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双转子连续密炼机的工作原理

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、捲折、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,捲折、搓捏利于溶质均匀分布,捲折推动物料流动。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。掌握物料的流场(流向)对于连续密炼机的设计更为重要!!!

它不同于间歇式密炼机可把每个锅次所需要的物料全部投入混炼室,只要留有空间(必须的填充系数),混炼胶的质量与效率就主要看转子几何构形设计地好坏。国内一些密炼机专家都在研发高效转子。综合高效转子的研发要经过多次试验才能选优。本人在设计胶粉专用脱硫密炼机四棱转子((4WHS转子(专利))时深有感触。

连续密炼机投送料的方式和出料方式与间歇式密炼机不同。它要求被混物料连续从投料端向出料端运动,在运动中被混炼好。它不需要上栓体对物料施压,它有自己的完整混炼腔。施压本就是错误概念。此点在另一专利设计:全液压翻斗密炼机的工作中已得到印证。

(橡胶混炼当剪切应力超过破碎填充剂二次聚集体的吸附力之后,填充剂分散匀度取决于所获总剪切应变量。∑τ=τmax ×t )

为了混炼胶的密炼质量。特设计了 七段叠加连续密炼机左、右旋双转子——(X-WJS)转子。它的第2、4、6、段是按间歇式密炼机转子工作原理来设计的。为了便易加工和截面惯性矩的考虑及对剪切速率、物料切入角、控制物料流向的要求,所以每段都设计有两组螺旋方向相反首尾相连尾端有切送料段的凸棱。至所以各段的凸棱宽度不同、螺旋角方向不同、螺旋角大小不同、工作直径不同、前工作面曲率不同(密炼时的物料高压区)。是因为对各段工作时突出工作性能要求的不同而定的。无论如何这三个密炼段都应在橡胶混炼时保持有一定的流动空间。为了达到此目的,为了把在各混炼段完成自己混炼阶段的混炼胶输送到下一个密炼段。我们特设计了螺棱尾端有一段切送料给(3)、(5)挤出密炼段的凸棱。挤出密炼段对混炼胶的密炼作用不大,但他可以阻止混炼胶回流。切送料段的设计是为了控制各密炼段的流动空间(填充系数)以保在本段的密炼质量和稳定的产量。 第(1)段为螺旋喂料段。它只负責将喂料装置按工艺配方混好的物料并按转子设计的产能(控制好质量流量)均匀地投入本段的物料送入(2)混炼段。第(7)段为挤压排料段。

((如无切送料段的设计就无法控制各密炼段的流动空间(填充系数)和稳定的产量。))!考查了国内外生产的几种规格、型号的连续密炼机转子都无此结构设计。因此转子产能不确定。产量的多少、产品质量的好坏要靠喂料机构调整喂料量来适应,再确定。产量也就是一个范围,而且范围较大。设计存在的问题就显现出来:溶融的塑料裹协着干粉从出料口流出,没有密炼(塑化)好的物料从出料口流出。法雷尔(FarreL)的连续密炼机就往密炼段插销钉或堵块。国内产品就急关卸料门、减少喂料量。这都不是解决问题的根本办法。

X—WJS转子 ——解决的这些问题的理念是设计了七段主功用各异又互相联结的工作段叠加而成的转子。在三段密炼段的螺旋凸棱尾端连接了一段切送料凸棱。三个密炼段密炼容量相等,切送料量相等。并保证在相等时间把各自的任务完成。第一个密炼段(2)。是把胶块由大块剪切、撕拉成小块和更小块,获得足够的尺寸断链把填充剂吃进。形成二次聚集体胶料。第二个密炼段(4)。则利用高剪切速率破碎二次聚集体并使一次聚集体得到基本分散。第三个密炼段(6)。则为了获取更好的可塑度和填充剂均匀地分散。这些要求都要料在进入本段切送料段前完成。这是一个复杂、困难,但又不是不能做到的空想。

前面我们已讲过,密炼室中物料的运动方向应取决于其所得合外力方向与物料摩擦因数来决定。负于物料运动力的是两转子螺旋前工作面。它的法向角; arctgGn=tgGn*CoSβ(笛卡尔坐标系)。再转换极坐标系计算切向加速度、法向加速度。合成其速度方向±摩擦角(arctg摩擦因数)就是物料应去的方向。

但是我们知道在进入第一段密炼段的橡胶是粘弹体并且块粒较大,粘流指数大,流动性差。并且接触转子前工作面的还夹有其他填充剂。如;补强碳黑等。所以胶料的流向不能较准确确定,只能是一个大至方向。这就是密炼机转子设计的一个困难点。国外有实验设备可以观察密炼时物料的动态。我们只有多搞实验,修正参数。最终综合优选最佳。

=该转子(该规格密炼机)每小时产量。为了瞬时产量的稳定、电动机功率小并平稳。我们设计将两支向相旋转的转子在三个密炼段凸棱交汇点成90度相位角安装。为同步连续密炼机。

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