一種同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，密煉機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子體上設(shè)置有六條突棱，包括三條長(zhǎng)棱和三條短棱，突棱從轉(zhuǎn)子體的兩端向中間螺旋延伸，包括始端和終端；突棱的棱頂上分別設(shè)置有若干齒槽，并且齒槽與齒槽之間的距離逐漸變小，且齒槽的深度在轉(zhuǎn)子的同一圓周方向的三條棱上，分別呈深、淺兩種間隙變化。本發(fā)明的有益效果在密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的突棱處加齒槽，改變膠料的周向流動(dòng)，有利于各種填料、配合劑的分布與分散；齒槽的數(shù)量及其分布密度隨著膠料周向流動(dòng)的速度的增大而增加，從而強(qiáng)化了坨狀膠料在棱與棱之間相互捏煉作用，使得膠料在密煉室內(nèi)的流動(dòng)更混亂，提高了煉膠質(zhì)量和煉膠效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及橡塑機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變 間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002] 在橡膠混煉過(guò)程中，膠料(橡膠和炭黑等)在密煉室中的運(yùn)動(dòng)主要有兩種形式:其 中一種是膠料周向的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于剪切型轉(zhuǎn)子而言，膠料在密煉室中會(huì)形成兩個(gè)周向運(yùn)動(dòng);另 外一種運(yùn)動(dòng)形式則是軸向運(yùn)動(dòng)，軸向的運(yùn)動(dòng)能夠起到自動(dòng)翻膠和混合的作用，使得膠料在 密煉室中分散混合趨向最優(yōu)。流動(dòng)過(guò)程中通過(guò)轉(zhuǎn)子的剪切拉伸作用產(chǎn)生新的界面，而這新 界面則是提高小料混合效果的重要因素。
[0003] 然而，對(duì)于密煉機(jī)剪切型轉(zhuǎn)子而言，由于轉(zhuǎn)子突棱的存在，轉(zhuǎn)子表面上的各點(diǎn)的回 轉(zhuǎn)半徑也不相同，從而導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子表面各點(diǎn)處的膠料流動(dòng)速度大小也存在差別。一般來(lái)說(shuō) 隨著回轉(zhuǎn)半徑的增大，膠料的流動(dòng)速度也會(huì)相應(yīng)的增大。
[0004] 另外一方面，對(duì)于剪切型轉(zhuǎn)子，隨著轉(zhuǎn)子表面回轉(zhuǎn)半徑的增大，轉(zhuǎn)子與密煉室內(nèi)壁 之間的間隙會(huì)變小，轉(zhuǎn)子突棱頂與密煉室內(nèi)壁形成的間隙是產(chǎn)生高剪切應(yīng)力，間隙變小直 接導(dǎo)致了膠料混煉時(shí)溫度急劇升高，容易引起膠燒現(xiàn)象。
[0005] 因此，如何克服現(xiàn)有密煉機(jī)轉(zhuǎn)子所存在的不足，提高煉膠速率和煉膠質(zhì)量，便成為 業(yè)內(nèi)人士亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn) 子，能夠顯著提高膠料流動(dòng)性與分散性。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，所述密煉機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子體，所述 轉(zhuǎn)子體上設(shè)置有六條突棱，包括三條長(zhǎng)棱和三條短棱，所述突棱從所述轉(zhuǎn)子體的兩端向中 間螺旋延伸，包括始端和終端;所述突棱的棱頂上分別設(shè)置有兩種深淺及密度變化的若干 齒槽，沿所述始端到所述終端方向上，每條突棱上的所述齒槽的寬度差不變，所述齒槽與齒 槽之間的距離逐漸變小。
[0009] 進(jìn)一步地，所述密煉機(jī)轉(zhuǎn)子為剪切型轉(zhuǎn)子，所述突棱位于所述轉(zhuǎn)子體基圓外表面 圓周上，突棱的長(zhǎng)度由轉(zhuǎn)子體的尺寸等因素決定。
[00?0]進(jìn)一步地，三條所述長(zhǎng)棱均起始于所述轉(zhuǎn)子體的一端，三條所述短棱均起始于所 述轉(zhuǎn)子體的另一端，并且，三條所述長(zhǎng)棱的相位差與三條所述短棱的相位差均在110°至 130°的范圍內(nèi)。
[0011] 進(jìn)一步地，所述齒槽的開(kāi)口方向平行于所述轉(zhuǎn)子體的端面，所述齒槽與相鄰齒槽 之間設(shè)置有齒槽間距。
[0012] 進(jìn)一步地，相鄰兩所述齒槽的寬度差是定值，相鄰兩所述齒槽間距的寬度差是定 值，齒槽與齒槽間距的尺寸由突棱的長(zhǎng)度及轉(zhuǎn)子體的體積決定。
[0013] 進(jìn)一步地，所述長(zhǎng)棱上齒槽位置最靠近始端位置的這一條長(zhǎng)棱作為第一長(zhǎng)棱，沿 所述第一長(zhǎng)棱螺旋方向的相鄰長(zhǎng)棱為第二長(zhǎng)棱，沿所述第一長(zhǎng)棱螺旋方向的反方向的相鄰 長(zhǎng)棱為第三長(zhǎng)棱，所述齒槽在所述轉(zhuǎn)子體軸線上的投影位置關(guān)系為:在沿所述始端到終端 的方向上，所述第一長(zhǎng)棱上的第一個(gè)齒槽的投影線、所述第三長(zhǎng)棱上的第一個(gè)齒槽的投影 線和所述第二長(zhǎng)棱上的第一個(gè)齒槽的投影線，依次類(lèi)推，三者無(wú)間隔地依次排列。
[0014] 進(jìn)一步地，所述齒槽與齒槽間距在所述轉(zhuǎn)子體軸線上的投影位置關(guān)系為:在沿所 述始端到終端的方向上，所述第一長(zhǎng)棱上第一個(gè)齒槽間距的投影長(zhǎng)度=所述第二長(zhǎng)棱上第 一個(gè)齒槽的投影長(zhǎng)度+所述第三長(zhǎng)棱上第一個(gè)齒槽的投影長(zhǎng)度，且第三長(zhǎng)棱上第一個(gè)齒槽 的投影在所述第二長(zhǎng)棱上第一個(gè)齒槽的投影的前端。
[0015] 進(jìn)一步地，所述突棱上的齒槽深度在轉(zhuǎn)子的同一圓周方向的三條棱上，分別呈深、 淺兩種間隙變化，以實(shí)現(xiàn)膠料在同一圓周方向上的不同混煉效果，齒槽的深度由轉(zhuǎn)子體的 體積決定。
[0016] 進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子體的任一軸向截面上，所述齒槽的底面在所述軸向截面上的 投影均在以所述轉(zhuǎn)子體為圓心的齒槽圓上，且所述齒槽圓的半徑存在深、淺兩種變化。
[0017] 較佳地，所述長(zhǎng)棱的螺旋角范圍為15°至50°，所述短棱的螺旋角范圍為20°至55°。 [0018]本發(fā)明的有益效果：
[0019] 1、在密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的突棱處加齒槽，改變膠料的周向流動(dòng)，膠料在被迫通過(guò)突棱與 密練室壁或兩轉(zhuǎn)子之間時(shí)，膠料不僅受到轉(zhuǎn)子與密練室壁之間的強(qiáng)剪切、拉伸作用，還在轉(zhuǎn) 子突棱齒槽處有較強(qiáng)的剪切拉伸作用，進(jìn)而產(chǎn)生更多的新鮮表面，有利于各種填料、配合劑 的分布與分散；
[0020] 2、隨著剪切升溫以及膠料門(mén)尼鉆度的降低，齒槽的剪切作用反而成了輔助作用， 而有利于膠料的充分流動(dòng)和分散；
[0021] 3、齒槽的數(shù)量及其分布密度隨著膠料周向流動(dòng)的速度的增大而增加，強(qiáng)化了坨狀 膠料在棱與棱之間相互捏煉作用，使得膠料在密煉室內(nèi)的流動(dòng)更混亂，提高了煉膠質(zhì)量和 煉膠效率。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲 得其他的附圖。
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0024] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的主視 圖；
[0025] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的側(cè)視 圖；
[0026] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子的棱展開(kāi)圖；
[0027]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的轉(zhuǎn)子體軸線上的投影的關(guān)系的示意圖；
[0028]圖6是圖3中A-A處剖視圖；
[0029] 圖7是圖3中B-B處剖視圖；
[0030] 圖8是膠料均勻性測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
[0031] 圖9是混煉過(guò)程的溫度變化曲線；
[0032]圖10是彈性剪切模量的變化曲線；
[0033]圖11是Payne效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0034] 圖中：
[0035] 1、轉(zhuǎn)子體;2、突棱;3、長(zhǎng)棱;4、短棱;5、始端;6、終端;7、棱頂;8、齒槽;9、齒槽間隙； 10、深齒槽圓；11、第一長(zhǎng)棱;12、第二長(zhǎng)棱;13、第三長(zhǎng)棱;14、淺齒槽圓。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的 范圍。
[0037] 如圖1、3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子， 所述密煉機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子體1，所述轉(zhuǎn)子體1上設(shè)置有六條突棱2,包括三條長(zhǎng)棱3和三條短 棱4,所述突棱2從所述轉(zhuǎn)子體1的兩端向中間螺旋延伸，包括始端5和終端6,突棱2的長(zhǎng)度由 轉(zhuǎn)子體1的體積決定;所述突棱2的棱頂7上分別設(shè)置有若干齒槽8,沿所述始端5到所述終端 6方向上，每條突棱2上的所述齒槽8的寬度差不變，且所述齒槽8與齒槽8之間的距離逐漸變 小。
[0038] 其中，所述密煉機(jī)轉(zhuǎn)子為剪切型轉(zhuǎn)子，所述突棱2位于所述轉(zhuǎn)子體1基圓外表面圓 周上，三條所述長(zhǎng)棱3均起始于所述轉(zhuǎn)子體1的一端，三條所述短棱4均起始于所述轉(zhuǎn)子體1 的另一端，并且，三條所述長(zhǎng)棱3的相位差與三條所述短棱4的相位差在110°至130°的范圍 內(nèi)，所述長(zhǎng)棱3的螺旋角范圍為15°至50°，所述短棱4的螺旋角范圍為20°至55°。
[0039] 所述齒槽8的開(kāi)口方向平行于所述轉(zhuǎn)子體1的端面，所述齒槽8與相鄰齒槽8之間設(shè) 置有齒槽間距9。如圖4所示轉(zhuǎn)子的棱展開(kāi)圖，其中棱線上的實(shí)線位置為齒槽間距，實(shí)線與實(shí) 線之間的空白為齒槽。在棱展開(kāi)圖中，三條長(zhǎng)棱平行設(shè)置并起始于轉(zhuǎn)子體的一端面，三條短 棱平行設(shè)置并起始于轉(zhuǎn)子體的另一端面，而且對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)棱和短棱起始點(diǎn)的連線平行于轉(zhuǎn)子 的軸線，齒槽8與齒槽間距9的寬度由突棱2的長(zhǎng)度決定。
[0040] 沿所述始端5到所述終端6方向上，如圖4中的箭頭方向，每條突棱2上的所述齒槽8 的寬度不變，相鄰兩所述齒槽間距9的寬度差是定值。為了保證混煉效果，使不同位置不同 時(shí)刻的膠料都能經(jīng)過(guò)齒槽的剪切與拉伸作用，處于齒槽內(nèi)的膠料可以持續(xù)性流動(dòng)，在轉(zhuǎn)子 體同一橫切面上，其中一條長(zhǎng)棱上深齒槽的位置對(duì)應(yīng)相鄰的另外一條長(zhǎng)棱上的齒槽間間距 的位置，且對(duì)應(yīng)地，是另外一條長(zhǎng)棱上淺齒槽深度的位置，變化間距對(duì)應(yīng)相鄰的另外兩條長(zhǎng) 棱上的齒槽的位置。
[0041] 如圖4所示，所述長(zhǎng)棱上齒槽位置最靠近始端位置的這一條長(zhǎng)棱作為第一長(zhǎng)棱11， 沿所述第一長(zhǎng)棱11螺旋方向的相鄰長(zhǎng)棱為第二長(zhǎng)棱12,沿所述第一長(zhǎng)棱11螺旋方向的反方 向的相鄰長(zhǎng)棱為第三長(zhǎng)棱13,所述齒槽8在所述轉(zhuǎn)子體1軸線上的投影位置關(guān)系為:在沿所 述始端到終端的方向上，所述第一長(zhǎng)棱11上的第一個(gè)齒槽的投影線、所述第三長(zhǎng)棱13上的 第一個(gè)齒槽的投影線和所述第二長(zhǎng)棱12上的第一個(gè)齒槽的投影線，依次類(lèi)推，三者無(wú)間隔 地依次排列。
[0042] 如圖5所示，在所述轉(zhuǎn)子體1軸線上的投影的關(guān)系分別為，第一長(zhǎng)棱上的第一個(gè)齒 槽;第三長(zhǎng)棱上的第一個(gè)齒槽;第二長(zhǎng)棱上的第一個(gè)齒槽;第一長(zhǎng)棱上的第二個(gè)齒槽;第三 長(zhǎng)棱上的第二個(gè)齒槽;第二長(zhǎng)棱上的第二個(gè)齒槽；···；···；…；…；依次類(lèi)推。同樣地，短棱上 齒槽的關(guān)系相同。
[0043] 具體地，所述齒槽8與齒槽間距9在所述轉(zhuǎn)子體1軸線上的投影位置關(guān)系為:在沿所 述始端到終端的方向上，所述第一長(zhǎng)棱11上第一個(gè)齒槽間距的投影長(zhǎng)度=所述第二長(zhǎng)棱12 上第一個(gè)齒槽的投影長(zhǎng)度+所述第三長(zhǎng)棱13上第一個(gè)齒槽的投影長(zhǎng)度，且第三長(zhǎng)棱13上第 一個(gè)齒槽的投影在所述第二長(zhǎng)棱12上第一個(gè)齒槽的投影的前端。對(duì)于任一長(zhǎng)棱的齒槽間距 的投影關(guān)系對(duì)應(yīng)成立，且適用于短棱上的投影關(guān)系。
[0044] 并且，在每條長(zhǎng)棱或短棱上，相鄰兩所述齒槽8的寬度是定值，相鄰兩所述齒槽間 距9的寬度差也是定值。長(zhǎng)棱與長(zhǎng)棱之間存在120°相位差，因此，將三條長(zhǎng)棱的齒槽位置同 樣設(shè)置相位差，使轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于密煉室內(nèi)的膠料都可以經(jīng)過(guò)齒槽的剪切作用，有 利于膠料的充分流動(dòng)和分散。
[0045] 所述突棱2上的齒槽8的深度呈深、淺兩種齒槽，所述轉(zhuǎn)子體1的任一軸向截面上， 所述齒槽8的底面在所述軸向截面上的投影均在以所述轉(zhuǎn)子體1為圓心的兩個(gè)齒槽圓10、14 上。
[0046] 在本實(shí)施例中，所述突棱2上的齒槽8的深度呈深、淺兩種變化，所述轉(zhuǎn)子體1的任 一軸向截面上，所述齒槽8的底面在所述軸向截面上的投影均在以所述轉(zhuǎn)子體1為圓心的兩 個(gè)齒槽圓10、14上，且所述齒槽圓10、14的半徑不同。由圖6、7中可以看出，選取的任一A-A， B-B截面上，所有的齒槽的底面為弧形，在所述軸向截面上的投影均在齒槽圓上。通過(guò)此設(shè) 計(jì)，齒槽實(shí)質(zhì)上是為突棱在轉(zhuǎn)子體上的切線槽。
[0047] 這樣的齒槽底面是與轉(zhuǎn)子體的圓柱表面在同心的圓柱面，以便在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程 中，齒槽內(nèi)部交流可以進(jìn)行有效的流動(dòng)，避免在齒槽內(nèi)進(jìn)行膠料堆積，提高膠料的分散效 果。
[0048]同步六棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子是基于傳統(tǒng)六棱切線型轉(zhuǎn)子的流動(dòng)機(jī)理進(jìn)行改進(jìn)的密 煉機(jī)轉(zhuǎn)子，由傳統(tǒng)切線型密煉機(jī)原理可知，切線型轉(zhuǎn)子突棱的數(shù)量、位置、尺寸、螺旋角度、 頂端幾何形狀和內(nèi)部熱量傳遞能力等參數(shù)對(duì)混煉產(chǎn)品的質(zhì)量都有很大影響。因而在傳統(tǒng)六 棱轉(zhuǎn)子突棱上加不同間隙的鋸齒槽，使得轉(zhuǎn)子在橫截面的軸向和轉(zhuǎn)子的軸向方向上，轉(zhuǎn)子 棱頂與密煉室壁的間隙是不相等的，且由于隨著回轉(zhuǎn)半徑的增大，膠料的流動(dòng)速度也會(huì)相 應(yīng)的增大。所以所開(kāi)切線槽的密度會(huì)隨著回轉(zhuǎn)半徑的增大而增加。
[0049]與傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子相比，六棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子既有其相似之處，又有其獨(dú)特的優(yōu) 勢(shì)。由于轉(zhuǎn)子突棱處存在鋸齒狀的切線槽，在混煉初期，膠料在被迫通過(guò)突棱與密練室壁或 兩轉(zhuǎn)子之間時(shí)，膠料不僅受到轉(zhuǎn)子與密練室壁之間的強(qiáng)剪切、拉伸作用，還在轉(zhuǎn)子突棱鍵槽 處有較強(qiáng)的剪切拉伸作用，進(jìn)而產(chǎn)生更多的新鮮表面，有利于各種填料、配合劑的分布與分 散。
[0050] 而隨著剪切升溫和門(mén)尼粘度的降低，粘彈性的膠料在突棱與密練室壁之間時(shí)，剪 切變稀的膠料更易從鍵槽中流動(dòng)，從而減輕了膠料強(qiáng)烈的剪切升溫效果。且由于轉(zhuǎn)子突棱 處開(kāi)有鋸齒狀的切線槽，在混煉過(guò)程中，若兩轉(zhuǎn)子有速度梯度，則兩轉(zhuǎn)子突棱處的間隙，處 于動(dòng)態(tài)可變的狀態(tài)，既可以實(shí)現(xiàn)小間隙時(shí)的強(qiáng)烈剪切分散，又可包裝大間隙的分布降溫效 果，從而為鋸齒型動(dòng)態(tài)可變間隙轉(zhuǎn)子中白炭黑的充分分散以及硅烷化反應(yīng)提供了有效的保 障。
[0051] 為檢驗(yàn)其對(duì)小料的分散分布影響，采用鋸齒形轉(zhuǎn)子與未開(kāi)齒形的轉(zhuǎn)子進(jìn)行對(duì)比實(shí) 驗(yàn)。
[0052] 在實(shí)施例與對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，采用的傳統(tǒng)全鋼子午胎胎面膠配方，配方如下表1所示。 [0053]表1胎面膠配方
[0055]采用胎面膠配方，利用本實(shí)驗(yàn)室研制的哈克密煉機(jī)，分別在兩種不同的轉(zhuǎn)子構(gòu)型 上進(jìn)行混煉，對(duì)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比。分別就升溫速率、炭黑分散度、流動(dòng)性、物理機(jī) 械性能等進(jìn)行對(duì)比研究，得到兩種不同的轉(zhuǎn)子構(gòu)型對(duì)膠料性能的影響。
[0056]實(shí)施例與對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，混煉工藝方法具體為:轉(zhuǎn)速設(shè)定為80r/min，恒溫?zé)捘z模式。 加料順序:加原膠塑煉40s后，加炭黑總量的一半以及小料(除了硫磺)混煉40s后提上頂栓， 加入剩余炭黑和白炭黑到哈克密煉機(jī)中混煉，然后120°提一次上頂栓，130°提一次上頂栓， 140°提一次上頂栓。保持在140° -150°之間一分鐘，到150°排膠。
[0057]利用傳統(tǒng)胎面膠配方分別進(jìn)行了六棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子與傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子的混煉 實(shí)驗(yàn)。測(cè)得兩種構(gòu)型的轉(zhuǎn)子混煉膠料的分散度、門(mén)尼黏度、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、低應(yīng)變剪切 模量等。并且將兩種轉(zhuǎn)子的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)比，得出兩種不同構(gòu)型的轉(zhuǎn)子對(duì)于膠料性能的影 響。
[0058] (1)炭黑分散及膠料均勻性分析
[0059]用炭黑分散度儀測(cè)試膠料的分散度值，比較兩種構(gòu)型轉(zhuǎn)子炭黑分散度情況，其結(jié) 果如下表2所示：
[0060]表2炭黑分散度
[0062]由表2可知雖然鋸齒型轉(zhuǎn)子的狹窄間隙區(qū)域小于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子，但由于其更狹 窄的間隙能提供有效的剪切分散，且因?yàn)槟z料在被迫通過(guò)凸棱與密練室壁或兩轉(zhuǎn)子之間 時(shí)，膠料不僅受到轉(zhuǎn)子與密練室壁之間的強(qiáng)剪切、拉伸作用，還在轉(zhuǎn)子凸棱鍵槽處有較強(qiáng)的 剪切拉伸作用，進(jìn)而產(chǎn)生更多的新鮮表面，有利于各種填料、配合劑的分布與分散，因此六 棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子的炭黑分散度優(yōu)于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子。由此可見(jiàn)高剪切區(qū)域的形狀效應(yīng)對(duì) 于炭黑的分散也具有很好的作用。
[0063] (2)膠料均勻性測(cè)試
[0064]采用Alpha公司的RPA2000橡膠加工分析儀同樣能對(duì)白炭黑的分散性和均勻性進(jìn) 行分析，在同一片膠料中，選取四個(gè)位置取樣在RPA中進(jìn)行形變掃描，若四處的白炭黑分散 度較為集中，則膠料的均勻性越好。
[0065]在60°的條件下調(diào)節(jié)膠片5min，然后對(duì)于硫化式樣進(jìn)行兩次形變掃描。如圖8所示， 其中第一次形變掃描中剪切模量為"填料-填料"和"填料與橡膠分子鏈"相互作用，并且在 掃描中打破填料之間的相互作用，而第二次掃描的剪切模量主要表現(xiàn)為"填料與分子鏈"的 相互作用，可由以下公式得出分散系數(shù)：
[0067]其中payne(max)為不加硅烷偶聯(lián)劑得到的配方的payne效應(yīng)，即剪切模量曲線下 降至接近平穩(wěn)與形變橫坐標(biāo)所覆蓋的面積。
[0068] payne(l)位實(shí)驗(yàn)方案第一次形變掃描時(shí)剪切模量曲線下降至接近平穩(wěn)與形變橫 坐標(biāo)所覆蓋的面積。
[0069] Payne(2)位實(shí)驗(yàn)方案第二次形變掃描時(shí)剪切模量曲線下降至接近平穩(wěn)與形變橫 坐標(biāo)所覆蓋的面積。
[0070] 由圖8試驗(yàn)結(jié)果可以看出六棱鋸齒型轉(zhuǎn)子的白炭黑分散性好于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子， 且六棱鋸齒型轉(zhuǎn)子混煉膠料的均勻性要好于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子，充分驗(yàn)證了六棱鋸齒型轉(zhuǎn)子 有利于補(bǔ)強(qiáng)劑等填料混合的理論。白炭黑在混煉過(guò)程中極易聚集，一旦聚集后其分散將極 為困難，需要多次剪切才能將其分散開(kāi)[3]。占部誠(chéng)亮曾論述過(guò)"間隙寬大好的學(xué)說(shuō)"，其指 出"混煉膠中的配合劑的分散程度由Mckelvcy所提出的'高剪切區(qū)域所決定'主要問(wèn)題是含 有配合劑的膠料通過(guò)這一區(qū)域的概率，以及它與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和混煉時(shí)間的乘積。"而通過(guò)鋸齒 槽，增大的轉(zhuǎn)子凸棱與密煉室壁之間的間隙，增大了膠料通過(guò)高剪切區(qū)域的面積，從而增強(qiáng) 了白炭黑的分散效果以及同一批次膠料的均勻性。
[0071] (3)升溫速率的分析
[0072] 圖9為混煉過(guò)程的溫度變化曲線。由圖9混煉過(guò)程的溫度變化曲線可知，在混煉初 期，鋸齒型轉(zhuǎn)子的升溫速率近乎持平于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子，這是因?yàn)殡m然鋸齒型轉(zhuǎn)子的狹小 間隙的面積小于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子的，但鋸齒型轉(zhuǎn)子凸棱處間隙因?yàn)楦∮趥鹘y(tǒng)剪切型轉(zhuǎn) 子，因此受到的剪切作用要強(qiáng)于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子，并且混煉初期膠料不僅受到轉(zhuǎn)子與密練 室壁之間的強(qiáng)剪切、拉伸作用，同時(shí)在鋸齒槽處的剪切升溫明顯，而隨著剪切升溫和門(mén)尼粘 度的降低，粘彈性的膠料在凸棱與密練室壁之間時(shí)，剪切變稀的膠料更易從鍵槽中流動(dòng)，從 而減輕了膠料強(qiáng)烈的剪切升溫效果。且鋸齒型轉(zhuǎn)子因?yàn)楦M小的間隙，對(duì)密煉室壁之間的 刮膠效果更明顯，十分有利于膠溫的傳遞、冷卻。由此可見(jiàn)，鋸齒型轉(zhuǎn)子的溫控效果要明顯 好于傳統(tǒng)剪切型轉(zhuǎn)子。
[0073] (4)轉(zhuǎn)子構(gòu)型對(duì)物理性能的對(duì)比
[0074] 鋸齒型轉(zhuǎn)子與傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子混煉膠的性能對(duì)比如表3所示。
[0075] 表3物理性能對(duì)比
[0078] 由表3可知，鋸齒型轉(zhuǎn)子混煉膠的門(mén)尼粘度低于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子，有利于膠料的后 期的加工。由占部誠(chéng)亮對(duì)密煉機(jī)轉(zhuǎn)子棱尖與內(nèi)壁之間隙對(duì)混煉的影響可知，分散物不同，轉(zhuǎn) 子與密煉室壁間隙對(duì)其混煉膠料作用便不一樣，因此便有了"狹窄間隙理論"與"寬大間隙 學(xué)說(shuō)"，四棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子正是在同一轉(zhuǎn)子上集合了這兩種理論的有點(diǎn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)以及 實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)表明：鋸齒型轉(zhuǎn)子混煉的機(jī)械性能整體上鋸齒型轉(zhuǎn)子要優(yōu)于剪切型轉(zhuǎn)子。
[0079] (5)不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型動(dòng)態(tài)粘彈性的應(yīng)變依賴(lài)性
[0080] RPA的Payne效應(yīng)通常用來(lái)表征填料補(bǔ)強(qiáng)膠料的動(dòng)態(tài)粘彈性的應(yīng)變依賴(lài)性，Payne 效應(yīng)的大小可量化為低應(yīng)變到高應(yīng)變時(shí)的彈性剪切模量(G'）的變化幅度，即△ G'?！?G' = G '〇-G '~，G'〇表示最小應(yīng)變下的模量，G表示在最大應(yīng)變下的模量。Δ G'越大，Payne效應(yīng) 越高，填料的分散性越差，即填料聚集體間的相互作用越大，網(wǎng)絡(luò)化程度越高，同時(shí)填料與 橡膠的相互作用越小。鋸齒型轉(zhuǎn)子對(duì)剪切模量和Payne效應(yīng)的影響可以分別從圖10、圖11中 表示出來(lái)。
[0081 ]從圖10、11中可以看出，膠料在兩種構(gòu)型轉(zhuǎn)子下，硫化膠的G'隨剪切應(yīng)變的增大逐 漸下降，這是因?yàn)槟z料中分子間的滑移、白炭黑網(wǎng)格結(jié)構(gòu)被破壞以及白炭黑與膠料基體之 間的滑移引起的。由于四棱鋸齒型轉(zhuǎn)子的剪切作用強(qiáng)于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子，白炭黑分散速度 比團(tuán)聚速度快，剪切效果明顯，硅烷化反應(yīng)效率變高，Payne效應(yīng)變?nèi)酰虼说蛻?yīng)變四棱鋸齒 型轉(zhuǎn)子的G'值和G'O-G'100%要小于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子。
[0082] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，六棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子相比于傳統(tǒng)剪切性轉(zhuǎn)子整體提高了混合 效果、溫控效果好。
[0083] 1)膠料門(mén)尼粘度值較剪切型轉(zhuǎn)子較低，炭黑及白炭黑的分散度、混煉膠的均勻性 在六棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子中明顯優(yōu)于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子。
[0084] 2)同步六棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子混煉時(shí)升溫速率相對(duì)于剪切型轉(zhuǎn)子要慢，更有利于白 炭黑膠料的硅烷化反應(yīng)，更能適應(yīng)熱敏性材料和高速混煉過(guò)程。
[0085] 3)鋸齒型轉(zhuǎn)子因?yàn)閷?duì)填料的分散效果好、膠料的流動(dòng)效果好，因此其混煉膠的物 理性能、抗?jié)窕阅艿日w上優(yōu)于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子。整體來(lái)說(shuō)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)比，同步六 棱鋸齒切線型轉(zhuǎn)子的混煉對(duì)膠料性能的影響整體要優(yōu)于傳統(tǒng)切線型轉(zhuǎn)子。
[0086] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，所述密煉機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子體（1)，所述 轉(zhuǎn)子體（1)上設(shè)置有六條突棱(2 )，包括三條長(zhǎng)棱(3)和三條短棱(4 )，其特征在于，所述突棱 (2)從所述轉(zhuǎn)子體(1)的兩端向中間螺旋延伸，包括始端(5)和終端(6);所述突棱(2)的棱頂 (7)上分別設(shè)置有若干齒槽(8)，沿所述始端(5)到所述終端(6)方向上，每條突棱(2)上的所 述齒槽(8)的寬度差不變，且所述齒槽(8)與齒槽(8)之間的距離逐漸變小。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述密 煉機(jī)轉(zhuǎn)子為剪切型轉(zhuǎn)子，所述突棱(2)位于所述轉(zhuǎn)子體（1)基圓外表面圓周上，所述突棱(2) 的長(zhǎng)度由轉(zhuǎn)子體（1)的尺寸確定，同時(shí)通過(guò)所述長(zhǎng)棱(3)和短棱(4)的長(zhǎng)度確保所述轉(zhuǎn)子體 (1)的軸向力與周向力均衡。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，三條所 述長(zhǎng)棱(3)均起始于所述轉(zhuǎn)子體(1)的一端，三條所述短棱(4)均起始于所述轉(zhuǎn)子體（1)的另 一端，并且，三條所述長(zhǎng)棱(3)的相位差在110°至130°之間，三條所述短棱(4)的相位差也在 110°至130°之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述齒 槽(8)的開(kāi)口方向平行于所述轉(zhuǎn)子體(1)的端面，所述齒槽(8)與相鄰齒槽(8)之間設(shè)置有逐 漸變化的齒槽間距(9)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，相鄰兩 所述齒槽(8)的寬度是定值，相鄰兩所述齒槽間距(9)的寬度差也是定值，所述齒槽(8)及齒 槽間距(9)的尺寸由突棱(2)的長(zhǎng)度決定。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述長(zhǎng) 棱上齒槽位置最靠近始端位置的這一條長(zhǎng)棱作為第一長(zhǎng)棱（11 )，沿所述第一長(zhǎng)棱（11)螺旋 方向的相鄰長(zhǎng)棱為第二長(zhǎng)棱（12)，沿所述第一長(zhǎng)棱（11)螺旋方向的反方向的相鄰長(zhǎng)棱為第 三長(zhǎng)棱（13)，所述齒槽(8)在所述轉(zhuǎn)子體（1)軸線上的投影位置關(guān)系為:在沿所述始端到終 端的方向上，所述第一長(zhǎng)棱（11)上的第一個(gè)齒槽的投影線、所述第三長(zhǎng)棱（13)上的第一個(gè) 齒槽的投影線和所述第二長(zhǎng)棱（12)上的第一個(gè)齒槽的投影線，依次類(lèi)推，三者無(wú)間隔地依 次排列。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述齒 槽(8)與齒槽間隙（9)在所述轉(zhuǎn)子體（1)軸線上的投影位置關(guān)系為:在沿所述始端到終端的 方向上，所述第一長(zhǎng)棱（11)上第一個(gè)齒槽間距的投影長(zhǎng)度=所述第二長(zhǎng)棱（12)上第一個(gè)齒 槽的投影長(zhǎng)度+所述第三長(zhǎng)棱（13)上第一個(gè)齒槽的投影長(zhǎng)度，且第三長(zhǎng)棱（13)上第一個(gè)齒 槽的投影在所述第二長(zhǎng)棱(12)上第一個(gè)齒槽的投影的前端。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述突 棱(2)上的齒槽(8)的深度在轉(zhuǎn)子的同一圓周方向的三條棱上，分別呈深、淺兩種間隙變化， 所述齒槽(8)的深度由突棱(2)的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)子體(1)的體積決定。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述轉(zhuǎn) 子體(1)的任一軸向截面上，所述齒槽(8)的底面在所述軸向截面上的投影在以所述轉(zhuǎn)子體 (1)為圓心的齒槽圓（10)和齒槽圓（14)上，且所述齒槽圓（10)和齒槽圓（14)上的半徑呈兩 種變化。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步六棱鋸齒型動(dòng)態(tài)變間隙密煉機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述 長(zhǎng)棱(3)的螺旋角的范圍為15°至50°，所述短棱(4)的螺旋角的范圍為20°至55°。
【文檔編號(hào)】B29B7/14GK106079135SQ201610737294
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月26日
【發(fā)明人】汪傳生, 楊洪于, 邊慧光, 田曉龍, 翟天劍, 郭磊, 李紹明, 沈波, 張德偉, 李利
【申請(qǐng)人】青島科技大學(xué)