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開(kāi)煉機的工作原理

2014-5-27 11:28:00 來(lái)源:http://www.024pay.cn 作者:利拿
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開(kāi)煉機的工作原理:

思考幾個(gè)問(wèn)題

1.開(kāi)煉機為什么能夠把高彈性的生膠轉變?yōu)榫哂锌伤苄誀顟B(tài)的塑煉膠呢?

用開(kāi)煉機進(jìn)行塑煉,主要就是通過(guò)兩個(gè)相對回轉的輥筒對膠料產(chǎn)生的剪切、擠壓作用,使膠料原有的大分子鏈被打斷,從而使得膠料原有的彈性降低,可塑度提高,有利于下面加工工序地進(jìn)行。

目前使用的塑煉方法主要是包輥塑煉法和薄通塑煉法。


2.如何把膠料與各種配合劑均勻混合在一起?


開(kāi)煉機在煉膠過(guò)程中主要是依靠?jì)蓚(gè)相對回轉的輥筒對膠料產(chǎn)生擠壓、剪切作用,經(jīng)過(guò)多次捏煉,以及捏煉過(guò)程中伴隨的化學(xué)作用,將橡膠內部的大分子鏈打斷,使配方中的各種成分摻和均勻,而最后達到煉膠的目的。從輥筒間隙中排出的膠片,由于兩個(gè)輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個(gè)輥筒上,重新返回兩輥間,這樣多次往復,完成煉膠作用。在塑煉時(shí)促使橡膠的分子鏈由長(cháng)變短,彈性由大變;在混煉時(shí)促使膠料各組分表面不斷更新,均勻混合。在間歇操作的開(kāi)煉機上,加料后膠料反復通過(guò)輥距數次,最后切割下片。


間歇煉膠過(guò)程圖

間歇煉膠過(guò)程圖

1-加料 2-捏煉 3-切割膠料


在用作連續操作的開(kāi)煉機上,膠料從輥筒的一端連續的加入,按煉膠工藝規定的時(shí)間反復通過(guò)輥筒數次,從輥筒的另一端連續切割所要求的膠條。如圖所示。

連續煉膠過(guò)程圖

連續煉膠過(guò)程圖

1-切膠刀 2-帶狀膠條

3:膠料在開(kāi)煉機上加工時(shí),應具備哪些條件才能得到良好的煉膠效果呢?

我們將從兩個(gè)方面進(jìn)行討論,即分別從力學(xué)角度和流變學(xué)角度加以討論 。

A、從力學(xué)角度來(lái)研究膠料進(jìn)入輥距的條件

在煉膠操作時(shí)我們可以看到,當膠料包覆一個(gè)輥筒后兩輥筒間還有一定數量的堆積膠,這些堆積膠不斷被轉動(dòng)的輥筒帶入輥隙中去,而新的堆積膠又不斷形成。這些堆積膠對煉膠效果的影響是很大的。

若堆積過(guò)多,過(guò)多的堆積膠便不能及時(shí)進(jìn)入輥隙,只能原地輕輕抖動(dòng),此時(shí)煉膠效果顯著(zhù)下降。

若堆積膠過(guò)少,則不能形成穩定連續的操作。

可見(jiàn),確定適量的堆積膠是必要的,為此就需要引入一個(gè)稱(chēng)之為接觸角的概念。

所謂接觸角,即膠料在輥筒上接觸點(diǎn)a與輥筒斷面圓心連線(xiàn)和輥筒斷面中心線(xiàn)的水平線(xiàn)的角,以α表示。如圖所示。


膠料能否進(jìn)入輥隙,取決于膠料與輥筒的摩擦系數和接觸角的大小。

以膠料為研究對象,以接觸點(diǎn)a點(diǎn)作為邊緣研究點(diǎn),在煉膠過(guò)程中,膠料對輥筒產(chǎn)生徑向作用力(合力)——即橫向壓力,用P表示,反過(guò)來(lái),根據作用力與反作用力的關(guān)系,輥筒對膠料產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向相反的作用力——橫壓力的反作用力,用F表示。把這個(gè)力分解成一個(gè)水平作用力Fx和切向作用力Ft。

Fx的作用:是對膠料產(chǎn)生擠壓作用,并使其產(chǎn)生變形;

Ft的作用:是把膠料推出輥距。


另外,膠料與輥筒之間在運動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生摩擦作用,即有摩擦力存在,膠料對輥筒的摩擦力用T'表示,方向背離輥距。反過(guò)來(lái),輥筒對膠料的摩擦力,用T表示,方向進(jìn)入輥距,它的作用是把膠料拉入輥距。

若想膠料進(jìn)入輥距進(jìn)行煉膠,只有

T>Ft

T-為摩擦力,應為TF·μ,F為正壓力,μ為摩擦系數;μ=tgφ,φ為摩擦角。

TF·tgφ

從圖上可以看出,即從△FtFA得知

FtF·tgα α為膠料接觸角

又∵T>Ft

即有TF·tgφ> FtF·tgα

tgφ> tgα

∴有φ>α

從分析可知,只有當摩擦角φ大于接觸角α時(shí),膠料才能進(jìn)入輥距。

只有這個(gè)條件滿(mǎn)足時(shí),才能保證正常煉膠。橡膠或膠料與金屬輥筒的摩擦角φ與膠料成分及其配方、可塑度、煉膠溫度及輥筒表面形狀等有關(guān)。Φ=38~420,生膠與金屬輥筒摩擦角φ=38041’,煉膠過(guò)程中一般采用接觸角α=32~400,國內推薦采用α=36~400。

B:從流變角度上主要研究

1、膠料的擠壓作用是如何產(chǎn)生的?以及與橫壓力的關(guān)系?膠料在輥隙中得到強烈的擠壓和剪切,如圖所示。擠壓作用是由于膠料通過(guò)逐漸縮小的輥筒間距而產(chǎn)生,隨著(zhù)橫壓力的增大而擠壓力增大。

2、膠料剪切作用是怎樣產(chǎn)生的?以及剪切力的大小與誰(shuí)有關(guān)系?

剪切作用是由于前、后輥筒有速比而產(chǎn)生,速比越大剪切力越大。

3、輥距大小對膠料的剪切作用以及對煉膠效果有無(wú)影響?

對同一機臺來(lái)說(shuō),速比和輥筒線(xiàn)速度是一定的,可用減少輥距的方法來(lái)增加速度梯度,從而達到增加對膠料的剪切作用。如生膠的薄通塑煉,就是這個(gè)道理。速度梯度值大,煉膠的效果就好,特別對破膠及塑煉效果好。但對膠料剪切變形所需的能量增加時(shí),膠料溫度上升的塊,所以要加強冷卻。

4、煉膠過(guò)程中為什么要進(jìn)行割膠、翻膠?

在煉膠過(guò)程中,將膠料進(jìn)行切割對煉膠過(guò)程是十分重要的。根據流體力學(xué)的分析,煉膠過(guò)程膠料的流線(xiàn)分布如圖所示。

開(kāi)煉機煉膠過(guò)程膠料的流線(xiàn)分布圖

從圖中可見(jiàn)靠近輥筒處膠料的流線(xiàn)與輥筒轉動(dòng)面平行。而在楔形斷面開(kāi)始處,有一個(gè)回流區域,形成兩個(gè)封閉的回流線(xiàn)(即ψ-0線(xiàn))。當v1v2時(shí),這兩個(gè)封閉回流線(xiàn)對稱(chēng)分布,當v1時(shí),兩個(gè)封閉回流線(xiàn)的中性面移向慢速輥筒一側?梢(jiàn)當v1v2時(shí),封閉回流線(xiàn)所受到的剪切作用較v1時(shí)要小,影響了煉膠的效果。所以,大部分煉膠機都設計成兩輥筒速度不同(v1v2)。

但僅速度不同也不能得到最佳的煉膠效果,這是由于v1v2時(shí),楔形膠條仍然存在封閉回流。只有采用切割膠條的辦法,促使膠料沿輥筒軸線(xiàn)移動(dòng),才能不斷破壞回流,加速煉膠作用,取得良好的效果。

膠料在輥隙中受到強烈的擠壓和剪切。擠壓作用是由于膠料通過(guò)逐漸縮小的輥筒間距而產(chǎn)生,隨著(zhù)橫壓力的增大而擠壓力增大;剪切作用是由于前、后輥筒有速比而產(chǎn)生,速比越大剪切力越大。

對同一機臺來(lái)說(shuō),速比和輥筒線(xiàn)速度是一定的,可用減少輥距的方法來(lái)增加速度梯度,從而達到增加對膠料的剪切作用。如生膠的薄通塑煉,就是這個(gè)道理。速度梯度值大,煉膠的效果就好,特別對破膠及塑煉效果好。但對膠料剪切變形所需的能量增加時(shí),膠料溫度上升的快,所以要加強冷卻。

C:強化煉膠效果,必須具備四個(gè)條件

經(jīng)過(guò)上面分析討論可知,要想完成煉膠操作及得到較好的煉膠效果,應實(shí)現下面四點(diǎn):

1、使膠料摩擦角大于接觸角(φ>α)以便把膠料帶入輥距;

2、使前后輥速(線(xiàn)速度)不相等,以便對輥隙中的膠料進(jìn)行強烈的擠壓和剪切;

3、煉膠時(shí),需要切割翻膠,以破壞膠料的封閉回流線(xiàn),加強物料的分散效果;

4、煉膠過(guò)程中不斷調整輥距,以改變速度梯度,提高煉膠效果。


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