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        橡膠在密煉機內混煉過程的分析

        編輯:浙江新世界密煉機有限公司   時間:2014/06/21   字號:
        摘要:橡膠在密煉機內混煉過程的分析
            摘要: 通過橡膠混煉過程功率曲線分析、并把流變理論試驗應用在混煉過程的兩個重要階段:即加入粉粒狀填料之前及其全部混入膠料之后直到排料為止,證明密煉機轉子的軸扭矩和密煉室中的物料粘度是成正比的(近似成線性關系)。
         
         
              混煉是橡膠加工的一個重要過程?;鞜捁に囀欠窈侠?,不僅影響混煉質量效率及能耗,而且,混煉膠料的質量,還將影響后續加工過程,如壓延、擠出和硫化等,更影響半成品的質量,最終,還將影響制品的性能。目前橡膠混煉的主要設備是密煉機,對密煉機混煉工藝的改進,長期以來,主要是憑經驗和技藝,自從橡膠混煉過程理論…和密煉流變分析  J的發展,密煉機的混煉理論才進入一個新的階段,成為人們分析和解決混煉過程諸多問題的有力手段],但也有人認為,混煉過程十分復雜,上述理論尚無法直接定量應用。本文通過混煉過程的功率曲線,結合橡膠混煉過程理論和密煉流變分析討論橡膠混煉的基本過程,即橡膠與粉粒狀填料的混合過程。并輔以試驗進行說明。
         
        1: 試驗部分
         
        橡膠粘度與扭矩關系:
        (1)使用PLE一651型Brabender塑化儀進行,轉子為三角形,轉速90r/min,填充系數0.7。
        (2)使用上海輕工模具廠生產的1L實驗用密煉機,轉速40r/min,填充系數0.6。將橡膠塑煉到不同時間再排膠,記錄其扭矩、溫度和能量值。將橡膠與填料混煉到不同時間再排膠,記錄其扭矩、溫度和能量值。此處的橡膠等原材料均為工業品。性能測試,按有關標準測試方法。
         
        2: 密煉流變分析
         
        從混煉工藝的角度來看,對密煉的流變分析,不管是Bergen、Bolen、Colwell、Funt;還
        是FyBep和~y,''BadlbHOB等學者,對密煉機多只考慮轉子凸棱峰頂與混煉室壁之間的高剪切區;或補充考慮轉子凸棱根部及凸棱前面整個鐮刀形的剪切區。有的只考慮拖曳流,或既考慮拖曳流,也考慮壓力流。不管是牛頓性流體,還是非牛頓性流體,亦不管是等間隙,還是漸變間隙,其密煉機轉子扭矩T或轉子軸功率P與混煉室內物料的粘度或切應力r的關系,多
        以下式表示(推導過程從略):
        P=rlV L/h0=4徊L/hd                         (1)
        P=[2 Q La(口+1)/h (口+1)]×[3(口一1)+(口+1) 口]  (2)
        P=2rrZT=2rrRZrS                                (3)
         
        式中:V為轉子線速度,Z為轉子速度,L、h n、h、a、R、S 分別為密煉機幾何尺寸有關的參數。也就是說密煉機轉子軸功率P或者轉子扭矩T均與混煉室內物料粘度成正比。
        從混煉工藝的角度來看。膠料與粉粒狀填料混合過程,大致可分為粉碎、浸潤混入、分散
        和單純混合等四個階段ll J。而塑化及橡膠分子主鏈斷裂,則貫穿各個階段。對用密煉機混煉來說。膠料的粘度大小,則決定著混入和分散能否進行及進行速度的快慢。從各個階段來看,粉碎和粉粒狀填料未完全混入膠料前,就很難說密煉機轉子軸功率或轉子扭矩與物料粘度成正比。這也與密煉過程流變分析時,對物料假設的等溫與不可壓縮的液體性質相差太遠。因此,也不難理解:有人認為密煉機內混煉太復雜,對密煉的流變分析理論不能直接應用;如還考慮到:實際混揀過程中,可能出現的摩擦打滑等因素,混煉過程是很復雜的。也有人認為:膠料是粘彈性體…,在進入高剪切區時,既有剪切變形,也有拉伸變形,在大變形時,拉伸的膠料還會斷裂。還有人認為:在有粉粒狀填料的條件下,當膠料粒子斷裂到一定的 細度時,混煉就完成了,而不必分為四個混煉階段??梢?,各家說法是不一的。
         
        3: 混煉過程功率曲線
         
        橡膠與粉粒狀填料的混煉,功率曲線圖形,開始投入生膠,上頂栓下壓到位,經過一段時間,功率下降較慢了,提起上頂栓,加入粉粒狀填料后,再將上頂栓下壓到位,這時,功率迅速上升,出現一峰值后,功率曲線先下降很快,到一定時間后,下降又緩慢了,最后,到排膠時,混煉結束。
         
        4: 試驗設計與結果
         
        從圖l可以看成兩段,開始投入生膠到粉粒狀填料投入前為一段,這段密煉室中只有生膠。從投入粉粒狀填料到最終排料為另一段,在這一段密煉室中,從有生膠和粉粒狀填料兩種
        到有粉粒狀填料、未混生膠及混有粉粒狀填料的膠料等三種,最后又全部為已混有粉粒狀填料膠料的一種物料。
         
        試驗設計:
        為生膠通過不同時間塑煉后排料,記錄密煉機轉子扭矩測定塑煉膠的門尼粘度值。
        ②為粉粒狀填料全部混入生膠后通過不同時間排料,記錄密煉機轉子扭矩測定}昆煉膠
        的門尼粘度值。
         
        5 試驗結果分析與討論
         
        從圖2和圖3的試驗結果來看,天然煙片膠和半補強炭黑混煉膠,轉子扭矩和膠料門尼粘
        度值存在近似的直線關系。如從圖1混煉過程功率曲線來看,投入生膠后,功率從第一個峰值
        下降,到提起上頂栓以前,和粉粒狀填料全部混入后,到提起上頂栓排膠前,密煉機轉子的軸扭矩和密煉室中的物料的粘度之間,也應存在近似的正比關系??梢娫谏鲜龌鞜掃^程的兩段范圍內,密煉的流變分析理論,基本上是適用的。天然橡膠不是牛頓流體,而是粘彈性流體,在混煉過程中,除有粘性拉伸、壓縮和剪切變形外,還在不同階段存在不同程度的彈性變形,由此。本不應該存在前述的線性關系,如何解釋呢?在試驗所代表的那兩段范圍內,粘彈性物料,雖然既具有粘性,也具有彈性,但它們是一對矛盾的兩個方面,當粘性是這一對矛盾的主要方面時,它就代表這一物體的主要屬性。本試驗所代表的的范圍內,粘性恰恰是主要方面。 Nakajima認為:在混煉條件下應視橡膠為粘彈性的固體,處于彈性狀態。這對常溫或稍高溫度下的某些合成橡膠來說,可能是適用的。而對天然橡膠,則是不完全適用的。對密煉機有實際工作經驗的人來說,在生膠粘度較大,溫度較低,投入粉粒狀填料較多時,常會遇到膠料分成一定大小的膠團,外層粘有粉粒狀填料而又無力混入,這時,密煉機不形成尖峰負荷,如不采取措施,可保持半小時,甚至更長時間,俗稱“壓散”現象。這種狀態,可以認為是較典型的彈性體屬性。如應用Palmgrem的橡膠混煉理論,則說明粉粒狀填料加入前,膠料的粘度決定著混入與分散能否順利進行,決定著整個混煉進程。這也說明:當粉碎膠料的力小于其聚集力時,繼續進行混煉,對分散是無作用的;還能說明,密煉機負荷變化不明顯,是由于膠料粘度過大,粉粒狀填料無力混入的結果。 到此,可以認為:在整個混煉過程的兩個主要階段,密煉流變學分析理論的主要論斷,即密煉機轉子的軸扭矩和密煉室中的物料的粘度基本上成正比的關系是可以應用的。再結合Palmgrem的橡膠混煉理論和混煉過程的功率曲線,就使得密煉機混煉橡膠的過程有了明確的理論解釋。
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