一種實(shí)驗(yàn)室用橡膠小料稱量裝置的設(shè)計(jì)

趙桂英，王忠光，崔榮芝，王再學(xué)，覃 彪

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

橡膠制品的種類繁多，不同的橡膠制品加工工藝過程不同，但基本加工工藝過程大致包括配合、塑煉與混煉、壓延、擠出、成型、硫化等工序[1]。配合是橡膠制品加工生產(chǎn)的源頭工序，配合質(zhì)量的好壞直接影響下游工序的進(jìn)行及產(chǎn)品質(zhì)量。橡膠制品所用的原材料品種多樣，每種組分在配方中都是不可缺少的，尤其是硫化劑、活性劑、促進(jìn)劑、防老劑、防焦劑以及其他功能性助劑等，具有用量小、作用大的特點(diǎn)[2]。這些配合劑在橡膠試驗(yàn)配方中被稱為小料，其配比精度常常以克為單位，因此精確地稱量、配合小料是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，部分橡膠企業(yè)研制開發(fā)了大型全自動(dòng)粉料稱量系統(tǒng)，用以取代人工稱量配料，不僅能夠準(zhǔn)確地稱量橡膠小料，而且在防止環(huán)境粉塵飛揚(yáng)、提高配合工作效率方面起到了重要的作用[3]。但是，實(shí)驗(yàn)室用橡膠小料稱量裝置迄今為止未見明顯改進(jìn)。

1 現(xiàn)有稱量方法的不足

橡膠企業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)或高校橡膠制品加工與檢測(cè)專業(yè)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中，需要在實(shí)驗(yàn)室開展大量的試驗(yàn)研究工作，實(shí)驗(yàn)室用橡膠小料的品種更多、用量更小。小料用量一般為0.2～15 g，為確保小料的稱量精度，通常采用托盤天平或電子秤進(jìn)行小料稱量。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，稱量后的小料必須在4 h內(nèi)用于混煉操作，否則會(huì)出現(xiàn)物料吸潮、落入塵灰和本身飛揚(yáng)等問題。因此，小料在稱量和輸送過程中應(yīng)盡量減少損耗，防止污染；在膠料的混煉過程中，除了硫化劑、超速促進(jìn)劑等小料必須在后期加入之外，大多數(shù)小料都在混煉初期加入[4]。如果將這些小料預(yù)先進(jìn)行初混再加入膠料中，則可縮短混煉時(shí)間，降低混煉過程中產(chǎn)生焦燒的危險(xiǎn)，提高混煉膠的質(zhì)量。

目前橡膠企業(yè)及相關(guān)院校實(shí)驗(yàn)室基本上沒有固定的小料稱量裝置。高校實(shí)驗(yàn)室由于做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生多，每個(gè)試驗(yàn)配方中小料的品種也多，因此稱量工作量很大，稱量小料時(shí)通常將報(bào)紙裁成一定的尺寸，置于天平稱量臺(tái)上進(jìn)行稱量，然后將稱量好的物料分別放置于小推車上，輸送到混煉現(xiàn)場(chǎng)，再逐一將小料加入混煉膠中進(jìn)行混煉操作。橡膠企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，通常采用塑料盆或燒杯盛裝各種稱量后的小料，混煉時(shí)傾斜塑料盆或燒杯將小料倒入膠料中，進(jìn)行混煉操作。這些操作容易產(chǎn)生以下問題。

（1）試驗(yàn)配方中小料品種很多，稱量過程中會(huì)使用很多紙張，紙張表面通常都會(huì)粘附一定的物料；某些小料如硬脂酸等為光滑的粒料，在輸送過程中極易滑出紙張，造成損耗；沾有小料的紙張不能重復(fù)使用，會(huì)造成環(huán)境污染。

（2）由于小料沒有預(yù)先混合或加料時(shí)分開加，因此混煉時(shí)間長(zhǎng)，有可能造成膠料焦燒，不利于提高混煉效率和混煉膠質(zhì)量。

（3）如不能按時(shí)進(jìn)行混煉，稱量好的小料在存放過程會(huì)產(chǎn)生吸潮、污染或者損耗，影響后續(xù)試驗(yàn)研究工作。

2 稱量裝置的設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，經(jīng)過調(diào)研分析，從稱量和承裝兩個(gè)部分制定設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是將兩者組合起來用于稱量、儲(chǔ)存物料，分開后能便捷地將物料導(dǎo)出和清理。新的稱量裝置包括稱量盤和開口容器，稱量盤帶有凸體和傾料口，開口容器設(shè)有導(dǎo)料口。采用該裝置可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多種橡膠小料的稱量，減少其他稱量工具的使用，防止小料在稱量過程中產(chǎn)生損耗，在儲(chǔ)存過程中能夠密閉防潮和防止環(huán)境粉塵的污染。通過該裝置進(jìn)行小料的初混，便于快速導(dǎo)出，縮短混煉時(shí)間，提高混煉膠的質(zhì)量[4]。稱量裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 稱量裝置結(jié)構(gòu)示意

2.1 開口容器

為了將稱量后的多種橡膠小料盛裝起來，便于小料的初混及適當(dāng)儲(chǔ)存，設(shè)計(jì)了一個(gè)開口容器，底部封閉，上部開口，在開口容器的一側(cè)設(shè)置有一個(gè)把手，便于操作者握住和移動(dòng)開口容器。開口容器選擇透明材質(zhì)，便于在實(shí)驗(yàn)過程中觀察物料的情況。開口容器內(nèi)外表面光滑，不易粘附物料，既能減少物料的損耗，又方便清理衛(wèi)生。

2.2 稱量盤

模擬實(shí)驗(yàn)室托盤天平上的托盤，設(shè)計(jì)了一個(gè)中部凹形的稱量盤，用于橡膠小料的稱量。稱量盤位于開口容器的開口端上，其尺寸與開口容器相配合，稱量盤通過手動(dòng)可以在開口容器上部左右旋轉(zhuǎn)。稱量盤材質(zhì)為透明塑料，其表面光滑，不易粘附物料。

2.3 導(dǎo)料口

原材料配合完畢，下一道工序是膠料的塑煉與混煉，將通過塑煉工序加工好的生膠包輥后，首先加入小料（如配方中含有固體軟化劑，可單獨(dú)提前加入），再加大料、液體軟化劑等，最后加入硫黃和促進(jìn)劑。為便于將稱量裝置中的小料快速、安全地導(dǎo)出加到混煉膠中進(jìn)行分散操作，在開口容器的上端設(shè)置了一個(gè)導(dǎo)料口，物料通過導(dǎo)料口進(jìn)入混煉膠料中，不會(huì)出現(xiàn)小料散落的問題。

2.4 傾料口

稱量盤用于逐一稱量各種橡膠小料，每個(gè)小料稱量后需及時(shí)倒入開口容器中，再進(jìn)行下一種小料的稱量，為此在稱量盤上部側(cè)面設(shè)置了一個(gè)傾料口，通過傾料口和導(dǎo)料口重合后形成的缺口將稱量好的小料傾入開口容器中，由于傾料口的長(zhǎng)度小于導(dǎo)料口的寬度，在傾倒的過程中物料不會(huì)散落到外面。

2.5 凸體

開口容器上部設(shè)置有一個(gè)導(dǎo)料口，為便于稱量盤與開口容器配合良好，在稱量盤上設(shè)置了一個(gè)與導(dǎo)料口相配合的凸體，凸體與稱量盤為一體式結(jié)構(gòu)，材料為透明塑料，當(dāng)凸體與導(dǎo)料口重合時(shí)，該稱量裝置組成一體，起到密封防塵的作用，可對(duì)稱量好的多種小料進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋４?，阻止環(huán)境粉塵的侵入。

3 稱量裝置的制作方法

該稱量裝置采用注塑成型加工方法[5]，其加工工藝流程如圖2所示。

圖2 稱量裝置的加工工藝流程

為了隨時(shí)觀察物料情況，同時(shí)便于清理，該稱量裝置全部采用透明材質(zhì)的塑料制成，例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯等[6]，加工設(shè)備為普通的注塑機(jī)。將開口容器和稱量盤分別采用相應(yīng)的模具一次注塑成型，經(jīng)冷卻修剪毛邊后將兩者組裝成一體。

4 稱量裝置的使用方法

4.1 小料的稱量、初混及儲(chǔ)存

（1）稱量。將稱量盤安裝固定于開口容器的上端，旋轉(zhuǎn)稱量盤，使稱量盤左側(cè)的凸體與開口容器上端的導(dǎo)料口重合。將該稱量裝置放置于電子秤的稱量臺(tái)上，清零，用藥勺將物料緩慢加到稱量盤的中部，觀察電子秤的數(shù)值，達(dá)到規(guī)定數(shù)值后停止加料，向左旋轉(zhuǎn)稱量盤，使稱量盤上部側(cè)面的傾料口與導(dǎo)料口重合，抬起稱量盤一側(cè)，將物料從傾料口倒入開口容器中，然后向右旋轉(zhuǎn)稱量盤，讀取數(shù)據(jù)。將稱量裝置重新復(fù)位，重復(fù)以上稱量操作，直至完成多種小料的稱量。

（2）初混。稱量操作完成后，將該稱量裝置重新復(fù)位，握住把手，輕輕晃動(dòng)稱量裝置，即可對(duì)物料進(jìn)行初混。

（3）儲(chǔ)存。根據(jù)混煉工序進(jìn)度的要求，將該稱量裝置靜止停放，對(duì)物料進(jìn)行適當(dāng)保存。

4.2 小料的導(dǎo)出

混煉時(shí)取下稱量盤，將開口容器中的物料從導(dǎo)料口導(dǎo)出加到膠料中進(jìn)行混煉，然后清理稱量裝置的內(nèi)外面，以備下次使用。

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)橡膠小料稱量裝置達(dá)到了以下效果[7]：

（1）只需一個(gè)多功能稱量裝置，即可進(jìn)行試驗(yàn)配方中多種橡膠小料的稱量，節(jié)省了其他稱量工具的使用，減少環(huán)境污染，降低物料的損耗；

（2）通過該裝置可以進(jìn)行小料的初混和集中導(dǎo)出，為后續(xù)的混煉節(jié)省了時(shí)間，減少了膠料焦燒的可能，提高了混煉膠的質(zhì)量；

（3）可根據(jù)混煉進(jìn)度安排，對(duì)小料進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇娣糯茫乐刮锪衔焙臀廴尽?/p>