混炼技术对密炼机生产效率和混炼胶质量的影响
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发布时间：
2026-08-28
摘要：分析密炼机匀速和变速混炼工艺、同步转子相位角及密炼机温度控制对混炼效率的影响。与匀速混炼相比，采用快速吃料、中速分散和低速分布混炼的变速混炼工艺可提高混炼效率；同步转子密炼机采用90°相位角能提高混炼效率且能避免转子相位角为180°时转子长棱相切时造成停转的问题；控制合适的混炼温度且使转子温度低于混炼室温度，可提高转子的剪切效果和混炼效率。
在混炼胶生产过程中，如何提高密炼机的生产效率一直备受生产企业关注。本工作针对剪切型密炼机的变速混炼、同步转子相位角选择、密炼机温度控制等混炼技术对密炼机生产效率和混炼胶质量的影响进行探讨。
1. 匀速和变速混炼:
在密炼机匀速生产混炼胶过程中，胶料进入 密炼机后，常出现转子打滑现象，胎面胶匀速混炼功率曲线如图1所示(加硫，转速为30r·min ⁻¹,排胶温度为110℃)。
从图1可以看出，胶料进入密炼机后，密炼机功率曲线在前20s 的峰值较低，胶料受到的剪切力较小。现场观察分析认为，在密炼机容量合适的情况下，造成剪切力较小的原因是胶料进入密炼机后，大块胶料在被转子破碎成小块状过程中，胶料温度较低和加入部分炭黑及硫化剂、促进剂起到隔离作用，致使转子与胶料出现打滑。为此，加大混炼前期对胶料的剪切力是解决转子打滑的有效措施。实际生产中，压砣压力和混炼容量通常是不变的，而转子转速是可调整的，但转子转速太快会造成混炼后期胶料升温过快，不利于混炼，而变速混炼技术则可解决此问题。
变速混炼通常可分为3个步骤：快速吃料、中速分散混炼和低速分布混炼。
快速吃料：在较高的转子转速下转子将大块 胶料快速地剪切成小块，使胶料在高剪切作用下破碎、分散和掺混。由于快速剪切，胶料温度上升很快，因此要控制温度不能过高。
中速分散混炼：选用中等转子转速控制胶料温度，抑制胶料温度快速上升，使配合剂在合适的应力及剪切力作用下，进行最佳分散混炼和分布混炼。
低速分布混炼：为使混炼后期进一步减缓胶料温度上升速度，在较低温度下，使加工物料分布均匀，转子转速进一步降低，产生的低剪切引起物料轻微破碎、分散和掺混。
图2所示为胎面胶变速混炼的功率曲线(转子转速为40/35/30r·min ⁻¹, 排胶温度为110 ℃)。从图2可以看出，提高转速后，混炼前期功率曲线的峰值较高，基本上消除了转子打滑现象。与匀速混炼相比，每车胶料生产时间可缩短约20s, 生产能力提高20%左右。
经检测，采用变速混炼工艺生产的胶料门尼粘度、硬度、密度、硫化仪数据、胶料的填料分散度与匀速混炼工艺生产的胶料数据相比无显著变化。
提高转子转速可提高生产能力，但若转子转速选择不适当，则会影响胶料质量。图3和4所示分别为采用40/35和35/30r·min⁻¹ 变速混炼工艺胎面胶二段混炼功率曲线，混炼胶填料分散 度分别为4.78和5.01,超大颗粒的分布指数分别为8.45和8.77。
由图3和4可以看出，图3中所示的温度比图4上升快，炼胶时间约缩短20s, 但填料分散性能差一些。造成填料在胶料中分散性能差的主要原因是胶料温度上升过快时，胶料受到剪切力降低，进而影响填料分散性能。因此，在选择转子转速同时，应观察胶料温度上升速度，以确定较佳的转子转速匹配。
2 同步转子相位角:
同步转子密炼机是目前公认的剪切型密炼机中最先进的机型之一。同步转子密炼机优点为吃 料能力、剪切、撕裂及拉伸等作用均较强，分散和分 布混炼效果好，填料分散度高，同一车胶料间和各 批次胶料间的均匀性好、温差小等。因同步转子的速比为1:1,因此两转子间的相位角直接影响炼胶效果，转子常用的相位角为90和180°。
(1)转子相位角90°
当转子相位角为90°时，胶料在混炼室受到 的剪切作用如图5所示。胶料进入混炼室除受到转子与混炼室壁的剪切作用外，还受转子与转子之间的挤压，前后混炼室胶料混合加快了胶料的分布混炼。图6示出了转子相位角为90°时胎面胶混炼功率曲线(匀速混炼，转子转速为50 r ·min⁻¹ 。从图6可以看出，胶料进入密炼机后，受到的剪切效果明显。混炼时间为146s 排胶温度为160℃时，填料分散度为5.3,超大颗粒的分布指数为8.9。
(2)转子相位角180°
当转子相位角为180°时，胶料在混炼室受到的剪切作用如图7所示。当两转子长棱处于水平时，见图7(a), 转子对胶料形成剪切作用，转子转过90°后，见图7(b), 两转子长棱处于竖直状态，此时两转子之间胶料受到的剪切效果降低，若此时将胶料投入密炼机，能加快进料速度。转子每转1周胶料受到的剪切力均随着转子位置变动而变化。图8示出了相位角为180°时胎面胶混炼功率曲线(匀速混炼，转子转速为50r·min⁻¹)。从图8可以看出，胶料进入混炼室后，胶料受到的 剪切作用较小，温升较慢，导致混炼过程受到影响。混炼时间为178 s排胶温度为160℃时，填料分散度为4.1,超大颗粒的分布指数为7.8。
(3)转子相位角的选择:
对比转子相位角分别为90°和180°、排胶温度为160℃的填料分散度，可以看出，同步转子密炼机相位角采用90°时生产混炼胶，可缩短混炼时间，提高生产效率。并可促进胶料的分布混合，提高混炼胶组分的均匀性。
另外，转子相位角采用90°可避免相位角为180°时两转子长棱相切时电机负荷过大，进而出现电机停转的问题。
3. 密炼机温度控制:
目前使用的剪切型密炼机和啮合型密炼机均配备有3区段加热冷却温控系统。为进行高效率混炼，密炼机的温度控制宜处于临界状态。子午线轮胎胶料以 NR 为主，NR 的特点为混炼时大部分胶料粘附在暖表面而不是冷表面，因此为优化混炼工艺，应保持转子温度低于静止表面(混炼室)的温度，以使胶料以最小的滑动量粘到静止表面上，使转子棱能更有效地剪切胶料。异戊二烯胶料混炼时冷却水水温由10～15℃提高到40~50℃时，混炼时间缩短7%,生产效率提高5%,同时混炼胶质量有所提高。经在GK520E 型密炼机中试验，将转子温度由35℃提高到40℃, 混炼室温度由40℃提高到46℃,排胶温度相同情况下，混炼每车胶料平均可缩短11s, 生产效率提高7.5%( 胎面基部胶)。若转子温度高于混炼室温度，混炼时间则会延长，转子温度设为50℃, 混炼室温度为40℃时，胶料的混炼时间比调整前每车平均延长15s, 同时出现填料分散不均现象，胶料中有生胶块。证明当转子温度高于混炼室温度时，胶料粘附在转子上随着转子转动，与混炼室没有粘附，导致胶料受到的剪切效果降低，进而影响生胶分散。
4. 结论:
(1)混炼采用变速混炼工艺，与匀速混炼工艺相比，生产效率得到提高，胶料性能稳定，经济效益显著。
(2)采用同步转子时，转子相位角应采用90°,可提高混炼效率，并可避免转子相位角为180°时转子长棱相切造成的电机负荷过大进而停转的问题。
(3)合理调整转子和混炼室冷却水温度，可在提高密炼机生产效率的同时提高混炼胶质量并节约能源。
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