密炼机工作原理及参数
合集下载
密炼机工艺技术
密炼机工艺技术密炼机是一种用于将橡胶和塑料等高分子材料与添加剂进行混合的设备。
它在橡胶工业和塑料工业中起着至关重要的作用。
密炼机工艺技术是指在密炼机中进行橡胶和塑料的混炼过程中所采用的一系列工艺控制技术，旨在提高产品的质量和生产效率。
本文将介绍密炼机工艺技术的基本原理及其在工业生产中的应用。
密炼机工艺技术的基本原理是通过密炼机的混炼过程将橡胶和塑料与添加剂进行混合，以改变其物理和化学性质，从而得到所需的材料。
混炼的过程主要包括三个步骤：进料、混合和放料。
在进料过程中，橡胶和塑料都需要被加入到密炼机中，而添加剂则在此过程中逐渐加入。
在混合过程中，密炼机通过旋转搅拌器将材料进行搅拌和研磨，以实现材料的均匀分散和混合。
最后，在放料过程中，将混合好的材料从密炼机中取出，以供后续加工和生产使用。
密炼机工艺技术在工业生产中的应用广泛。
首先，在橡胶工业中，密炼机工艺技术被用于混炼天然橡胶和合成橡胶，并加入各种添加剂，如硫化剂、加工助剂、增塑剂等。
通过密炼机的混炼过程，可以将橡胶与添加剂均匀混合，提高产品的性能和品质。
其次，在塑料工业中，密炼机工艺技术被用于混炼各种塑料树脂和添加剂，以实现塑料的改性和增塑。
通过密炼机的混炼过程，可以将塑料树脂与添加剂充分分散，提高塑料的加工性能和产品的性能。
此外，密炼机工艺技术还可以用于生产橡胶和塑料制品，如橡胶轮胎、橡胶管、塑料制品等。
在生产过程中，通过精确控制密炼机的工艺参数，如温度、转速、料位等，可以实现对产品性能的调控和质量的控制，以满足不同产品的需求。
同时，密炼机还可以用于废旧橡胶和塑料的再生利用。
通过密炼机的混炼过程，可以使废旧材料恢复原有的性能和品质，减少资源浪费和环境污染。
总之，密炼机工艺技术是一种在橡胶工业和塑料工业中应用广泛的技术。
通过密炼机的混炼过程，可以实现高分子材料与添加剂的均匀混合，提高产品的性能和品质。
同时，密炼机工艺技术还可以用于生产各种橡胶和塑料制品，以及废旧材料的再生利用。
密炼机工作原理及参数
ppt课件
17
胶料在密炼室中的混炼过程如下：
ppt课件
18
二、胶料在密炼室中所受的机械作用 1、 转子外表面与密炼室内壁间的捏炼作用 （ 椭圆型转子密炼机尤为明显）
（A）密炼机中流线和填充情况示意图 （B）局部放大，p转pt课子件突棱棱峰处物料流动情况 19
转子表面与密炼室内壁间形成了一个环形间隙， 当胶料通过此环形间隙时，则受到捏炼作用。
由于转子表面制有螺旋突棱，它与密炼室形成的
间 隙 是 变 化 的 （ 如 XM-50 密 炼 机 间 隙 为 4 -
80mm,XM-250密炼机间隙为2.5-120mm），最小
间隙在转子棱峰与密炼室内壁之间。当胶料通过
此最小间隙时，受到强烈的挤压、剪切、拉伸作
用，这种作用与开炼机两辊距的作用相似，但比
ppt课件
16
胶料在密炼室中的混炼过程
生胶和配合剂由加料斗加入，首先落入两 个相对回转的转子口部，在上顶栓的压力 及摩擦力的作用下，被带入两转子之间的 间隙处，受到一定的捏炼作用，然后由下 顶栓的尖棱将胶料分开，进入转子与密炼 室壁的间隙中，在此处经受强烈的剪切捏 炼作用后，被破碎的两股胶料又相会于两 个转子口部，然后再进入两转子间隙处， 如此循环往复。
第二节 工作原理和主要参数
§2－1 工作原理 §2－2 主要参数
ppt课件
1
§2－1 工作原理
在密炼室内，生胶的混炼和混炼胶的混炼过程， 比开炼机的塑炼和混炼要复杂的多，物料加入
密炼室后，就在由两个具有螺旋棱、有速比、 相对回转的转子与密炼室壁，上、下顶栓组成 的混炼系统内受到不断变化反复进行的强烈剪 切和挤压作用，使胶料产生剪切变形，进行了
表面布满炭黑的颗粒，但进一步混炼结合为30 块胶料，再进一步混炼，则成为一个整体了。
密炼机
由于一对转子的螺旋长段和短段是相对安装的， 从而促使胶料从转子一端移动另一端；而另一端转子 又使胶料作相反方向移动。因此，使胶料来回混杂， 进行强烈的混炼 。
（4）上下顶栓分流、剪切和交换作用
由于上、下顶栓顶部的分流作用，及两转子 的转速不同，可使胶料在左右密炼室中进行折卷 捣换。其中一侧转子前面的部分胶料（高压区） 被挤压到对面密炼室转子后面（低压区），并随 之带入料斗中。彼此往复捣换，如两台相邻开炼 机连续倒替混炼时相似。
第3节 密闭式炼胶机
RUBBER INTERNAL MIXER
3.1 概述
❖ 密闭式炼胶机（internal mixer）简称 密炼机，是在开炼机的基础上发展起来的一 种高强度间歇式混炼设备。它是一种有一对 特定形状并相对回转的转子，在可调压力和 温度的密闭状态下间歇性地对聚合物进行塑 炼和混炼的机械。
公式
又由于两转子转速不同，其相对位置也是时刻变 化的，使胶料在两转子间的容量也经常变化，产 生强烈的混合、搅拌作用。
（3）转子的轴向往返切割作用
胶料在转子上不仅会 随转子作圆周运动，同时转 子的螺旋突棱对物料产生轴 向的推移作用，因此胶料还 会沿轴向移动。由右面的突 棱螺旋的受力分析可以看出， 两突棱螺旋升角的不同其作 用也不同，这样胶料在转子 的轴向往复移动就形成了切 割捏炼的作用。
密炼机发展方向：
二大
大功率、大规格（大容量）
二高
高速、高压
一低
单位能耗低
主要问题
端面密封
3.1.1 用途与类型
(1)用途 密炼机主要用于橡胶的塑炼和混炼，也
可用于塑料、沥青料、油毡料、搪瓷料及各 种合成树脂料的混炼。
(2) 分类
①按转子端面形状不同（Rotor Section Form）
（4）上下顶栓分流、剪切和交换作用
由于上、下顶栓顶部的分流作用，及两转子 的转速不同，可使胶料在左右密炼室中进行折卷 捣换。其中一侧转子前面的部分胶料（高压区） 被挤压到对面密炼室转子后面（低压区），并随 之带入料斗中。彼此往复捣换，如两台相邻开炼 机连续倒替混炼时相似。
第3节 密闭式炼胶机
RUBBER INTERNAL MIXER
3.1 概述
❖ 密闭式炼胶机（internal mixer）简称 密炼机，是在开炼机的基础上发展起来的一 种高强度间歇式混炼设备。它是一种有一对 特定形状并相对回转的转子，在可调压力和 温度的密闭状态下间歇性地对聚合物进行塑 炼和混炼的机械。
公式
又由于两转子转速不同，其相对位置也是时刻变 化的，使胶料在两转子间的容量也经常变化，产 生强烈的混合、搅拌作用。
（3）转子的轴向往返切割作用
胶料在转子上不仅会 随转子作圆周运动，同时转 子的螺旋突棱对物料产生轴 向的推移作用，因此胶料还 会沿轴向移动。由右面的突 棱螺旋的受力分析可以看出， 两突棱螺旋升角的不同其作 用也不同，这样胶料在转子 的轴向往复移动就形成了切 割捏炼的作用。
密炼机发展方向：
二大
大功率、大规格（大容量）
二高
高速、高压
一低
单位能耗低
主要问题
端面密封
3.1.1 用途与类型
(1)用途 密炼机主要用于橡胶的塑炼和混炼，也
可用于塑料、沥青料、油毡料、搪瓷料及各 种合成树脂料的混炼。
(2) 分类
①按转子端面形状不同（Rotor Section Form）
双转子连续密炼机的工作原理
双转子连续密炼机的工作原理Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】双转子连续密炼机的工作原理发布时间：2015-9-17????文章来源：????点击：185双转子连续密炼机工作原理及转子几何构形参数加以探讨：首先我们先看一下连续密炼机密炼工作段的密炼腔构形，（图1）是密炼腔的轴截面图。
它是由俩个相互平行的圆柱筒相贯而成。
（相贯部去掉，是为了可使被混物料做俩腔的相互流动。
是否流动要看压差。
）再看双转子（一左旋、一右旋）密炼工作段的几何构形。
（图2）密炼段是由：（1）螺旋喂料段。
（2），（4），（6）密炼塑化段，（各段剪切速率不同、前工作面曲率也不尽相同，物料的切入角（投射角）也就不同，各段俩组旋向向反首尾相连的螺旋凸棱螺旋角不同，并设计尾端（出料端）有切送料入（3），（5）挤出混炼段和（7）出料段的凸棱段叠加而成。
）现在我们再来推研它能够对高聚物混（密）炼的原理。
对于一些假设应符合实际。
越符合客观实际越接近科学。
对于橡胶这个高聚物（非牛顿流体）的混炼——在介绍密炼机的工作原理的科技资料中已经剖析的比较清楚。
只是在解析密炼室混炼中的物料流场（流动方向）不够清析。
本人认为在地球这个参考系中，密炼室中的物料地运动还需用牛顿定律来解析才能比较清析。
我们已知橡胶，填充剂，助剂在密炼机中混炼时由转子轴、密炼室、上栓体的联合作用和各参入混炼物料的内力、重力、摩擦（因数）共同作用产生的各个方向力对物料—特别是橡胶产生了剪切、撕拉、搓捏、卷折、挤压等作用。
每种作用对于橡胶混炼中的主功能各有所突出。
如：剪切、撕拉利于将橡胶块由大变小再变成更细小以获得更多断链和可塑度，挤压、搓捏利于吃粉，卷折、搓捏利于溶质均匀分布，卷折推动物料流动。
等。
至所以能产生各种作用，是因为各种大小不同，方向不同的（矢量）力（包括物料内力）相加而至。
物料（各质点）的流向就应取决于其合力方向与物料的摩擦因数来定。
密炼机
为了有效交换，一个转子必须把胶料直接拨 到相对应的转子棱峰后部间隙中。否则，因压力 平衡性阻止交换。这就要求两转子转到适当位置 进行交换，这取决于速比。
• 此外，在转子外形的 设计上有将突棱的工 作面的圆弧曲率半径 选的小些，这样就会 使棱的圆弧面与密炼 室内壁形成的工作区 的容积由大逐渐变小， 胶料通过时，挤压力 增加；棱的另一面设计 成凹形的，工作区的容积由小变大，更易流动，增加了 紊流态。即“S”转子。
五 加热冷却系统 Heating＆cooling system
个 气压系统 Compressed air system
系
液压系统 Hydraulie system 电控系统 Elestric controller (system)
统 润滑系统 Lubrication system
XM－250/40椭圆型密炼机结构图
• 现代密炼机发展的标志之一是高速、高压和 高效能机台。通常将转子转速为20rpm的称 为低速密炼机，30～40rpm的称为中速密炼 机，60rpm以上的称为高速密炼机。
• 近年来，出现了转速达80rpm甚至更高的密 炼机，亦有对工艺和效能有广泛适应性和处 理手段的双速、三速、变速密炼机，也有转 子速比可调节的密炼机。其操作时间大大缩 短 ， 从 过 去 慢 速 机 台 的 8 ～ 15min 缩 短 至 1.5 ～ 3.5min ， 甚 至 有 的 达 1 ～ 1.5min （ 包 括采用密炼法与补充混炼法配合的工艺过程 等）。
（1）转速
转子的转速是密炼机主要性能指标之一。
转
功率消耗
子
炼胶质量
转 速
生产能力
混炼成本
转子转速对生产能力的影响
• 炼胶效率的高低，取决于施加在胶料上的剪切力的大小，而 剪切应力受剪切速率的影响。由下式可看出：
• 此外，在转子外形的 设计上有将突棱的工 作面的圆弧曲率半径 选的小些，这样就会 使棱的圆弧面与密炼 室内壁形成的工作区 的容积由大逐渐变小， 胶料通过时，挤压力 增加；棱的另一面设计 成凹形的，工作区的容积由小变大，更易流动，增加了 紊流态。即“S”转子。
五 加热冷却系统 Heating＆cooling system
个 气压系统 Compressed air system
系
液压系统 Hydraulie system 电控系统 Elestric controller (system)
统 润滑系统 Lubrication system
XM－250/40椭圆型密炼机结构图
• 现代密炼机发展的标志之一是高速、高压和 高效能机台。通常将转子转速为20rpm的称 为低速密炼机，30～40rpm的称为中速密炼 机，60rpm以上的称为高速密炼机。
• 近年来，出现了转速达80rpm甚至更高的密 炼机，亦有对工艺和效能有广泛适应性和处 理手段的双速、三速、变速密炼机，也有转 子速比可调节的密炼机。其操作时间大大缩 短 ， 从 过 去 慢 速 机 台 的 8 ～ 15min 缩 短 至 1.5 ～ 3.5min ， 甚 至 有 的 达 1 ～ 1.5min （ 包 括采用密炼法与补充混炼法配合的工艺过程 等）。
（1）转速
转子的转速是密炼机主要性能指标之一。
转
功率消耗
子
炼胶质量
转 速
生产能力
混炼成本
转子转速对生产能力的影响
• 炼胶效率的高低，取决于施加在胶料上的剪切力的大小，而 剪切应力受剪切速率的影响。由下式可看出：
成型加工设备 4.密炼机
孔是和混炼室壁一起浇注出来的，因此存在两 个弊病：①孔道不均匀，且有毛刺余沙等，② 孔径也较大，即流速慢。二者均导致传热效果 不佳。
小孔并联
因蒸汽或冷却水 在孔中易走捷径 及呆滞现象，传 热效果仍不理想
小孔串联式
因蒸汽或冷却水 流速度大，导热 系数高（孔为机 械加工而成）， 故传热效果好。
3、密封装置
基本结构形式：由动环和定环组成。动环与 轴颈相连，而定环与侧壁相连，动定环之间 压紧并相对运动，故接触面要耐磨，一般堆 焊硬质合金。
（1）外压式端面密封装置
结构简单、使用寿命 长 ，适用于低速低压 密炼机
（2）内压式端面自动密封装置
密封效果好，适 用于高压快速密 炼机。
（3）反螺纹与自压端面接触密封装置
旧式慢速橡胶密炼 机采用。不能用于 塑炼密炼机。
（3）夹套式
能加热或冷却侧壁 ，
传热效果比上两种好。 塑料密炼机多采用这 种形式和钻孔式，同 样也适合于橡胶密炼 机。
（4）钻孔式
包括：大孔串联、小孔并联、小孔串联三 种形式，其加热冷却效果依次递增。
小孔串联－－加热冷却效果最好的结 构形式
大孔串联：
ห้องสมุดไป่ตู้
橡胶密炼机的混炼室容量一般比塑料密炼机 的混炼室大。 橡胶密炼机主要规格有：50（橡塑通用）、 75、245、253、270升。 而塑料密炼机主要规格为：46、50（橡 塑通用）、75。
第二节 基本结构
一、整体结构与传动系统 1、整体结构
五个部分：①密炼室和转子部分；②加料和压 料机构部分；③卸料机构部分；④传动装置部 分；⑤机座部分。 五个系统：①加热冷却系统；②气压传动系统； ③液压传动系统；④润滑系统；⑤电控系统。
4、密炼机转子表面的突棱，使胶料作轴向移动 和翻转。
小孔并联
因蒸汽或冷却水 在孔中易走捷径 及呆滞现象，传 热效果仍不理想
小孔串联式
因蒸汽或冷却水 流速度大，导热 系数高（孔为机 械加工而成）， 故传热效果好。
3、密封装置
基本结构形式：由动环和定环组成。动环与 轴颈相连，而定环与侧壁相连，动定环之间 压紧并相对运动，故接触面要耐磨，一般堆 焊硬质合金。
（1）外压式端面密封装置
结构简单、使用寿命 长 ，适用于低速低压 密炼机
（2）内压式端面自动密封装置
密封效果好，适 用于高压快速密 炼机。
（3）反螺纹与自压端面接触密封装置
旧式慢速橡胶密炼 机采用。不能用于 塑炼密炼机。
（3）夹套式
能加热或冷却侧壁 ，
传热效果比上两种好。 塑料密炼机多采用这 种形式和钻孔式，同 样也适合于橡胶密炼 机。
（4）钻孔式
包括：大孔串联、小孔并联、小孔串联三 种形式，其加热冷却效果依次递增。
小孔串联－－加热冷却效果最好的结 构形式
大孔串联：
ห้องสมุดไป่ตู้
橡胶密炼机的混炼室容量一般比塑料密炼机 的混炼室大。 橡胶密炼机主要规格有：50（橡塑通用）、 75、245、253、270升。 而塑料密炼机主要规格为：46、50（橡 塑通用）、75。
第二节 基本结构
一、整体结构与传动系统 1、整体结构
五个部分：①密炼室和转子部分；②加料和压 料机构部分；③卸料机构部分；④传动装置部 分；⑤机座部分。 五个系统：①加热冷却系统；②气压传动系统； ③液压传动系统；④润滑系统；⑤电控系统。
4、密炼机转子表面的突棱，使胶料作轴向移动 和翻转。
3密炼机1
4.2 密 炼 机 工 作 原 理
1.工作原理
炼胶时，生胶和配合剂加入到密炼室后， 物料就在由两个具有螺旋棱的有速比的相 对回转的转子与密炼室壁，上顶栓，下顶 栓组成的捏炼系统内受到不断变化的反复 进行的强烈剪切和挤压作用，使物料产生 剪切变形，进行强烈的捏炼，由于转子有 螺旋棱，在捏炼时物料反复进行轴向往复 运动，起到了搅拌作用，至使捏炼更为强 烈，达到了混炼塑炼目的。
整 体 结 构
五 个 系 统
密炼机的分类
按照混炼室结构：上下组合和前后组合 按照转子几何形状（Rotor Section Form） ： 椭圆形—出现较早，且炼胶效果最好 圆筒形—德国维尔纳—普弗莱德勒公司 （Werner&Pfleiderer Co. 简称W&P公司） 三棱形—英国法兰斯肖公司（Francis Shaw Co. ） 日本神户制钢所Kobe Steel
4.密炼机对物料的捏炼作用
密炼机对物料的捏炼作用可分为转子突 棱顶与密炼室内壁之间及两个转子之间两方 面的四种作用来讨论。 （1）转子外表面与密炼室内壁之间的高剪切 作用 （2）转子间的搅拌、折卷作用 （3）转子的轴向往返切割、搅拌作用 （4）上下顶栓分流、剪切和交换作用
（1）转子外表面与密炼室内壁之间 的作用
密炼室
卸料门
规格
过去 采用混炼室的工作容量和主动转子转速 表示； 现在 采用混炼室的总容量/主动转子
的转速表示。 国产密炼机的规格表示法：XM-250/20 X表示橡胶，M表示密炼机，250表示密炼 机的总容量，20表示转子转速 X（S）M-75/35x70 S表示塑料，75表示密炼机总容量，双速 （35和70转/分）
（3）轴向往返切割作用
• 对普通双棱椭圆形转子，每一转子都有两方向不 同，长短不一的螺旋棱。转子长螺旋棱的螺旋角 α=300，短棱螺旋角α=450
密炼机工作原理和参数
胶料在密炼室中旳混炼过程如下：
二、胶料在密炼室中所受旳机械作用 1、 转子外表面与密炼室内壁间旳捏炼作用 （ 椭圆型转子密炼机尤为明显）
（A）密炼机中流线和填充情况示意图 （B）局部放大，转子突棱棱峰处物料流动情况
转子表面与密炼室内壁间形成了一种环形间隙， 当胶料经过此环形间隙时，则受到捏炼作用。
生胶
拉伸
再拉伸
包卷
分 散
炭黑二次汇集体
B、在高速下使橡胶变形时,它呈现固体性质， 即发生脆性破坏而成粒状。这些新生成旳胶 粒表面上就充满了填充剂接着就在压力下， 结合成一整体，成为块胶料。
因为天然胶强度大，尤其在采用老式慢速密炼 机时，其混入方式显然属于A旳形式；而丁苯胶, 顺丁胶,乙丙胶等所谓干酪状橡胶(与天然胶相 比)，在密炼机转子转速到达某种程度以上时， 即不能发挥其弹性，就可能出现B旳形式。
总剪切变形
t－混炼时间 n－转速
D－转子棱回转直径 h－间隙
由式可知，剪切速率与混炼时间对剪切应变
量影响很大，若要在相同旳混炼时间内到达 一定旳 ，则需增长D、n ，减小h。
实际上，在密炼过程中，在密炼机旳密炼室 内，以上几种基本过程是同步进行旳。
5、塑化阶段
因为力－化学作用而使高聚物主链断裂，从而 使之变化更易变形如弹性较小旳状态，即变化 物料旳流变特征，使之适应于背面各加工过程 旳需要。
三、胶料在转子上旳流动情况
两棱转子展开图 胶料流动示意图
胶料旳轴向移动情况示意图
GK四棱转子
GK四棱转子展开图
胶料旳轴向移动情况示意图
§2－2 主要参数
一、转子旳转速与速比 1、转速
转子旳转速是密炼机主要性能指标之一。
功率消耗
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
次聚集体
因此在分散阶段,需要一定的剪应力,以便破坏聚 集体,若剪应力小于附聚力,则分散难于进行。
对于非牛顿流体 最大剪切应力:
最大剪切速率: η 1－胶料粘度 m－流变常数 －转子棱处剪切速率 D－转子棱回转直径 n－转速 h－间隙 则τ max=η 1 (π Dn/h)m
胶料流动示意图
胶料的轴向移动情况示意图
GK四棱转子
GK四棱转子展开图
胶料的轴向移动情况示意图
§2－2 主要参数
一、转子的转速与速比 1、转速 转子的转速是密炼机主要性能指标之一。
功率消耗
转 子 转 速
炼胶质量 生产能力
混炼成本
（1）转子转速对生产能力的影响
炼胶效率的高低，取决于施加在胶料上 的剪切力的大小，而剪切应力受剪切速 率的影响。由下式可看出：
u－胶料的粘度 m－流变常数
提高 提高
n 生产率
为什么？
A、由上面公式知，对于一个 机台来讲，D，h都是固定 的，只有改变n。提高n， 可以提高剪切速率，缩短 t， 从而提高产量；
B 、提高转子转速n ,被搅拌 的胶料表面交换频繁，这 就加速了配合剂在胶料中 的混合作用，使t 缩短，从 而提高产量； C、提高 n，胶料对密炼室P 也增大，胶料受到的机械 作用增大，t 缩短，从而提 高产量。
由式可见，增大转子直径、转速，减小间隙，均 可提高剪切应力，从而提高分散的速度。
4、简单结合(单纯混合，宏观分散，分布混炼)
将粒子从一点移到另一点，并不改变其物理形 状和大小，主要是使物种进一步分散均匀。 均匀化需要使胶料如在开炼机上那样往复捣动 (用人工或翻胶装置)，在密炼机中则主要靠转 子螺旋突棱的作用使其在密炼室中往复运动。 当剪切应力一旦超过破碎填充剂二次聚集体的 吸附力之后，填充剂的分散就与剪切应力无关， 而决定于施加给混炼胶总剪切应变量。
有人做过实验：充油丁苯与顺丁胶并用进行混 炼，1.3kg胶，在混炼初期竟被分割成 1800块， 表面布满炭黑的颗粒，但进一步混炼结合为30 块胶料，再进一步混炼，则成为一个整体了。 由此可见，B的形式简单又有效。故近代的高 速密炼机是较理想的混炼设备。
3、分散(微观分散，分散混炼) Dispersive Mixing
必须以一定的作用力，以便将配合 剂混入生胶中，并破坏其聚集体
一 、混炼过程
1、细分（ break）
基 本 步 骤
2、混入(捏炼) （ intermix，blend）
3、分散（微观分散,分散混炼） （Dispersive Mixing）
5、塑化阶段
4、简单结合 (单纯混合,宏观分散、分布混炼)
1 、细分（break） : 将较大的配合剂团块或聚集体进一步粉碎、分细
胶料在密炼室中的混炼过程如下：
二、胶料在密炼室中所受的机械作用
1、 转子外表面与密炼室内壁间的捏炼作用 （ 椭圆型转子密炼机尤为明显）
（A）密炼机中流线和填充情况示意图 （B）局部放大，转子突棱棱峰处物料流动情况
转子表面与密炼室内壁间形成了一个环形间隙， 当胶料通过此环形间隙时，则受到捏炼作用。 由于转子表面制有螺旋突棱，它与密炼室形成的 间 隙 是 变 化 的 （ 如 XM-50 密 炼 机 间 隙 为 4 80mm,XM-250密炼机间隙为2.5-120mm），最小 间隙在转子棱峰与密炼室内壁之间。当胶料通过 此最小间隙时，受到强烈的挤压、剪切、拉伸作 用，这种作用与开炼机两辊距的作用相似，但比 开炼机的效果要大的多。这是由于转动的转子与 固定不动的室壁之间胶料的速度梯度比开炼机大 的多，而且，转子突棱与密炼室壁所形成的透射 角尖锐。胶料在转子突棱尖端与密炼室内壁之间 边捏炼，边通过，同时，还受到转子其余表面的 类似滚压作用。
第二节 工作原理和主要参数
§2－1 工作原理 §2－2 主要参数
§2－1 工作原理
在密炼室内，生胶的混炼和混炼胶的混炼过程， 比开炼机的塑炼和混炼要复杂的多，物料加入 密炼室后，就在由两个具有螺旋棱、有速比、 相对回转的转子与密炼室壁，上、下顶栓组成 的混炼系统内受到不断变化反复进行的强烈剪 切和挤压作用，使胶料产生剪切变形，进行了 强烈的捏炼。由于转子有螺旋棱，在混炼时胶 料反复地进行轴向往复运动，起到了搅拌作用， 致使混炼更为强烈。
在混入阶段，虽然填充剂混入橡胶中，并形成 了一个整体，但填充剂的粒子仍为较大的团聚 集体(二次聚集体)。要使这些由范德华力(附 聚集力)而结合的二次聚集体破坏，则需施加 一定外力。由于混炼胶的粘度和转子转速的影 响，在填充剂粒子中产生了牵引力(即剪切力)， 一旦这个力超过了填充剂二次聚集体的聚集力 后，填充剂就逐渐分散开来，生成的各个粒子 (炭黑一次聚集体)就沿着橡胶滚动的方向而移 动。
因为胶料与转子表面的摩擦力T阻止胶 料轴向移动，故要使胶料产生轴向移动 条件是： Px>Tx P • sinα >P • tanφ • cosα P •tanα >P • tanφ tanα >tanφ α >φ Φ －为胶料与转子金属表面的摩擦角，
随胶料温度变化而变。
2 、两转子之间的混合搅拌、挤压作用 （啮合型密炼机尤为明显） 两转子的椭圆形表面各点与转子轴心线的距离不 等，因而具有不同的圆周速度。因此两转子间的 间隙和速比不是一个恒定值，而是处处不同，时 时变化的。 速度梯度最大值和最小值相差达几十倍。可使胶 料受到强烈的剪切、挤压、搅拌作用。
公式
4、 转子的轴向往复切割捏炼作用
胶料在转子上不仅会 随转子作圆周运动， 同时转子的螺旋突棱 对物料产生轴向的推 移作用，因此胶料还 会沿轴向移动。由右 面的突棱螺旋的受力 分析可以看出，两突 棱螺旋升角的不同其 作用也不同，这样胶 料在转子的轴向往复 移动就形成了切割捏 炼的作用。
每个转子都有二个方向不同、长短不一的螺旋 棱，当转子旋转时，转子螺旋棱表面对胶料产 生一个垂直作用力P，这个力可分解为轴向力 Px和圆周力Pa。 圆周力Pa使胶料绕转子轴线转动Pa＝Pcosα 轴向力Px使胶料沿转子轴线移动Px＝Psinα
密炼机的炼胶过程是比较复杂的，我们可以从下 面的图简单地表示炼胶过程。
讨论
混 炼 原 理
生
胶
看作
分散介质(液相)
分散相
配合剂
看作
混炼
就是使配合剂分散在橡胶中
如何把配合剂分散在生胶中，主要看生胶的湿润 能力及表面张力，也要看配合剂是否易被打湿。 工艺上 机械上 可增加表面活性剂硬脂酸等，以帮 助湿润配合剂
胶料在密炼室中的混炼过程
生胶和配合剂由加料斗加入，首先落入两 个相对回转的转子口部，在上顶栓的压力 及摩擦力的作用下，被带入两转子之间的 间隙处，受到一定的捏炼作用，然后由下 顶栓的尖棱将胶料分开，进入转子与密炼 室壁的间隙中，在此处经受强烈的剪切捏 炼作用后，被破碎的两股胶料又相会于两 个转子口部，然后再进入两转子间隙处， 如此循环往复。
从试验得知，胶料与金属表面的摩擦角 φ =37°-38°。这样即可得出胶料在转子上 的运动情况为： 在转子长螺 旋段 。 ∵α =30°,∴α ＜φ ， 即Px＜Tx。因此对胶料不会产生轴向移动， 仅产生圆周运动。起着送料作用及滚压揉搓 作用。 在转子短螺旋段。∵α =45°，∴α ＞φ 即Px＞Tx。因此胶料使产生轴向移动，对胶 料往复切割。 由于一对转子的螺旋长段和短段是相对安装 的，从而促使胶料从转子一端移动另一端； 而另一端转子又使胶料作相反方向移动。因 此，使胶料来回混杂，进行强烈的混炼 。
分 散
生胶
拉伸
再拉伸
包卷
炭黑二次聚集体
B、在高速下使橡胶变形时,它呈现固体性质， 即发生脆性破坏而成粒状。这些新生成的胶 粒表面上就布满了填充剂接着就在压力下， 结合成一整体，成为块胶料。
由于天然胶强度大，尤其在采用老式慢速密炼
机时，其混入方式显然属于A的形式；而丁苯胶, 顺丁胶,乙丙胶等所谓干酪状橡胶(与天然胶相 比)，在密炼机转子转速达到某种程度以上时， 即不能发挥其弹性，就可能出现B的形式。
上图为转子转速与混炼时间关系
（2）转子转速对电机功率的影响
从公式和图4-14看 ，功率与转子转速 近似成正比。
N=4•η•u2B/h
N----转子单位上的功率消耗；
η----胶料的粘度；
u----转子棱顶的回转线速度； B----转子棱顶宽度；
h----转子棱顶与密炼室内壁间 隙。
（3）转子转速对排胶温度的影响 混炼时，必须保持胶温在一定限度内，转子转 速过快将使物料温度迅速上升，粘度下降，影 响剪切效果，同时也降低了胶料的分散度。 在第一段混炼时，一般排胶温度应控制在 130~1500C以下，否则除了会引起分散不良外， 还容易使胶料发生化学反应，如出现热裂解、 凝胶等现象。 最终混炼为防止焦烧，一般排胶温度控制在 100~1200C以下。据此，为了获得最有效的混炼， 也按不同的胶料选择最适宜的转子转速。 目前多速和调速密炼机的应用均被重视。
使橡胶和配合剂粉碎
2、混入(捏炼)
将粉状或液态物料混入橡胶中形成粘结块(需要 较长时间),要使配合剂混入，首先必须使块状 橡胶变形，以形成与填充剂接触的新界面.此界 面形成的方式，从理论上分析有两种。
A、在低速下拉伸橡胶时,它可像液体一样的 流动。被充分拉伸后，填充剂就会粘着在新 生的界面上。然后，橡胶收缩将粘着的填充 剂包围起来，并形成一个整体，就像把橡胶 的棱边拉伸、包卷，再拉伸等，最后在挤压 下形成一个整体。
总剪切变形
t－混炼时间 n－转速 D－转子棱回转直径 h－间隙
由式可知，剪切速率与混炼时间对剪切应变 量影响很大，若要在相同的混炼时间内达到 一定的 ，则需增加D、n ，减小h。
因此在分散阶段,需要一定的剪应力,以便破坏聚 集体,若剪应力小于附聚力,则分散难于进行。
对于非牛顿流体 最大剪切应力:
最大剪切速率: η 1－胶料粘度 m－流变常数 －转子棱处剪切速率 D－转子棱回转直径 n－转速 h－间隙 则τ max=η 1 (π Dn/h)m
胶料流动示意图
胶料的轴向移动情况示意图
GK四棱转子
GK四棱转子展开图
胶料的轴向移动情况示意图
§2－2 主要参数
一、转子的转速与速比 1、转速 转子的转速是密炼机主要性能指标之一。
功率消耗
转 子 转 速
炼胶质量 生产能力
混炼成本
（1）转子转速对生产能力的影响
炼胶效率的高低，取决于施加在胶料上 的剪切力的大小，而剪切应力受剪切速 率的影响。由下式可看出：
u－胶料的粘度 m－流变常数
提高 提高
n 生产率
为什么？
A、由上面公式知，对于一个 机台来讲，D，h都是固定 的，只有改变n。提高n， 可以提高剪切速率，缩短 t， 从而提高产量；
B 、提高转子转速n ,被搅拌 的胶料表面交换频繁，这 就加速了配合剂在胶料中 的混合作用，使t 缩短，从 而提高产量； C、提高 n，胶料对密炼室P 也增大，胶料受到的机械 作用增大，t 缩短，从而提 高产量。
由式可见，增大转子直径、转速，减小间隙，均 可提高剪切应力，从而提高分散的速度。
4、简单结合(单纯混合，宏观分散，分布混炼)
将粒子从一点移到另一点，并不改变其物理形 状和大小，主要是使物种进一步分散均匀。 均匀化需要使胶料如在开炼机上那样往复捣动 (用人工或翻胶装置)，在密炼机中则主要靠转 子螺旋突棱的作用使其在密炼室中往复运动。 当剪切应力一旦超过破碎填充剂二次聚集体的 吸附力之后，填充剂的分散就与剪切应力无关， 而决定于施加给混炼胶总剪切应变量。
有人做过实验：充油丁苯与顺丁胶并用进行混 炼，1.3kg胶，在混炼初期竟被分割成 1800块， 表面布满炭黑的颗粒，但进一步混炼结合为30 块胶料，再进一步混炼，则成为一个整体了。 由此可见，B的形式简单又有效。故近代的高 速密炼机是较理想的混炼设备。
3、分散(微观分散，分散混炼) Dispersive Mixing
必须以一定的作用力，以便将配合 剂混入生胶中，并破坏其聚集体
一 、混炼过程
1、细分（ break）
基 本 步 骤
2、混入(捏炼) （ intermix，blend）
3、分散（微观分散,分散混炼） （Dispersive Mixing）
5、塑化阶段
4、简单结合 (单纯混合,宏观分散、分布混炼)
1 、细分（break） : 将较大的配合剂团块或聚集体进一步粉碎、分细
胶料在密炼室中的混炼过程如下：
二、胶料在密炼室中所受的机械作用
1、 转子外表面与密炼室内壁间的捏炼作用 （ 椭圆型转子密炼机尤为明显）
（A）密炼机中流线和填充情况示意图 （B）局部放大，转子突棱棱峰处物料流动情况
转子表面与密炼室内壁间形成了一个环形间隙， 当胶料通过此环形间隙时，则受到捏炼作用。 由于转子表面制有螺旋突棱，它与密炼室形成的 间 隙 是 变 化 的 （ 如 XM-50 密 炼 机 间 隙 为 4 80mm,XM-250密炼机间隙为2.5-120mm），最小 间隙在转子棱峰与密炼室内壁之间。当胶料通过 此最小间隙时，受到强烈的挤压、剪切、拉伸作 用，这种作用与开炼机两辊距的作用相似，但比 开炼机的效果要大的多。这是由于转动的转子与 固定不动的室壁之间胶料的速度梯度比开炼机大 的多，而且，转子突棱与密炼室壁所形成的透射 角尖锐。胶料在转子突棱尖端与密炼室内壁之间 边捏炼，边通过，同时，还受到转子其余表面的 类似滚压作用。
第二节 工作原理和主要参数
§2－1 工作原理 §2－2 主要参数
§2－1 工作原理
在密炼室内，生胶的混炼和混炼胶的混炼过程， 比开炼机的塑炼和混炼要复杂的多，物料加入 密炼室后，就在由两个具有螺旋棱、有速比、 相对回转的转子与密炼室壁，上、下顶栓组成 的混炼系统内受到不断变化反复进行的强烈剪 切和挤压作用，使胶料产生剪切变形，进行了 强烈的捏炼。由于转子有螺旋棱，在混炼时胶 料反复地进行轴向往复运动，起到了搅拌作用， 致使混炼更为强烈。
在混入阶段，虽然填充剂混入橡胶中，并形成 了一个整体，但填充剂的粒子仍为较大的团聚 集体(二次聚集体)。要使这些由范德华力(附 聚集力)而结合的二次聚集体破坏，则需施加 一定外力。由于混炼胶的粘度和转子转速的影 响，在填充剂粒子中产生了牵引力(即剪切力)， 一旦这个力超过了填充剂二次聚集体的聚集力 后，填充剂就逐渐分散开来，生成的各个粒子 (炭黑一次聚集体)就沿着橡胶滚动的方向而移 动。
因为胶料与转子表面的摩擦力T阻止胶 料轴向移动，故要使胶料产生轴向移动 条件是： Px>Tx P • sinα >P • tanφ • cosα P •tanα >P • tanφ tanα >tanφ α >φ Φ －为胶料与转子金属表面的摩擦角，
随胶料温度变化而变。
2 、两转子之间的混合搅拌、挤压作用 （啮合型密炼机尤为明显） 两转子的椭圆形表面各点与转子轴心线的距离不 等，因而具有不同的圆周速度。因此两转子间的 间隙和速比不是一个恒定值，而是处处不同，时 时变化的。 速度梯度最大值和最小值相差达几十倍。可使胶 料受到强烈的剪切、挤压、搅拌作用。
公式
4、 转子的轴向往复切割捏炼作用
胶料在转子上不仅会 随转子作圆周运动， 同时转子的螺旋突棱 对物料产生轴向的推 移作用，因此胶料还 会沿轴向移动。由右 面的突棱螺旋的受力 分析可以看出，两突 棱螺旋升角的不同其 作用也不同，这样胶 料在转子的轴向往复 移动就形成了切割捏 炼的作用。
每个转子都有二个方向不同、长短不一的螺旋 棱，当转子旋转时，转子螺旋棱表面对胶料产 生一个垂直作用力P，这个力可分解为轴向力 Px和圆周力Pa。 圆周力Pa使胶料绕转子轴线转动Pa＝Pcosα 轴向力Px使胶料沿转子轴线移动Px＝Psinα
密炼机的炼胶过程是比较复杂的，我们可以从下 面的图简单地表示炼胶过程。
讨论
混 炼 原 理
生
胶
看作
分散介质(液相)
分散相
配合剂
看作
混炼
就是使配合剂分散在橡胶中
如何把配合剂分散在生胶中，主要看生胶的湿润 能力及表面张力，也要看配合剂是否易被打湿。 工艺上 机械上 可增加表面活性剂硬脂酸等，以帮 助湿润配合剂
胶料在密炼室中的混炼过程
生胶和配合剂由加料斗加入，首先落入两 个相对回转的转子口部，在上顶栓的压力 及摩擦力的作用下，被带入两转子之间的 间隙处，受到一定的捏炼作用，然后由下 顶栓的尖棱将胶料分开，进入转子与密炼 室壁的间隙中，在此处经受强烈的剪切捏 炼作用后，被破碎的两股胶料又相会于两 个转子口部，然后再进入两转子间隙处， 如此循环往复。
从试验得知，胶料与金属表面的摩擦角 φ =37°-38°。这样即可得出胶料在转子上 的运动情况为： 在转子长螺 旋段 。 ∵α =30°,∴α ＜φ ， 即Px＜Tx。因此对胶料不会产生轴向移动， 仅产生圆周运动。起着送料作用及滚压揉搓 作用。 在转子短螺旋段。∵α =45°，∴α ＞φ 即Px＞Tx。因此胶料使产生轴向移动，对胶 料往复切割。 由于一对转子的螺旋长段和短段是相对安装 的，从而促使胶料从转子一端移动另一端； 而另一端转子又使胶料作相反方向移动。因 此，使胶料来回混杂，进行强烈的混炼 。
分 散
生胶
拉伸
再拉伸
包卷
炭黑二次聚集体
B、在高速下使橡胶变形时,它呈现固体性质， 即发生脆性破坏而成粒状。这些新生成的胶 粒表面上就布满了填充剂接着就在压力下， 结合成一整体，成为块胶料。
由于天然胶强度大，尤其在采用老式慢速密炼
机时，其混入方式显然属于A的形式；而丁苯胶, 顺丁胶,乙丙胶等所谓干酪状橡胶(与天然胶相 比)，在密炼机转子转速达到某种程度以上时， 即不能发挥其弹性，就可能出现B的形式。
上图为转子转速与混炼时间关系
（2）转子转速对电机功率的影响
从公式和图4-14看 ，功率与转子转速 近似成正比。
N=4•η•u2B/h
N----转子单位上的功率消耗；
η----胶料的粘度；
u----转子棱顶的回转线速度； B----转子棱顶宽度；
h----转子棱顶与密炼室内壁间 隙。
（3）转子转速对排胶温度的影响 混炼时，必须保持胶温在一定限度内，转子转 速过快将使物料温度迅速上升，粘度下降，影 响剪切效果，同时也降低了胶料的分散度。 在第一段混炼时，一般排胶温度应控制在 130~1500C以下，否则除了会引起分散不良外， 还容易使胶料发生化学反应，如出现热裂解、 凝胶等现象。 最终混炼为防止焦烧，一般排胶温度控制在 100~1200C以下。据此，为了获得最有效的混炼， 也按不同的胶料选择最适宜的转子转速。 目前多速和调速密炼机的应用均被重视。
使橡胶和配合剂粉碎
2、混入(捏炼)
将粉状或液态物料混入橡胶中形成粘结块(需要 较长时间),要使配合剂混入，首先必须使块状 橡胶变形，以形成与填充剂接触的新界面.此界 面形成的方式，从理论上分析有两种。
A、在低速下拉伸橡胶时,它可像液体一样的 流动。被充分拉伸后，填充剂就会粘着在新 生的界面上。然后，橡胶收缩将粘着的填充 剂包围起来，并形成一个整体，就像把橡胶 的棱边拉伸、包卷，再拉伸等，最后在挤压 下形成一个整体。
总剪切变形
t－混炼时间 n－转速 D－转子棱回转直径 h－间隙
由式可知，剪切速率与混炼时间对剪切应变 量影响很大，若要在相同的混炼时间内达到 一定的 ，则需增加D、n ，减小h。