新型4∶1轉子與傳統剪切型轉子混合效率對比研究

劉金朋，楊海波，李凡珠，張立群

（北京化工大學 北京市新型高分子材料制備與加工重點實驗室，北京 100029）

混合是橡膠混煉過程中不可或缺的環節，混合形式主要分為分布混合和分散混合。分散混合即加入到密煉機中的大塊物料不斷破碎、逐漸細化的過程；分布混合為混合物中各組分發生位置重排而達到各組分均勻分布狀態的過程。密煉機轉子分為嚙合型和剪切型，對于剪切型轉子密煉機，分散混煉主要發生在轉子棱頂端與混煉室壁之間的高剪切區，而分布混煉主要靠軸向循環流動和左右密煉室物料交換。剪切型轉子的優勢是可以提供優異的分散混煉性能，但在溫度和混煉膠組分均勻性方面存在不足。要改進剪切型轉子結構設計，須在保持強分散混煉能力和高生產率基礎上，提高分布混煉能力。

大連橡膠塑料機械股份有限公司設計的新型4∶1轉子[1]將長短棱軸向長度比增加為4∶1，且短棱的螺旋角由40°減小到30°。這一設計改善了傳統轉子密煉機中物料在中間堆積的現象，擴大了軸向通道[2]，使膠料軸向運動距離增大，在軸向上實現充分物料交換。

本工作采用有限元軟件POLYFLOW對傳統和新型4∶1轉子密煉機流場進行了數值模擬，通過模擬不同時刻的擬穩態速度場，并對時間進行積分，得到大量粒子的運動軌跡，利用統計學分析模塊POLYSTAT對大量粒子的運動軌跡進行統計分析，分別采用拉伸長度、瞬時混合效率、時間平均混合效率和分離尺度等參數對兩種轉子密煉機的混合性能進行定量分析與對比。……