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混合机
连续混合设备的发展
2014-02-17 大野机械技术部

     大野机械南通工厂专业生产混合机,乳化机,搅拌机,混合器,分散机,阻火器,给料阀,容器等非标混合设备.

     混合设备的发展是伴随着材料加工机械的发展和对材料性能的要求的发展而发展。混合设备作为材料加工不可或缺的设备,在材料加工领域和其他工业领域(如生物制药,化工等)对于混合设备的要求都非常严格。一方面,混合设备的混合能力决定了材料加工的能否。一种材料有许多值得我们人类开发的性质,但是如果没有好的混合设备适合加工,那么这种材料是不会大规模的应用到我们人类日常生活中。另一方面,混合设备的混合效果也决定着制品的质量和性能。在混合过程中我们经常要加入一些能够对材料进行增强改性的物质,如,稳定剂,增强剂,增塑剂等添加剂,还有可以使得制品有不同颜色的色母粒等。如果在混合过程中不均匀,或者混合效果不好,那么制品的质量就必然会受到影响。  

     随着橡塑工业及其他高分子材料加工行业的迅速发展,对各种高分子加工设备的要求也随之提高。目前工厂主要使用的混炼设备是间歇式密炼机,但由于一定因素的影响间歇混炼所得到的混炼胶质量不均匀,性能差异较大。所以,人们开始考虑其他的混炼方法和设备。连续混炼技术和设备开始出现了,连续混炼机的自动化程度较高,能够充分利用混炼能力,提高生产率,并有利于生产能力和制品质量的提高,同时省去了上、下辅机,从而简化了生产设备,降低了设备投资。典型的混炼设备有,单螺杆挤出机,双阶式双螺杆挤出机,行星齿轮挤出机,Buss Kneader,传递式连续混炼机,双螺杆挤出机,FCM(LCM),连续混炼机等。以下我将从以上设备的特点和发展历史来说明以上设备存在的历史意义及特殊性。

一:典型连续混合设备 1.单螺杆挤出机   

     1873年Phoenix Gummer AG研制出了第一台用于聚合物加工的单螺杆挤出机。其主要组成如右图所示:传动、加料、加热、挤压、排气、冷却和控制等部分组成。其特点在于:1. 单螺杆挤出机具有结构简单、易于制造、加工成本低等。2. 单螺杆挤出机的混炼效果较差。   

     为改进单螺杆挤出机混炼效果差的特点,人们又开发出了一些新型的螺杆结构 ,如:屏障型螺杆、销钉型螺杆、波状螺杆元件、HM多角型螺杆元件以及分布螺杆等新型混炼元件。这些新型混炼元件的应用使得单螺杆挤出机的混炼效果有很大的提高,而且通过改变螺杆元件和混炼元件的种类、数目和组合顺序,可得到各种特性的新型螺杆,以适应不同物料、不同工艺、不同制品的要求。   

     单螺杆挤出机加工物料的范围:粒料、对于粉料的、形状不规则的、分子量高或粘度大以及湿度大的悬浮物料或乳剂料都难以加工。

2. 双阶式双螺杆挤出机   

     机组为上阶通向平行双螺杆挤,混炼挤出自由落至下阶大口径单螺杆后加压,低速平稳,降温挤出造粒,两者呈垂直丁字型布置。   

     上阶通向平行双螺杆完成输送,高效塑化混炼,强剪切分散,由于无机头,整个加工过程处于无机头背压状态,避免了强剪切过热并大大提高生产能力。下阶单螺杆完成已塑化分散均匀物料的降温、高压、低速挤出造粒。双节机组的组合,将加工工艺分解为两步,提高了设备的独立加工变量,十分有利于材料的加工。   

     适应:热敏性高分子材料加工,如PVC各类电缆料,透明料,PE各类交联料,及PE屏蔽电缆料,鞋底发泡料等。

3.行星齿轮挤出机   

     主要用于PVC加工、造粒及为压延机喂料这种机型的塑化效率高,混合性能好,可单阶使用,也可组成二阶挤出机组。但是行星齿轮挤出机的加工较为复杂。

4.Buss Kneader   

     Buss Kneader结构上类似于单螺杆挤出机,但它的螺杆结构和混炼机理与单螺杆挤出机有所不同。Buss Kneader的纵向混合好,温控精度高,物料在机筒内的停留时间分布窄,可以加工高粘度的物料,也适合易降解物料的混炼。Buss Kneader一般是双阶式,第一阶是Buss Kneader ,第二阶是单螺杆挤出机,前者用于混炼,后者用于稳压、建压、最后挤出造粒。

5. 传递式连续混炼机   

     这种连续混炼机的结构特点是在机筒内壁设有与螺杆相适应的、不断变化的螺纹槽。当螺杆螺纹槽的容量逐渐减少时,机筒螺纹槽则相应地逐渐增大,相反,当螺杆螺纹槽逐简增大时,机筒螺纹槽就逐渐减小,如此不断循环变化,形成若干个剪切区,将胶料从螺杆与机筒的螺纹中往返传递,使胶料在螺杆与机筒之间形成若干薄层状态,而获得充分混炼。   

     这种设备的优点是生产效率较高,能自行清洁,而且在混炼段的机筒可以打开,便于检修。但它不适合填充量高的胶料。

6. 双螺杆挤出机   

     最早用于聚合物加工的双螺杆挤出机是在20世纪30年代出现的。现代双螺杆挤出机是在20世纪60年代初发展起来的。双螺杆挤出机作为连续混炼机,可以用于聚合物的共混改性、填充改性和增强改性。随着人们对双螺杆挤出机的不断研究,出现了很多种的双螺杆挤出机,如非啮合异向双螺杆挤出机(主要用于混合、脱挥、脱水、废旧塑料回收和反应挤出)、啮合异向双螺杆挤出机(主要用于PVC的挤出造粒和成型)、啮合同向双螺杆挤出机等。其中啮合同向双螺杆挤出机在聚合物改性方面,以其优异的混合性能和灵活多变的积木式结构,得到越来越广泛的应用,啮合同向双螺杆挤出机可以说是目前最成功的连续混炼机之一。   

     同向双螺杆挤出技术开始于19世纪60年代,第一台用于塑料成型的啮合同向双螺杆挤出机,是在20世纪30年代由意大利Lavorazione Materie Plastiche(LMP)公司的Roberto Colombo研制的。此后,同向双螺杆挤出机在结构和功能上不断提高,并且逐渐应用到连续混炼过程中,随后,啮合同向双螺杆挤出机更多应用于连续混炼加工中。啮合同向双螺杆挤出机具有转速高、输送能力强、计量加料性能优异、混炼塑化效果好、排气性能良好和自洁性强以及灵活多变的螺杆组合等优点,可以适应不同的配方要求和加工工艺条件,因而在塑料工业中得到很广泛的应用。

7. FCM(LCM)   

     FCM(Farrel Continuous Mixer)是Farrel公司最早研制的连续混炼(造粒)机,它克服了密炼机间歇操作的缺点,且保留了密炼机优异的混炼特性。它是一种双转子相对旋转装置,密炼机的一端装有加料斗,原材料通过该加料斗进入密炼机,其对应端上装有一个卸料门,混炼好的胶料通过该卸料门排出。FCM具有优异的混炼性能,特别适合于高填充物的分散混合,生产效率高,而且为了适应不同的混炼目的,Farrel公司还配备了不同构型的转子。FCM可以混炼剪切率和温度高的物料,也可以混炼低剪切率和对温度更为敏感的物料。这种密炼机原为胶料的连续混炼而设计,现多用于塑料行业.. LCM(Long Continuous Mixer)是意大利Pomini公司在FCM的基础上改进而成的,它的转子加长,有两个混炼段,两个加料口(图6)。A段为非啮合双螺杆段,主要是物料的输送段;B段为类密炼机转子 段,用于组分的分散合物料的预热;C段为双螺杆段,对应第二加料口,某些添加剂由这一加料口加入,D段为类密炼机转子段,此段物料熔融、混合。   

     FCM(LCM)具有较强的混炼能力,而且由于它们自身配有多种转子构型,因此,它们适于不同的物料合工艺条件。但是FCM(LCM)也存在着自洁性差、不易清理,转子段的温度不易控制等问题,而且他们都不适于加工流动性差的物料。 MVK(特殊混合设备)   

     其结构包括一台装有两个三角形相对旋转转子的密炼机,该密炼机与一台挤出机紧密配置,使混炼和挤出可同时进行。尽管这种密炼机当初是为塑料工业而设计,但后来发现其更适合橡胶工业。当物料进入混炼室后,将成为六个滚动堆积胶团,滚动堆积胶团由挡胶板挡住,以防未混炼物料短循环。生产率与挤出速度有关。挤出机机头端部可以安装胶条输送装置或造粒装置。这种MVX连续混炼挤出机适合加工一些特殊橡胶或预混粉料。

8.连续混炼机   

     这种连续混炼机(如图8)是由ИМΦедοткин和BAИзвеков发明的,主要是由一对转子和一个螺杆组成,螺杆上有一个隔胶块,这个隔胶块把螺杆分为两段,一段起到输送物料进转子和预混合的作用,另一端用于输送混炼好的物料到机头以及补充混炼。物料由一端的加料口加入,由螺杆输送到转子中,物料在转子中混炼一段时间后,物料又被送入螺杆的另一段,然后被送入机头排出。这种连续混炼机只适合流动性较好的物料的混炼挤出。 另外,现在新发明的连续混炼设备还有很多,这系列的连续混炼机一般都是适合流动性比较好的物料以及粒状物料的加工。

二:连续混合设备的发展方向   

     人们对橡胶的连续混炼已进行了多年的研究。由于橡胶的粉末化、粒状化技术问题以及成本问题,至今连续混炼设备的应用一直受到很大的约束。但是随着流动性好的原材料以及新型的连续加工设备的采用,连续混炼必将开辟混炼工艺的新领域,连续混炼设备必将成为未来炼胶设备的主要发展方向之一。对于连续混炼设备的研究,一方面将继续放在粉末化、造粒技术上;另一方面是考虑研制适合现有大块物料或高粘度的物料的连续混炼设备或部分连续混炼设备,这都将开辟新的混炼领域。现在我国在连续混炼方面落后于发达国家,需要我国密炼机生产厂家加紧对连续混炼技术方面的开发和研究。

 
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