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

转子对混炼的影响最大。因此，为提高炼胶质量和生产效率，减少混合生热和动力能耗，都将转子作为重点来研究，对其几何形状、角度、配置、棱数和长短棱比、转子转数、速比、冷却和间隙进行对比。据称，现在研究开发的转子种类已达36种之多，但目前生产使用达到产业化的主要还是椭圆形、三角形和圆筒形3种基本形状结构，前两者为相切型、啮合型，后者为咬合型。前者的棱片为提高剪切频率，已从多年标准型的2W逐步增加改为4W、4WH、ST到ZZ2型，生产效率提高了20%~30%以上。目前6W1型也开始进入实用阶段，电机功率也相应增加20%~30%。咬合型的棱片也出现了PES1、PES3和VIC等导型棱片，并且开始扩及用到F型和G型的转子上。新的啮合型Co-flow密炼机的特点是L/D值大，投料可以顺/逆时针流动，填充系数高达82%，对各种胶料的混炼效果都比一般啮合型转子好。

混炼的剪切作用机理，在开炼机基本上是由辊筒间内外剪切力和翻捣达到提高混炼的目的。在密炼机对相切转子如2W、4W、4WH、ST、ZZ2等主要是靠两转子之间的剪切为主，啮合和咬合转子如PES1、PES3和VIC等则要靠转子与混合室之间的外剪切为主来达到混炼的最终要求。内外剪切及其混合的剪切力可殊途同归，但混炼效果毕竟不尽一致，消耗动力也不尽相同。

一般来讲，相切型转子间隙宽广，易发挥上顶栓压砣压下效果，填充系数高，吃胶速度快；而啮合式转子的冷却面积大、橡胶升温较慢，软化剂油的混入快。混炼的顺序和胶料动向，前者为分散/混合，向转子中央方向进行；后者为混合/分散，向外侧混合室壁方向前进，因而转子速度前者也较后者快5~20 r/min。综合起来分析，相切型转子有利于轮胎胶料，啮合式转子对工业橡胶制品难混料更显现出优越效果。因此，以相切型转子为特征的F型密炼机和以啮合式转子为特征的G型密炼机，都在转子上相互借鉴各自优点，出现了上面所述的各类新式转子。

现在，最常用的4W转子密炼机，以F270为例，在标准速度20 r/min下配置的电机已由2W的400 kW增大到600 kW，增加50%；容量由270 L减至245 L，减少10%上下。为充分发挥密炼机快速炼胶的优越性，转子的旋转速度也跟着成倍和成2倍提高，使混炼时间大大缩短。原来同开炼机速度基本相同的20 r/min单一慢速密炼机也已基本被淘汰，代之以30/40 r/min和40/60 r/min的双速的中速和快速密炼机。70年代一度达到40/80 r/min的大型高速密炼机，在因生热和混炼质量问题而停顿数十年之后，如今由于成功地解决了强冷和温控问题又被提上议事日程。转子速度的提高，同时也带动了电机功率的大幅增加。以F270机来说，从20、40、60 r／min到80 r／min，配置的电机分别要提高到510、710、1 000、1 600 kW和2 000 kW，每段平均约增加20%~40%之多。

转子速度同混合室大小和混炼时间长短有着密切关系。通常在设定混炼为10 min时，微型机（有效量3~10 L）的转子转数最高可达150~250 r/min，此时仍可将混炼温度控制在规定的140~160 ℃之内，因此一般平均在100~120 r/min下操作。中小型机（有效量30~100 L）也可达80~ 100 r/min。而大型机（有效量110~190 L），在正常情况下为60~80 r/min。对超大型和巨型机（有效量200~600 L）目前仍停留在40~60 r/min的速度，多数在40 r/min下操作，只有少数达60 r/min。

高速混炼必然使生热显著上升，为此大多采用低温水强制冷却的方式，使温度得到控制。然而，水温过低时常会在混合室壁上出现冷凝水，对胶料质量产生极为不利的影响。因此，人们不得不将出口水温进行控制，一般来讲，对天然橡胶为30~35℃，丁苯橡胶等合成橡胶可达40~45℃。高速混炼往往还会产生橡胶过度塑化，造成混炼不均以及凝胶、解聚、焦烧、自硫等增多的现象。从混炼质量来看，大多希望以较低温度和较长时间混炼为宜。

为取得混炼质量与效率的平衡，适应各种胶料不同的混炼要求，现今密炼机大多采用双

2007年　 第33卷 13