橡胶混炼设备使用现状与工艺发展

橡塑技术与装备

次之间参差不齐，混炼效果的差异性明显等。正因如此，随着密炼机的出现和发展以及橡胶厂生产规模的大型化和合成橡胶的大量使用，从20世纪50年代之后，开炼机已逐渐退出轮胎生产等大型混炼领域。70年代有了翻转式密炼机以后，开炼机在工业橡胶制品厂和胶鞋厂等的使用也逐年减少。目前，除中小型橡胶厂和特殊橡胶的混炼仍以开炼机为主之外，主要是作为补充混炼的手段和密炼机下片、压延机、挤出机热炼供胶的主要机种。

CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

混炼），而使用密炼机不超过3~5 min（中速和快速混炼），极大地提高了生产效率。同时，由于混炼温度相应地由60~80 ℃提高到140~160 ℃甚至170~180 ℃，因而也加速了橡胶降解裂变的程度。

高温的混炼效果往往不如低温好，出现质量事故的频率也增加。因此，为控制温度的上升和使橡胶有恢复和熟化的机会，现在普遍采取多段混炼的方法。一般视橡胶与配合剂材料的种类、数量和混合的难易程度，将其分为1~4段混炼，配合药品可以分段加入，每次缩短到3~5 min，温度控制在140~160 ℃，最终一段加硫磺的温度要降到80~100 ℃，时间不超过1 min。这样可以有效解决胶料均混的问题。

密炼机除了先加胶、后加药的传统混炼程序之外，有时也常常采取同时投入的方式，个别场合甚至采用先加药、后加胶的逆序式混炼法，以达到短时间控制温度保证均混的目的。近年来，开始大量使用双速密炼机混炼，即高速下母炼和低速下混炼的方法。对于精细胶料有的还使用多速或变速密炼机混炼。高速密炼机大多配置强制冷却系统，以控制混合室内温度的上升，但水冷温度也不宜过低，以免引起混合室壁产生冷凝水而影响胶料质量。

密炼机的另一缺点是，肉眼无法观察橡胶混炼的情况，混合室也难以彻底清洗干净，夹胶、漏药、渗油等现象时有发生，给胶料质量性能、换料生产带来不少困难，同时也给设备维护保养和环境清洁带来诸多不便和不利因素。为了使密炼机的混炼质量达到开炼机的水平，多年来一直在不断进行研究改进，现已发展到第4代产品。

汉寇克最初设想的密炼机（Mixer）为1837年专利记载的像切菜机那样的单螺杆搅刀机，只能用于天然橡胶的塑炼。1913年，德国W&P（Werner and Pfleiderer）公司最早取得了GK型密炼机（Gummi Kneter）的技术专利并随后投入生产，以后逐步发展为现今的GK型密炼机。因系在机内混炼，故又称为印泰美型（Intermix），简称G型。1915年，在该公司工作过的Fern－

第33卷　　第5期

１．３　　密炼机

使用密炼机炼胶可以有效克服开炼机的上述一系列缺点，而且生产效率还可获得几倍到几十倍地提高。例如与550型开炼机投料容量大体相同的3A型密炼机，一次混炼的生产效率为开炼机的3倍。同样，投料容量为140 L的11号密炼机则为550型开炼机的11倍左右。一般开炼机的混炼由于完全靠手工作业，其辊筒直径和长度往往受到限制，只有在400~560 mm×1 000~1 530 mm之间，人的操作活动才可以随意自由正常。大到660 mm×2 130 mm和750 mm×2 500 mm之时，一次投料量要达90 L和120 L，对一般操作人员来讲就感到有些吃力。如再增大到860 mm×3 050 mm、容量达171 L，可说已达一般人的体力极限，非少数年轻力壮工人莫属。而密炼机由于机械投料和自动排料，从小到20~90 L到大至120~200 L乃至280~600 L，不受任何限制。

近些年来，密炼机伴随着上辅机的橡胶、配合剂材料的自动称量、运输、投料系统日臻完善，以及下辅机由开炼机辊筒下片改为螺杆机辊筒压片，还有下工序连续冷却装置和自动堆放运输系统的连续化，炼胶已成为微机、光机电一体化的自动生产线。因此，一次投料量更进一步扩大到280、470、600 L，出现了F370、F620和GK650、F800等超大型、巨型机组。

密炼机的一次混炼时间，也由于转子转数从常规的20 r/min慢速提高到30~40 r/min中速乃至60 r／min的快速，较之开炼机缩短了5~10倍以上。原来用开炼机要30~40 min（仅为一次

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橡胶混炼设备使用现状与工艺发展

于清溪 橡胶混炼设备使用现状与工艺发展

Ley H．Banbury发明并申请了有别于印泰美型的以发明人命名的班伯里型（Banbury）密炼机，然后回美于1916年在美国法雷尔（Farrel）公司开始生产，几经发展改进，由初始的以数码命名（1、3、9、11、27）到加注英文字母的A型、D型，一直到现今的F型。

G型和F型2种密炼机的结构基本是相同的，它们都把开炼机的剪切挤压式圆形辊筒改为棱形曲轴式辊筒。所不同的是F型为线形相切的椭圆形辊筒，G型为线形啮合的三角形辊筒。由于辊筒转子形状的不同，不仅密炼机与开炼机的混炼效果不尽相同，同时2种密炼机之间也存在着微妙的差别。

1934年，英国人R. Cook取得与开炼机辊筒形状相同的转子呈圆筒形带齿的咬合式密炼机专利，并在英国弗兰西斯－萧（Francis－show）公司投入生产，称为K型密炼机。该机从投料量3 L的K1微型机，一直发展到510 L的K10巨型机，主要着眼于合成橡胶并谋求解决难混胶料的炼胶质量问题。1937年意大利波米尼（Pomini）公司对咬合式密炼机又作改进，研发出同开炼机一样可调整转子间隙的可变辊距密炼机，接着又出现了转子速度相同的同步转子密炼机。现在，K型密炼机继F型和G型之后，已成为橡胶混炼的又一大机种。

从现实使用情况观察，F型的班伯里机和G型的印泰美机都堪称为典型的标准密炼机，各具特点，各有千秋，互为补充，不相上下。而K型的弗兰西斯机可视为取代开炼机的改型密炼机，除具有F型、G型通用性的用途之外，在特种橡胶的混炼和特殊用途方面，显示出独到的特点。

际上为半密闭式的炼胶机，故而人们又将其称为捏炼机（Kneader）。捏炼机虽然转子同密炼机一样，但整体结构简单，价格便宜，而且可以两面加料，翻转排料，混炼过程中也可观察混炼状态。尤其是一般不用安装，可以整体移动，使用起来非常方便，因而发展十分迅速，其数量已远远超过标准型和改进型的密炼机。

多年来，捏炼机经过不断改进完善，性能不断有所提高，有效地代替了开炼机混炼，现已成为密炼机的另一大流派。捏炼机的投料容量也由初期的3~55 L逐步扩大到75~200 L，近来还出现类似GK650、F620和K10那样的投料容量高达500 L以上的巨型机。捏炼机正在同密炼机争夺剩余的市场，现已在胶鞋和工业橡胶制品生产领域占据优势的地位。

捏炼机实际上属半密闭型设备，自动化程度也低，可以说是介于开炼机与密炼机之间的中间产品。环境污染仍是有待解决的大问题；同时不宜炼硬胶，使用受到一定限制。在生产效率上，混炼时间虽比开炼机缩短1倍，但较之密炼机要长2倍。通常，混炼一车料要15~20 min，因此生产效率仅为同类密炼机的1/3左右。然而它的动力消耗较低，一般仅为开炼机的1/2，而且像开炼机一样换料方便，易于清洗，特别适于小批量多品种交替生产的方式。

１．５　　连续混炼机

尽管密炼机已达到很高的生产效率，每个混炼周期缩短到3~5 min的很短时间。然而，间歇式生产带来的批次之间的胶料质量差异始终难以彻底解决，同时给生产线连续化带来一定困难。因此，连续混炼一直成为橡胶业界梦寐以求、执著追寻的方向。从1845年H.Bernly和R.A.Broomun在英国制成人工驱动的压出机，1854年发明柱塞式压出机用于古塔波橡胶电缆生产，到1880年开发螺杆式压出机生产轮胎用橡胶零部件和1945年开始用于天然橡胶塑炼之后，历经半个多世纪漫长岁月的摸索，终于在1950年研发成功以螺杆挤出为特征的连续混炼机。

螺杆连续混炼机虽然在塑料工业很快得到

１．４　　捏炼机（半密炼机）

为推进开炼机的密闭化和密炼机的可视化，1958年日本神户机械最早推出了橡胶用的捏炼机。接着日本森山（Mori－Yama）公司在1960年也研发出介于密炼机和开炼机之间的混合室可翻转的密炼机，称之为伲达型（Kneader）密炼机并申请了专利，简称M型，从1970年起，在橡机市场上开始推广。它形似密炼机，但实

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