連續(xù)混合設(shè)備的發(fā)展

 　   混合設(shè)備的發(fā)展是伴隨著材料加工機械的發(fā)展和對材料性能的要求的發(fā)展而發(fā)展。混合設(shè)備作為材料加工不可或缺的設(shè)備，在材料加工領(lǐng)域和其他工業(yè)領(lǐng)域（如生物制藥，化工等）對于混合設(shè)備的要求都非常嚴格。一方面，混合設(shè)備的混合能力決定了材料加工的能否。一種材料有許多值得我們?nèi)祟愰_發(fā)的性質(zhì)，但是如果沒有好的混合設(shè)備適合加工，那么這種材料是不會大規(guī)模的應(yīng)用到我們?nèi)祟惾粘Ｉ�活中。另一方面，混合設(shè)備的混合效果也決定著制品的質(zhì)量和性能。在混合過程中我們經(jīng)常要加入一些能夠?qū)Σ牧线M行增強改性的物質(zhì)，如，穩(wěn)定劑，增強劑，增塑劑等添加劑，還有可以使得制品有不同顏色的色母粒等。如果在混合過程中不均勻，或者混合效果不好，那么制品的質(zhì)量就必然會受到影響。
 　   隨著橡塑工業(yè)及其他高分子材料加工行業(yè)的迅速發(fā)展，對各種高分子加工設(shè)備的要求也隨之提高。目前工廠主要使用的混煉設(shè)備是間歇式密煉機，但由于一定因素的影響間歇混煉所得到的混煉膠質(zhì)量不均勻，性能差異較大。所以，人們開始考慮其他的混煉方法和設(shè)備。連續(xù)混煉技術(shù)和設(shè)備開始出現(xiàn)了，連續(xù)混煉機的自動化程度較高，能夠充分利用混煉能力，提高生產(chǎn)率，并有利于生產(chǎn)能力和制品質(zhì)量的提高，同時省去了上、下輔機，從而簡化了生產(chǎn)設(shè)備，降低了設(shè)備投資。典型的混煉設(shè)備有，單螺桿擠出機，雙階式雙螺桿擠出機，行星齒輪擠出機，Buss Kneader，傳遞式連續(xù)混煉機，雙螺桿擠出機，F(xiàn)CM（LCM），連續(xù)混煉機等。以下我將從以上設(shè)備的特點和發(fā)展歷史來說明以上設(shè)備存在的歷史意義及特殊性。
一：典型連續(xù)混合設(shè)備
1.單螺桿擠出機
　　1873年P(guān)hoenix Gummer AG研制出了第一臺用于聚合物加工的單螺桿擠出機。其主要組成如右圖所示：傳動、加料、加熱、擠壓、排氣、冷卻和控制等部分組成。其特點在于：1. 單螺桿擠出機具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、加工成本低等。2. 單螺桿擠出機的混煉效果較差。
　　為改進單螺桿擠出機混煉效果差的特點，人們又開發(fā)出了一些新型的螺桿結(jié)構(gòu) ，如：屏障型螺桿、銷釘型螺桿、波狀螺桿元件、HM多角型螺桿元件以及分布螺桿等新型混煉元件。這些新型混煉元件的應(yīng)用使得單螺桿擠出機的混煉效果有很大的提高，而且通過改變螺桿元件和混煉元件的種類、數(shù)目和組合順序，可得到各種特性的新型螺桿，以適應(yīng)不同物料、不同工藝、不同制品的要求。
　　單螺桿擠出機加工物料的范圍：粒料、對于粉料的、形狀不規(guī)則的、分子量高或粘度大以及濕度大的懸浮物料或乳劑料都難以加工。
2. 雙階式雙螺桿擠出機
　　機組為上階通向平行雙螺桿擠，混煉擠出自由落至下階大口徑單螺桿后加壓，低速平穩(wěn)，降溫擠出造粒，兩者呈垂直丁字型布置。
　　上階通向平行雙螺桿完成輸送，高效塑化混煉，強剪切分散，由于無機頭，整個加工過程處于無機頭背壓狀態(tài)，避免了強剪切過熱并大大提高生產(chǎn)能力。下階單螺桿完成已塑化分散均勻物料的降溫、高壓、低速擠出造粒。雙節(jié)機組的組合，將加工工藝分解為兩步，提高了設(shè)備的獨立加工變量，十分有利于材料的加工。
　　適應(yīng)：熱敏性高分子材料加工，如PVC各類電纜料，透明料，PE各類交聯(lián)料，及PE屏蔽電纜料，鞋底發(fā)泡料等。
3．行星齒輪擠出機
　　主要用于PVC加工、造粒及為壓延機喂料這種機型的塑化效率高，混合性能好，可單階使用，也可組成二階擠出機組。但是行星齒輪擠出機的加工較為復(fù)雜。
4.Buss Kneader
　　Buss Kneader結(jié)構(gòu)上類似于單螺桿擠出機，但它的螺桿結(jié)構(gòu)和混煉機理與單螺桿擠出機有所不同。Buss Kneader的縱向混合好，溫控精度高，物料在機筒內(nèi)的停留時間分布窄，可以加工高粘度的物料，也適合易降解物料的混煉。Buss Kneader一般是雙階式，第一階是Buss Kneader ，第二階是單螺桿擠出機，前者用于混煉，后者用于穩(wěn)壓、建壓、最后擠出造粒。
5. 傳遞式連續(xù)混煉機
　　這種連續(xù)混煉機的結(jié)構(gòu)特點是在機筒內(nèi)壁設(shè)有與螺桿相適應(yīng)的、不斷變化的螺紋槽。當螺桿螺紋槽的容量逐漸減少時，機筒螺紋槽則相應(yīng)地逐漸增大，相反，當螺桿螺紋槽逐簡增大時，機筒螺紋槽就逐漸減小，如此不斷循環(huán)變化，形成若干個剪切區(qū)，將膠料從螺桿與機筒的螺紋中往返傳遞，使膠料在螺桿與機筒之間形成若干薄層狀態(tài)，而獲得充分混煉。

　　這種設(shè)備的優(yōu)點是生產(chǎn)效率較高，能自行清潔，而且在混煉段的機筒可以打開，便于檢修。但它不適合填充量高的膠料。

6. 雙螺桿擠出機
　　最早用于聚合物加工的雙螺桿擠出機是在20世紀30年代出現(xiàn)的。現(xiàn)代雙螺桿擠出機是在20世紀60年代初發(fā)展起來的。雙螺桿擠出機作為連續(xù)混煉機，可以用于聚合物的共混改性、填充改性和增強改性。隨著人們對雙螺桿擠出機的不斷研究，出現(xiàn)了很多種的雙螺桿擠出機，如非嚙合異向雙螺桿擠出機（主要用于混合、脫揮、脫水、廢舊塑料回收和反應(yīng)擠出）、嚙合異向雙螺桿擠出機（主要用于PVC的擠出造粒和成型）、嚙合同向雙螺桿擠出機等。其中嚙合同向雙螺桿擠出機在聚合物改性方面，以其優(yōu)異的混合性能和靈活多變的積木式結(jié)構(gòu)，得到越來越廣泛的應(yīng)用，嚙合同向雙螺桿擠出機可以說是目前最成功的連續(xù)混煉機之一。
　　同向雙螺桿擠出技術(shù)開始于19世紀60年代，第一臺用于塑料成型的嚙合同向雙螺桿擠出機，是在20世紀30年代由意大利Lavorazione Materie Plastiche(LMP)公司的Roberto Colombo研制的。此后，同向雙螺桿擠出機在結(jié)構(gòu)和功能上不斷提高，并且逐漸應(yīng)用到連續(xù)混煉過程中，隨后，嚙合同向雙螺桿擠出機更多應(yīng)用于連續(xù)混煉加工中。嚙合同向雙螺桿擠出機具有轉(zhuǎn)速高、輸送能力強、計量加料性能優(yōu)異、混煉塑化效果好、排氣性能良好和自潔性強以及靈活多變的螺桿組合等優(yōu)點，可以適應(yīng)不同的配方要求和加工工藝條件，因而在塑料工業(yè)中得到很廣泛的應(yīng)用。
7. FCM（LCM）
　　FCM（Farrel Continuous Mixer）是Farrel公司最早研制的連續(xù)混煉（造粒）機，它克服了密煉機間歇操作的缺點，且保留了密煉機優(yōu)異的混煉特性。它是一種雙轉(zhuǎn)子相對旋轉(zhuǎn)裝置，密煉機的一端裝有加料斗，原材料通過該加料斗進入密煉機，其對應(yīng)端上裝有一個卸料門，混煉好的膠料通過該卸料門排出。FCM具有優(yōu)異的混煉性能，特別適合于高填充物的分散混合，生產(chǎn)效率高，而且為了適應(yīng)不同的混煉目的，F(xiàn)arrel公司還配備了不同構(gòu)型的轉(zhuǎn)子。FCM可以混煉剪切率和溫度高的物料，也可以混煉低剪切率和對溫度更為敏感的物料。這種密煉機原為膠料的連續(xù)混煉而設(shè)計，現(xiàn)多用于塑料行業(yè).. LCM（Long Continuous Mixer）是意大利Pomini公司在FCM的基礎(chǔ)上改進而成的，它的轉(zhuǎn)子加長，有兩個混煉段，兩個加料口（圖6）。A段為非嚙合雙螺桿段，主要是物料的輸送段；B段為類密煉機轉(zhuǎn)子 段，用于組分的分散合物料的預(yù)熱；C段為雙螺桿段，對應(yīng)第二加料口，某些添加劑由這一加料口加入，D段為類密煉機轉(zhuǎn)子段，此段物料熔融、混合。
　　FCM（LCM）具有較強的混煉能力，而且由于它們自身配有多種轉(zhuǎn)子構(gòu)型，因此，它們適于不同的物料合工藝條件。但是FCM（LCM）也存在著自潔性差、不易清理，轉(zhuǎn)子段的溫度不易控制等問題，而且他們都不適于加工流動性差的物料。
MVK(特殊混合設(shè)備)
　　其結(jié)構(gòu)包括一臺裝有兩個三角形相對旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的密煉機，該密煉機與一臺擠出機緊密配置，使混煉和擠出可同時進行。盡管這種密煉機當初是為塑料工業(yè)而設(shè)計，但后來發(fā)現(xiàn)其更適合橡膠工業(yè)。當物料進入混煉室后，將成為六個滾動堆積膠團，滾動堆積膠團由擋膠板擋住，以防未混煉物料短循環(huán)。生產(chǎn)率與擠出速度有關(guān)。擠出機機頭端部可以安裝膠條輸送裝置或造粒裝置。這種MVX連續(xù)混煉擠出機適合加工一些特殊橡膠或預(yù)混粉料。
8．連續(xù)混煉機
　　這種連續(xù)混煉機（如圖8）是由ИМΦедοткин和BAИзвеков發(fā)明的，主要是由一對轉(zhuǎn)子和一個螺桿組成，螺桿上有一個隔膠塊，這個隔膠塊把螺桿分為兩段，一段起到輸送物料進轉(zhuǎn)子和預(yù)混合的作用，另一端用于輸送混煉好的物料到機頭以及補充混煉。物料由一端的加料口加入，由螺桿輸送到轉(zhuǎn)子中，物料在轉(zhuǎn)子中混煉一段時間后，物料又被送入螺桿的另一段，然后被送入機頭排出。這種連續(xù)混煉機只適合流動性較好的物料的混煉擠出。
另外，現(xiàn)在新發(fā)明的連續(xù)混煉設(shè)備還有很多，這系列的連續(xù)混煉機一般都是適合流動性比較好的物料以及粒狀物料的加工。
二：連續(xù)混合設(shè)備的發(fā)展方向
　　人們對橡膠的連續(xù)混煉已進行了多年的研究。由于橡膠的粉末化、粒狀化技術(shù)問題以及成本問題，至今連續(xù)混煉設(shè)備的應(yīng)用一直受到很大的約束。但是隨著流動性好的原材料以及新型的連續(xù)加工設(shè)備的采用，連續(xù)混煉必將開辟混煉工藝的新領(lǐng)域，連續(xù)混煉設(shè)備必將成為未來煉膠設(shè)備的主要發(fā)展方向之一。對于連續(xù)混煉設(shè)備的研究，一方面將繼續(xù)放在粉末化、造粒技術(shù)上；另一方面是考慮研制適合現(xiàn)有大塊物料或高粘度的物料的連續(xù)混煉設(shè)備或部分連續(xù)混煉設(shè)備，這都將開辟新的混煉領(lǐng)域。現(xiàn)在我國在連續(xù)混煉方面落后于發(fā)達國家，需要我國密煉機生產(chǎn)廠家加緊對連續(xù)混煉技術(shù)方面的開發(fā)和研究。