高分子材料成型设备第三章开炼机1
高分子材料成型设备第三章开炼机2
(五）辊筒的强度计算（略）
• 辊筒的强度计算包括：支反力、弯矩、扭矩和危 险断面强度的计算。
• 在计算时，虽然前后辊筒工作条件相似。为 安全起见，看做后辊筒沿全长传递全部扭矩。此 外，它的一端要承受驱动齿轮的作用力，另一端 又承受速比齿轮的作用力，其工作条件较前辊恶 劣。所以，一般只对后辊计算就可以了。
近年来，也开始采用铬钼合金或低镍铬合金，以提 高辊筒的机械强度。国外两种均采用金属离心浇铸 的方式铸造。
（四）结构与分类：
1. 结构：见下图
辊筒主要由直径为D的工作部分（称为辊筒体）；直径 为d1的支撑部分，称为辊径和直径为d3的传动部分组成。
轴径部分与辊筒轴承相连，且在轴承中回转；联接部分 与速比齿轮和大驱动齿轮相连接；内部有调整温度的空腔。
• 2．电动调距装置 (P78图3-7)
• 电动调距装置的结构，如右上
• 图所示。
• 不同点就是用电动机代替手轮。
• 电动机的出轴通过摆线针轮减
• 速器直接连接螺杆，电动机可
• 做双向转动。完成辊距的变化，
• 此种结构多用于大中型炼胶
• 机上。
•
电动调距也可采用一
• 个电动机同时驱动两个调距
• 螺杆。其方法是采用一个通
滚动轴承是国家的标准体，已成系列，不用单独制造。
• §3-5-2 机架 • 机架的类型与结构
按机架的结构可分为
• 开式机架被广泛的
• 采用，它由立臂、下 • 横梁和上横梁组成。 • 立臂和下横梁为一整 • 体，上横梁是活动的， • 以便于迁装和维修。
闭式 拆卸式 开式
上横梁 立臂
下横梁
•
机架的材料常用铸铁，很少用铸钢。
• (三)轴承的要求：
高分子加工思考题解答
第一章绪论1．高分子材料分为哪几类？（高分子材料是一定配合的高分子化合物（由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成）在成型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。
分为塑料、橡胶、纤维三类）2．塑料、橡胶、纤维分类？3．名词解释：工程塑料通用塑料特种塑料化学纤维合成纤维4．生产塑料制品的完整工序有哪五个？原料准备、成型、机械加工、修饰和装配5. 热塑性高分子材料和热固性高分子材料得物理性质及加工性能比较（见讲义）。
第二章高分子材料成型原理1．高分子材料的熔融性能热传递三种方式：热传导、对流、辐射聚合物的加热与冷却都不易由于聚合物的表观粘度随摩擦升温而降低，使物料熔体烧焦的可能性不大2．聚合物的流动和流变性能拉伸流动和剪切流动，各类型流体的流动曲线，影响高聚物熔体粘度的因素，粘度、流动稠度、流动指数、流动性的关系，熔体流动速率熔体流动速率——在规定的温度、压力（2160×9.81×10-3N）下，每10min内通过国标指定尺寸（书P76装料筒直径φ9.55±0.025mm, 出料口直径φ2.095±0.005mm）毛细管的试样总质量（克数）单位：克/10分钟3．聚合物熔体的弹性流动缺陷：管壁上的滑移，端末效应，离模膨胀，弹性对层流的干扰，熔体破裂，鲨鱼皮，产生原因熔体破裂——当挤出速率逐渐增加，挤出物表面将出现不规则现象（畸变、支离和断裂），甚至使内在质量受到破坏。
离模膨胀——被挤出的聚合物熔体断面积远比口模断面积大，称为离模膨胀鲨鱼皮——挤出物周边具有周期性的皱褶波纹。
4．高分子材料的成型性能聚合物的聚集态:结晶态、玻璃态、高弹态、粘流态等聚集态可挤压性、可模塑性、可纺性、可延性概念5．成型过程中的取向作用拉伸取向（薄膜双向拉伸后，拉伸后的薄膜在拉伸方向上的拉伸强度和抗蠕变性能会提高。
6．高分子材料的降解与交联交联、交联度熟化降解——高分子材料化学键的断链、交联、主链化学结构改变、侧基改变以及上述四种作用的综合交联——线性大分子链之间以新的化学键连接、形成三维网状或体型结构的反应。
开炼机操作实验
高分子材料的塑炼
一、实验目的
1、掌握塑炼方法；
2、正确掌握双辊塑炼机的操作，了解设备的基本结构。
二、实验机理
塑炼的目的是使物料在剪切作用下热熔，
三、实验仪器及样品
1、PE/PP混合料
2、塑炼所用的设备
双辊炼机，它由基座、辊筒、辊筒轴承、紧急刹车装置、调距装置及辅助设施等组成。
加热方式：电加热；
辊筒速比：1:1.35；
辊距可调。
四、实验步骤
1、经指导教师或实验室工作人员允许后，开机空转，加油，试紧急刹车等，经检查无异常现象，即可开始实验。
2、升温打开升温系统，将前后两辊加热，用弓形表面温度计测量辊筒温度，使辊筒温度稳定在160℃。
3、塑炼将辊距调至0.5-1mm范围内，将混合料投入两辊缝隙中使其包辊，经过5min的翻炼，将辊距调至压片厚度为1mm左右即可出片。
五．实验分析。
第三章开炼机
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物料在辊距中的受力分布
物料在滚隙中得到强烈的挤压 和剪切。 挤压作用是由于物料通过逐 渐缩小的辊筒间距而产生，随 着横压力的增大而挤压力增大； 剪切作用是由于前、后辊筒 有速比而产生，速比较大，切 应力越大。
1. 转热面积约为中空辊筒的两倍 2. 辊筒传热快，易于调温，传热距离小， 传热效率高 缺点：钻孔辊筒的制 3. 钻孔辊筒中央部位与两端厚度一致，辊 造技术较高，生产时 筒表面温度均匀 需要专用钻孔设备。 4. 钻孔辊筒在保证辊筒温度要求条件下， 辊筒断面尺寸可增大（或缩小），且整 个工作部分均匀一致，使辊筒的刚性大 大提高。因而减轻辊筒弯曲，提高产品 质量。
q，一次装料容量，L； D，辊筒直径，cm； L，辊筒工作部分长度，cm； K，经验系数，一般取0.0065~0.0085，L/cm2 Q，生产能力，kg/h； r，物料的密度，kg/L； t，一次塑炼、混炼时间，min； a，设备利用系数，一般0.85~0.9
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物料首先从加料口进入 密炼室，随之压下上顶栓， 物料在一定压力和进入密炼 室，转子，上下顶栓的蒸汽 加热下，受到剪切、捏合、 很快达到均匀混合、塑化， 最后开启卸料门将混炼好的 物料排出。
1)橡 胶 工 厂 设 备-开炼机
橡胶加工机械在橡胶工业中的 应用
在现代橡胶工业中完成橡胶制品的制造， 在现代橡胶工业中完成橡胶制品的制造，离不开使用各种各样 的设备。下面以普通充气轮胎生产制造过程中所使用的设备为例, 的设备。下面以普通充气轮胎生产制造过程中所使用的设备为例, 说明橡胶机械在橡胶工业中应用情况。 说明橡胶机械在橡胶工业中应用情况。 充气轮胎的发明迄今已有二百多年的历史， 充气轮胎的发明迄今已有二百多年的历史，轮胎作为一种高级的 复合材料制品，其制造工业已形成一个独立的加工行业， 复合材料制品，其制造工业已形成一个独立的加工行业，轮胎的结 构设计、工艺制造、 构设计、工艺制造、机械设备以及测试也都已发展成为专业性很强 的技术领域。其制造工厂也必须设置专门的管理、 的技术领域。其制造工厂也必须设置专门的管理、维护及技术改造 的部门，以满足生产的需要。 的部门，以满足生产的需要。 轮胎制造过程所使用的加工机械是橡胶加工设备中最典型而且设 备种类和数量最多的橡胶加工机械，而且整个制造过程的自动化、 备种类和数量最多的橡胶加工机械，而且整个制造过程的自动化、 现代化程度很大程度由加工机械的先进性、自动化所决定, 现代化程度很大程度由加工机械的先进性、自动化所决定,并且也 决定着轮胎制品的质量和制造成本。 决定着轮胎制品的质量和制造成本。
传动装置
机架
调距装置
辊温调节装置
开炼机的主要工作部件是前后辊筒， 开炼机的主要工作部件是前后辊筒，前后两个辊筒由辊 筒轴承支撑安装在左、右两个机架上； 筒轴承支撑安装在左、右两个机架上； 压盖由双头螺栓固定在机架顶部，压紧后辊筒轴承， 压盖由双头螺栓固定在机架顶部，压紧后辊筒轴承，而 与前辊轴承保留一定间隙， 与前辊轴承保留一定间隙，使前辊筒能够在机架上前后滑 以便调节辊距； 动，以便调节辊距； 调距装置安装在机架的前侧， 调距装置安装在机架的前侧，调距装置上的刻度盘可以 看到辊距的大小； 看到辊距的大小； 传动装置带动前、后辊筒以一定的速比相对回转， 传动装置带动前、后辊筒以一定的速比相对回转，机架 和传动装置安装在底座上； 和传动装置安装在底座上； 润滑装置是保证辊筒轴承和减速机润滑的； 润滑装置是保证辊筒轴承和减速机润滑的； 在两辊筒的上方操作者最容易接触到的地方设有紧急 停车装置，以避免事故的发生； 停车装置，以避免事故的发生； 在前辊筒轴承的前端装有安全装置， 在前辊筒轴承的前端装有安全装置，以保护开炼机主 要零件在机器超负荷或发生故障时不受损坏； 要零件在机器超负荷或发生故障时不受损坏； 辊温调节装置用以加热或冷却辊筒，以满足工艺要求。 辊温调节装置用以加热或冷却辊筒，以满足工艺要求。
开炼机的设备理论
辊温应根据物料的温度特性和混炼时剪切生热的情况进行设定，保证树 脂的塑化效果且助剂分散均匀。
辊温调大 辊温过高
流动性能 差
吃粉速度 慢
呈黏流包 辊
分散效果 差
辊温调小 辊温过低
物料呈黏流态，受剪切力 小，混合分散效果下降， 操作不方便，甚至有可能 引起物料焦烧降解。
物料塑化程度不够，不能 达到良好的加工流动状态， 不利于“吃粉”（助剂混 入树脂）。
原料混合设备 开炼机的设备理论
01
开炼机的 作用
01 开炼机的作用
开炼机全称开放式炼胶机，主要用于塑料和橡胶的塑炼、混 炼、热炼、压片和供胶，也可用于再生胶的粉碎、捏炼和精炼，此 外还广泛用于塑料加工和油漆颜料工业生产中。
实验室开炼机
工业生产开炼机
开炼机的
02
工作过程
02 开炼机的工作过程
开炼机混炼时，两个辊筒按一定速比相对转动，熔融的物料 受摩擦力和黏附力的作用被拉入辊隙中，由于黏附作用物料包覆在 其中捣胶）
薄通
03
开炼机的 工艺参数
03 开炼机的工艺参数
装胶容量
装胶容量是指开炼机一次炼胶的容量，应根据产量和开炼机型号选择合 适的容量，使胶料全部包覆前辊，且两辊间积存一定数量的堆积胶。
容量过低，胶料不易包辊难以操作，生产效率低；容量过高，胶料难以 进入辊隙，且容易剪切生热影响混炼效果。
堆积胶
树脂塑化 前
薄通操作
辊距调小
辊距过小
物料所受剪切力过小，不能 起到塑化效果，且难以包辊 进行混炼操作。
辊距
物料所受剪切力过大，剪切 生热大，分子链易断裂，且 堆积胶增多难以进行混炼。
03 开炼机的工艺参数
辊温
第三章 塑炼混炼
（－）混炼理论
混炼不是生胶和配合剂简单的机械混合过程，混 炼胶也不是生胶与配合剂的简单机械混合物； 混炼的实质是橡胶的改性过程。期间，机械力/化 学反应起着重要作用； 混炼胶是由生胶和各种配合剂组成的一种复合体。
（1）、准备工作
为了便于塑炼 加工，生胶需 要经过烘胶、
切胶和破胶等
塑炼前的准备 工艺。
生胶，长期储存后，粘度很高， 且在冬天常因结晶而硬化。 切胶后的NR、CR一 为便于使用，把烘好的 在切胶和塑炼前把生胶放在烘房 般要在破胶机上进 大胶包用切胶机切成小 中预先对胶包进行加温，便于切 行破胶，以便进行 块 割和进一步的加工。 塑炼。 烘胶的温度和时间视生胶的种类 与季节而定。
高分子材料加工基础 18
2、塑炼的原理
熔体粘度——加工温度、切变速率、分子量。 分子量越小，可塑度越大。生胶经机械塑炼后， 分子量降低，粘度下降，可塑性增加。 生胶在塑炼过程中可塑性的提高是通过分子量的
降低来实现的。
塑炼的实质是使橡胶大分子链断裂，大分子链由
长变短的过程。
高分子材料加工基础
高分子材料加工基础 6
工作原理：
两个辊筒以不同的表面速度
相对回转，物料由于与辊筒
表面的摩擦和粘附作用，以
及物料之间的粘接作用，被
拉入两辊筒之间的间隙之内。
高分子材料加工基础
7
工作原理：
受到强烈的挤压与剪切，使物料在辊隙内形成楔形 断面的料片，从辊隙中排出的料片由于两个辊筒表 面速度和温度的差异而包在一个辊筒上，重新返回 两辊间。
高分子材料加工基础
21
剪切力作用于橡胶时，分子链将沿流动方向伸展；
《高分子材料成形工艺学》各章复习思考题汇总
绪论1．简述塑料、化学纤维和橡胶的分类和主要品种。
2．简述塑料、化学纤维和橡胶所涉及的主要特异性品质指标名称。
3．简要说明化学纤维的线密度和相对强度概念。
4．简述超细纤维的特点和复合纺丝制造方法。
5．简要说明高分子材料成形基本过程和成形过程中的变化。
6．成形制品时选择材料及其成形工艺应遵循哪些基本原则？并简要说明。
第一篇高分子成形基础理论第一章高分子材料的成形品质1. 高分子的可挤出性受哪些因素的影响？通常如何评价高分子的可挤出性？2. 挤出细流类型有哪些类型？什么类型是正常纺丝的细流类型？如何实现？3. 可纺性与哪些因素相关？如何相关？4. 可纺性理论包括哪两种断裂机理？请简要说明。
5. 什么是模塑性？试画图并说明高分子的最佳模塑区域。
6. 评价模塑性通常采用什么方法？请简要说明方法原理。
7. 聚合物的拉伸曲线有哪三种基本类型？哪两种拉伸曲线具有可延性？如何获得该两种拉伸曲线？8. 什么是可延性？高分子为什么具有可延性？如何评价可延性？9. 可延性的影响因素有哪些？如何影响？10. 试分析高分子成形过程中应如何对待高分子的粘弹性。
11. 试说明高分子成形过程中应如何利用高分子的松弛特性？12. 高分子应变硬化的物理基础是什么？高分子成形中哪些工艺利用了应变硬化？13. 合成纤维的成形中经常采用多级拉伸，试问有什么意义？多级拉伸应如何实施？14. 高分子的热膨胀系数随温度的变化表现出什么样的规律？15. 简要说明高分子比热容随温度的变化关系？16. 为什么非晶聚合物的导热系数随温度的变化规律在玻璃态和高弹态不同？第二章高分子成形流变学基础1. 区别三组概念：①剪切流动和拉伸流动；②稳态流动与非稳态流动；③等温流动与非等温流动。
2. 非牛顿流体有几种类型？分别表现出怎样的流动行为？3. 高分子流体在宽剪切速率范围内为什么往往会出现第一牛顿区、非牛顿区和第二牛顿区三个区域的流变特征？4. 什么是宾汉流体？有什么样的流动特征？为什么表现出那样的流动特征？5. 什么是幂律方程？幂律方程的K 和n 有什么特征？6. 时间依赖性流体有哪两种？它们为什么会出现时间依赖性？7. 测得一种热塑性聚合物熔体在注射成形条件下的流体稠度K=64，n=0.65，该熔体通过直径4mm 、长75mm 圆形等截面喷孔时的体积流率为5×10-5m 3·s -1，试计算管壁处的剪应力、剪切速率和整个圆管中的流速分布函数。
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混炼（mixing， blending） ： 将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀 的混炼胶的工艺过程。
2.
连续混炼
方法 间歇混炼
挤出机
开炼机 密炼机
• 3.压片（mill sheeting） ：根据工艺要 求，在开炼机上把胶料压成一定的宽度 和厚度的工艺过程。 • 4.供胶：根据工艺要求，在开炼机上把 压成一定的宽度和厚度的胶料，送到下 一步工序（挤出、压延）的工艺过程。 • 5.热炼（mill warm-up） ：根据工艺要 求，在开炼机上把胶料加工成一定的温 度和可塑度，并送到下一步工序（热喂 料、压延）的工艺过程。
开炼机的规格与技术特征
炼胶机规格 （mm） 速比
前辊线 速度 m/min
主电 机功 率 kw
一次加料 （kg）
用途
φ650×210 0φ550×15 00φ550×8 00φ450×1 200φ400× 1000φ350 ×900φ160 ×320φ160 ×320
1～1.1 1.2～1.3 1.25～ 1.35 1.2～1.3 1.2～1.3 1.2～1.3 1.25～ 1.35 可调
当代炼胶车间（milling
room）的特点
1） 中心化 大的橡胶或轮胎厂都有或正在筹建大型、集中的炼胶中心。 2） 使用大容量的炼胶设备 4） 实行计算机和网络远程管理
优点： 3） 采用双螺杆挤出机代替开炼机压片
①可减少炼胶车间设备台套数，可减少炭黑等材 优点：无泄漏、效率高、劳动强度低、胶料质量好。
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• 一、开炼机的用途与分类
• • • • • • 开炼机主要用于： 1. 生胶的塑炼、破碎、洗涤、压片； 2. 胶料的混炼、压片以及胶料中的杂质清除； 3. 混炼胶的热炼、烘胶； 4. 再生胶的粉碎、混炼、压片。 此外，它还广泛应用于塑料加工和油漆颜 料工业生产中。
二、开炼机的类型 由于工艺用途不同，其结构也有差异，为满足工 艺操作的要求，一般按其用途来分，如下表：
§3－1 概述 炼胶设备是橡塑工业中的通用设备，在所有 橡胶制品加工中都必须经过炼胶加工工序。因此， 目前所用的炼胶设备主要有： 炼胶设备是橡胶机械中重要的设备。 间歇式生产 开炼机 密炼机
连续式生产
挤出机
本章学习炼胶设备之一开炼机 （橡胶方面正在研究之中，塑料方面已工业化）
料的泄漏点；同时可提高生产效率，降低能耗， 设有监控装置，可使操作人员和管理人员在办公室作 降低生产成本； 5） 胶料生产线机械化、联动化、 异地了解和控制炼胶设备的运行。
②可提高胶料质量稳定性，机台减少，单台容量加 自动控制水平越来越高 大，从而减少批次数量，可以保证胶料质量稳定性；
③有利于设备控制现代化。
32 28 26 24 19 17 10 可调
115 95 75 55 40 28 5.5 5.5
150 45～70 2000公斤/
时
30～50 20～35 15～25 2 2
压片 塑炼、混炼、热炼 破胶 塑炼、混炼、热炼 塑炼、混炼、热炼 塑炼、混炼、热炼 实验用 实验用
• §3.4 开炼机基本结构
•
• 第 三章 开炼机 开放式炼胶机（炼胶机）
―Mill―Mühle
本章重点： 开炼机工作原理、结构组成、强化
炼胶的条件、关键部件的作用
难点：机台各部件结构及原理来自1本节内容:1.概述 2.开炼机的发展动向 3.开炼机的用途与分类 4.开炼机基本结构
重点:
1.开炼机的用途与分类 2.开炼机基本结构和技术特征
④安全装置（全方位刹车） 到1826年应用双辊筒炼胶机至今已有180多年 我国设计制造大型开炼机始于1955年。 ⑤传动方面，采用双出轴
近五十年来开炼机的设计和制造水平有了很大 ⑥辊筒的材质及铸造方法
提高。国产新型结构开炼机不断的涌现。 到目前为止，国产开炼机已系列化，并已出口国外。
§3－2 开炼机的发展动向 开炼机全称开放式炼胶机，是橡胶工业 今后发展方向： 中的基本设备之一,也是三大炼胶设备之一 ①控制方面，实现自动化操作，改善劳动条件 是橡胶工业中使用最早，结构比较简单的 最基本的橡胶机械。 ②调距方面 ，自动、稳定、精准、安全
从1820年出现人力带动的单辊槽式炼胶机。 ③轴承方面，高载、耐温、耐用
三、规格表示
国家标准规定： 在辊筒直径数字之前冠以汉语拼音符号以表示 机台的用途如：
XK－400：X表示橡胶，K表示开炼机，400表示辊筒直径； SK－400：S表示塑料，K表示开炼机，400表示辊筒直径； X（S）K－400：X（S）表示橡胶塑料通用，K表示开炼机， 400表示辊筒直径。 对于一些特殊用途的专用开炼机，还要增加一个符号，如 XKP－400：其中P表示破胶机；XKA－400：其中A表示热 炼机。
•
•
――Main Composition of mill
开炼机主要由辊筒、轴承、机架、 压盖、传动装置、调距装置、润滑系统、 辊温调节装置和紧急制动装置等组成 （见下图）。
• 开炼机虽然大小不同，但其基本结构都 是大同小异的。
压盖
调距装置
传动装置
辊筒
轴承座 旋转接头 机架
• 下面我们要了解几种不同结构的开炼机 • ⒈老式传动开炼机
大驱动齿轮
调距装置
• 2、新型传动式开炼机
双输出
• 3、双电机传动式开炼机 •
电机
减速箱
• 4、带翻胶装置开炼机 •
翻胶装置
作业
• P87: 1.开炼机由哪些主要零部件组成? • 6.开炼机能完成塑炼和混炼的工 作原理是什么? • 7.试述物料在开炼机辊距中受到 哪能些力的作用及其分布情况如何? • 补充题: 开炼机主要有哪些技术特征参数?
§3－3
开炼机的用途与分类
先讲几个工艺名词术语的概念 1. 塑炼（milling）： 把弹性生胶转变成可塑状态的工艺加工过程。 特征：分子量降低，弹性降低，可塑性增大， 流动性好，永久变形增大等。
高温 机械塑炼法 低温
挤出机（连续混炼机） 密炼机 开炼机 增塑剂 化学药品
塑炼方法
物理塑炼法 化学增塑法
类型 辊面形状 主要用途
混（塑）炼机
压片机 热炼机 破胶机 洗胶机 粉碎机 精炼机 再生胶混炼机 烟胶片压片机 绉片压片机 实验用炼胶机
光滑
光滑 光滑或沟纹 沟纹 沟纹 沟纹 腰鼓形 光滑 沟纹 光滑或沟纹 光滑
生胶塑炼、胶料混炼
压片、供胶 胶料预热、供胶 破碎天然胶块 除去生胶或废胶中的杂质 废胶块的破碎 除去再生胶中的硬杂质 再生胶粉的捏炼 烟胶片压片 绉片压片 各种小量胶料实验
在橡胶工业中，混炼车间是整个行业 的核心，是橡胶工厂最重要的部门,能 近年来，开炼机有了迅速的发展， 源消耗大，占全厂40%，是重点节能 不仅在各个加工技术方面有相当的进步 的工序之一。 而且设备方面有很大的发展，广泛地应 用电子计算机管理和控制炼胶作业，大 大地提高了炼胶系统的自动化水平，同
时也引起了炼胶系统的变化。
开练机已系列化，国标规定了辊筒的长径比
• 四、技术特征 • 机台的技术特征是我们比较关心的，因为
我们在进行工艺设备的选择和厂房设计时，机 台的技术特征就显得比较重要，技术特征主要 表明机器的性能参数，有些可在产品总目录及 样本上查到，较详细的应找说明书。
•
开炼机技术特征应包括：辊速、速 比、功率、炼胶容量、辊距调整范围以 及外形安装尺寸和传动方式等。国产炼 胶机的规格与技术特征见下表 。