第4课-密炼机教学提纲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第4课-密炼机,密闭式炼胶机,密炼机,全称（在密闭的密炼室中）,开炼机,基础,缺点,粉尘大,劳动强度大,效率低,开放式炼胶机,实际最早是由德国,W&P,公司的一名商业工程师（英国人）根据该公司的原型机台设计的，由于其发展较快，产量也大应用较广，故人们一直认为,Banbury,密炼机是最早问世的。,一般均认为,Banbury,在,1916,年发明的,密炼机,优点,由于它在很大程度上是凭经验发展起来的，因而在发展早期曾出现过认为塑炼效率低，不能用它来塑炼的说法，但已经为生产实践所否定。因此，密炼机的出现是炼胶机械的一项重要成果，至今仍然成为塑炼和混炼中的典型设备，并处于不断发展完善中。据国外资料统计，在橡胶工业中有,88,的胶料是由密炼机制造的，塑料、树脂行业亦广泛应用密炼机。,混炼时间短,生产效率高,操作容易，较好地克服粉尘飞扬,减少配合剂的损失,改善劳动条件，减轻劳动强度等,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）。,密炼机的结构也在不断发展。密炼机工作过程及整个机组的机械化、自动化水平也在不断提高，采用了程序控制，现在大型引进机台均采用计算机控制。,总之，此种发展是在大大强化混炼过程，提高机台效能，减轻体力劳动和改善工作环境等。,在这种剧烈的混炼过程中，当然会带来许多新问题，因此，对机械研究设计来说，从机台的捏炼系统、冷却系统、密封系统、加料及压料系统、卸料系统、传动系统、控制系统、主要零部件、材料到各种参数的技术决定以及理论，都需要相应的发展，以使机台性能优良，为生产过程提供可能的适应性和调节性。,密炼机发展方向：,二大,二高,一低,大功率、大规格（大容量）,高速、高压,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,按转子,端面形状不同,（,Rotor Section Form,）,椭圆型转子密炼机,三棱型转子密炼机,圆筒型转子密炼机,椭圆型,圆,筒,型,三棱型,按转子,啮合与否,（,Intermeshing,）,相切型，切线型,啮合型，联锁型,按转子,转速不同,（,Rotor Speed,慢速,以,XM,250,为例,20rpm,中速,以,XM,250,为例,30,50rpm,高速,以,XM,250,为例,60rpm,转速与其它机械相比，属低速范围，但对炼胶作业来讲却是高速了，因炼胶要消耗大量能量，产生大量热量，这两点都限制转速范围,。,按转子,转速变化与否,单速,双速 转子具有两个速度,变速,以,密炼机的容量,来分,大容量（规格）密炼机,370L,中容量,80,270L,小容量,10,50L,试验用密炼机在,10L,以下,按,转子速比,异步转子,同步转子,目前规范使用的式椭圆形转子密炼机，圆筒形可作为对前者工作方式的补充和发展。椭圆形密炼机的代表是美国,Farrel Co制造的,F,系列密炼机和德国,WP Co,生产的,GK-N,系列密炼机；圆筒形密炼机的代表是英国,Francis Shaw Co,研制的,K,系列密炼机与德国,WP Co,生产的,GK-N,系列密炼机。本章主要以椭圆形转子密炼机为例介绍密炼机的基本概况。,3.1.2,基本结构,密炼机主要由转子、密炼室、密封装置、加料及压料机构、卸料装置、传动装置、气动控制系统、液压系统、加热冷却系统、润滑系统及电控系统等部分组成。,整体结构,整,体,结,构,六个部分,混炼部分,Mixing section,加料部分,Feed module section,压料部分,Pressure ram section,卸料部分,Discharge section,传动装置部分,Drive section,加热冷却系统,Heating,cooling system,气压系统,Compressed air system,液压系统,Hydraulie system,电控系统,Elestric controller(system),润滑系统,Lubrication system,五,个,系,统,底座,XM,250/40,椭圆型密炼机结构图,密 炼 机,3.1.3,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。,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。,混炼过程,基,本,步,骤,1,、细分（,break,）,2,、混入,(,捏炼,),（,intermix,，,blend,）,3,、分散,（,微观分散,分散混炼,）,（,Dispersive Mixing,）,4,、简单结合,(,单纯混合,宏观分散、分布混炼,),5,、塑化阶段,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。,胶料在密炼室中的混炼过程,胶料在密炼室中的混炼过程示意图,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。,(2),两转子之间的混合搅拌、折卷作用,（,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。,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。,公式,（,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。,每个转子都有二个方向不同、长短不一的螺旋棱，长螺旋棱的螺旋角,=30,，短螺旋棱的,螺旋角,=45,。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,Pcos,轴向力,Px,使胶料沿转子轴线移动,Px,Psin,因为胶料与转子表面的摩擦力,T,企图阻止胶料轴向移动，故要使胶料产生轴向移动条件是：,PxTx,P sin,P tan,cos,P,tanP,tan,tantan,为胶料与转子金属表面的摩擦角，随胶料温度变化而变。一般情况下，,胶料与金属表面的摩擦角,=37-38,。,从试验得知，胶料与金属表面的摩擦角,=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 ,=30,，,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 ,=45,，,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,。,（,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。,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。,3.1.4,技术特征与规格表示,密炼机的规格一般以密炼室的工作容量和转子的转速，并冠以相应的符号来表示。,如,X(S)M-250/40.,其中，,X,表示橡胶用，,S,表示塑料用；,M,表示密炼机；,250,表示混炼室的工作容量，,L,；,40,表示转子的转速，,r/min,。,如,XM75/35*70,表示工作容量为,75L,的双速（,35r/min,和,70r/min,）密炼机。,3.2,主要参数,反映密炼机工作性能的主要参数为混炼室总容量与工作容量、转子的转速与速比、上顶栓对物料的压力、传动功率、生产能力等。,3.2.1,混炼室总容量与工作容量,混炼室,总容量,是指上顶栓落下、卸料门关闭时，混炼室与转子之间的空腔容量，在量值上等于混炼室的容量减去两转子的体积。,混炼室的,工作容量,是表示每次可被捏炼的胶料的体积，又称额定容量。工作容量必须适当，通常取总容量的,55-75%,。过少过多对混炼都不利。,密炼室总容量，空容量，工作容量,关系是：空容量,总容量,工作容量,空容量,工作容量,总容量,（有效容量）,3.2.2,转子的转速与速比,密炼机转子的转速多以主动转子的转速来表征，速比指两个转子的转速之比，这两个参数对密炼机的工作性能影响很大。,（,1,）转速,转子的转速是密炼机主要性能指标之一。,转,子,转,速,生产能力,功率消耗,炼胶质量,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：,u,胶料的粘度,m,流变常数,由此可见，剪切速率随转速的增大而增大。转对于某以特定的密炼机来说，,h,是个常数，,的大小仅有转速而定。转速越高，,越大，胶料变形越快，捏炼效果越好，混炼时间越短，生产能力越高。因此说，提高转速室提高生产能力最有效的途径之一。,转速与炼胶时间和生产能力的关系见下表。,转速与炼胶时间和生产能力的关系,转速与炼胶时间的关系,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=4v,2,B/h,N-,转子单位上的功率消耗；,-,胶料的粘度；,v-,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,。,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,130150,0,C,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,100120,0,C,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。,常用转速,每种胶料要达到炼胶质量指标所需要的剪切速率，不管开炼机规格的大小，几乎是一样的，因此小规格的开炼机必须采用较高的转速才能达到同大规格开炼机所对应的剪切速率，一般转子转速为,50-150r/min,。两段混炼时，一般第一段转子转速为,40-60r/min,，第二段加硫混炼转速为,20r/min,。,（,2,）速比,一般椭圆形转子密炼机两个转子的转速是不同的，快转子与慢转子的转速之比称为速比，其值由速比齿轮来定，又成名义速比。另外，两转子工作表面各处因回转半径不同而形成了不断变化的线速度之比，称为实际速比密炼机转子的经验速比通常为,1:1.15,1,：,1.18,。近年来，新开发研制的,同步转子密炼机,，其转子速比为,1,：,1,。,3.2.3,转子棱顶与密炼室内壁间隙,炼胶时，对胶料起分散作用的主要是在转子棱顶与密炼室内壁间隙之间形成的高剪切区域内。间隙,h,的大小直接影响胶料的剪切速率与剪切应力。,h,过大或过小都会对炼胶效果造成不良影响。,生产实践证明：密炼机在使用若干年后，同等条件下，混炼胶的质量下降。,原因是：密炼机使用时间长了，,转子棱与密炼室内壁会产生磨损，使转子棱顶与密炼室内壁间隙,h,增大,，,致使,剪切应力和剪切速率,减小，降低了炼胶效果，,使混炼胶的质量下降,。,应对措施是：补焊；增加容量。,3.2.4,生产能力与填充系数,密炼机单位时间内混炼物料的质量称为生产能力。,计算密炼机生产能力，可用下式：,式中,G -,生产能力，公斤,/,小时；,V-,密炼机工作容量，升；,-,胶料的比重，公斤,/,升；,t -,一次炼胶时间，分,;,-,设备利用系数，,80-90%,工作容量,V,由下式计算,：,V=V,0,式中：,V,0,-,密炼室总容量（密炼室空容量减去转子所占体积）,-,胶料的填充系数,，,一般取,0.55-0.75,。,由此可知，填充系数直接影响密炼机的工作容量大小，即影响生产能力的大小。但填充系数过大或过小均会影响炼胶质量，也影响生产能力。,对于特定的密炼机来说，,决定了密炼机生产的工作容量，从而决定了生产能力,。合理的填充系数与物料种类、配方特性、上顶栓的压力、操作方法、转子转速、密炼机结构等多种因素有关。,的大小十分重要，目前没有一个确切的计算办法，一般通过分析和试验的方法确定。,一般取,0.5-0.8,。,3.2.5,上顶栓压力,密炼机是将物料封闭并由上顶栓对其施压而进行混炼的。,在混炼过程中上顶栓对胶料的单位面积的静压力称为上顶栓压力，,单位,Mpa,。,增加上顶栓对胶料的压力，可以提高胶料中的流体静压力,虽然不直接影响剪切应力，但是由于减少了密炼室内胶料的空隙，使得胶料与密炼室内壁，转子，上、下顶栓等之间，以及胶料内部各种物料之间更加迅速地互相接触和挤压。这,使得物料之间接触面积增大，从而减少了胶料与密炼室内壁及胶料与转子表面的滑动，能间接的导致较高的剪切应力，加速分散过程，从而缩短混炼时间，提高了,密炼机的功效,。,提高上顶栓压力的方法,（,1,）提高压缩空气的压力；,（,2,）加大上顶栓气缸直径；,（,3,）采用液压代替风压。,上顶栓压力与混炼时间和生产能力的关系,上顶栓压力与混炼时间和混炼速度的关系,3.2.6,功率,密炼机是一种捏炼强度极大的混合设备，在混炼物料的过程中要消耗大量的能量。电动机功率消耗主要用来完成胶料捏炼过程中的剪切、搅拌混合和机器各转动部分的摩擦。以前二者为主。,密炼机功率消耗的特征,密炼机功率的计算公式,假定胶料是在粘度不变、等温下捏炼过程，转子单位长度上的功率消耗表示为：,N=4v,2,B/h,N-,转子单位上的功率消耗；,-,胶料的粘度；,v-,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,。,但是，橡胶属非牛顿型流体，对一台特定的密炼机来说，其功率消耗表示为：,N=Cv,k+1,k-,胶料特性系数，,k,1,：,v-,转子棱顶回转线速度；,C-,系数,。,影响功率的因素,密炼机功率消耗受多种因素影响，主要有下面几个：,（,1,）工作容量,工作容量越大，,N,消耗,越多。,从图,4-12,知，密炼机,工作容量越大，其功,率消耗越多。,（,2,转子棱顶与密炼室内壁间隙,h,的关系,功率消耗与转子棱顶和密炼室内壁间隙（,h,）成反比，,h,越小，,N,越大,。,（,3,）转子棱顶宽,B,的关系,从公式,N=4v,2,B/h,可以看出,B,越大，,N,越大,(4),功率与转子转速的关系,从公式和图,4-14,看出，,功率与转子转速,近似成正比。,(5),功率与上顶栓压力的关系,上顶栓压力的增加，会导致功率消耗的增加。,(6),功率与转子结构的关系,转子由二个螺旋棱增加至四个螺旋棱、六个螺旋棱时，加剧了胶料在捏炼中的分流和增加了胶料的剪切次数，故增加了功率消耗,。,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,