Làm thế nào một máy đánh bóng cao su kết hợp dầu và chất hóa dẻo vào hợp chất

Trong thế giới xử lý polymer, việc tạo ra hợp chất cao su đồng nhất, chất lượng cao vừa là khoa học vừa là nghệ thuật. Trọng tâm của quá trình này là sự kết hợp mang tính chiến lược của các chất phụ gia—đáng chú ý nhất là dầu và chất làm dẻo—làm thay đổi đáng kể khả năng hoạt động, tính linh hoạt, độ bền và giá thành của hợp chất. Trọng tâm của giai đoạn trộn quan trọng này thường là một cỗ máy mạnh mẽ và chuyên dụng: máy nhào cao su , còn được gọi là máy trộn bên trong hoặc máy trộn Banbury®.

Hiểu các thành phần chính: Dầu và chất hóa dẻo

Trước khi đi sâu vào máy, điều cần thiết là phải hiểu những gì đang được kết hợp.

• Dầu chế biến (Dầu mỏ, thực vật): Chủ yếu được sử dụng để làm mềm polyme cơ bản, giảm độ nhớt để xử lý dễ dàng hơn, tăng thể tích (giảm chi phí) và hỗ trợ phân tán các chất độn như muội than hoặc silica.
• Chất hóa dẻo (Phthalates, Adipates, v.v.): Có chức năng tương tự như dầu nhưng thường được lựa chọn đặc biệt để cải thiện tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp, tăng cường các đặc tính đàn hồi cụ thể hoặc giảm nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg).

Cả hai đều là chất lỏng có độ nhớt thấp, phải được chuyển đổi từ pha vĩ mô, riêng biệt thành pha trộn mật thiết, phân tán ở cấp độ vi mô với polyme cao su rắn và chất độn dạng bột.

Giải phẫu của một máy đánh cao su

Máy nhào trộn cao su là một buồng trộn kín, có độ cắt cao. Các thành phần chính của nó liên quan đến việc kết hợp chất lỏng là:

1. Buồng trộn: Vỏ bọc chắc chắn, có thể làm nóng hoặc làm mát.
2. Cánh quạt: Hai cánh quạt quay ngược chiều, không ăn khớp với nhau có thiết kế phức tạp giống như cánh. Đây là trái tim của máy, tạo ra dòng chảy cắt và kéo dài cần thiết.
3. Ram hoặc trọng lượng nổi: Một piston vận hành bằng thủy lực làm kín buồng từ phía trên, tạo áp suất (thường là 3-7 bar) cho mẻ.
4. Cửa thả: Nằm ở dưới cùng của buồng để xả hợp chất hỗn hợp.

Quy trình hợp nhất từng bước

Việc kết hợp dầu và chất làm dẻo không phải là một bước rót đơn giản; nó là một chuỗi các sự kiện cơ và nhiệt được sắp xếp cẩn thận.

Giai đoạn 1: Quá trình nhai và gắn kết polyme

Chu trình bắt đầu bằng việc bổ sung cao su cơ bản (tự nhiên hoặc tổng hợp). Các cánh quạt quay với tốc độ khác nhau sẽ bám vào, xé và làm biến dạng các kiện cao su. Cái này sự nhai phá vỡ chuỗi polymer tạm thời, làm giảm trọng lượng phân tử và tăng nhiệt độ của cao su thông qua ma sát bên trong (sinh nhiệt nhớt). Sự nóng lên này rất quan trọng vì nó làm giảm độ nhớt của cao su, khiến cao su dễ tiếp nhận các chất phụ gia hơn.

Giai đoạn 2: Chiến lược bổ sung chất lỏng

Thời gian là tất cả. Việc thêm một lượng lớn dầu ngay từ đầu có thể gây bất lợi. Thực hành tốt nhất tiêu chuẩn là:

• Phép cộng tách: Một phần (thường là 1/3 đến 1/2) tổng chất lỏng được thêm vào sau khi cao su được nghiền nhưng trước các chất độn chính (muội than/silica) . “Dầu gốc” này làm mềm cao su hơn nữa, tạo ra một khối dính, kết dính sẽ làm ướt và kết hợp các chất độn dạng bột hiệu quả hơn.
• Nguy cơ “trượt”: Việc thêm dầu quá sớm hoặc quá nhiều trước khi đổ đầy có thể gây ra hiện tượng “trượt” - tình trạng mà tác dụng bôi trơn của dầu ngăn cản lực cắt truyền đến cao su. Hợp chất trượt trên các rôto thay vì bị cắt, dẫn đến độ phân tán kém và thời gian trộn kéo dài.

Giai đoạn 3: Kết hợp chất độn và vai trò quan trọng của lực cắt

Các chất độn dạng bột hiện đã được thêm vào. Thiết kế của cánh quạt tạo ra mô hình dòng chảy phức tạp trong buồng:

• Hành động cắt: Hợp chất cao su bị ép qua khe hở hẹp giữa đầu rôto và thành buồng, khiến nó chịu tác động mạnh ứng suất cắt . Điều này làm nhòe từng lớp hợp chất.
• Gấp và chia (Nhào): Các cánh rôto cũng đẩy hợp chất từ đầu này sang đầu kia của buồng, liên tục gấp nó lại – hành động “nhào” theo đúng nghĩa đen.

Trong môi trường cắt cao này, dầu được thêm vào trước đó, bây giờ được làm ấm bởi hợp chất, hoạt động như một chất phương tiện vận chuyển . Nó giúp cao su bao bọc các chất kết tụ riêng lẻ. Sau đó, lực cắt phá vỡ các khối kết tụ này, phân phối các hạt độn và phủ chúng bằng một lớp mỏng ma trận dầu-cao su.

Giai đoạn 4: Bổ sung và phân tán dầu cuối cùng

Dầu hoặc chất làm dẻo còn lại thường được thêm vào sau khi chất độn được kết hợp chủ yếu . Ở giai đoạn này, nhiệt độ hợp chất cao (thường là 120-160°C) và hỗn hợp là một khối kết hợp. Việc thêm chất lỏng bây giờ được kiểm soát nhiều hơn.

• Áp suất ram đảm bảo chất lỏng được ép vào mẻ và không chỉ phun lên thành buồng.
• Hành động nhào tiếp tục máy bơm cơ khí chất lỏng đi vào các lỗ cực nhỏ và các khoảng trống bên trong hợp chất. Chất lỏng di chuyển vào hợp chất thông qua hai cơ chế chính:
  1. Hành động mao dẫn: Bị kéo vào những khoảng trống nhỏ giữa chuỗi polymer và cụm chất độn.
  2. Khuếch tán do cắt: Sự pha trộn vĩ mô bằng các cánh quạt tạo ra các bề mặt luôn mới, làm cho hợp chất khô tiếp xúc với chất lỏng, buộc phải trộn lẫn ở mức độ vi mô.

Giai đoạn 5: Đồng nhất hóa cuối cùng và kiểm soát nhiệt độ

Những phút cuối cùng của chu trình trộn là để đồng nhất hóa. Áp suất nén đảm bảo sự gắn kết toàn bộ buồng, trong khi việc gấp và cắt liên tục sẽ loại bỏ bất kỳ gradient nồng độ cục bộ nào của dầu. Trong suốt toàn bộ quá trình, buồng có áo khoác tuần hoàn chất làm mát để quản lý nhiệt tỏa nhiệt của quá trình trộn. Kiểm soát nhiệt độ chính xác là rất quan trọng; quá nóng và cao su có thể bị cháy (lưu hóa sớm); quá lạnh và sẽ không đạt được mức giảm độ nhớt cần thiết để phân tán tốt.

Tại sao Kneader lại xuất sắc ở nhiệm vụ này

Thiết kế của máy trộn bên trong rất phù hợp cho công việc đầy thách thức này:

• Cường độ cao: Nó cung cấp năng lượng cắt và biến dạng lớn trong thời gian ngắn, phá vỡ các khối kết tụ một cách hiệu quả.
• Môi trường chứa: Buồng kín dưới áp suất nén giúp ngăn ngừa thất thoát các thành phần dễ bay hơi, kiểm soát ô nhiễm và cho phép trộn ở nhiệt độ cao một cách an toàn.
• Hiệu quả: Nó có thể xử lý các mẻ lớn (từ lít đến hàng trăm kg) với năng lượng và thời gian ít hơn nhiều so với các máy nghiền mở có chất lượng tương đương.

Những cân nhắc thực tế để kết hợp tối ưu

Người vận hành và người ghép phải cân bằng một số yếu tố:

• Lệnh bổ sung: Như đã nêu, việc bổ sung phân chia là tiêu chuẩn để cân bằng tối ưu giữa chất lượng phân tán và thời gian trộn.
• Tốc độ rôto và áp suất Ram: Tốc độ cao hơn làm tăng độ cắt và nhiệt độ nhanh hơn. Áp suất tối ưu đảm bảo tiếp xúc tốt mà không làm động cơ bị quá tải.
• Độ nhớt và hóa học của dầu: Dầu nhẹ hơn kết hợp nhanh hơn nhưng có thể dễ bay hơi hơn. Khả năng tương thích (thông số độ hòa tan) của chất hóa dẻo với polyme cơ bản là cơ bản.
• Kích thước lô (Hệ số lấp đầy): Buồng phải được nạp đúng cách (thường đầy 65-75%). Đổ đầy dẫn đến lực cắt không đủ; đổ quá đầy sẽ cản trở việc gấp lại thích hợp và dẫn đến trộn không đều.

Kết luận

Sự kết hợp của dầu và chất làm dẻo bằng máy nhào cao su machine là một quá trình cơ nhiệt động vượt xa sự khuấy trộn đơn giản. Đó là một chuỗi được thiết kế chính xác sự nhai, timed addition, shear-driven dispersion, and thermal management. Các cánh quạt mạnh mẽ và buồng kín của máy phối hợp hoạt động để vượt qua thách thức to lớn trong việc trộn các chất lỏng có độ nhớt thấp vào ma trận cao su phi Newton có độ nhớt cao. Bằng cách hiểu được tính chất vật lý của lực cắt, tầm quan trọng của trình tự bổ sung và vai trò quan trọng của nhiệt độ, các nhà chế tạo hỗn hợp có thể tận dụng khả năng của máy nhào để tạo ra các hợp chất cao su ổn định, hiệu suất cao, trong đó mỗi giọt dầu và chất làm dẻo đều được khai thác một cách hiệu quả và đồng đều để đáp ứng nhu cầu chính xác của sản phẩm cuối cùng. Sự hiểu biết sâu sắc này đảm bảo hiệu quả, chất lượng và sự đổi mới trong thế giới sản xuất cao su rộng lớn.