中往复运动子螺旋突棱的作用使其在密炼室中往复运动。当剪切应力一旦超过破碎填充剂二次聚集体的当剪切应力一旦超过破碎填充剂二次聚集体的吸附力之后吸附力之后，填充剂的分散就与剪切应力无关填充剂的分散就与剪切应力无关，而决定于施加给混炼胶总剪切应变量。而决定于施加给混炼胶总剪切应变量。 由式可知由式可知，剪切速率剪切速率与与混炼时间混炼时间对对剪切应变剪切应变量量影响很大影响很大，若要在相同的混炼时间内达到若要在相同的混炼时间内达到一定的一定的 ，则需则需增加增加D
11、、n ，减小减小h。 实际上，在密炼过程中，在密炼机的密炼室实际上，在密炼过程中，在密炼机的密炼室内，以上几个基本过程是同时进行的。内，以上几个基本过程是同时进行的。 t混炼时间混炼时间 D转子棱回转直径转子棱回转直径n转速转速 h间隙间隙l由于力化学作用而使高聚物主链断裂，从而由于力化学作用而使高聚物主链断裂，从而使之变化更易变形如弹性较小的状态，即改变使之变化更易变形如弹性较小的状态，即改变物料的流变特性，使之适应于后面各加工过程物料的流变特性，使之适应于后面各加工过程的需要。的需要。w 生胶和配合剂由加料斗加入，首先落入两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
12、的压力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，个转子口部，然后再进入两转子间隙处，如此循环往复。如此循环往复。 胶料在密炼室中的混炼过程胶料在密炼室中的混炼过程胶料在密炼室中的混炼过程如下：胶料在密炼室中的混
13、炼过程如下：l1、 转子外表面与密炼室内壁间的捏炼作用转子外表面与密炼室内壁间的捏炼作用 （ 椭圆型转子密炼机椭圆型转子密炼机尤为明显尤为明显）（A）密炼机中流线和填充情况示意图密炼机中流线和填充情况示意图（B）局部放大，转子突棱棱峰处物料流动情况局部放大，转子突棱棱峰处物料流动情况 l转子表面与密炼室内壁间形成了一个转子表面与密炼室内壁间形成了一个环形间隙环形间隙，当胶料通过此环形间隙时，则受到捏炼作用。当胶料通过此环形间隙时，则受到捏炼作用。l由于转子表面制有螺旋突棱，它与密炼室形成的由于转子表面制有螺旋突棱，它与密炼室形成的间 隙 是 变 化 的间 隙 是 变 化 的（ 如（ 如 XM-
14、50密 炼 机 间 隙 为密 炼 机 间 隙 为 4-80mm,XM-250密炼机间隙为密炼机间隙为2.5-120mm），），最小最小间隙间隙在转子棱峰与密炼室内壁之间。当胶料通过在转子棱峰与密炼室内壁之间。当胶料通过此最小间隙时，受到此最小间隙时，受到强烈的挤压、剪切、拉伸作强烈的挤压、剪切、拉伸作用用，这种作用与开炼机两辊距的作用相似，但比，这种作用与开炼机两辊距的作用相似，但比开炼机的效果要大的多。这是由于转动的转子与开炼机的效果要大的多。这是由于转动的转子与固定不动的室壁之间胶料的速度梯度比开炼机大固定不动的室壁之间胶料的速度梯度比开炼机大的多，而且，转子突棱与密炼室壁所形成的透射的多
15、，而且，转子突棱与密炼室壁所形成的透射角尖锐。胶料在转子突棱尖端与密炼室内壁之间角尖锐。胶料在转子突棱尖端与密炼室内壁之间边捏炼，边通过，同时，还受到转子其余表面的边捏炼，边通过，同时，还受到转子其余表面的类似滚压作用。类似滚压作用。 l两转子的椭圆形表面各点与转子轴心线的距离不两转子的椭圆形表面各点与转子轴心线的距离不等，因而具有不同的圆周速度。因此两转子间的等，因而具有不同的圆周速度。因此两转子间的间隙间隙和和速比速比不是一个恒定值，而是不是一个恒定值，而是处处不同，时处处不同，时时变化时变化的。的。l速度梯度最大值和最小值相差达几十倍。可使胶速度梯度最大值和最小值相差达几十倍。可使胶料受
16、到强烈的剪切、挤压、搅拌作用。料受到强烈的剪切、挤压、搅拌作用。 又由于两转子转速不同，其相对位置也是时刻变又由于两转子转速不同，其相对位置也是时刻变化的，使胶料在两转子间的容量也经常变化，产化的，使胶料在两转子间的容量也经常变化，产生强烈的混合、搅拌作用。生强烈的混合、搅拌作用。 公式公式 由于上、下顶栓顶部的由于上、下顶栓顶部的分流作用分流作用，及两转子，及两转子的转速不同，可使胶料在左右密炼室中进行折卷的转速不同，可使胶料在左右密炼室中进行折卷捣换。其中一侧转子前面的部分胶料（高压区）捣换。其中一侧转子前面的部分胶料（高压区）被挤压到对面密炼室转子后面（低压区），并随被挤压到对面密炼室转子后面（低压区），并随之带入料斗中。彼此往复捣换，如两台相邻开炼之带入料斗中。彼此往复捣换，如两台相邻开炼机连续倒替混炼时相似。机连续倒替混炼时相似。l为了有效交换，一个转子必须把胶料直接拨到相为了有效交换，一个转子必须把胶料直接拨到相对应的转子棱峰后部间隙中。否则，因压力平衡对应的转子棱峰后部间隙中。否则，因压力平衡性阻止交换。这就要求两转子转到适当位置进行性阻止交换。这就要求两转子转到适当位置
