4.1.3 Резиносмесители

Резиносмеситель представляет собой машину, в которую загружают точно дозированные компоненты смесей, а получают однородную массу с более или менее одинаковым содержанием каждого компонента в любом элементарном ее объеме.

Эффект перемешивания достигается силовым воздействием рабочих органов резиносмесителя на материал, в результате которого каждый компонент равномерно распределяется по всему объему, и смесь усредняется. При перемешивании смесь и рабочие органы машины нагреваются. Поэтому резиносмесители снабжены системами охлаждения для обеспечения лучшего смешения компонентов и предотвращения подвулканизации смеси. В некоторых случаях, резиносмесители могут быть использованы в качестве пластикаторов, для пластикации каучуков.

Различают резиносмесители периодического и непрерывного действия. Наибольшее распространение получили резиносмесители периодического действия. В последнее время создают и внедряют в производство резиносмесители непрерывного действия.

На станине монтируется корпус резиносмесителя, основой которого является рабочая камера; внутри нее вращаются роторы , установленные в подшипниках . Рабочая камера имеет два окна: верхнее для загрузки компонентов, закрывающееся верхним затвором, и нижнее для выгрузки смеси, закрывающееся нижним затвором . Затворы управляются силовыми цилиндрами. Загрузочная воронка имеет заслонку, управляемую цилиндром. Роторы оснащены системой водяного охлаждения. Рабочая камера охлаждается водой с помощью коллектора. Для увеличения поверхности теплообмена наружную поверхность камеры выполняют ребристой. Роторы приводятся во вращение от электродвигателя через обычные или блок-редукторы.

Так же есть резиносмесители с треугольными роторами, несколько отличающийся по конструкции от резиносмесителя, периодического действия. На раме такого смесителя рабочая камера укреплена не горизонтально, а наклонно. Затвор для выгрузки смеси расположен не внизу, а сбоку и значительно больше по площади. По конструкции верхний затвор не отличается от описанного выше. Роторы в поперечном сечении имеют треугольную форму. Резиносмеситель такой конструкции принципиально не отличается от рассмотренного ранее, но обладает некоторыми особенностями, которые иногда, для конкретных технологических схем, имеют существенное значение. Например, возможность боковой выгрузки позволяет устанавливать смеситель на полу цеха. Принцип работы резиносмесителя периодического действия заключается в том, что в закрытой камере с помощью двух вращающихся роторов некоторый объем смеси интенсивно перемещается и периодически занимает большее или меньшее пространств. В результате воздействия роторов перемещающих смесь в уменьшающееся пространство, смесь начинает перетекать из одной полости камеры в другую через зазоры между ротором и стенкой камеры. При соответствующем положении роторов объем смеси разделяется на части, а затем вновь объединяется.

Благодаря постоянным изменениям направления перемещения смеси в объеме и в зазорах между роторами и стенкой камеры, а также значительным изменениям по величине и направлению перемещений смеси вдоль оси роторов, вызванным их сложной формой, в камере создаются благоприятные условия для усреднения состава смеси по всему объему, а также перетирания ее, разогрева и гомогенизации. Воздействие на смесь в камере резиносмесителя настолько интенсивно, что перемешивание длится не более нескольких минут. За это время температура смеси поднимается до предельных значений, что составляет главную проблему при смешении.

При переработке компонентов смеси в резиносмесителе протекают одновременно два процесса: смешение и диспергирование, что значительно усложняет описание процесса смешения.

Смешение — процесс, при котором происходит изменение первоначального распределения компонентов в системе.

Резиносмесители периодического действия являются основным смесительным оборудованием современных заводов. Они обеспечивают получение резиновых смесей хорошего качества, имеют высокую производительность, долговечны и надежны в работе. Однако недостатки, заложенные в самом принципе периодического смешения, заставляют искать новые, более прогрессивные технические решения аппаратурного оформления процесса. Для обеспечения производительности, требуемой промышленностью, резиносмесители периодического действия строят с большим объемом камеры смешения. Кроме того, роторы этих смесителей вращаются с большой частотой, что обусловливает повышенное тепловыделение в смесительной камере и затрудняет отвод тепла. Опасность перегрева смеси не дает возможности еще более интенсифицировать процесс смешения в смесителях периодического действия. На таких машинах можно получать готовые смеси в виде бесформенных глыб, что требует применения дополнительных устройств для их переработки в форму, удобную для дальнейшего использования (листы, ленты, гранулы). Высокие температуры в смесительной камере затрудняют проведение процесса в одну стадию в резиносмесителях периодического действия. Вулканизующие агенты нередко вводятся в такие смесители во время следующих за первичным смешением процессов. Периодические процессы плохо поддаются регулированию. В таких резиносмесителях довольно сложно получить готовый продукт с хорошими и стабильными свойствами.

Непрерывные процессы смешения являются более совершенными. Они регулируются с высокой точностью, высокопроизводительны; потребление энергии во время непрерывного процесса равномерно в отличие от потребления ее при периодическом.

Все эти соображения привели к поискам возможности создания смесителей непрерывного действия.

При непрерывном процессе смешения, в отличие от периодического, не происходит резких циклических изменений мощности и температуры. Кроме того, появляется возможность использовать отводимую из зон интенсивного теплообразования энергию для предварительного нагревания ингредиентов, поступающих в зону загрузки, что позволяет значительно повысить КПД оборудования, обеспечить стационарность температурного режима смешения и получение смесей с одинаковыми свойствами, а также совмещать процессы смешения и формования резиновых смесей.

В большинстве случаев резиносмесители непрерывного действия имеют такую же конструкцию, что и машины червячного типа с одним или несколькими роторами (червяками). Интенсивная деформация и перемешивание материалов достигаются двухчервячных смесителях непрерывного действия, в которых червяки рас- положены так, что витки нарезки и перемешивающие элементы одного червяка входят в соответствующие пространства нарезки другого червяка. Червяки с переменным шагом нарезки имеют зоны с обратной нарезкой, в которых тормозится движение смеси к разгрузочному отверстию и увеличивается деформация сдвига.

В червячных машинах основным рабочим органом является винт, вращающийся в цилиндре с минимальным зазором. Червячные машины относятся к устройствам непрерывного действия. В них непрерывно подается исходный материал, который пластицируется, разогревается, уплотняется и выдавливается через профилирующее отверстие в головке. в виде профиля определенной формы, трубы или листа. Приближенно цилиндр по всей его длине можно разделить на три зоны: загрузки (питания), пластикации и нагнетания. В первой зоне жесткий (или упругий) материал захватывается гребнями нарезки, вдавливается в пространство между витками и поверхностью цилиндра и перемещается во вторую зону. В первой зоне червяк как бы вывинчивается из материала (как из гайки), двигая его вперед. Во второй зоне материал уплотняется под действием давления, оказываемого на него с одной стороны вращающимися витками нарезки червяка, а с другой — встречным (обратным) потоком смеси, возникающим под действием давления в головной части цилиндра. Величина этого потока возрастает по мере продвижения материала к головке.