Misturador interno Lab Banbury

A mistura de borracha com um misturador interno é realizada em condições rápidas, de alta temperatura e alta pressão. Suas vantagens incluem grande capacidade de enchimento de borracha, tempo de mistura curto, alta eficiência de produção, pequena pegada de equipamento e fácil operação de alimentação, mistura e descarga, baixa intensidade de trabalho, operação segura, pouca perda e voo de agentes compostos e bom saneamento ambiental no local de processamento.  

No entanto, a desvantagem é que é difícil controlar a temperatura de mistura da borracha, de modo que a queimadura é propensa a ocorrer, e o consumo de água de resfriamento é grande. Não é adequado para misturar materiais de borracha sensíveis à temperatura, materiais de borracha de cor clara, materiais de borracha especiais e materiais de borracha que mudam frequentemente.

Quando o rotor gira, o material de borracha na câmara de mistura sofre uma complexa ação de amassamento de fluxo e deformação, que pode ser dividida em três tipos:

1. O efeito de amassamento entre a ponta da crista do rotor e a parede interna da câmara de mistura

Após o material ser adicionado à câmara de mistura, ele passa primeiro pela abertura entre os dois rotores relativamente rotativos e, em seguida, a estrutura em forma de “W” na parte inferior da câmara de mistura separa o material e o deixa entrar na abertura entre o rotor e as paredes da câmara de mistura. Finalmente, os dois grupos de materiais se encontram nas partes superiores dos dois rotores e entram na abertura entre os dois rotores novamente para formar ciclos contínuos. Como a abertura entre a superfície externa do rotor e a parede interna da câmara de mistura muda, a abertura mínima é entre a ponta da ponta da crista do rotor e a parede interna da câmara de mistura. Quando o material passa por essa abertura mínima, ele fica sujeito a forte compressão e cisalhamento.

2. Efeitos de agitação e dobramento entre rotores

Como as velocidades de rotação dos dois rotores são diferentes, as posições relativas das cristas dos dois rotores também mudam o tempo todo, o que faz com que a capacidade do material entre os dois rotores mude com frequência. Além disso, como cada ponto na superfície elíptica do rotor não está à mesma distância da linha central do eixo, ele tem velocidades circunferenciais diferentes. Portanto, a relação de folga e velocidade entre os dois rotores não é um valor constante, mas é diferente em todos os lugares e muda de tempos em tempos. Os valores máximo e mínimo do gradiente de velocidade diferem em dezenas de vezes. Como resultado, o material é submetido a forte cisalhamento e agitação e amassamento violentos.

3. Efeito de corte e agitação axial recíproca entre os rotores.

Cada rotor da máquina tem duas cristas espirais com direções opostas e comprimentos diferentes. Sob a ação do rotor relativamente rotativo, o material que está sendo processado não só faz um movimento circular ao redor do rotor, mas também se move ao longo da direção axial do rotor devido à força axial exercida sobre o material pelas nervuras salientes do rotor. Este fluxo axial pode ativar a rotação e mistura automáticas do material.

Quando o misturador interno processa materiais, deve haver um peso flutuante (ram) exercendo uma certa pressão sobre os materiais de cima. A pressão unitária do ram sobre os materiais é o principal meio para fortalecer a mistura ou plastificação. Aumentar a pressão do ram pode encher a câmara de mistura com materiais tanto quanto possível, reduzir as lacunas restantes ao mínimo e fazer com que os materiais e várias partes de trabalho da máquina e os componentes dentro dos materiais entrem em contato e se apertem mais rapidamente, de modo a acelerar o processo de incorporação e mistura de vários aditivos em materiais, encurtando assim o tempo de processamento e melhorando a eficiência do trabalho. Ao mesmo tempo, devido ao aumento da área de contato entre os materiais e à redução das propriedades de deslizamento dos materiais na superfície dos componentes da máquina, a tensão de cisalhamento dos materiais durante o processo de mistura é indiretamente aumentada, melhorando assim o efeito de dispersão e melhorando a qualidade da mistura.

No entanto, o aumento da pressão do ram é limitado ao preenchimento completo da câmara de mistura. Se esse limite for excedido, o aumento da pressão não terá efeito e o tempo de mistura não será encurtado. À medida que a pressão do ram aumenta, o consumo de energia do misturador interno também aumentará.

A sequência de alimentação é resumida por meio de práticas de produção de longo prazo.

No início da mistura, as várias borrachas plastificadas como a matriz do composto de borracha devem primeiro ser adicionadas para formar um todo uniforme, que é a base de todo o processo de mistura. Amaciantes sólidos devem ser adicionados junto com a borracha bruta devido à sua dispersão lenta. Uma pequena quantidade de aditivos é muito importante para o composto de borracha. Eles devem ser adicionados após a borracha bruta ser adicionada para garantir tempo de mistura suficiente. Exceto por alguns aceleradores ultrarrápidos, geralmente não causa queimaduras. O agente antienvelhecimento é adicionado imediatamente após a borracha bruta para proteger a borracha bruta. O ácido esteárico é um bom dispersante para o negro de fumo, por isso deve ser adicionado antes do negro de fumo.

O efeito de dispersão do negro de fumo é a chave para garantir a qualidade do composto de borracha, e a dispersão do negro de fumo está intimamente relacionada ao seu próprio estado estrutural. Quanto maior o tamanho da partícula do negro de fumo, menor a estrutura, menor a propriedade de geração de calor da mistura e mais fácil é misturar na borracha bruta, mas mais difícil é dispersar ainda mais. Pelo contrário, é mais fácil dispersar ainda mais.

O amaciante líquido deve ser adicionado após o negro de fumo, caso contrário, reduzirá a dureza e o estresse de cisalhamento do composto de borracha, dificultará a dispersão do negro de fumo e aumentará o fenômeno de aglomeração. Além disso, o amaciante líquido não pode ser adicionado ao mesmo tempo que o negro de fumo, caso contrário, o negro de fumo se aglomerará, será disperso de forma desigual e reduzirá as propriedades físicas e mecânicas do composto de borracha.

O método de adição de negro de fumo e amaciante líquido também pode ser adicionado em lotes de acordo com o tipo, dosagem e tipo de borracha bruta para fazer com que o negro de fumo seja uniformemente disperso.

Enxofre e acelerador ultrarrápido devem ser adicionados após o resfriamento do material de borracha, caso contrário, ocorrerão facilmente queimaduras e eflorescências.

1. O misturador interno tem melhor vedação: O misturador aberto é um equipamento aberto com rolos expostos, então a poeira pode voar quando usada, causando danos ao ambiente de ar no local de processamento. A câmara de mistura do misturador interno é uma estrutura fechada, e os materiais são amassados ​​dentro, o que não causará danos ao ambiente no local e à saúde do operador.
2. A eficiência de processamento do misturador interno é maior: quando o misturador interno funciona, o material é agitado e amassado por dois rotores de rotação rápida com asas em um espaço relativamente fechado, e uma certa quantidade de força é exercida sobre o material de cima, então a força de cisalhamento produzida pelo misturador interno sobre o material é muito maior do que a do misturador aberto. O resultado é que a eficiência de processamento do misturador interno é maior. Para atingir o mesmo efeito de mistura de materiais, o misturador interno levará menos tempo e economizará mais energia.
3. A segurança operacional do misturador interno é maior: Comparado com o misturador aberto, o misturador interno tem um grau maior de automação. Após os materiais serem alimentados e a máquina ser iniciada, a mistura será concluída automaticamente. Ao contrário de um misturador aberto, que exige que o operador gire manualmente o material e opere o equipamento, não há necessidade de se preocupar com as mãos do operador sendo presas ou outros acidentes de segurança ao operar o equipamento do misturador interno.

A quantidade de borracha misturada em um misturador interno é chamada de capacidade de trabalho. A quantidade de borracha misturada de uma vez é determinada pela capacidade total da câmara de mistura e pelo fator de enchimento selecionado. A razão entre a capacidade de trabalho do misturador interno e a capacidade total da câmara de mistura é chamada de coeficiente de enchimento, expressa por β.

β=V/V0

V  é a capacidade de trabalho do misturador interno

β  é o fator de preenchimento (0.55 ~ 0.75)

VO  é a capacidade total da câmara de mistura

Portanto, a capacidade de trabalho = V0 * β 

A proporção das velocidades rotacionais dos dois rotores na câmara de mistura do misturador interno é chamada de proporção de velocidade. Há uma certa proporção de velocidade durante a mistura, o que faz com que o material seja fortemente agitado e amassado, o que é benéfico para a amassadura do material e dos aditivos, tornando-os uniformemente dispersos e melhorando a qualidade da mistura. A proporção de velocidade do rotor oval é geralmente em torno de 1.3:1.

A velocidade do rotor do misturador interno se refere ao número de revoluções por minuto do rotor longo. A velocidade do rotor é um dos indicadores importantes do misturador interno. Ela afeta diretamente a capacidade de produção, o consumo de energia e a qualidade da borracha da mistura. Durante o processo de mistura, a taxa de deformação de cisalhamento gerada pelo material de borracha é diretamente proporcional à velocidade do rotor e é inversamente proporcional à folga entre a ponta da asa do rotor e a parede da câmara de mistura. Quando a velocidade do rotor aumenta, a deformação de cisalhamento do material de borracha aumenta e a superfície do material de borracha agitado é atualizada com mais frequência, o que acelera a dispersão dos agentes de composição. Por outro lado, quando a velocidade de rotação aumenta, o efeito mecânico no composto de borracha aumenta, encurtando assim o tempo de mistura. Claro, o efeito colateral da velocidade excessivamente rápida do rotor é um aumento acentuado na temperatura do material de borracha, o que exige que o operador encontre um ponto de equilíbrio adequado entre a velocidade do rotor e a temperatura ao misturar borracha.

Dependendo se há uma parada durante a mistura, a mistura de borracha no misturador interno é dividida em mistura de um estágio e mistura de dois estágios.

Mistura de um estágio significa que o processo de alimentação e mistura até o resfriamento e descarga é concluído continuamente sem parar. Este método tem um ciclo curto de preparação de borracha e pode eliminar a necessidade de parada intermediária e resfriamento da borracha, e ocupa menos espaço. No entanto, devido ao longo tempo de mistura no misturador interno, o composto de borracha é facilmente superaquecido. Especialmente no período de mistura tardia, a termoplasticidade do composto de borracha aumenta, o que dificulta a dispersão uniforme dos agentes de composição. Portanto, a qualidade do composto de borracha processado não é alta e a plasticidade é baixa. É propenso a queimar. Portanto, é adequado apenas para a preparação de materiais de borracha para produtos em geral.

A mistura de segundo estágio é primeiro misturar o masterbatch no misturador interno, exceto para adicionar enxofre e acelerador, depois resfriar e estacionar a borracha por um período de tempo (geralmente mais de 8 horas) e, em seguida, colocá-la de volta no misturador interno para reposição, adicionando enxofre e acelerador. A mistura de dois estágios não só tem boa uniformidade de dispersão do material de borracha, mas também melhora significativamente as propriedades físicas e mecânicas da borracha vulcanizada. Também tem bom desempenho de processo do material de borracha e pode reduzir a ocorrência de queimadura.

O tempo de mistura de um misturador interno é muito menor do que o de um moinho de dois rolos. A duração do tempo de mistura depende da fórmula do composto de borracha, velocidade do rotor, pressão de aríete, etc. Um misturador interno com uma grande quantidade de enchimento e uma velocidade de rotação, bem como um misturador interno com baixa pressão de aríete prolongarão o tempo de mistura. Aumentar o tempo de mistura pode melhorar a uniformidade da mistura da borracha. No entanto, se o tempo de mistura for muito longo, a borracha será facilmente misturada em excesso e suas propriedades físicas e mecânicas, especialmente a resistência ao envelhecimento, serão reduzidas. Portanto, o tempo de mistura apropriado deve ser determinado de acordo com as características da fórmula do composto de borracha, características do equipamento e condições do processo de mistura.

O processo de mistura do misturador interno é dividido em três estágios: umedecimento, dispersão e amassamento. A principal manifestação do estágio úmido é que a borracha molha completamente a superfície das partículas de negro de fumo e se mistura com o negro de fumo para formar um todo. A função do estágio de dispersão é que, por meio da ação de cisalhamento produzida entre as nervuras do rotor do misturador interno e as paredes da câmara, os aglomerados de negro de fumo são posteriormente esmagados e refinados, dispersos na borracha bruta e posteriormente combinados com a borracha bruta para produzir composto de borracha. No estágio de amassamento, a dispersão dos ingredientes compostos foi basicamente concluída. A mistura contínua pode melhorar ainda mais a homogeneização do material de borracha, mas também levará à degradação química mecânica do material de borracha e continuará a reduzir a viscosidade do material de borracha.

A temperatura de mistura do misturador interno está relacionada às propriedades do material de borracha. Para materiais de borracha baseados em borracha natural, a temperatura de mistura é geralmente controlada em 100 a 130 graus Celsius. A temperatura de descarga do misturador interno não deve ser maior que 65 graus Celsius, e a temperatura ao adicionar enxofre não deve ser maior que 100 graus Celsius.

Se a temperatura estiver muito baixa durante a mistura, o material de borracha frequentemente será esmagado e disperso, tornando a amassadura impossível. Se a temperatura estiver muito alta, a borracha ficará mais macia, o efeito de cisalhamento mecânico será reduzido, a mistura será irregular e as moléculas de borracha sofrerão rachaduras oxidativas térmicas, reduzindo as propriedades físicas da borracha. Também causará ligação química excessiva entre a borracha e o negro de fumo para produzir muito gel, o que reduzirá a plasticidade do material de borracha e tornará a superfície do material de borracha áspera, causando dificuldades de processamento na calandragem e extrusão.

Durante o processo de mistura do misturador interno, medidas de resfriamento eficazes devem ser tomadas para fortalecer o resfriamento do rotor e da câmara de mistura interna. Controle rigorosamente a temperatura de descarga e mantenha-a dentro da faixa de temperatura apropriada especificada para garantir a qualidade da borracha e evitar queimaduras.