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                日本獨資-大野(南通)機械設備有限公司
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                連續混合設備的發展

                標簽:
                內容摘要:混合設備的發展是伴隨著材料加工機械的發展和對材料性能的要求的發展而發展。混合設備作為材料加工不可或缺的設備,在材料加工領域和其他工業領域(如生物制藥,…

                     混合設備的發展是伴隨著材料加工機械的發展和對材料性能的要求的發展而發展。混合設備作為材料加工不可或缺的設備,在材料加工領域和其他工業領域(如生物制藥,化工等)對于混合設備的要求都非常嚴格。一方面,混合設備的混合能力決定了材料加工的能否。一種材料有許多值得我們人類開發的性質,但是如果沒有好的混合設備適合加工,那么這種材料是不會大規模的應用到我們人類日常生活中。另一方面,混合設備的混合效果也決定著制品的質量和性能。在混合過程中我們經常要加入一些能夠對材料進行增強改性的物質,如,穩定劑,增強劑,增塑劑等添加劑,還有可以使得制品有不同顏色的色母粒等。如果在混合過程中不均勻,或者混合效果不好,那么制品的質量就必然會受到影響。
                     隨著橡塑工業及其他高分子材料加工行業的迅速發展,對各種高分子加工設備的要求也隨之提高。目前工廠主要使用的混煉設備是間歇式密煉機,但由于一定因素的影響間歇混煉所得到的混煉膠質量不均勻,性能差異較大。所以,人們開始考慮其他的混煉方法和設備。連續混煉技術和設備開始出現了,連續混煉機的自動化程度較高,能夠充分利用混煉能力,提高生產率,并有利于生產能力和制品質量的提高,同時省去了上、下輔機,從而簡化了生產設備,降低了設備投資。典型的混煉設備有,單螺桿擠出機,雙階式雙螺桿擠出機,行星齒輪擠出機,Buss Kneader,傳遞式連續混煉機,雙螺桿擠出機,FCM(LCM),連續混煉機等。以下我將從以上設備的特點和發展歷史來說明以上設備存在的歷史意義及特殊性。
                一:典型連續混合設備
                1.單螺桿擠出機
                  1873年Phoenix Gummer AG研制出了第一臺用于聚合物加工的單螺桿擠出機。其主要組成如右圖所示:傳動、加料、加熱、擠壓、排氣、冷卻和控制等部分組成。其特點在于:1. 單螺桿擠出機具有結構簡單、易于制造、加工成本低等。2. 單螺桿擠出機的混煉效果較差。
                  為改進單螺桿擠出機混煉效果差的特點,人們又開發出了一些新型的螺桿結構 ,如:屏障型螺桿、銷釘型螺桿、波狀螺桿元件、HM多角型螺桿元件以及分布螺桿等新型混煉元件。這些新型混煉元件的應用使得單螺桿擠出機的混煉效果有很大的提高,而且通過改變螺桿元件和混煉元件的種類、數目和組合順序,可得到各種特性的新型螺桿,以適應不同物料、不同工藝、不同制品的要求。
                  單螺桿擠出機加工物料的范圍:粒料、對于粉料的、形狀不規則的、分子量高或粘度大以及濕度大的懸浮物料或乳劑料都難以加工。
                2. 雙階式雙螺桿擠出機
                  機組為上階通向平行雙螺桿擠,混煉擠出自由落至下階大口徑單螺桿后加壓,低速平穩,降溫擠出造粒,兩者呈垂直丁字型布置。
                  上階通向平行雙螺桿完成輸送,高效塑化混煉,強剪切分散,由于無機頭,整個加工過程處于無機頭背壓狀態,避免了強剪切過熱并大大提高生產能力。下階單螺桿完成已塑化分散均勻物料的降溫、高壓、低速擠出造粒。雙節機組的組合,將加工工藝分解為兩步,提高了設備的獨立加工變量,十分有利于材料的加工。
                  適應:熱敏性高分子材料加工,如PVC各類電纜料,透明料,PE各類交聯料,及PE屏蔽電纜料,鞋底發泡料等。
                3.行星齒輪擠出機
                  主要用于PVC加工、造粒及為壓延機喂料這種機型的塑化效率高,混合性能好,可單階使用,也可組成二階擠出機組。但是行星齒輪擠出機的加工較為復雜。
                4.Buss Kneader
                  Buss Kneader結構上類似于單螺桿擠出機,但它的螺桿結構和混煉機理與單螺桿擠出機有所不同。Buss Kneader的縱向混合好,溫控精度高,物料在機筒內的停留時間分布窄,可以加工高粘度的物料,也適合易降解物料的混煉。Buss Kneader一般是雙階式,第一階是Buss Kneader ,第二階是單螺桿擠出機,前者用于混煉,后者用于穩壓、建壓、最后擠出造粒。
                5. 傳遞式連續混煉機
                  這種連續混煉機的結構特點是在機筒內壁設有與螺桿相適應的、不斷變化的螺紋槽。當螺桿螺紋槽的容量逐漸減少時,機筒螺紋槽則相應地逐漸增大,相反,當螺桿螺紋槽逐簡增大時,機筒螺紋槽就逐漸減小,如此不斷循環變化,形成若干個剪切區,將膠料從螺桿與機筒的螺紋中往返傳遞,使膠料在螺桿與機筒之間形成若干薄層狀態,而獲得充分混煉。

                  這種設備的優點是生產效率較高,能自行清潔,而且在混煉段的機筒可以打開,便于檢修。但它不適合填充量高的膠料。

                6. 雙螺桿擠出機
                  最早用于聚合物加工的雙螺桿擠出機是在20世紀30年代出現的。現代雙螺桿擠出機是在20世紀60年代初發展起來的。雙螺桿擠出機作為連續混煉機,可以用于聚合物的共混改性、填充改性和增強改性。隨著人們對雙螺桿擠出機的不斷研究,出現了很多種的雙螺桿擠出機,如非嚙合異向雙螺桿擠出機(主要用于混合、脫揮、脫水、廢舊塑料回收和反應擠出)、嚙合異向雙螺桿擠出機(主要用于PVC的擠出造粒和成型)、嚙合同向雙螺桿擠出機等。其中嚙合同向雙螺桿擠出機在聚合物改性方面,以其優異的混合性能和靈活多變的積木式結構,得到越來越廣泛的應用,嚙合同向雙螺桿擠出機可以說是目前最成功的連續混煉機之一。
                  同向雙螺桿擠出技術開始于19世紀60年代,第一臺用于塑料成型的嚙合同向雙螺桿擠出機,是在20世紀30年代由意大利Lavorazione Materie Plastiche(LMP)公司的Roberto Colombo研制的。此后,同向雙螺桿擠出機在結構和功能上不斷提高,并且逐漸應用到連續混煉過程中,隨后,嚙合同向雙螺桿擠出機更多應用于連續混煉加工中。嚙合同向雙螺桿擠出機具有轉速高、輸送能力強、計量加料性能優異、混煉塑化效果好、排氣性能良好和自潔性強以及靈活多變的螺桿組合等優點,可以適應不同的配方要求和加工工藝條件,因而在塑料工業中得到很廣泛的應用。
                7. FCM(LCM)
                  FCM(Farrel Continuous Mixer)是Farrel公司最早研制的連續混煉(造粒)機,它克服了密煉機間歇操作的缺點,且保留了密煉機優異的混煉特性。它是一種雙轉子相對旋轉裝置,密煉機的一端裝有加料斗,原材料通過該加料斗進入密煉機,其對應端上裝有一個卸料門,混煉好的膠料通過該卸料門排出。FCM具有優異的混煉性能,特別適合于高填充物的分散混合,生產效率高,而且為了適應不同的混煉目的,Farrel公司還配備了不同構型的轉子。FCM可以混煉剪切率和溫度高的物料,也可以混煉低剪切率和對溫度更為敏感的物料。這種密煉機原為膠料的連續混煉而設計,現多用于塑料行業.. LCM(Long Continuous Mixer)是意大利Pomini公司在FCM的基礎上改進而成的,它的轉子加長,有兩個混煉段,兩個加料口(圖6)。A段為非嚙合雙螺桿段,主要是物料的輸送段;B段為類密煉機轉子 段,用于組分的分散合物料的預熱;C段為雙螺桿段,對應第二加料口,某些添加劑由這一加料口加入,D段為類密煉機轉子段,此段物料熔融、混合。
                  FCM(LCM)具有較強的混煉能力,而且由于它們自身配有多種轉子構型,因此,它們適于不同的物料合工藝條件。但是FCM(LCM)也存在著自潔性差、不易清理,轉子段的溫度不易控制等問題,而且他們都不適于加工流動性差的物料。
                MVK(特殊混合設備)
                  其結構包括一臺裝有兩個三角形相對旋轉轉子的密煉機,該密煉機與一臺擠出機緊密配置,使混煉和擠出可同時進行。盡管這種密煉機當初是為塑料工業而設計,但后來發現其更適合橡膠工業。當物料進入混煉室后,將成為六個滾動堆積膠團,滾動堆積膠團由擋膠板擋住,以防未混煉物料短循環。生產率與擠出速度有關。擠出機機頭端部可以安裝膠條輸送裝置或造粒裝置。這種MVX連續混煉擠出機適合加工一些特殊橡膠或預混粉料。
                8.連續混煉機
                  這種連續混煉機(如圖8)是由ИМΦедοткин和BAИзвеков發明的,主要是由一對轉子和一個螺桿組成,螺桿上有一個隔膠塊,這個隔膠塊把螺桿分為兩段,一段起到輸送物料進轉子和預混合的作用,另一端用于輸送混煉好的物料到機頭以及補充混煉。物料由一端的加料口加入,由螺桿輸送到轉子中,物料在轉子中混煉一段時間后,物料又被送入螺桿的另一段,然后被送入機頭排出。這種連續混煉機只適合流動性較好的物料的混煉擠出。
                另外,現在新發明的連續混煉設備還有很多,這系列的連續混煉機一般都是適合流動性比較好的物料以及粒狀物料的加工。
                二:連續混合設備的發展方向
                  人們對橡膠的連續混煉已進行了多年的研究。由于橡膠的粉末化、粒狀化技術問題以及成本問題,至今連續混煉設備的應用一直受到很大的約束。但是隨著流動性好的原材料以及新型的連續加工設備的采用,連續混煉必將開辟混煉工藝的新領域,連續混煉設備必將成為未來煉膠設備的主要發展方向之一。對于連續混煉設備的研究,一方面將繼續放在粉末化、造粒技術上;另一方面是考慮研制適合現有大塊物料或高粘度的物料的連續混煉設備或部分連續混煉設備,這都將開辟新的混煉領域。現在我國在連續混煉方面落后于發達國家,需要我國密煉機生產廠家加緊對連續混煉技術方面的開發和研究。

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