高分子材料成型设备第三章开炼机3

3本节内容§3-5-5辊温调节装置§3-5-6润滑系统§3-5-7挡胶板及翻胶装置§3-6开炼机的工作原理重点：1、辊温调节装置、润滑系统、挡胶板及翻胶装置的作用和结构2、开炼机的工作原理3、掌握强化炼胶的条件4、辊筒横压力的概念及原理§3-5-5辊温调节装置•开炼机不论塑炼与混炼作业，都需要在一定的温度下进行。对于天然橡胶在塑炼时，为了保证良好的机械作用，一般要求温度在60oC左右，当超过70oC后，塑炼效果将大大下降。在混炼时一般也不超过75～90oC，以防止胶料的早期硫化。•刚开机时辊筒是冷的达不到操作温度，则开机前需对辊筒用蒸汽预热到所需温度，而在炼胶过程中由于摩擦生热引起胶料内部的温度上升，又需对辊筒进行冷却。因此从炼胶工艺角度上要求辊筒能进行温度调节以保证在一定温度下炼胶。（一）调温装置的类型与结构辊筒的调温装置有两种开式调温装置、闭式的调温装置。开式多用于炼胶机上优点是：构造简单，冷却效果好水温可随时用手探知，水管堵塞时也便于发现，缺点是：耗水量大。闭式多用于塑炼机上闭式调温装置耗水量小但冷却效果差。•下图所示是开式调温装置。冷却水在压力作用下通过三通接头1，三通管2经调节阀3进入喷水管4，喷水管上钻有直径2～5毫米的孔，孔位错开排列，其间距为100～125毫米。喷水管上钻孔的角度，须保证喷出的水对着积胶区，保证胶料发出的热量能及时导出。冷却水从孔口喷出后，积于辊筒体5的腔内，积水不断从喇叭口6内流出进入水槽7中，水槽内的水通过集水器8的出口排入下水道。（二）结构•图示是闭式调温结构，它的特点是蒸汽的冷凝水或冷却水排出采用密闭式结构并防止蒸汽溢出。•影响开炼机冷却效果的因素是多方面的，为了提高冷却效果，在设计、制造和使用时均应特别的注意。实践证明，下述措施是可行的：•1．要严格控制冷却水的初温，一般要求在10oC左右，最好不要超过14oC，若使用15oC以上的冷却水，不但会大大增加用水量，甚至会影响胶料的质量，以致破坏炼胶作用。•2．辊筒内表面在加工时，要用专门的刮具清理，不允许有铸造的残渣，否则将增加其热阻，同时，辊筒腔内进水管要装喷头，以便提高冷却的给热系数。（三）强化辊筒冷却效果的措施•3．要严格控制冷却水的质量，冷却水内不应含有盐类物质，此类物质沉淀后，就会增大热阻，降低传热系数。•4．辊筒在使用时，要经常的清洗，辊筒内腔可放置钢块，当辊筒转动时，钢块冲击腔壁，以便清除内部的沉淀物，提高传热性能。•5．在设计时减少辊筒的厚度，这样可以降低辊筒的热阻，增大辊筒的散热面积，有利于提高散热性能，但这必须在保证辊筒强度的条件下才许可。•6．采用钻孔辊筒时，它不但可以提高传热面积，同时也可以采取高速流动的冷却水提高给热系数，达到提高传热性能的要求。§3-5-6润滑系统图示为用稠润滑油在油泵4的作用下经过滤器送入分配器6中，再由分配器送到辊筒轴承1中。油泵的给油能力：在手动增压时每周期送油量为8cm3，工作压力可达100kg／cm2。主要是辊筒轴承的润滑常用的润滑系统分单独润滑和集中润滑两种，少数情况下二者同时采用。按油质分干油和稀油润滑二种这里简要介绍集中润滑系统§3-5-7挡胶板及翻胶装置•（一）挡胶板•挡胶板按结构形式可分为整体与组合式两种。图示为整体式结构。由布质酚醛塑料制成挡胶板1，与螺栓2固定在外•壳3上，其所在位置•可以用螺栓4控制，•外壳通过轴孔用螺钉•5固定在机架压盖的连•杆上。翻胶与切割装置主要用于机械捣胶和切割。它提高了炼胶作业的机械化程度和减轻工人的劳动强度。电动翻胶装置气动翻胶装置2、分类：1、作用：（二）翻胶与切割装置•（1）电动翻胶装置：•翻胶装置主要由压辊1、2，双向丝杠3和翻胶摆动辊4组成。见下图，翻胶装置支架5和6分别固定在炼胶机机架的上横梁上，支架上用二对轴承装有压辊1和2，压辊1的轴承可通过弹簧7和压杆8调节其压力。翻胶摆动辊4装在双向丝杠3上，丝杠3和压辊2是通过传动链9、减速器10、11和电动机12传动的。•（2）气动翻胶装置•下图为用气缸控制压辊的翻胶装置。压辊2由电动机、摆线减速机和一对变速齿轮传动，压辊2的转动方向与压片机前辊转向相同，速度按工艺要求可调，一般采用与前辊相同。胶料靠两压辊的摩擦力带动，未送料时用气缸把压辊2顶开。•近年来，国外在大规模开炼机上，采用了自动翻胶装置。此外，还有固定式或移动式切胶刀。还有的切胶刀装在托盘下面，使用时由压缩空气驱动，将刀从盘下升起，方便作业。•§3-6开炼机的工作原理••1.开炼机为什么能够把高弹性的生胶转变为具有可塑性状态的塑炼胶呢？•2.如何把胶料与各种配合剂均匀混合在一起？？？•当物料加到辊筒上时,由于摩擦力作用被拉入辊间隙,受到强烈的挤压、剪切作用，经过多次捏炼，以及捏炼过程中伴随的化学作用，将橡胶内部的大分子链打断，使配方中的各种成分掺和均匀，最后达到炼胶的目的。如图所示。间歇炼胶过程图连续炼胶1－加料2－捏炼3－切割胶料•胶料在开炼机上加工时，应具备哪些条件才能得到良好的炼胶效果呢？？•一、胶料进入辊距的条件•在炼胶操作时我们可以看到，当胶料包覆一个辊筒后两辊筒间还有一定数量的堆积胶，这些堆积胶不断被转动的辊筒带入辊隙中去，而新的堆积胶又不断形成。这些堆积胶对炼胶效果的影响是很大的。•若堆积过多，过多的堆积胶便不能及时进入辊隙，只能原地轻轻抖动，此时炼胶效果显著下降。•若堆积胶过少，则不能形成稳定连续的操作。•可见，确定适量的堆积胶是必要的，堆积胶量是由胶与辊筒表面的接触点决定的，为此就需要引入一个称之为接触角的概念。即胶料在辊筒上接触点a与辊筒断面圆心连线和辊筒断面中心线的水平线的交角，以α表示。如图所示。胶料能否进入辊隙，取决于胶料与辊筒的摩擦系数和接触角的大小。接触角：•Fx的作用：对胶料产生挤压作用，并使其产生变形；•Ft的作用：是把胶料推出辊距。•另外，胶料与辊筒之间在运动过程中产生摩擦作用，即有摩擦力存在，胶料对辊筒的摩擦力用T'表示，方向背离辊距。反过来，辊筒对胶料的摩擦力，用T表示，方向进入辊距，它的作用是把胶料拉入辊距。以胶料为研究对象，以接触点a作为边缘研究点，在炼胶过程中，胶料对辊筒产生径向作用力（合力）——即横向压力，用P表示，反过来，辊筒对胶料产生一个大小相等、方向相反的作用力——横压力的反作用力，用F表示。把这个力分解成一个水平作用力Fx和切向作用力Ft。PT'若想胶料进入辊距进行炼胶，只有TFtPT'若想胶料进入辊距进行炼胶，只有TFtT－为摩擦力，应为T＝F·μ，F为正压力，μ为摩擦系数；μ＝tgφ，φ为摩擦角。∴T＝F·tgφ从分析可知，只有当摩擦角φ大于接触角α时，胶料才能进入辊距。从图上可以看出，即从△FtFA得知Ft＝F·tgαα为胶料接触角又∵TFt即有T＝F·tgφFtF·tgα即tgφtgα∴有φα一般Φ=38~420，生胶与金属辊筒摩擦角φ=38041’。炼胶过程中一般采用接触角α=32~400，国内推荐采α=36~400。只有φα这个条件满足时，才能保证正常炼胶。橡胶或胶料与金属辊筒的摩擦角φ与胶料成分及其配方、可塑度、炼胶温度及辊筒表面形状等有关。•二、横压力•1.横压力的概念•胶料通过辊隙时，胶料对辊筒产生径向作用力Fx和切向作用力Ft（接触应力）。如图所示。径向作用力亦即横压力，又称分离力。••径向作用力：Q＝f（y），它力图使两辊筒分离，其方向垂直于辊面，其大小从y4y4→y1y1截面渐增，从y1y1→－y1－y1截面又平滑下降，在y1y1截面为最大值，在y4y4和－y1－y1截面为零。径向作用力的分布如图中的虚线所示。径向作用力切向作用力•切向作用力：τ＝f1（y），它力图使胶料拉入辊隙中，其方向取决于胶料的运动速度，其大小从y4y4→y1y1截面由零经最大到零，从y1y1→－y1－y1截面又由零经最大到零，由于在y1y1截面上、下胶料与辊面的相对运动方•向不同，故二•次出现的峰值•相反。切向作•用力的分布如•图中的实线所示。•2.分布与效应•横压力是开炼机的主要参数，在炼胶过程中，胶料在整个夹持弧上都产生对辊筒的径向作用力，而分布是不均匀的，随楔形断面的不断减小，横压力也在不断增大。•由实验知，横压力的最大值在夹持弧的3～6°上，径向作用力的合力作用点要根据实验来确定，合力作用线与水平线的夹角一般在5～10°范围内，推荐采用10°。•横压力有使二辊筒分开的趋势，使辊筒产生弯曲变形。辊筒对胶料的径向作用力与胶料对辊筒的径向作用力大小相等，方向相反。如图所示。•3.影响横压力的因素•辊筒横压力的大小，主要取决于胶料的性质、加工温度、辊距和辊筒线速度等。用函数式表示出来，即•P=F(T,V,D×L,e，t)•要从理论上定量的讨论是很困难的，使用时，只能从现有机台中确定几个参数后，由实验得来。（1）横压力P与辊温T的关系，当T增大，P减小；当T减小，P增大。（2）横压力P与辊筒规格D×L，当D×L增大，P增大；当D×L减小，P减小。（3）横压力P与炼胶时间t的关系,t越长；P越小。（4）堆积胶的多少与横压力的关系，（实际用接触角也可）α越大，P越大；当α越小，P越小。由于横压力影响因素多而复杂,其大小的计算目前还没有准确的计算公式,在这里只能定性的分析：•三、强化炼胶效果，必须具备四个条件•经过上面分析讨论可知，要想完成炼胶操作及得到较好的炼胶效果，应实现下面四点：•1、使胶料摩擦角大于接触角（φα）以便把胶料带入辊距；•2、使前后辊速（线速度）不相等，以便对辊隙中的胶料进行强烈的挤压和剪切；•3、炼胶时，需要切割翻胶，以破坏胶料的封闭回流线，加强物料的分散效果；•4、炼胶过程中不断调整辊距，以改变速度梯度，提高炼胶效果。作业•P87：第8题；•补充题：•1简述开炼机制工作原理；•2简述横压力的的概念及其影响因素；•3简述强化炼胶的条件。Gotochapter3-4