圖2－2 間歇煉膠過程圖

圖2－3 連續(xù)煉膠過程圖

一、從力學(xué)方向來研究膠料進(jìn)入輥距的條件

在煉膠操作時(shí)我們可見，當(dāng)膠料包覆一個(gè)輥筒后兩輥筒間還有一定數(shù)量的堆積膠，這些積膠不斷被轉(zhuǎn)動(dòng)的輥筒帶入輥隙中去，而新的積膠又不斷形成。這些堆積膠對(duì)煉膠效果的影響是很大的。若堆積過多，過多的堆積膠便不能及時(shí)進(jìn)入輥隙，只能原地輕輕抖動(dòng)，此時(shí)煉膠效果顯著下降；若堆積膠過少，則不能形成穩(wěn)定連續(xù)的操作。可見，確定適量的堆積膠是必要的，為此就需要引入一個(gè)稱之為接觸角的概念。如圖2－4所示。所謂接觸角，即膠料在輥筒上接觸點(diǎn)a與輥筒斷面圓心連線和輥筒斷面中心線的水平線的交角，以α表示。膠料能否進(jìn)入輥隙，取決于膠料與輥筒的摩擦系數(shù)和接觸角的大小。

以膠料為研究對(duì)象，以接觸點(diǎn)A點(diǎn)作為邊緣研究點(diǎn)，在煉膠過程中，膠料對(duì)輥筒產(chǎn)生徑向作用力（合力）——即橫向壓力，用P表示，反過來，根據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系，輥筒對(duì)膠料產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向相反的作用力——橫壓力的反作用力，用F表示。把這個(gè)力分解成一個(gè)水平作用力F_x和切向作用力F_t。

F_x的作用：是對(duì)膠料產(chǎn)生擠壓作用，并使其產(chǎn)生變形；

F_t的作用：是把膠料推出輥距；

圖2－4 膠料受力分析

另外，膠料與輥筒之間在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生摩擦作用，即有摩擦力存在，膠料對(duì)輥筒的摩擦力用T'表示，方向背離輥距。反過來，輥筒對(duì)膠料的摩擦力，用T表示，方向進(jìn)入輥距，它的作用是把膠料拉入輥距。

若想膠料進(jìn)入輥距進(jìn)行煉膠，只有

T>F_t

T－為摩擦力，應(yīng)為T＝F·μ，F(xiàn)為正壓力，μ為摩擦系數(shù)；μ＝tgφ，φ為摩擦角。

∴T＝F·tgφ

從圖上可以看出，即從△F_tFA得知

F_t＝F·tgα    α為膠料接觸角

又∵T>F_t

即有T＝F·tgφ> F_t＝F·tgα

即tgφ> tgα

∴有φ>α

從分析可知，只有當(dāng)摩擦角φ大于接觸角α時(shí)，膠料才能進(jìn)入輥距。

只有這個(gè)條件滿足時(shí)，才能保證正常煉膠。橡膠或膠料與金屬輥筒的摩擦角φ與膠料成分及其配方、可塑度、煉膠溫度及輥筒表面形狀等有關(guān)。Φ=38~42⁰，生膠與金屬輥筒摩擦角φ=38⁰41’，煉膠過程中一般采用接觸角α=32~40⁰，國內(nèi)推薦采用α=36~40⁰。

二、從流變角度上主要研究：

1、膠料的擠壓作用是如何產(chǎn)生的？以及與橫壓力的關(guān)系？

膠料在輥隙中得到強(qiáng)烈的擠壓和剪切，如下圖所示。擠壓作用是由于膠料通過逐漸縮小的輥筒間距而產(chǎn)生，隨著橫壓力的增大而擠壓力增大。

 

 

2、膠料剪切作用是怎樣產(chǎn)生的？以及剪切力的大小與誰有關(guān)系？

剪切作用是由于前、后輥筒有速比而產(chǎn)生，速比越大剪切力越大。

3、輥距大小對(duì)膠料的剪切作用以及對(duì)煉膠效果有無影響？

對(duì)同一開煉機(jī)來說，速比和輥筒線速度是一定的，可用減少輥距的方法來增加速度梯度，從而達(dá)到增加對(duì)膠料的剪切作用。如生膠的薄通塑煉，就是這個(gè)道理。速度梯度值大，煉膠的效果就好，特別對(duì)破膠及塑煉效果好。但對(duì)膠料剪切變形所需的能量增加時(shí)，膠料溫度上升的塊，所以要加強(qiáng)冷卻。

4、煉膠過程中為什么要進(jìn)行割膠、翻膠？

在煉膠過程中，將膠料進(jìn)行切割對(duì)煉膠過程是十分重要的。根據(jù)流體力學(xué)的分析，煉膠過程膠料的流線分布如下圖所示。

圖2－5膠料流線的分布

在煉膠過程中，將膠料進(jìn)行切割對(duì)煉膠過程是十分重要的。根據(jù)流體力學(xué)的分析，煉膠過程膠料的流線分布如圖2－5所示。從圖中可見靠近輥筒處膠料的流線與輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)面平行。而在楔形斷面開始處，有一個(gè)回流區(qū)域，形成兩個(gè)封閉的回流線（即ψ－0線），當(dāng)v₁＝v₂時(shí)，這兩個(gè)封閉回流線對(duì)稱分布，當(dāng)v₁<v₂時(shí)，兩個(gè)封閉回流線的中性面移向慢速輥筒一側(cè)。可見當(dāng)v₁＝v₂時(shí)，封閉回流線所受到的剪切作用較v₁<v₂時(shí)要小，影響了煉膠的效果。所以，大部分煉膠機(jī)都設(shè)計(jì)成兩輥筒速度不同（v₁≠v₂），但僅速度不同也不能得到最佳的煉膠效果，這是由于v₁≠v₂時(shí)，楔形膠條仍然存在封閉回流。只有采用切割膠條的辦法，促使膠料沿輥筒軸線移動(dòng)，才能不斷破壞回流，加速煉膠作用，取得良好的效果。

膠料在輥隙中得到強(qiáng)烈的擠壓和剪切。擠壓作用是由于膠料通過逐漸縮小的輥筒間距而產(chǎn)生，隨著橫壓力的增大而擠壓力增大；剪切作用是由于前、后輥筒有速比而產(chǎn)生，速比越大剪切力越大。

對(duì)同一機(jī)臺(tái)來說，速比和輥筒線速度是一定的，可用減少輥距的方法來增加速度梯度，從而達(dá)到增加對(duì)膠料的剪切作用。如生膠的薄通塑煉，就是這個(gè)道理。速度梯度值大，煉膠的效果就好，特別對(duì)破膠及塑煉效果好。但對(duì)膠料剪切變形所需的能量增加時(shí)，膠料溫度上升的塊，所以要加強(qiáng)冷卻。

三、強(qiáng)化煉膠效果，必須具備四個(gè)條件

經(jīng)過上面分析討論可知，要想完成煉膠操作及得到較好的煉膠效果，應(yīng)實(shí)現(xiàn)下面四點(diǎn)：

1、使膠料摩擦角大于接觸角（φ>α）以便把膠料帶入輥距；

2、使前后輥速（線速度）不想等，以便對(duì)輥隙中的膠料進(jìn)行強(qiáng)烈的擠壓和剪切；

3、煉膠時(shí)，需要切割翻膠，以破壞膠料的封閉回流線，加強(qiáng)物料的分散效果；

4、煉膠過程中不斷調(diào)整輥距，以改變速度梯度，提高煉膠效果。

以上資料由青島學(xué)青橡膠機(jī)械有限公司開煉機(jī)技術(shù)提供。