Hogyan építi be a gumidagasztógép az olajokat és a lágyítókat a keverékbe

A polimer feldolgozás világában a homogén, jó minőségű gumikeverék elérése tudomány és művészet egyaránt. Ennek a folyamatnak a központi eleme az adalékanyagok – legfőképpen az olajok és lágyítószerek – stratégiai beépítése, amelyek drámai módon megváltoztatják a keverék feldolgozhatóságát, rugalmasságát, tartósságát és költségét. Ennek a döntő keverési szakasznak a középpontjában gyakran egy robusztus és speciális gép áll: a gumi dagasztó , más néven belső keverő vagy Banbury® keverő.

A kulcsfontosságú összetevők megértése: olajok és lágyítók

Mielőtt belemerülne a gépbe, elengedhetetlen, hogy megértse, mit építenek be.

• Technológiai olajok (ásványolaj alapú, növényi): Elsősorban az alappolimer lágyítására, a viszkozitás csökkentésére a könnyebb feldolgozás érdekében, a térfogat növelésére (a költség csökkentésére) és a töltőanyagok, például a korom vagy a szilícium-dioxid diszperziójának elősegítésére használják.
• Lágyítók (ftalátok, adipátok stb.): Funkciójában hasonló az olajokhoz, de gyakran kifejezetten az alacsony hőmérsékletű rugalmasság javítására, a specifikus rugalmas tulajdonságok javítására vagy az üvegesedési hőmérséklet (Tg) csökkentésére választják.

Mindkettő jellemzően alacsony viszkozitású folyadék, amelyet makroszkopikus, külön fázisból szilárd gumipolimerekkel és porított töltőanyagokkal mikroszkopikusan diszpergált, bensőséges keverékké kell alakítani.

A gumidagasztó anatómiája

A gumidagasztó egy zárt, nagy nyírású keverőkamra. A folyadék bedolgozása szempontjából lényeges összetevői a következők:

1. Keverőkamra: Masszív, köpenyezett ház, amely fűthető vagy hűthető.
2. Rotorlapátok: Két egymással ellentétes forgású, nem összefonódó rotor összetett szárnyszerű kialakítással. Ezek a gép szíve, amelyek a szükséges nyíró- és nyúlási áramlást generálják.
3. Ram vagy lebegő tömeg: Hidraulikus működtetésű dugattyú, amely felülről tömíti a kamrát, nyomást (általában 3-7 bar) gyakorolva a tételre.
4. Leejtő ajtó: A kamra alján található a kevert vegyület kiürítésére.

A lépésről lépésre történő beépítési folyamat

Az olajok és lágyítószerek bedolgozása nem egyszerű öntési lépés; mechanikai és termikus események gondosan hangszerelt sorozata.

1. fázis: Rágás és polimerek bevonása

A ciklus az alapgumi (természetes vagy szintetikus) hozzáadásával kezdődik. A sebességkülönbséggel forgó rotorok megragadják, letépik és deformálják a gumibálákat. Ezt rágcsálás ideiglenesen lebontja a polimer láncokat, csökkenti a molekulatömeget és növeli a gumi hőmérsékletét a belső súrlódás révén (viszkózus hőképződés). Ez a felmelegedés kritikus fontosságú, mivel csökkenti a gumi viszkozitását, így fogékonyabb az adalékanyagok befogadására.

2. fázis: A folyadékok stratégiai hozzáadása

Az időzítés minden. Nagy mennyiségű olaj hozzáadása a legelején káros lehet. A szokásos legjobb gyakorlat a következő:

• Osztott kiegészítés: Hozzáadjuk a teljes folyadék egy részét (gyakran 1/3-1/2-ét). a gumi rágása után, de a fő töltőanyagok előtt (korom/szilika) . Ez az „alapolaj” tovább puhítja a gumit, ragacsos, ragadós masszát hozva létre, amely hatékonyabban nedvesíti és beépíti a por alakú töltőanyagokat.
• A „csúszás” veszélye: Túl korai vagy túlzott mennyiségű olaj hozzáadása a töltőanyagok előtt „csúszást” okozhat – olyan állapotot, amikor az olaj kenő hatása megakadályozza a megfelelő nyírófeszültség átvitelét a gumira. A vegyület nyírás helyett csúszik a rotorokon, ami rossz diszperzióhoz és meghosszabbodott keverési időhöz vezet.

3. fázis: Töltőanyag beépítése és a nyírás kritikus szerepe

Most hozzáadjuk a porított töltőanyagokat. A rotorok kialakítása összetett áramlási mintát hoz létre a kamrán belül:

• Nyírási művelet: A gumikeverék a rotor csúcsa és a kamra fala közötti keskeny hézagra kényszerül, és intenzív hatásnak teszi ki. nyírófeszültség . Ezzel rétegről rétegre elkenődik a vegyület.
• Hajtogatás és osztás (gyúrás): A rotor szárnyai szintén a kamra egyik végéből a másikba tolják a keveréket, folyamatosan önmaga fölé hajtva – ez a szó szerinti „gyúró” művelet.

Ebben a nagy nyíróerejű környezetben a korábban hozzáadott olaj, amelyet most a vegyület melegít, úgy működik, mint a szállítóközeg . Segíti a gumit az egyes töltőanyag-agglomerátumok kapszulázésében. A nyíróerők ezután lebontják ezeket az agglomerátumokat, elosztják a töltőanyag részecskéket, és bevonják őket vékony olaj-gumi mátrixréteggel.

4. fázis: Végső olaj hozzáadása és diszperzió

A maradék olajat vagy lágyítót gyakran hozzáadják miután a töltőanyagok többnyire beépültek . Ebben a szakaszban a vegyület hőmérséklete magas (gyakran 120-160 °C), és a keverék koherens tömegű. A folyadék hozzáadása most kontrolláltabb.

• A nyomóhenger nyomása biztosítja, hogy a folyadék a sarzsba kerüljön, és ne egyszerűen a kamra falaira permetezze.
• A folyamatos dagasztási művelet mechanikusan szivattyúz a folyadékot a vegyületen belüli mikroszkopikus pórusokba és résekbe. A folyadékok két elsődleges mechanizmuson keresztül vándorolnak a vegyületbe:
  1. Kapilláris hatás: A polimer láncok és a töltőanyag-klaszterek közötti apró helyekre rajzolva.
  2. Nyírás által kiváltott diffúzió: A rotorok makroszkopikus keverése egyre új felületeket hoz létre, a száraz vegyületet kitéve a folyadéknak, és mikroszkopikus szinten kényszeríti a keveredést.

5. fázis: Végső homogenizálás és hőmérséklet-szabályozás

A keverési ciklus utolsó percei a homogenizálásra szolgálnak. A nyomószár nyomása biztosítja a kamra teljes bekapcsolását, míg az állandó hajtogatás és nyírás kiküszöböli az olaj helyi koncentráció-gradiensét. A teljes folyamat során a kabátos kamra keringteti a hűtőfolyadékot, hogy kezelje a keveredés exoterm hőjét. A hőmérséklet pontos szabályozása létfontosságú; túl meleg, és a gumi megperzselhet (korai vulkanizálás); túl hideg, és a jó diszperzióhoz szükséges viszkozitáscsökkentés nem érhető el.

Miért teljesít a dagasztógép ebben a feladatban?

A belső keverő kialakítása egyedülállóan alkalmas erre a kihívást jelentő feladatra:

• Magas intenzitás: Rövid időn belül hatalmas nyíró- és deformációs energiát ad le, hatékonyan bontja le az agglomerátumokat.
• Zárt környezet: A nyomás alatti zárt kamra megakadályozza az illékony komponensek elvesztését, szabályozza a szennyeződést, és lehetővé teszi a biztonságos keverést magas hőmérsékleten.
• Hatékonyság: Nagy tételeket (litertől több száz kilogrammig) képes kezelni sokkal kevesebb energiával és idővel, mint a nyitott malmok az azonos minőség érdekében.

Gyakorlati szempontok az optimális beépítéshez

Az üzemeltetőknek és a keverőknek egyensúlyban kell lenniük több tényezővel:

• Kiegészítési sorrend: Amint vázoltuk, az osztott adagolás szabványos a diszperzió minősége és a keverési idő közötti optimális egyensúly érdekében.
• A rotor fordulatszáma és a munkahenger nyomása: A nagyobb sebesség gyorsabban növeli a nyírást és a hőmérsékletet. Az optimális nyomás jó érintkezést biztosít a motor túlterhelése nélkül.
• Az olaj viszkozitása és kémiája: A könnyebb olajok gyorsabban beépülnek, de illékonyabbak lehetnek. A lágyító és az alappolimer kompatibilitása (oldhatósági paramétere) alapvető fontosságú.
• Tételméret (kitöltési tényező): A kamrát megfelelően meg kell tölteni (jellemzően 65-75%-ig). Az alultöltés elégtelen nyírást eredményez; A túltöltés megakadályozza a megfelelő hajtogatást és egyenetlen keveredést eredményez.

Következtetés

Az olajok és lágyítószerek bedolgozása a gumi dagasztó machine egy dinamikus, termomechanikus folyamat, amely messze túlmutat az egyszerű keverésnél. Ez egy pontosan megtervezett sorozat rágcsálás, timed addition, shear-driven dispersion, and thermal management. A gép erőteljes rotorjai és a tömített kamra együttesen működnek együtt annak érdekében, hogy leküzdjék az alacsony viszkozitású folyadékok nagy viszkozitású, nem newtoni gumimátrixba való keverésének óriási kihívását. A nyírás fizikájának, az adagolási sorrend fontosságának és a hőmérséklet kritikus szerepének megértésével az összekeverők kihasználhatják a dagasztógép képességeit konzisztens, nagy teljesítményű gumikeverékek előállítására, ahol minden csepp olajat és lágyítószert hatékonyan és egyenletesen használnak fel, hogy megfeleljenek a végtermék szigorú követelményeinek. Ez a mély megértés biztosítja a hatékonyságot, a minőséget és az innovációt a gumigyártás hatalmas világában.