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1、新型的密炼机下辅机——连续混炼机的原理山东化工学院纪冰汪传生编译赵嘉澍校第三代传递式混炼机可以进行全过程控制,克服在混炼质量、温度控制、机构简化等方面存在的缺点,确保减少初期投资成本和日后运转费用。关键词:连续混炼机,多段剪切传递混炼,纵向混炼从1965年到1979年,大约有50台第一代传递式混炼设备安装在世界各地轮胎厂的炼胶车间中,用作密炼机的下辅机。目前,这些传递式混合设备大多数已淘汰,因为它的混炼能力达不到目前的要求,且生热过高。最近,Francisshaw公司向市场推出一种串联式(双级)密炼
2、机,即用一台密炼机进行母炼,在其下游再安装一台尺寸较小的不带上顶栓的密炼机,用于冷却胶料,并进行终炼。自从第一代传递式混炼设备问世以来,传递混炼技术已取得很大进展,而用户对提高密炼机效率的要求,进一步促进了对传递混炼原理的探讨。图1第一、第二代传递混炼段的展开和分解图多段剪切传递混炼(MCT)冷喂料挤出机自1980年以来,已有数百台规格为50～250mm且对各种难混胶料的塑化能力有很大改善的冷喂料挤出机供应市场。参见图1和图2,这种挤出机在传递段有许多密集的螺旋形沟槽,因此改善了横向混炼能力。持有生
3、产许可证的公司有:主要从事轮胎翻修的慕尼黑AZ模具及机械制造公司;生产用于混炼各种胶料(包括难混胶料)的MCT的瑞士苏黎士RCMAG公司;以及汉诺威的贝尔斯托夫公司,该公司生产的改进型销钉挤出机(SC)可加工销钉机筒挤出机图2与图1相对应的纵向截面剖视图所不能加工的胶料。上述机台均装有可调节流阀,从而拓宽了适用胶料的范围。的混炼能力MCT1994年4月,IKV(德国亚琛国家技术学院塑料加工研究所)有关MCT混炼性能的研究报告指出:螺杆几何形状与机筒几何第26卷第1期新型的密炼机下辅机——连续混炼机的
4、原理·39·形状的一定结合,以及节流阀的应用,对改善炭黑分散性和终炼质量的效果与采用常用密炼机的效果一样好。喂料方式有两种:一种是喂入不同粒径的粒状母炼胶,该母炼胶应在螺条混合器中与硫化剂一起预混和;另一种方式是喂入两种母炼胶条,一种胶条混有硫化剂,另一种胶条则加有促进剂。多年来,某公司把从不同供应商处获得的喂料胶条与载重车胎胎面胶混在一起,直接贴在打磨好的胎体上,然后模压硫化。此外,对于用预硫化胎面进行翻胎,AZ公司还提供一种生产缓冲胶料的密炼机2挤出机生产线,用于分别制造含硫黄喂料胶条和含促进剂
5、喂料胶条,这两种胶条均有良好的贮存稳定性。在85°C左右的条件下,胎面直接挤出到胎体表面上,在硫化罐中快速硫化。预混合粒料喂料和两种胶条喂料均可保证在MCT挤出机加料段中预分散均匀。但MCT挤出机不作为密炼机排胶用下辅机,尤其是在缩短混炼周期时。行的有序混炼能力。图4与图3相对应的纵向截面剖视图图2图示了前两代传递式混炼几何结构中胶层模型(用卡片制成)组件工作原理。传递混炼从四个供料螺槽起始端开始,将物料传递到四个受料螺槽末端。被传送的“胶层”涂成黑色,这样可清楚地看出,没有一个胶层被剪切过两次,但
6、也没有遗漏。在传递区供料螺槽起始端处的四个胶层正是在受料螺槽末端被混合的胶层,这就是被称为横向混炼的原因。螺槽截面宽度取决于围绕周边的供料螺槽数和受料螺槽数,而传递胶层(被涂成黑色的卡片模型)的面积则由螺槽宽度所确定。同样,传递区的展开长度(被分成供料螺槽的深度)决定了传递胶层或被研究体积元的厚度。图2说明应考虑迭加效应,即正被传递螺槽中的涡流及一层一层从里到外的翻转,此时胶层可认为是连续的卡片模型。位于传递段起始处供料螺槽中的涡流中心(虚线表示)到受料螺槽未端处的涡流最外层结束。在传递时,新鲜的胶
7、料层沿着两螺槽壁连续不断地流动,这是实现橡胶(不良导体)与金属表面间热传递的先决条件。这说明,传递式混炼设备的几何形状、另件尺寸及工作强度均由设计者决定。因而,采用这样的几何形状,可用数字精确地表示混炼质量,而不是大略估算。同样,能量输入也较其他那些体积元几何形状未确定的设备少。那些设备的几何尺寸是用Gaussian概率分布法确定的,有时太小,有具有纵向混炼能力的传递式混炼机图3和图4为第三代传递式混炼原理示意图。与图1和图2所示的前两代混炼设备进行比较,有助于检验以两种不同方法所进图3第三代传递混
8、炼段的展开和分解图·40·世界橡胶工业1999时太大。因此,所有那些设备都需至少计算一次,主要部件则必须反复验算。图3和图4表明了第三代传递式混炼原理,同时也表明了其特征:在图示的特定结构中,只有逆转向螺槽的第二个交叉面才是传递区(黑色部分)。这与图1、图2完全不同,图1和图2中是每个交叉点都有此功能。这称为‘纵向混炼’,‘纵向混炼’也可通过几何方法用数字表达清楚。图9显示了一个实例:每第四个交叉面积是一个传递面积或工作面积,这说明纵向混炼比横向混炼多得多。图5MCT
