一种高流动性四棱转子的制作方法

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[0001]
本实用新型属于橡塑机械设备技术领域，具体涉及一种高流动性四棱转子，能够提高胶料的流动性和分散性。


背景技术：
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[0002]
随着橡胶工业越来越迅速的发展以及社会对橡胶材料需求量的增加，橡胶产业已经成为国民经济的重要支柱产业之一，橡胶混炼过程作为橡胶产业的关键一环也尤为重要。
[0003]
在橡胶混炼过程中，密炼机是关键设备，混炼胶在密炼室中的运动主要有两种形式：一种是胶料周向运动，由转子棱的作用力带动与密炼室壁形成剪切力，另外一种是轴向运动，轴向运动能够起到自动翻胶和混合的作用，使得胶料在密炼室中达到充分的分散效果。流动过程中通过转子的剪切拉伸作用产生新的界面，新的界面是提高小料混合效果的重要因素，保证胶料在密炼室中足够的流动性能是保证混炼胶性能的关键。同样，较好的流动性也是提高混炼效率的主要因素，单位时间发生剪切和胶料在密炼室内的反转越多，混炼时间就越短，则更加高效及节能。
[0004]
中国专利201610739927.6公开的一种四棱锯齿型动态变间隙密炼机转子包括转子体，所述转子体上设置有四条突棱，包括两条长棱和两条短棱，所述突棱从所述转子体的两端向中间螺旋延伸，包括始端和终端；所述突棱的棱顶上分别设置有若干齿槽，沿所述始端到所述终端方向上，每条突棱上的所述齿槽的宽度差不变，并且所述齿槽与齿槽之间的距离逐渐变小，同时在转子的轴向方向上齿槽的深度均相同；所述齿槽的开口方向平行于所述转子体的端面，所述齿槽与相邻齿槽之间设置有齿槽间距；所述突棱上的所述齿槽的宽度与相邻齿槽的宽度差均相等，并根据转子棱的长度确定；沿所述始端到所述终端方向上，所述齿槽间距的宽度不断减小，并由转子棱的长度确定；所述齿槽在所述转子体轴线上的投影位置关系为：一条所述长棱上的齿槽间距与另一条所述长棱上的齿槽位置对应，且宽度相等；中国专利200820012572.1公开的一种用于加压式捏炼机的四棱同步转子包括转子轴，在转子轴中部设有左端板和右端板，在左端板和右端板之间于转子轴上分两段设置且每段均有对称的两个螺旋棱体；其中，一段为右旋的长棱体，另一段为左旋的短棱体，且两段的长、短螺旋棱体沿转子轴圆周间隔90
°
交叉均布；中国专利201610738024.6公开的一种同步四棱锯齿型动态变间隙密炼机转子包括转子体，所述转子体上设置有四条突棱，包括两条长棱和两条短棱，其特征在于，一条所述长棱与一条所述短棱起始于所述转子体的一端，另一条所述短棱和另一条所述长棱起始于所述转子体的另一端，所述突棱从所述转子体的两端向中间螺旋延伸，包括始端和终端；所述突棱的棱顶上分别设置有若干齿槽，沿所述始端到所述终端方向上，每条突棱上的所述齿槽的宽度差保持不变，且所述齿槽与齿槽之间的距离逐渐变小，同时在转子的轴向方向上齿槽存在深、浅两种不同程度的变化；所述齿槽的开口方向平行于所述转子体的端面，所述齿槽与相邻齿槽之间设置有齿槽间距，所述突棱上的所述齿槽与相邻齿槽的宽度差相等，并根据转子棱的长度确定；沿所述始端
到所述终端方向上，所述齿槽间距的宽度不断减小，并由转子棱的长度确定；所述转子体的任一轴向截面上，所述齿槽的底面在所述轴向截面上的投影在以所述转子体为圆心的浅齿槽圆和深齿槽圆上。
[0005]
上述专利产品及现有技术中的转子存在炼胶效率和炼胶质量较低的问题。因此，设计研发一种高流动性四棱转子，提高炼胶速率和炼胶质量。


技术实现要素：
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[0006]
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种高流动性四棱转子，提高胶料的流动性并提升炭黑在橡胶中的分散性，进而提高混炼胶的物理机械性能。
[0007]
为了实现上述目的，本实用新型涉及的高流动性四棱转子为同步型转子，前后转子转速相同，旋转方向相反，前后转子的主体结构相同，均包括转子体、左挡胶板、右挡胶板、第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱；转子体的左端设置有左挡胶板，转子体的右端设置有右挡胶板，转子体上设置有第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱，第一长棱和第二长棱从左挡胶板向中间螺旋延伸，第三长棱和第四长棱从右挡胶板向中间螺旋延伸，第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱均由大螺旋角棱和小螺旋角棱过渡连接构成。
[0008]
本实用新型涉及的转子体为圆柱形结构，第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱设置在转子体的基圆外表面圆周上。
[0009]
本实用新型涉及的第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱均为双螺旋角结构；第一长棱与第二长棱的旋向相同且关于中心对称，第三长棱与第四长棱的旋向相同且关于中心对称，第一长棱与第三长棱和第四长棱以及第二长棱与第三长棱和第四长棱的旋向相反；第一长棱与第二长棱分布相差180
°
，第三长棱与第四长棱分布相差180
°
，第一长棱与第三长棱和第四长棱分布相差90
°
，第二长棱与第三长棱和第四长棱分布相差90
°
；第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱的棱顶与密炼室壁的间距为1-2mm，当为1mm时，剪切作用最大。
[0010]
本实用新型涉及的大螺旋角棱靠近左挡胶板和右挡胶板，小螺旋角棱远离左挡胶板和右挡胶板；大螺旋角棱的螺旋角为大螺旋角β1，且为40
°-
50
°
，小螺旋角棱的螺旋角为小螺旋角β2，且为20
°-
40
°
；大螺旋角棱与小螺旋角棱的长度比为1:3时，能够保证轴向力与周向力均衡。
[0011]
本实用新型涉及的高流动性四棱转子，在转子体1的轴向截面上，前峰面的曲率半径为60
°±
10
°
，后峰面的曲率半径为50
°±
10
°
，前峰面的曲率半径大于后峰面的曲率半径，能够保证良好的吃胶性能。
[0012]
本实用新型与现有技术相比，具有以下优势：1、第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱均采用长棱设计，取消了短棱，提高了转子体对胶料的剪切作用，有利于配合剂的分散；2、第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱均采用变螺旋角设计，大螺旋角β1的值大于小螺旋角β2的值，增强了转子体对胶料轴向和环向的流动性，改善了混炼过程中的流动效果，提高混炼胶质量；3、前后转子采用不同的相位角，以适应不同性能的胶料，达到专用化的混炼应用；4、在混炼初期，胶料在被迫通过第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱与密练室壁或前后转子之间时，胶料受到前后转子与密练室壁之间的强剪切、拉伸作用，
随着剪切升温和门尼粘度的降低，粘弹性的胶料在第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱与密练室壁之间时，剪切变稀的胶料在大螺旋角棱和小螺旋角棱处具有更好的轴向流动特性，能够实现强烈剪切分散，为白炭黑配方的胶料达到充分分散和硅烷化反应提供有效的保障。
附图说明：
[0013]
图1为本实用新型的主体结构原理示意图。
[0014]
图2为本实用新型的主体结构主视图。
[0015]
图3为本实用新型涉及的第一长棱、第二长棱、第三长棱和第四长棱的展开图。
[0016]
图4为本实用新型的主体结构剖视图。
[0017]
图5为本实用新型的前后转子0
°
相位配合示意图。
[0018]
图6为本实用新型的前后转子0
°
相位配合展开图。
[0019]
图7为本实用新型的前后转子90
°
相位配合展开图。
[0020]
图8为本实用新型涉及的高流动性四棱转子与常规四棱同步转子的胶料均匀性测试试验结果对比图。
具体实施方式：
[0021]
下面通过实施实例并结合附图对本实用新型做进一步描述。
[0022]
实施例1：
[0023]
本实施例涉及的高流动性四棱转子为同步型转子，前后转子转速相同，旋转方向相反，前后转子的主体结构相同，均包括转子体1、左挡胶板2、右挡胶板3、第一长棱4、第二长棱5、第三长棱6和第四长棱7；圆柱形结构的转子体1的左端设置有左挡胶板2，转子体1的右端设置有右挡胶板3，转子体1的基圆外表面圆周上设置有第一长棱4、第二长棱5、第三长棱6和第四长棱7，第一长棱4和第二长棱5从左挡胶板2向中间螺旋延伸，第三长棱6和第四长棱7从右挡胶板3向中间螺旋延伸，第一长棱4、第二长棱5、第三长棱6和第四长棱7均由大螺旋角棱8和小螺旋角棱9过渡连接构成，大螺旋角棱8靠近左挡胶板2和右挡胶板3，小螺旋角棱9远离左挡胶板2和右挡胶板3。
[0024]
本实施例涉及的大螺旋角β1为45
°
，小螺旋角β2为26
°
；前峰面10的曲率半径为60
°
，后峰面11的曲率半径为50
°
。
[0025]
本实施例涉及的高流动性四棱转子对胶料的分散分布影响，采用常规四棱同步转子进行对比实验，将本实施例高流动性四棱转子与常规四棱同步转子分别装设于密炼机上进行混炼，混炼工艺为：转速设定为80r/min，恒温炼胶模式，首先加入30质量份顺丁橡胶和96.25质量份sbr(丁苯橡胶)塑炼40s，然后加入12.5质量份炭黑以及由5.4质量份硅烷偶联剂si-69、1.5质量份防老剂rd、0.3质量份防焦剂、2质量份zno(氧化锌)、3质量份油(芳烃油)、2质量份增塑剂a、1.5质量份微晶蜡、2质量份硬脂酸组成的小料混炼40s后提上顶栓，最后加入剩余12.5质量份炭黑和175.45质量份白混炼，120
°
提一次上顶栓，130
°
提一次上顶栓，140
°
提一次上顶栓，在140
°-
150
°
之间保持一分钟，150
°
时排胶，得到混炼胶料；对混炼胶料进行实验，得到并分析炭黑分散度、门尼粘度、物理性能参数和低应变剪切模量的实验数据：
[0026]
(1)炭黑分散度分析，炭黑分散值如表1所示：
[0027][0028]
可知，本实施例高流动性四棱转子混炼胶的炭黑分散度优于常规四棱同步转子混炼胶的炭黑分散度；这是因为胶料在被迫通过第一长棱4、第二长棱5、第三长棱6和第四长棱7与密练室壁或前后转子之间时，第一长棱4、第二长棱5、第三长棱6和第四长棱7有利于填料和配合剂的分布与分散；
[0029]
(2)胶料均匀性分析：在同一片胶料中，选取四个位置取样在rpa中进行形变扫描，若四处的白炭黑分散度较为集中，则胶料的均匀性越好；在温度为60
°
的条件下调节胶片5min，对硫化试样进行两次形变扫描，第一次形变扫描中剪切模量为“填料-填料”和“填料与橡胶分子链”相互作用，在扫描中打破填料之间的相互作用，第二次扫描的剪切模量为“填料与分子链”的相互作用，由公式：得出分散系数，其中，payne(max)为不加硅烷偶联剂得到的配方的payne效应，即剪切模量曲线下降至接近平稳与形变横坐标所覆盖的面积，payne(01)为第一次形变扫描时剪切模量曲线下降至接近平稳与形变横坐标所覆盖的面积；payne(02)为第二次形变扫描时剪切模量曲线下降至接近平稳与形变横坐标所覆盖的面积；本实施例高流动性四棱转子与常规四棱同步转子的胶料均匀性测试结果如图8所示，可知，本实施例高流动性四棱转子混炼胶的白炭黑分散性和均匀性好于常规四棱同步转子混炼胶的分散性和均匀性，证明本实施例高流动性四棱转子有利于填料的混合；这是因为白炭黑在混炼过程中极易聚集，一旦聚集后再分散将极为困难，需要多次剪切才能将其分散开；占部诚亮指出“混炼胶中的配合剂的分散程度由mckelvcy所提出的
‘
高剪切区域所决定’主要问题是含有配合剂的胶料通过这一区域的概率，以及它与转子转速和混炼时间的乘积。”，本实施例高流动性四棱转子能够增强白炭黑的分散效果以及同一批次胶料的均匀性；
[0030]
(3)物理性能分析：本实施例高流动性四棱转子与常规四棱同步转子混炼胶的物理性能对比如表1所示：
[0031]
[0032][0033]
可知，本实施例高流动性四棱转子混炼胶的门尼粘度低于常规四棱同步转子混炼胶的门尼粘度，有利于胶料的后期的加工；本实施例高流动性四棱转子混炼胶的物理性能整体上优于常规四棱同步转子剪切型转子混炼胶的物理性能，具体表现如下：
[0034]
1、本实施例高流动性四棱转子的胶料门尼粘度值较常规四棱同步转子的胶料门尼粘度值低，炭黑及白炭黑的分散度、混炼胶的均匀性在本实施例高流动性四棱转子中明显优于常规四棱同步转子；
[0035]
2、本实施例高流动性四棱转子对填料的分散效果和胶料的流动效果好，所以，混炼胶的物理性能、抗湿滑性能等整体上优于常规四棱同步转子，通过实验研究对比，本实施例高流动性四棱转子的混炼对胶料性能的影响整体要优于常规四棱同步转子的混炼对胶料性能的影响。

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