图2－2 间歇炼胶过程图

图2－3 连续炼胶过程图

一、从力学方向来研究胶料进入辊距的条件

在炼胶操作时我们可见，当胶料包覆一个辊筒后两辊筒间还有一定数量的堆积胶，这些积胶不断被转动的辊筒带入辊隙中去，而新的积胶又不断形成。这些堆积胶对炼胶效果的影响是很大的。若堆积过多，过多的堆积胶便不能及时进入辊隙，只能原地轻轻抖动，此时炼胶效果显著下降；若堆积胶过少，则不能形成稳定连续的操作。可见，确定适量的堆积胶是必要的，为此就需要引入一个称之为接触角的概念。如图2－4所示。所谓接触角，即胶料在辊筒上接触点a与辊筒断面圆心连线和辊筒断面中心线的水平线的交角，以α表示。胶料能否进入辊隙，取决于胶料与辊筒的摩擦系数和接触角的大小。

以胶料为研究对象，以接触点A点作为边缘研究点，在炼胶过程中，胶料对辊筒产生径向作用力（合力）——即横向压力，用P表示，反过来，根据作用力与反作用力的关系，辊筒对胶料产生一个大小相等、方向相反的作用力——横压力的反作用力，用F表示。把这个力分解成一个水平作用力F_x和切向作用力F_t。

F_x的作用：是对胶料产生挤压作用，并使其产生变形；

F_t的作用：是把胶料推出辊距；

图2－4 胶料受力分析

另外，胶料与辊筒之间在运动过程中产生摩擦作用，即有摩擦力存在，胶料对辊筒的摩擦力用T'表示，方向背离辊距。反过来，辊筒对胶料的摩擦力，用T表示，方向进入辊距，它的作用是把胶料拉入辊距。

若想胶料进入辊距进行炼胶，只有

T>F_t

T－为摩擦力，应为T＝F·μ，F为正压力，μ为摩擦系数；μ＝tgφ，φ为摩擦角。

∴T＝F·tgφ

从图上可以看出，即从△F_tFA得知

F_t＝F·tgα    α为胶料接触角

又∵T>F_t

即有T＝F·tgφ> F_t＝F·tgα

即tgφ> tgα

∴有φ>α

从分析可知，只有当摩擦角φ大于接触角α时，胶料才能进入辊距。

只有这个条件满足时，才能保证正常炼胶。橡胶或胶料与金属辊筒的摩擦角φ与胶料成分及其配方、可塑度、炼胶温度及辊筒表面形状等有关。Φ=38~42⁰，生胶与金属辊筒摩擦角φ=38⁰41’，炼胶过程中一般采用接触角α=32~40⁰，国内推荐采用α=36~40⁰。

二、从流变角度上主要研究：

1、胶料的挤压作用是如何产生的？以及与横压力的关系？

胶料在辊隙中得到强烈的挤压和剪切，如下图所示。挤压作用是由于胶料通过逐渐缩小的辊筒间距而产生，随着横压力的增大而挤压力增大。

 

 

2、胶料剪切作用是怎样产生的？以及剪切力的大小与谁有关系？

剪切作用是由于前、后辊筒有速比而产生，速比越大剪切力越大。

3、辊距大小对胶料的剪切作用以及对炼胶效果有无影响？

对同一开炼机来说，速比和辊筒线速度是一定的，可用减少辊距的方法来增加速度梯度，从而达到增加对胶料的剪切作用。如生胶的薄通塑炼，就是这个道理。速度梯度值大，炼胶的效果就好，特别对破胶及塑炼效果好。但对胶料剪切变形所需的能量增加时，胶料温度上升的块，所以要加强冷却。

4、炼胶过程中为什么要进行割胶、翻胶？

在炼胶过程中，将胶料进行切割对炼胶过程是十分重要的。根据流体力学的分析，炼胶过程胶料的流线分布如下图所示。

图2－5胶料流线的分布

在炼胶过程中，将胶料进行切割对炼胶过程是十分重要的。根据流体力学的分析，炼胶过程胶料的流线分布如图2－5所示。从图中可见靠近辊筒处胶料的流线与辊筒转动面平行。而在楔形断面开始处，有一个回流区域，形成两个封闭的回流线（即ψ－0线），当v₁＝v₂时，这两个封闭回流线对称分布，当v₁<v₂时，两个封闭回流线的中性面移向慢速辊筒一侧。可见当v₁＝v₂时，封闭回流线所受到的剪切作用较v₁<v₂时要小，影响了炼胶的效果。所以，大部分炼胶机都设计成两辊筒速度不同（v₁≠v₂），但仅速度不同也不能得到最佳的炼胶效果，这是由于v₁≠v₂时，楔形胶条仍然存在封闭回流。只有采用切割胶条的办法，促使胶料沿辊筒轴线移动，才能不断破坏回流，加速炼胶作用，取得良好的效果。

胶料在辊隙中得到强烈的挤压和剪切。挤压作用是由于胶料通过逐渐缩小的辊筒间距而产生，随着横压力的增大而挤压力增大；剪切作用是由于前、后辊筒有速比而产生，速比越大剪切力越大。

对同一机台来说，速比和辊筒线速度是一定的，可用减少辊距的方法来增加速度梯度，从而达到增加对胶料的剪切作用。如生胶的薄通塑炼，就是这个道理。速度梯度值大，炼胶的效果就好，特别对破胶及塑炼效果好。但对胶料剪切变形所需的能量增加时，胶料温度上升的块，所以要加强冷却。

三、强化炼胶效果，必须具备四个条件

经过上面分析讨论可知，要想完成炼胶操作及得到较好的炼胶效果，应实现下面四点：

1、使胶料摩擦角大于接触角（φ>α）以便把胶料带入辊距；

2、使前后辊速（线速度）不想等，以便对辊隙中的胶料进行强烈的挤压和剪切；

3、炼胶时，需要切割翻胶，以破坏胶料的封闭回流线，加强物料的分散效果；

4、炼胶过程中不断调整辊距，以改变速度梯度，提高炼胶效果。

以上资料由青岛学青橡胶机械有限公司开炼机技术提供。