橡胶混炼设备使用现状与工艺发展

橡塑技术与装备

速的方式，并逐步向多级变速的方向发展。通常利用快速高温进行塑炼、母炼，以中速低温进行混炼加硫磺。目前微小型机大多已改为无级变速，中大型机也为多级变速，超大型和巨型机大多为双速，20/40和30/60。不同速度和变速混炼给炼胶带来了极大便利，可以根据胶种、配方和胶料的软硬程度来选择最佳的混炼条件。同时，双速混炼可使时间相对缩短1倍以上。如20 r/min时为10 min，40 r/min即可降至5 min，60 r/min则进一步缩短到2.5 min，80 r/min可减到2 min以下。为解决高速混炼使温度急剧升高和时间大幅缩短给胶料带来的诸多不确定因素和减少胶料性能的波动偏差，现在普遍采取多段混炼的方式。多段混炼的效果非常突出，甚至远远超过低温长时间一次混炼。

转子直径以圆筒形来说，几乎与同容量的开炼机辊筒直径相同，例如K6的总容量168 L，有效容量为100 L，其转子直径为600 mm，而大体同一容量的650型开炼机有效容量为92 L，辊径为660 mm。密炼机的投料口和上顶栓，为适应快速投料和加压混炼的需求，其直径也逐渐扩大至近乎转子直径的程度，一块35 kg重的橡胶不用切开可以一次投进，设计压力可达0.5~0.8 MPa，以满足炼制特硬胶的要求。

由于子午胎的发展，轮胎硬胶不断增多，一般标准型的密炼机已显得力不胜任。近年出现了功率更大的强力型密炼机，而且正逐步占据主流。同一规格密炼机，强力型所用电机功率比普通型的一般要增大1倍。60转F270普通型为525 kW，强力型为900~1 300 kW。现在超大型以上到巨型机几乎已全部为强力型机，电机功率最高达到3 000~3 300 kW以上，成为单机吃电的大户。与之同时，混炼含有白炭黑的胶料时不仅对转子使用限度是个考验，同时也对混合室带来侵蚀性，由此使密炼机的使用寿命由通常的10 a减到了7 a，有些甚至短到不超过4 a。因此，除了推出新的转子之外，还出现了可变间隙的密炼机，在混合室中能提供可变阻力和可变速度的密炼机等等。

目前在美欧等国家，同步相切型转子的F

CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

型密炼机大约57%用在轮胎厂，23%用于工业橡胶制品厂，塑料厂占13%。与之相似的啮合型转子G型密炼机，除5%用于轮胎和79%用于工业制品之外，电缆占7%，塑料占有6%。近年G型密炼机除了GK－N型之外，由于大力发展了PES3型转子更适于子午胎橡胶混炼的GK－E型，扩大在轮胎厂的使用。咬合型转子的K型密炼机约有80%用于工业橡胶制品厂，其余用在轮胎厂等方面。日本及东南亚等国对翻转式的M型半密炼机使用甚多，大约1/2左右用于工业橡胶制品厂，1/3用在胶鞋厂，其他多为塑料加工工厂所用。

２．４　　上下辅机与自控系统

上下辅机及其自控系统是实现密炼机大型化、高速化、强力化的重要前提条件。如果2~3 min一个周期、一次产胶200~300 kg的超大型密炼机，仍沿用传统的以人为主的投料和排料方式，其劳动强度之大是不可想象的，已经远远超过了开炼机。同时，环境污染和胶料质量问题也顿现，使用密炼机的优越性尽失。为此，人们对上下辅机系统装置的机械化自动化，多年来投入了巨大力量，付出了昂贵代价。

50年前出现的相当于550型开炼机27倍生产效率的27号巨型密炼机，有效容量350 L，一次混炼400 kg胶料，当时下辅机要配置4台650型开炼机加硫磺压片，排料分配相当困难，多个工人来往穿梭，忙乱不堪；使用1台850型开炼机，虽可一次加硫磺压片，但工人在这种庞然大物面前操作，劳动强度很大，不胜其力，终因遇到种种困难，无法普遍推广而中断。因此，密炼生产多年来一直停留在大型密炼机混炼和配置1~2台开炼机加硫磺压片的密炼机与开炼机同时串联的程度。而更多地是采用2台开炼机一台加硫磺另一台压片或2台交替接胶压片、加硫磺压片的生产方式。

对快速和高速密炼机来说，显然是2台开炼机压片已无法适应密炼机的生产要求，于是螺杆压片机应运而生，并出现随密炼机大小而专门配置的双锥双螺杆，直径从360 mm×150 mm、480 mm×200 mm、600 mm×250 mm、750 mm×

第33卷　　第5期

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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

300 mm、935 mm×415 mm到1 080 mm×500 mm的各种大小辊径（350~850 mm）的辊式螺杆压片机。而且大多与密炼主机连成一个机组，压片宽度可从400 mm到1 200 mm，从密炼机间歇投料、排料到螺杆机连续压片一直到挂片机冷却堆放，形成一条上下15~25 m高、前后达20~40 m长的生产线。现在可以说，下辅机已经完全实现了自动化。

上辅机系统也基本实现了半自动化，粉体填料从储斗和液体软化剂从储缸开始皆已达到自动输送、自动称量和自动投料的三自动程度。配合小药也已达到自动输送称量，集中混合并同橡胶一起机械投料的水平。整个配合时间可在1~2 min之内完成，同主机运行完全匹配，并且达到高度精确的标准。除橡胶之外，几乎所有配合剂材料皆可在管道和密封装置内通过气流或机械输送形式达到密闭化目的，环境污染问题得到一定解决。

现在，上下辅机已成为一个庞大的系统，其复杂程度大大超过密炼机本身，所花的投资费用高出主机2~3倍。整个系统实行PLC控制，达到了一机化的效果。微机、电脑、光机电、传感器等的采用，还可以随时了解混合室混炼以及投料、排料的具体情况并及时进行调整，大多数可以做到自动显示温控、时控，或功率积分仪能控混炼的质量情况。过去常需10人以上操作的大型密炼生产装置，在实现了PLC化后已减少到2~3人。目前已实现在一个小的电子计算机室内可以指挥全车间多台密炼装置的生产，使橡胶厂的密炼车间实现集群化和群控化。近年来，还出现了智能型密炼机，对混炼温度、时间和能量不仅能够实行测量、控制，而且还可以自动通过改变转子速度、上顶栓压力、冷却条件等进行自动调节，以达最佳混炼效果。

同一设备有效容量，密炼机组的占地面积仅为开炼机的约1／10，而生产效率则为其10~30倍，操作工人节省更多。但密炼机组要立体安装，需高达20 m以上的多层建筑，形成一个庞然大物。设备一次投资费用往往高达1 000多万元，巨型密炼机组甚至要达到2 000万~3 000万元的巨额资金，电力消耗占到工厂的1/2左右。因此，这样的资金密集型设备，除了大型轮胎厂之外，对一般中小型橡胶企业来说令人生畏，望而却步。密炼机未来改革发展的方向，到底是大中型为主向高速化发展，还是走超大型、巨型化的中低速方向，仍是众说纷纭，有待今后在实践中解决的一个课题。

另一方面，不管密炼机的大型化还是高速化，都是间歇式生产，容量的增大和时间的缩短都会使混炼差异性机率增加，而每次开机的电量消耗更是一个沉重负担。为此，节能型、功能型、环保型密炼机更是人们追求的方向。节能降耗、小型高效，应该是混炼的重要课题。同时，炼制子午胎含白炭黑的胶料使混炼难度进一步增加，对密炼机的适应性也提出了挑战。在这种技术指导背景之下，当螺杆连续挤出在塑料等行业取得重大技术进步的今天，橡胶工业许多人对连续混炼又重新燃起希望之火，给予更多关注。

迄今为止，螺杆技术的发展在橡胶工业生产中不仅已取代了开炼机压片，同时也大部代替了开炼机热炼。螺杆挤出机由压出橡胶零部件发展到注压成型硫化机，已使非模品和模制品的压出、成型和硫化实现一机化，形成了连续自动化一条生产线。螺杆机更早在60年前的1945年即已用于天然橡胶的塑炼，出现了直径达250（功率155 kW）、300 mm（功率245 kW）和350 mm（功率310 kW）的大型塑炼机，每小时生产量可达900~2 200 kg。

然而，螺杆挤出用于橡胶混炼，不管从1 950~1 960年美国开始出现FCM连续混炼机，经过单双螺杆、收敛螺径、多段螺刀等各种螺杆形式，改进到如今的FTX、MVX机，还是德国由ZSK发展到EVK已经商业化的传递式连续

３　　未来

现今，大型现代化的密炼机组已成为橡胶工业现代化的主要标志之一，使橡胶加工真正由劳动密集型转化为资金和技术密集型，由此晋升到现代制造业。

2007年　 第33卷 15