作者： ‖ 時間：2021/1/6 ‖ 來源： ‖ 點擊：2282
一百多年前，膠料混煉在開放式煉膠機上進行，配方材料敞開式加入，炭黑和化工小料不可避免地在周圍空間飛揚，既污染環(huán)境，又難保證混煉膠質(zhì)量。至1916年英國工程師Banbury 發(fā)明了具有上頂栓壓砣、下落式卸料門與混煉室構(gòu)成的密閉式煉膠機，使橡膠、炭黑和助劑能在一個特定的全封閉機械空間內(nèi)混煉。隨后二、三十年里，他又對密煉機的加料、卸料、冷卻、壓料裝置進行了一系列的改進和完善，使配合劑的漏出減少、操作安全、人力勞動減輕、生產(chǎn)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)量與工作環(huán)境得到改善。人們?yōu)榱思o念Banbury對密煉機的劃時代貢獻，把切線型轉(zhuǎn)子密煉機命名為“Banbury Mixer”。
至今為止，橡膠混煉加工理論沒有出現(xiàn)革命性突破。雖然我們使用的密煉機從外型上幾乎看不到變化，但長期以來全球密煉機研發(fā)制造企業(yè)投入大量研究和創(chuàng)新實踐，對煉膠機理認識更加深入，在密煉機領(lǐng)域的轉(zhuǎn)子技術(shù)、上頂栓驅(qū)動和壓力控制技術(shù)、煉膠溫控技術(shù)、混煉室密封技術(shù)，以及機型升級規(guī)格延伸，使橡膠工業(yè)在新材料配方開發(fā)、高效生產(chǎn)和提高均勻性、節(jié)能減排方面不斷進步。
密煉機位于橡膠生產(chǎn)頭道工序，生產(chǎn)的膠料質(zhì)量對在制品加工工藝性能、制成品質(zhì)量、過程生產(chǎn)成本有相當重要的影響和起關(guān)鍵作用；同時煉膠工段是耗能大戶，以輪胎生產(chǎn)為例，煉膠能耗占全廠總能耗的35%～40%；密煉機的機械性能和工藝性能優(yōu)劣，還關(guān)系到現(xiàn)場清潔文明以及熱膠廢氣產(chǎn)生量的大?。z溫越高，產(chǎn)生熱膠廢氣越多）。
因此，我們要充分認識密煉機及其煉膠技術(shù)在橡膠生產(chǎn)領(lǐng)域的重要位置，牢記“抓好了密煉機就抓住了煉膠的牛鼻子”。本文簡介近期（重點是本世紀以來）國內(nèi)外密煉機的技術(shù)成果和發(fā)展趨勢，供橡膠產(chǎn)業(yè)的技術(shù)與管理人員分析參考。
一密煉機的技術(shù)進步
1. 密煉機轉(zhuǎn)子創(chuàng)新
密煉機轉(zhuǎn)子是密煉機的核心零件，它的變革總是與新材料發(fā)展，新技術(shù)要求，以及人們對優(yōu)質(zhì)膠料、高效節(jié)能生產(chǎn)的不懈追求聯(lián)系在一起。表1列出有代表性的密煉機轉(zhuǎn)子的發(fā)展歷史及其應用特點。
表1 密煉機轉(zhuǎn)子歷史及其性能特點
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轉(zhuǎn)子類型 |
問世 |
發(fā)明人 |
性能特點 |
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剪切分散型 2W |
1916 |
Farrel |
轉(zhuǎn)子工作有速比，膠料主要在棱尖與室壁之間受強烈剪切，炭黑分散快，剪切生熱較大。 |
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剪切分散型 4W |
W.P |
轉(zhuǎn)子工作有速比，膠料主要在棱尖與室壁之間受強烈剪切，炭黑分散快，剪切生熱大；煉膠效率高于2W轉(zhuǎn)子 |
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嚙合混合型K／E |
1936 |
Farrel/W.P |
轉(zhuǎn)子工作無速比，膠料主要在轉(zhuǎn)子中間受到嚙煉混合作用，室壁間的剪切作用較少，轉(zhuǎn)子徑向尺寸較大，膠溫上升較平緩。適用于對溫度敏感的配方材料混煉。 |
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剪切分布型ST
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1988 |
Farrel |
轉(zhuǎn)子工作無速比，膠料在棱尖與室壁之間受剪切，也被推向中間攪合。提高均勻分布作用，溫升相對較緩和。 在分散和分布功能方面趨于比較均衡。同比F4w轉(zhuǎn)子，煉膠效率高10.6%，膠料均勻性提高15%。 |
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分布剪切型Zz2 |
1993 |
W.P |
轉(zhuǎn)子工作有速比，相對4W轉(zhuǎn)子其剪切作用減少，膠料軸向流動翻滾較多，分布均勻，煉膠溫升較緩和。 |
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剪切分布型6W MTVC
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2001 |
神戶制鋼 |
轉(zhuǎn)子工作無速比，每條長棱與室壁之間的間隙分成大、中、小三段，軸向運動的部分膠料可從這些間隙中翻過棱峰，有減緩剪切分散、提高均勻分布作用。膠料溫升趨于緩和，煉膠效率與ST轉(zhuǎn)子處于同一水平。 |
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分布剪切型 NST
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2004 |
Farrel |
轉(zhuǎn)子工作無速比，一邊長棱與ST一樣，另一邊長棱螺旋角加大、棱加寬，與ST轉(zhuǎn)子相比會將更多膠料推向中間攪合，均勻分布作用加大，溫升趨于緩和。適用于溫度敏感的配方材料混煉。同比ST轉(zhuǎn)子占比體積約小2％、則工作容積增加約2％、煉膠效率提高5.6%。 |
從上述發(fā)展歷史看來，橡膠密煉機轉(zhuǎn)子是由剪切分散為主，向分散和分布兼顧的發(fā)展過程。以嚙合混合型K／E 、ZZ2、6w MTVC、NST為代表的轉(zhuǎn)子，在提高煉膠均勻性、緩和煉膠溫升、較大范圍地適應各種配方方面，都有很好的表現(xiàn)。
表2列出用Farrel密煉機系列轉(zhuǎn)子NST、ST、2w在某工廠生產(chǎn)終煉膠，進行連續(xù)一個月生產(chǎn)的對比測試數(shù)據(jù)。
表2 密煉機不同轉(zhuǎn)子用于終煉膠生產(chǎn)的性能對比
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項目 |
樣本1 |
樣本2 |
樣本3 |
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密煉機規(guī)格 |
F270 |
F270 |
F270 |
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轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式 |
NST |
ST |
2w |
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1份配方膠料重量 kg |
218 |
218 |
208 |
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轉(zhuǎn)子速度起始/結(jié)束 r/min |
40/40 |
39/30 |
43固定 |
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氣缸壓力起始/結(jié)束 Mpa |
0.54/0.5 |
0.54/0.5 |
0.59 /0.5 |
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設(shè)定工藝溫度：混煉室壁℃ |
32 |
32 |
32 |
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轉(zhuǎn)子℃ |
82 |
82 |
71 |
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下頂栓℃ |
38 |
38 |
38 |
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平均混煉時間 S |
58.36 |
63.31 |
68.44 |
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平均煉膠周期時間 S |
86.94 |
91.89 |
97.02 |
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平均排膠功率 kwh |
8.78 |
10.62 |
無數(shù)據(jù) |
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1小時產(chǎn)量 kg/hr 基于加料和排料的煉膠周期總時間28.6 S |
9015 |
8564 |
7742 |
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膠料質(zhì)量：連續(xù)1個月生產(chǎn)膠料的批次，流變儀測試數(shù)據(jù)的標準差Mh（std dev） |
0.33 |
0.94 |
1.09 |
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結(jié)論：2w轉(zhuǎn)子為基準比較，產(chǎn)量增加率 % |
16.5 |
10.6 |
參考基準 |
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ST轉(zhuǎn)子為基準比較，產(chǎn)量增加率 % |
5.3 |
參考基準 |
-9.6 |
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2w轉(zhuǎn)子為基準比較，膠料均勻性提高 % |
70% |
15% |
參考基準 |
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ST轉(zhuǎn)子為基準比較膠料均勻性提高 % |
65% |
參考基準 |
-16 |
從對比可見，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)的密煉機轉(zhuǎn)子，可給用戶帶來越來越可觀的質(zhì)量生產(chǎn)效益。
2. 交流電機與變頻驅(qū)動器的密煉機應用
用交流電機變頻驅(qū)動替代直流電機的密煉機拖動和調(diào)速技術(shù)，為煉膠工藝提供更佳效率曲線，這是因為密煉機要求在很短的時間內(nèi)有很高的輸出，而在煉膠周期的長時間內(nèi)只要求低的電機電流。在部分過載運行情況下，AC電機工作起來比直流電機高效。據(jù)國外的評估對比，用交流變頻取代直流密煉機的電機調(diào)速時，平均能提高20%的電能利用效率。例如在國外輪胎工業(yè)某工廠，一臺直流電機驅(qū)動的320嚙合密煉機，每小時3噸產(chǎn)量，消耗2，600，000kwh/年（6，000小時/年運轉(zhuǎn)），裝交流電機變頻調(diào)速后，由于它效率很高，每年減少用電650，000 kwh。在我國，交流變頻電機應用在密煉機拖動的優(yōu)越性也得到了廣大用戶認可。
3. 煉膠工藝壓力調(diào)控技術(shù)
煉膠壓力主要由上頂栓壓料裝置施加。早在上世紀50年代，我國上海橡膠機械廠就研究開發(fā)在50L密煉機上應用液壓上頂栓壓料裝置，國外在上世紀80年代中期研究液壓壓料裝置技術(shù)，真正被應用到實際生產(chǎn)是90年代，推廣應用是在本世紀初。至今，密煉機的上頂栓壓力驅(qū)動控制普遍由液壓伺服驅(qū)動技術(shù)替代了傳統(tǒng)的氣缸驅(qū)動。
為確保油缸漏油不會進入混煉室影響混煉膠的質(zhì)量，兩個油缸液壓油缸對角裝在加料加壓裝置側(cè)邊，通過橫梁導軌（桿）機構(gòu)驅(qū)動上頂栓。圖1所示示一種液壓上頂栓和加料裝置的構(gòu)成。