粉状橡胶连续混炼加料装置设计

3.0 闻远设计 2023-08-10 97 4 2.53MB 29 页 30光币

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1绪论

1.1 研究背景及意义

橡胶的混炼工艺是橡胶加工中最基本，最关键的过程之一[1]。人们在不停的尝试着改

进混炼设备和混炼工艺，以期望提高炼胶的质量和产量。一百多年前，混炼主要依靠开

炼机来进行[2]。但开炼机存在诸多问题，混炼质量差，工人工作环境无法保障，效率极低

等，混炼工艺需要改进。所以，本伯里于二十世纪初研发了后被人称为本伯里密炼机的

新型密炼机。这种密炼机的转子有两根螺棱,断面为椭圆形。

现阶段密炼机的发展情况主要是在原有设计的基础上利用各种新式技术进行进一步

的改进[3]。虽然密炼机经过长时间发展和工业上的使用已经较为成熟，混炼效率尚可，不

过间歇式的混炼仍会带来很多缺点，例如质量不稳定等，同时现在虽然已经有了连续混

炼的设备和工艺，但原料上的高要求，其要求粉状或粒状的原料来进行混炼，这显然限

制了连续混炼的广泛使用 [4]。

1.2 密炼机简介

密闭式炼胶机主要被用来进行橡胶混炼。1820 年发明了开放式炼胶机，简称为开炼

机，其使得橡胶工业发生了根本性的转变，但是开炼机存在着许多的缺点，例如劳动强

度过大，效率低下，粉尘污染严重等等，这影响了人身健康，所以，人们开始去思考能

否把混炼设备用罩子覆盖住，这样，逐渐就发展出了密炼机。从 1916 年本伯里型密炼机

被发明出来后，密炼机的优秀效果逐渐被人所知，它在橡胶混炼的过程中展示出了一系

列比开炼机优秀的特点，例如：容量较大、耗时短、生产效率也很高；其也可以较好地

克服粉尘，同时减少配料的损耗，改善混炼的质量与工人的工作环境；操作较为安全方

便，可减轻劳动的强度；有利于实现机械化与自动化的操作等[5]。

粉状橡胶连续混炼加料装置设计

图1-1 密炼机示意图

Fig.1-1 Schematic diagram of internal mixer

1.3 连续混炼研究现状

随着轮胎工业的发展，橡胶制品对胶料质量要求不断提高，这也导致了微粒和有毒

硫化促进剂的增加，所以使用开炼机进行混炼已经无法满足生产的需要。因此，密炼机

在1920 年代就被引入橡胶加工行业了[6]。

二十世纪中期，以螺杆为关键部件的新式混炼设备被逐渐研发出来。这种类型的连

续混炼设备具有以下诸多优点[7]：

(1)实现连续化混炼后，可以进行一体生产线式的生产，简化生产线上的设备，降低

生产场地的需求，降低材料存放时的时间，大大提高经济效益；

(2)可以无需上下辅机的庞大系统，使得混炼设备小型化，缩短流程，节省的设备投

入；

(3)降低能耗耗，减小噪音，改善节能情况，进而实现更加环保，实现清洁生产；

(4)混炼时混炼的时间、速度、温度、质量和数量均可以进行有效控制，使胶料的性

能稳定，一致，大幅提高胶料的合格率。

(5)减少生产时所需要的人力，减轻劳动强度，便于进一步实现自动化生产以及无人

操作，可以建立自动化车间。首先使用范围的限制较大，橡胶原料必须提前制作成颗粒

状，配料的种类和数量也不能过多。接下来胶料的混合分散效果不好，如何对胶料进行

均匀的混合成为一个问题。因此，从 2000 年以前的半个世纪中，连续混炼机多次被作为

重点去研究，也出现过多种不同类型的混炼设备，虽然历尽坎坷，但也未能完全实现工

业化生产的目标。

密炼机的密炼室内的胶料主要有两种方向的流动：轴向流动和周向流动。间歇式混

炼设备有着一定的发展历史，从 1920 年代以来混炼设备中密炼机逐渐取代开炼机之后，

密炼机经过了数个发展历程。从无压砣到压砣的出现及改进 [8]。像在密炼机的重大改进之

一是转子逐渐由切线型改进为啮合型。

因为间歇式密炼机存在着许多缺点，人们为了避免这些缺点逐渐在试着设计一种有

着更好混炼性能的混炼装置去代替间歇式的混炼，所以连续混炼技术逐渐得到了发展。

和间歇混炼相比，连续混炼技术有着以下几各优点[9]:

(1)连续混炼无需周期加料及卸料，可使混炼机的混炼能力得到充分的发挥。这样就

能提高单台混炼设备的生产能力，从而大大提升混炼的效率。

(2)连续混炼机运行于稳定的机械条件和热条件中，可以对这些参数进行有效地调整

和控制，使混炼过程进行在最佳的状态。

(3)连续混炼可大幅度提高混炼生产的自动化程度。

(4)连续混炼能耗稳定，不会出现较大峰值，有助于节省能源[10]。

(5)采用连续混炼机进行混炼，可以取消各种辅助设备。这可以大幅简化生产设备，

降低生产的成本。取消上、下辅机也可以使厂房无需过高，从而可以节约一定的占地面

积，这也能很大程度的降低厂房的投资。

(6)密炼机在进行混炼过程时，加料或卸料的过程中无法同时进行混炼，但连续混炼

设备就没有这个情况，其可以在加料卸料的同时进行不间断的连续生产，这能大幅提高

生产效率，且可以降低劳动的强度。

连续式混炼装置使用机筒取代密炼室，转子在机筒中旋转，从而对胶料进行混炼，

并通过螺杆将胶料逐渐向卸料段推进[11]。连续混炼设备的混炼质量与加料设备有关，混炼

质量会受到原料配方波动的影响 [12]。

连续式混炼机最早是单转子形式的，圆筒型机筒安装于机架之上，机筒为圆锥形，

机筒壁上有着冷却口、加料口及各种配料的加料口。圆锥转子的表面开有螺旋形的槽，

使用冷却水对其进行冷却，物料由加料口加入并因为转子旋转而被进一步送入间隙中进

行混炼过程，同时转子上的螺槽可以给胶料一个轴向运动的力使得胶料向挤出段移动[13]。

胶料沿着圆周方向运动时受到的混炼是最强的，轴向的混炼作用相对弱一些。此混炼设

备对混炼过程中加入的各种配料的比例波动较为敏感，所以混炼时也无法保证混炼质量

是否均匀，可通过调整转子和筒壁之间的间隙来改变混炼过程的强度。

双转子连续混炼机是把两个转子安装与同一个混炼室内的混炼设备，此连续混炼设

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摘要：

1绪论1.1研究背景及意义橡胶的混炼工艺是橡胶加工中最基本，最关键的过程之一[1]。人们在不停的尝试着改进混炼设备和混炼工艺，以期望提高炼胶的质量和产量。一百多年前，混炼主要依靠开炼机来进行[2]。但开炼机存在诸多问题，混炼质量差，工人工作环境无法保障，效率极低等，混炼工艺需要改进。所以，本伯里于二十世纪初研发了后被人称为本伯里密炼机的新型密炼机。这种密炼机的转子有两根螺棱,断面为椭圆形。现阶段密炼机的发展情况主要是在原有设计的基础上利用各种新式技术进行进一步的改进[3]。虽然密炼机经过长时间发展和工业上的使用已经较为成熟，混炼效率尚可，不过间歇式的混炼仍会带来很多缺点，例如质量不稳定等，同时...

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