CN111823431A - 一种密炼机转子 - Google Patents

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Abstract

本发明属于橡塑机械设备技术领域，具体涉及一种密炼机转子，在第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱处增大螺旋角，改变了胶料的周向流动，第一长棱和第二长棱的长度达到了螺旋导程的一半，具有更佳的轴向移动性能，有利于填料和配合剂的分布与分散；随着剪切升温和胶料门尼钻度的降低，加宽的第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱保证了与密炼机内壁充分的剪切性能，增强了胶料的拉伸效果，更有利于胶料的充分流动和分散；凸块状的第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱以及大螺旋角更适用于胶料配方中白炭黑的硅烷化反应，促进了反应的发生，提高了混炼的效率。

Description

一种密炼机转子
技术领域：
本发明属于橡塑机械设备技术领域，具体涉及一种密炼机转子，适用于白炭黑反应式混炼的密炼机。
背景技术：
橡胶工业已有160多年的历史，橡胶制品与人民的生活息息相关，极大地方便了人民的生活。在橡胶工业中混炼胶质量决定后续橡胶制品的质量，混炼过程在橡胶工业中尤为重要，是其核心环节。混炼过程是橡胶产品成型加工工艺的基础和核心环节，橡胶制品的质量建立在混炼胶质量的基础之上，而混炼设备又决定了混炼胶质量优劣，混炼设备在混炼过程中显得尤为重要。
混炼涉及的密炼机是一种设有一对特定形状并相对回转的转子、在可调温度和压力的密闭状态下间隙性地对聚合物材料进行塑炼和混炼的机械，主要由密炼室、转子、转子密封装置、加料压料装置、卸料装置、传动装置及机座等部分组成，用于橡胶的塑炼和混炼。其中的转子是密炼机的核心部件，在混炼加工中，主要是通过转子的转动，胶料与胶料之间、胶料与密炼室之间以及胶料与转子之间产生作用，胶料在这一过程中不断的受到强烈的剪切、挤压、摩擦等作用，达到混炼的目的。密炼机发展过程中大都是围绕着转子构型进行的，密炼机的发展可以看成是转子的发展，目前世界上常用的密炼机转子构型包括剪切型转子和啮合型转子，此外，还出现了一些既具有剪切作用，又有啮合作用的转子构型。
剪切型转子对胶料的混炼主要发生在密炼室壁和转子工作棱之间，靠转子对胶料的剪切和拉伸等进行混炼，提高了混炼效率和混炼胶的质量，但剪切型转子在做一般配方时产量较高，面临种类繁多的高分子材料以及加工工艺和要求的提高，剪切型转子的应用受到限制。啮合型转子是靠两个转子的啮合来完成胶料的混炼，与剪切型转子相比，具有混炼时间较长、升温慢、吃料慢等特点。
中国专利201920111247.9公开的一种密炼机转子包括两个转轴，两个所述转轴分为第一连接区、入料区、第一混炼区、第二混炼区、第三混炼区和第二连接区，两个所述入料区上均设有第一螺旋片，两个所述第一螺旋片旋向相反且相互啮合；其中一个所述第一混炼区上设有呈螺旋状且旋向相反的第一搅拌片和第二搅拌片，所述第一搅拌片和第二搅拌片相交且相交处形成有第一棱边和第二棱边，所述第一棱边和第二棱边相互错开；另一个所述第一混炼区上设有呈螺旋状且旋向相反的第三搅拌片和第四搅拌片，所述第三搅拌片和第四搅拌片相交且相交处形成有第三棱边和第四棱边，所述第三棱边和第四棱边相互错开，所述第一搅拌片和第三搅拌片相对且旋向相反，当两个所述转轴处于初始位置时，第一棱边的顶点与第三棱边呈90°分布；所述第三混炼区与第一混炼区结构相同；两个所述第二混炼区上均设有第二螺旋片，两个所述第二螺旋片间隔分布且旋向相反；中国专利201720441057.4公开的一种密炼机转子包括上转子轴、上双导程螺槽、上刀片、上螺旋刃、下转子轴、下双导程螺槽、下刀片、下螺旋刃，上转子轴与下转子轴之间设置有一定的间距，上转子轴的左侧外周壁固定设置有上双导程螺槽，下转子轴的左侧外周壁固定设置有下双导程螺槽，上转子轴的中间设置上刀片，下转子轴的中间位置设置有下刀片，上刀片与下刀片相接触，上转子轴的右侧外周壁上设置有上螺旋刃，下转子轴的右侧外周壁上设置有下螺旋刃；中国专利201720296053.1公开的新型的密炼机转子体包括转子本体，所述转子本体包括滚筒，所述滚筒的两端分别固定安装有左挡板和右挡板，所述左挡板的左侧固定安装有左转筒，所述右挡板的右侧固定安装有右转筒，所述滚筒外表面的上侧和下侧均一体成型有圆台型的凸块，所述滚筒外表面的左侧和右侧均一体成型有倾斜设置的连接边，所述连接边的外表面开设有均匀分布的凹槽，所述连接边两两之间均留有空隙，且空隙内设置有与滚筒为一体成型结构的固定块，所述连接边的外侧设置有与滚筒为一体成型结构的凸边；中国专利201610644380.1公开的密炼机转子包括转子轴，所述转子轴上设置有输送段和螺纹段，所述输送段上设置有双导程螺槽，所述螺纹段的螺楞角的斜面倾斜角度为3～30°；所述双导程螺槽包括第一螺槽和第二螺槽，所述第一螺槽和第二螺槽均呈S型且相互交叉设置；所述螺楞角包括正对进料方向的第一斜面和正对出料方向的第二斜面，所述第一斜面和第二斜面的顶端均向进料方向倾斜延伸，所述第一斜面的倾斜角度α小于所述第二斜面的倾斜角度β。
上述专利产品及现有技术中的转子在生产高白炭黑配方时存在混炼胶的剪切力较低的问题。因此，设计研发一种密炼机转子，利用加宽的转子棱和增大的螺旋角兼具剪切型和啮合型转子的特点，以进行白炭黑反应式混炼。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种密炼机转子，以显著提高混炼胶的剪切力，进而提升胶料的流动性和填料在胶料中的分散性。
为了实现上述目的，本发明涉及的密炼机转子为剪切型同步转子，主体结构均包括转子体、左挡胶板、右挡胶板、第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱；转子体的左端设置有左挡胶板，转子体的右端设置有右挡胶板，转子体上设置有第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱，第一长棱和第一短棱从左挡胶板向中间螺旋延伸，第二长棱和第二短棱从右挡胶板向中间螺旋延伸。
本发明涉及的转子体为圆柱形结构，第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱设置在转子体的基圆外表面圆周上。
本发明涉及的第一长棱与第二长棱的旋向相反且关于中心对称；第一短棱与第二短棱的旋向相反且关于中心对称；第一长棱和第二长棱的螺旋角β1以及第一短棱和第二短棱的螺旋角β2均为50°±10°，使得第一长棱和第二长棱的长度为第一长棱和第二长棱的螺旋导程的1/2，第一短棱和第二短棱的长度为第一短棱和第二短棱的螺旋导程的1/4；第一长棱与第一短棱的相位差、第一长棱与第二长棱在始端的相位差和第二长棱与第二短棱的相位差均为180°±10°；第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱的棱宽所占的角度为棱宽角α，棱宽角α为30°±10°，以形成凸块。
本发明涉及的密炼机转子，在转子体的轴向截面上，前峰面的曲率半径为60°±10°，后峰面的曲率半径为50°±10°，前峰面的曲率半径大于后峰面的曲率半径，能够保证良好的吃胶性能；第一长棱和第二长棱与第一短棱和第二短棱的长度比为1:2时，能够保证轴向力与周向力均衡。
本发明涉及的密炼机转子在同一转子上集合了“狭窄间隙理论”与“宽大间隙学说”的优点，“狭窄间隙理论”与“宽大间隙学说”是由占部诚亮基于密炼机转子棱尖与内壁之间隙对混炼的影响和分散物不同，转子与密炼室壁间隙对其混炼胶料作用便不一样得出的。
本发明与现有技术相比，具有以下优势：1、在第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱处增大螺旋角，改变了胶料的周向流动，第一长棱和第二长棱的长度达到了螺旋导程的一半，具有更佳的轴向移动性能，有利于填料和配合剂的分布与分散；2、随着剪切升温和胶料门尼钻度的降低，加宽的第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱保证了与密炼机内壁充分的剪切性能，增强了胶料的拉伸效果，更有利于胶料的充分流动和分散；3、凸块状的第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱以及大螺旋角更适用于胶料配方中白炭黑的硅烷化反应，促进了反应的发生，提高了混炼的效率。
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主视图。
图3为本发明的主体结构剖视图。
图4为本发明涉及的第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱的展开图。
图5为本发明涉及的密炼机转子混炼胶与常规四棱同步转子混炼胶的拉伸强度柱状对比图。
图6为本发明涉及的密炼机转子混炼胶与常规四棱同步转子混炼胶的撕裂强度柱状对比图。
具体实施方式：
下面通过实施实例并结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
本实施例涉及的密炼机转子为剪切型同步转子，主体结构均包括转子体1、左挡胶板2、右挡胶板3、第一长棱4、第一短棱5、第二长棱6和第二短棱7；圆柱形结构的转子体1的左端设置有左挡胶板2，转子体1的右端设置有右挡胶板3，转子体1的基圆外表面圆周上设置有第一长棱4、第一短棱5、第二长棱6和第二短棱7，第一长棱4和第一短棱5从左挡胶板2向中间螺旋延伸，第二长棱6和第二短棱7从右挡胶板3向中间螺旋延伸。
本实施例涉及的第一长棱4和第二长棱6的螺旋角β1以及第一短棱5和第二短棱7的螺旋角β2均为50°；第一长棱4与第一短棱5的相位差、第一长棱4与第二长棱6在始端的相位差和第二长棱6与第二短棱7的相位差均为180°；第一长棱4、第一短棱5、第二长棱6和第二短棱7的棱宽角α为30°；前峰面8的曲率半径为60°，后峰面9的曲率半径为50°。
本实施例涉及的密炼机转子对胶料的分散分布影响，采用常规四棱同步转子进行对比实验，将本实施例密炼机转子与常规四棱同步转子分别装设于密炼机上进行混炼，混炼工艺为：转速设定为80r/min，恒温炼胶模式，首先加入30质量份顺丁橡胶和96.25质量份SBR(丁苯橡胶)塑炼40s，然后加入12.5质量份炭黑以及由5.4质量份硅烷偶联剂Si-69、1.5质量份防老剂RD、0.3质量份防焦剂、2质量份ZnO(氧化锌)、3质量份油(芳烃油)、2质量份增塑剂A、1.5质量份微晶蜡、2质量份硬脂酸组成的小料混炼40s后提上顶栓，最后加入剩余12.5质量份炭黑和175.45质量份白混炼，120°提一次上顶栓，130°提一次上顶栓，140°提一次上顶栓，在140°-150°之间保持一分钟，150°时排胶，得到混炼胶料；对混炼胶料进行实验，得到并分析炭黑分散度、拉伸强度和撕裂强度的实验数据：
(1)炭黑分散度分析，炭黑分散值如表1所示：
#1 #2 #3 #4 #5 #6 均值
本实施例密炼机转子 8.0 8.5 8.5 8.3 8.0 7.9 8.2
常规四棱同步转子 7.5 7.8 7.4 7.7 7.2 7.7 7.6
可知，本实施例密炼机转子混炼胶的炭黑分散度优于常规四棱同步转子混炼胶的炭黑分散度；这是因为胶料在被迫通过第一长棱4、第一短棱5、第二长棱6和第二短棱7与密练室壁或两转子体1之间时，胶料不仅受到转子体1与密练室壁之间的强剪切和拉伸作用，还受到螺旋角β1和β2提供的更强的轴向移动力，强剪切和拉伸和轴向移动力共同作用有利于填料和配合剂的分布与分散，增加了胶料的炭黑分散度；
(2)拉伸强度和撕裂强度分析，本实施例密炼机转子混炼胶与常规四棱同步转子混炼胶的拉伸强度和撕裂强度的对比结果如图5和图6所示，可知，本实施例密炼机转子混炼胶的拉伤强度和撕裂强度均高于常规四棱同步转子混炼胶的拉伸强度和撕裂强度，本实施例密炼机转子与常规四棱同步转子相比，在整体上提高了混炼胶的混合效果、物理性能和抗湿滑性能。

Claims (4)

1.一种密炼机转子，其特征在于为剪切型同步转子，主体结构均包括转子体、左挡胶板、右挡胶板、第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱；转子体的左端设置有左挡胶板，转子体的右端设置有右挡胶板，转子体上设置有第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱，第一长棱和第一短棱从左挡胶板向中间螺旋延伸，第二长棱和第二短棱从右挡胶板向中间螺旋延伸。
2.根据权利要求1所述的一种密炼机转子，其特征在于转子体为圆柱形结构，第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱设置在转子体的基圆外表面圆周上。
3.根据权利要求1或2所述的一种密炼机转子，其特征在于第一长棱与第二长棱的旋向相反且关于中心对称；第一短棱与第二短棱的旋向相反且关于中心对称；第一长棱和第二长棱的螺旋角β1以及第一短棱和第二短棱的螺旋角β2均为50°±10°，使得第一长棱和第二长棱的长度为第一长棱和第二长棱的螺旋导程的1/2，第一短棱和第二短棱的长度为第一短棱和第二短棱的螺旋导程的1/4；第一长棱与第一短棱的相位差、第一长棱与第二长棱在始端的相位差和第二长棱与第二短棱的相位差均为180°±10°；第一长棱、第一短棱、第二长棱和第二短棱的棱宽所占的角度为棱宽角α，棱宽角α为30°±10°，以形成凸块。
4.根据权利要求1或2所述的一种密炼机转子，其特征在于在转子体的轴向截面上，前峰面的曲率半径为60°±10°，后峰面的曲率半径为50°±10°，前峰面的曲率半径大于后峰面的曲率半径，能够保证吃胶性能；第一长棱和第二长棱与第一短棱和第二短棱的长度比为1:2时，能够保证轴向力与周向力均衡。
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