CN104723471A - 一种转子组合式混炼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于橡胶混炼技术领域，具体涉及一种转子组合式装置，整体由上下两台不同大小的密炼机串联组成，上游密炼机为安装有自动清扫装置的小密炼机，配备高分散、低温的啮合式转子；下游密炼机为无上顶拴大密炼机，配备既具有剪切型转子强剪切效果、又具有啮合型转子分布混炼作用的反应四棱转子；混炼时，先通过上游密炼机的啮合式转子对胶料进行高速剪切、捏炼以达到快速分散，再通过下游密炼机的较大密炼室和反应四棱转子对胶料进行二次混炼，从而保证硅烷化反应在恒温下充分、均匀的完成；该装置设计科学，结构简单，组装简便，温度易控，操作安全，混炼效果佳，成品质量好。
Description
技术领域：
本发明属于橡胶混炼技术领域，具体涉及一种转子组合式装置，通过上游密炼机中的啮合式转子与下游密炼机中的反应四棱转子相互配合，实现均匀、高效的连续式混炼，解决了传统密炼机温度难以控制、小料飞扬造成配比不均匀、二次混炼炼胶效率低等技术问题。
背景技术：
密炼机是现代橡胶工业最为重要的炼胶设备之一，自1916年出现真正意义上的Banbury(本伯里)型密炼机以来，由于其具有比开炼机优异的一系列特征，例如混炼容量大、时间短、生产效率高，较好的克服粉尘飞扬，减少配合剂的损失，改善产品质量与工作环境，操作安全便利，减轻劳动强度，益于实现机械与自动化操作等，而成为橡胶混炼领域内的一项重要成果，至今仍然是塑炼和混炼中的典型重要设备，并在不断的发展和完善中。现有技术中较为先进的炼胶设备为串联式密炼机，串联式混炼是在传统混炼工艺基础上发展而来的，具有高效、节能、低温等特点，在串联密炼过程中，混合物自上游密炼机被直接排到下游容积较大的密炼机中，混炼是在上游设备和下游设备中同时进行。目前现有技术中的密炼机大主要问题是炼胶时温度难以控制，需要通过减速或排胶对胶料进行反复的冷却，特别是对于像含有白炭黑配方的胶料，温度控制对其硅烷偶联反应更是极为重要，如果温度偏低，硅烷反应会非常缓慢，导致混炼效率降低；而如果混炼温度过高，硅烷反应速度将快于白炭黑分散速度，导致硅烷化处理不均匀、二氧化硅网状结构增加、降低补强性、甚至产生焦烧；所以大部分密炼机通常均需要通过重新设计温控系统、增加炼胶次数、多次提栓等方式以保证硅烷偶联反应的顺利完成和胶料的混炼均匀。
但是现有技术中也有一些新型密炼机较好的解决了上述问题，例如中国专利200710116412.1公开的一种双工位串联式组合密炼机，其将上工位完整的密炼机与下工位去掉上顶栓的密炼机用连接段料筒进行连接，解决了单工位密炼机的排气问题，但在实际操作时，往上工位中添加的炭黑、白炭黑等小料由于密度低、易飞扬，其中一部分通过排烟管道被抽走，另一部分则散落在上顶拴上部，以至于造成配比不均匀，影响到混炼胶质量，而且下工位密炼机采用的快速吃料型低温转子虽然解决了吃料问题，但不具备高效的二次混炼功能，影响了整个混炼过程的效率；中国专利201310058124.0公开的一种串联加一次法炼胶生产线及炼胶方法，其将小规格密炼机、大规格密炼机、第一开炼机、并联的多台第二开炼机、出片机依次串联组成流水式生产线，虽然实现了胶料从添加到出片的连续混炼，但也同样未能解决加料时小料飞扬散落造成的配比不均匀问题，并且没有对转子进行优化设计，使得混炼效率依然较为低下。我们知道，串联密炼机的性能主要依赖于整体的连续性和各自的分工，以及上游密炼机的良好分散性、下游密炼机良好的冷却效能、胶料的分布性能和吃料能力等，上密炼机要求采用高分散转子，下方要求采用快速吃料型低温转子，因此发明人经长期潜心研究，设计出一种由上游啮合式转子与下游反应四棱转子组合而成的串联式混炼装置，以解决小料飞扬散落致使配比不均匀、温度控制不精确等问题，具有较好的应用价值和市场前景。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种转子组合式混炼装置，不仅能够适用于传统炭黑配方炼胶，更适用于含白炭黑的新型配方炼胶，实现橡胶混炼真正意义上的高效、节能和环保。
为了实现上述目的，本发明涉及的组合式混炼装置主体结构包括底座、第一螺栓、第四螺栓、下游密炼机、第一支架、连接装置、第五螺栓、上游密炼机、第二螺栓、第二支架、下游电动机、第七螺栓、下游减速箱、下游联轴器、第三螺栓、第三支架、上游电动机、第六螺栓、上游减速箱、上游联轴器、反应四棱转子和啮合式转子，整体装置由连接装置连接的上游密炼机和下游密炼机组成，下游密炼机的底端通过第四螺栓固定在底座上，下游电动机通过下游减速箱和下游联轴器与下游密炼机中的反应四棱转子连接，依次串联对接的下游电动机、下游减速箱和下游联轴器组成的动力系统通过第七螺栓固定在第二支架上，第二支架通过第二螺栓固定在底座上；第一支架通过第一螺栓固定在底座上，上游密炼机的底端通过第五螺栓固定在第一支架上，上游电动机通过上游减速箱和上游联轴器与上游密炼机中的啮合式转子连接，依次串联对接的上游电动机、上游减速箱和上游联轴器组成的动力系统通过第六螺栓固定在第三支架上，第三支架通过第三螺栓固定在第一支架上，第一支架的高度大于第二支架和第三支架的高度。
优选的，所述上游密炼机为现有技术中常规小密炼机，配备的啮合式转子由三条构型不同的凸棱组成，安装时，凸棱与上游密炼机的密炼室壁之间间隙为2mm，两根相互啮合的啮合式转子之间的啮合间隙为1mm。
优选的，所述下游密炼机为现有技术中常规大密炼机，配备的反应四棱转子既具有剪切型转子的强剪切效果，也具有啮合型转子的分布混炼作用，其主体结构包括相互交错组成的两条长棱和两条短棱，长棱和短棱的螺旋角分别为40°和35°，两条长棱和两条短棱各自的旋向均相反，相位角相差180°，长棱和短棱的工作长度比为1：4；反应四棱转子的长径比(有效长度与直径的比值)为1.3—1.5。
优选的，上游密炼机的密炼室上侧安装有机械和控制两部分组成的清扫装置，清扫装置上安装的空压机接头可上下活动60°；空压机接头与外界空气压缩机和电磁阀连接，使得清扫装置能够利用压缩空气进行脉冲式喷吹，以达到在上游上顶拴提起的时间间隔内，将积落或残留在加料口和上游上顶拴四周的粉末填料吹回到上游密炼机的密炼室中。
本发明与现有技术相比，整体由上下两台不同大小的密炼机串联组成，上游密炼机为安装有自动清扫装置的小密炼机，配备高分散、低温的啮合式转子；下游密炼机为无上顶拴大密炼机，配备既具有剪切型转子强剪切效果、又具有啮合型转子分布混炼作用的反应四棱转子；混炼时，先通过上游密炼机的啮合式转子对胶料进行高速剪切、捏炼以达到快速分散，再通过下游密炼机的较大密炼室和反应四棱转子对胶料进行二次混炼，从而保证硅烷化反应在恒温下充分、均匀的完成；该装置设计科学，结构简单，组装简便，温度易控，操作安全，混炼效果佳，成品质量好。所设计的反应四棱转子的剪切作用区域较多，包括转子棱顶与密炼室之间和转子棱顶与另一个转子的基圆之间，因此剪切作用效率更高；该反应四棱转子的基圆较大，能够保证有效工作容积的前提下，进一步增加有效控温面积，其有效冷却面积是相同规格类型的啮合式转子的1.25倍左右，是普通二棱转子的1.5-1.6倍左右；安装时棱顶与密炼室以及棱顶与基圆之间的啮合间隙更小，加强了转子对于低粘度物料的二次强力分散效果，增强了新界面；该反应四棱转子的长径比比传统的设计增大10％，在成本几乎没有增加的前提下有效容积增加10％，使得下游密炼机转子的工作长度更为有效。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明的主体结构左视图。
图3为本发明中涉及的清扫装置的主体结构原理示意图。
图4为本发明中涉及的啮合式转子的主体结构原理示意图。
图5为本发明中涉及的反应四棱转子的主体结构原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明作出进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下实施方式。
实施例1：
本实施例涉及的组合式混炼装置主体结构包括底座1、第一螺栓2、第四螺栓3、下游密炼机4、第一支架5、连接装置6、第五螺栓7、上游密炼机8、第二螺栓9、第二支架10、下游电动机11、第七螺栓12、下游减速箱13、下游联轴器14、第三螺栓15、第三支架16、上游电动机17、第六螺栓18、上游减速箱19、上游联轴器20、反应四棱转子21和啮合式转子22，整体装置由连接装置6连接的上游密炼机8和下游密炼机4组成，下游密炼机4的底端通过第四螺栓3固定在底座1上，下游电动机11通过下游减速箱13和下游联轴器14与下游密炼机4中的反应四棱转子21连接，依次串联对接的下游电动机11、下游减速箱13和下游联轴器14组成的动力系统通过第七螺栓12固定在第二支架10上，第二支架10通过第二螺栓9固定在底座1上；第一支架5通过第一螺栓2固定在底座1上，上游密炼机8的底端通过第五螺栓7固定在第一支架5上，上游电动机17通过上游减速箱19和上游联轴器20与上游密炼机8中的啮合式转子22连接，依次串联对接的上游电动机17、上游减速箱19和上游联轴器20组成的动力系统通过第六螺栓18固定在第三支架16上，第三支架16通过第三螺栓15固定在第一支架5上，第一支架5的高度分别大于第二支架10和第三支架16的高度。
本实施例涉及的上游密炼机8为现有技术中常规小密炼机，主体结构包括上游电动机17、上游减速箱19、上游联轴器20、啮合式转子22、上游上顶拴23、上游下顶栓25、加料口26和清扫装置27等部件，配备的啮合式转子22主体结构(如图4所示)由三条构型不同的凸棱29组成，为保证啮合式转子22的强分散和强剪切作用，安装时，啮合式转子22的凸棱29与上游密炼机8的密炼室壁之间的间隙为2mm，两根相互啮合的啮合式转子22之间的啮合间隙为1mm；由于啮合式转子22旋转时在啮合处具有不同的圆周速度，从而产生较大的速度梯度，对转子间的胶料产生强烈的摩擦、剪切和捏炼作用。
本实施例涉及的下游密炼机4为现有技术中常规大密炼机，主体结构包括下游电动机11、下游减速箱13、下游联轴器14、反应四棱转子21、下游下顶栓24等部件，配备的反应四棱转子21既具有剪切型转子的强剪切效果，也具有啮合型转子的分布混炼作用，其主体结构(如图5所示)包括相互交错组成的两条长棱30和两条短棱31，长棱30和短棱31的螺旋角分别为40°和35°，两条长棱30和两条短棱31各自的旋向均相反，相位角相差180°，长棱30和短棱31的工作长度比为1：4；反应四棱转子的长径比(转子整体有效长度与直径的比值)为1.3—1.4；该反应四棱转子21的特征在于基圆较大，能增加有效温控面积；棱顶与下游密炼机4的密炼室之间以及棱顶与基圆之间的间隙较小，仅为传统密炼机间隙的一半，从而加强了转子二次强分散效果；长径较传统设计增大，工作长度更为有效；轴向棱长较啮合式转子长，能提高吃料能力；混炼时该转子能使胶料在长棱30和短棱31相互轴向推动下，在前后密炼室内既逆时针流动又顺时针流动，整个周期包括两次小循环，胶料经过多次挤压、释放，大大增强了胶料的二次混炼效果，从而提高了整体炼胶效率。
本实施例中涉及的上游密炼机8密炼室上侧安装有清扫装置27，其主体结构(如图3所示)包括机械和控制两部分，其上安装的空压机接头28可上下活动60°；空压机接头28与外界空气压缩机和电磁阀的连接，使得清扫装置27利用压缩空气进行脉冲式喷吹，以达到在上游上顶拴23提起的时间间隔内，将积落或残留在加料口26和上游上顶拴23四周的粉末填料吹回到上游密炼机8的密炼室中。
本实施例涉及的组合式混炼装置运行过程为(以白炭黑配方胶料为例)：橡胶经加料口26加入上游密炼机8中，上游上顶拴23下降，上游电动机17通过上游减速箱19和上游联轴器20带动啮合式转子22转动，混炼40s后，上游上顶拴23升起，加入小料和一半白炭黑，上游上顶拴23落下，混炼60s后，上游上顶拴23升起，升起过程中清扫装置27进行吹气，将积落在加料口26和上游上顶拴13周围的小料吹入上游密炼机8的密炼室中；加入另一半白炭黑后上游上顶拴23落下，混炼60s后上游上顶拴23升降一次，升起过程中清扫装置27进行吹气，继续混炼至一次混炼预定时间后，上游下定栓25开启，胶料经连接装置6排入下游密炼机4的密炼室中，下游电动机11通过下游减速箱13和下游联轴器14带动反应四棱转子21进行二次恒温混炼，达到预定时间后，下游下定栓24开启排出胶料，完成连续式低温混炼。
实施例2：
本实施例中将现有技术的串联式混炼装置中所配备的下游啮合式转子与本发明的转子组合式混炼装置中所配备的下游反应四棱转子进行对比，在不同白炭黑填充量情况下进行混炼实验。
本实施例中参考实施例1中所述运行过程，分别进行下游啮合式转子和下游反应四棱转子的混炼实验，在每个实验条件下胶料中分别添加0.363、0.545、0.726、0.908共4种不同份数的白炭黑，并测得门尼ML1+4(100℃)、拉伸强度(Mpa)、分散度、磨耗(％)、撕裂强度(KN/m)、低应变剪切模量(Mpa)、硬度(HA)、下密炼机单位能耗(Kwh/Kg)、总单位能耗(Kwh/Kg)等参数，对比分析实验数据得出不同转子类型对白炭黑混炼的适应性。
(1)下游啮合式转子混炼实验数据
白炭黑填充量对胶料质量影响的实验数据如表1所示：
表1
白炭黑填充量对混炼结果的相关性分析如表2所示：
表2
(2)下游反应四棱转子混炼实验数据
白炭黑填充量对胶料质量影响的实验数据如表3所示：
表3
白炭黑填充量对混炼结果的相关性分析如表4所示：
表4
实验表明，下游反应四棱转子的白炭黑分散度较高，虽然其波动性较大，但整体分散情况优于传统啮合式转子；反应四棱转子对于胶料混炼的强度即门尼的下降效果要优于啮合式转子，强剪切起到的作用也十分强烈；混炼时间相等的情况下，反应四棱转子的单位能耗要高于啮合式转子，白炭黑填充量高或是低的情况下都要高于啮合式转子；反应四棱转子在炭黑居多情况下的填料作用水平高于啮合式转子，对于微观填料作用较好。
Claims (4)
1.一种转子组合式混炼装置，其特征在于主体结构包括底座、第一螺栓、第四螺栓、下游密炼机、第一支架、连接装置、第五螺栓、上游密炼机、第二螺栓、第二支架、下游电动机、第七螺栓、下游减速箱、下游联轴器、第三螺栓、第三支架、上游电动机、第六螺栓、上游减速箱、上游联轴器、反应四棱转子和啮合式转子，整体装置由连接装置连接的上游密炼机和下游密炼机组成，下游密炼机的底端通过第四螺栓固定在底座上，下游电动机通过下游减速箱和下游联轴器与下游密炼机中的反应四棱转子连接，依次串联对接的下游电动机、下游减速箱和下游联轴器组成的动力系统通过第七螺栓固定在第二支架上，第二支架通过第二螺栓固定在底座上；第一支架通过第一螺栓固定在底座上，上游密炼机的底端通过第五螺栓固定在第一支架上，上游电动机通过上游减速箱和上游联轴器与上游密炼机中的啮合式转子连接，依次串联对接的上游电动机、上游减速箱和上游联轴器组成的动力系统通过第六螺栓固定在第三支架上，第三支架通过第三螺栓固定在第一支架上，第一支架的高度分别大于第二支架和第三支架的高度。
2.根据权利要求1所述的转子组合式混炼装置，其特征在于所述上游密炼机为现有技术中常规小密炼机，配备的啮合式转子由三条构型不同的凸棱组成；安装时，凸棱与上游密炼机的密炼室壁之间的间隙为2mm，两根相互啮合的啮合式转子之间的啮合间隙为1mm。
3.根据权利要求1所述的转子组合式混炼装置，其特征在于所述下游密炼机为现有技术中常规大密炼机，配备的反应四棱转子既具有剪切型转子的强剪切效果，也具有啮合型转子的分布混炼作用；所述反应四棱转子主体结构包括相互交错组成的两条长棱和两条短棱，长棱和短棱的螺旋角分别为40°和35°，两条长棱和两条短棱各自的旋向均相反，相位角相差180°，长棱和短棱的工作长度比为1：4；该反应四棱转子的有效长度与其直径的比值为1.3—1.5。
4.根据权利要求1所述的转子组合式混炼装置，其特征在于上游密炼机的密炼室上侧安装有机械和控制两部分组成的清扫装置，清扫装置上安装的空压机接头能够上下活动60°；空压机接头与外界空气压缩机和电磁阀连接，使得清扫装置能够利用压缩空气进行脉冲式喷吹，以达到在上游上顶拴提起的时间间隔内，将积落或残留在加料口和上游上顶拴四周的粉末填料吹回到上游密炼机的密炼室中。
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