Hvordan en gummieltemaskin inkorporerer oljer og myknere i blandingen

I verden av polymerbearbeiding er det å oppnå en homogen gummiblanding av høy kvalitet både en vitenskap og en kunst. Sentralt i denne prosessen er den strategiske inkorporeringen av tilsetningsstoffer - spesielt oljer og myknere - som dramatisk endrer forbindelsens bearbeidbarhet, fleksibilitet, holdbarhet og pris. I hjertet av dette avgjørende blandestadiet sitter ofte en robust og spesialisert maskin: den gummi elter , også kjent som en intern mikser eller Banbury® mikser.

Forstå nøkkelkomponentene: Oljer og myknere

Før du fordyper deg i maskinen, er det viktig å forstå hva som blir inkorporert.

• Prosessoljer (petroleumsbaserte, vegetabilske): Brukes først og fremst til å myke opp basispolymeren, redusere viskositeten for enklere bearbeiding, utvide volumet (redusere kostnadene) og hjelpe til med å spre fyllstoffer som kjønrøk eller silika.
• Myknere (ftalater, adipater, etc.): Har samme funksjon som oljer, men ofte spesifikt valgt for å forbedre lavtemperaturfleksibilitet, forbedre spesifikke elastiske egenskaper eller redusere glassovergangstemperatur (Tg).

Begge er typisk væsker med lav viskositet som må omdannes fra en makroskopisk, separat fase til en mikroskopisk dispergert, intim blanding med solide gummipolymerer og pulveriserte fyllstoffer.

Anatomien til en gummielter

En gummielter er et lukket blandekammer med høy skjærkraft. Nøkkelkomponentene som er relevante for flytende inkorporering er:

1. Blandekammer: Et robust hus med kappe som kan varmes eller kjøles.
2. Rotorblader: To motroterende, ikke-sammengripende rotorer med komplekse vingelignende design. Disse er hjertet i maskinen, og genererer den nødvendige skjær- og forlengelsesflyten.
3. Ram eller flytende vekt: Et hydraulisk drevet stempel som tetter kammeret ovenfra, og påfører trykk (vanligvis 3-7 bar) på batchen.
4. Slippdør: Plassert i bunnen av kammeret for tømming av den blandede blandingen.

Trinn-for-trinn-inkorporeringsprosessen

Innlemming av oljer og myknere er ikke et enkelt hellingstrinn; det er en nøye orkestrert sekvens av mekaniske og termiske hendelser.

Fase 1: Mastisering og polymerengasjement

Syklusen begynner med tilsetning av basisgummi (naturlig eller syntetisk). Rotorene, som dreier med differensialhastigheter, griper, river og deformerer gummiballene. Dette tygging bryter ned polymerkjeder midlertidig, reduserer molekylvekten og øker gummiens temperatur gjennom intern friksjon (viskøs varmeutvikling). Denne oppvarmingen er kritisk, siden den senker gummiens viskositet, noe som gjør den mer mottakelig for å akseptere tilsetningsstoffer.

Fase 2: Strategisk tilsetning av væsker

Timing er alt. Å tilsette store mengder olje helt i begynnelsen kan være skadelig. Standard beste praksis er:

• Delt tillegg: En del (ofte 1/3 til 1/2) av den totale væsken tilsettes etter at gummien er mastisert, men før de viktigste fyllstoffene (kønrøk/silika) . Denne "baseoljen" mykner gummien ytterligere, og skaper en klebrig, klebende masse som mer effektivt vil fukte og inkludere de pulverformede fyllstoffene som kommer.
• Faren for "glidning": Tilsetting av olje for tidlig eller i overkant før fyllstoffene kan forårsake "glidning" - en tilstand der oljens smørende effekt hindrer tilstrekkelig skjærspenning i å overføres til gummien. Blandingen glir på rotorene i stedet for å skjæres, noe som fører til dårlig spredning og lengre blandetider.

Fase 3: Filler-inkorporering og den kritiske rollen til skjæring

De pulveriserte fyllstoffene er nå tilsatt. Rotorens design skaper et komplekst strømningsmønster i kammeret:

• Klippehandling: Gummiblandingen tvinges over den smale klaringen mellom rotorspissen og kammerveggen, og utsetter den for intens skjærspenning . Dette smører sammensetningen lag for lag.
• Folding og deling (elting): Rotorvingene skyver også massen fra den ene enden av kammeret til den andre, og folder den hele tiden over seg selv - den bokstavelige "elte"-handlingen.

I dette miljøet med høy skjærkraft fungerer den tidligere tilsatte oljen, nå oppvarmet av forbindelsen, som en transportmedium . Det hjelper gummien med å kapsle inn individuelle fyllstoffagglomerater. Skjærkreftene bryter deretter disse agglomeratene ned, fordeler fyllstoffpartiklene og belegger dem med et tynt lag olje-gummimatrise.

Fase 4: Endelig oljetilsetning og dispersjon

Den gjenværende oljen eller mykneren tilsettes ofte etter at fyllstoffene for det meste er inkorporert . På dette stadiet er blandingstemperaturen høy (ofte 120-160°C), og blandingen er en sammenhengende masse. Å tilsette væske nå er mer kontrollert.

• Ramtrykket sikrer at væsken presses inn i partiet og ikke bare sprayes på kammerveggene.
• Den fortsatte eltehandlingen pumper mekanisk væsken inn i de mikroskopiske porene og hullene i forbindelsen. Væskene migrerer inn i forbindelsen gjennom to primære mekanismer:
  1. Kapillærvirkning: Trekkes inn i bittesmå mellomrom mellom polymerkjeder og fyllstoffklynger.
  2. Skjærindusert diffusjon: Makroskopisk blanding av rotorene skaper stadig nye overflater, utsetter tørr forbindelse for væsken, og tvinger sammenblanding på mikroskopisk nivå.

Fase 5: Endelig homogenisering og temperaturkontroll

De siste minuttene av blandingssyklusen er for homogenisering. Ramtrykket sikrer full kammerinngrep, mens den konstante foldingen og skjæringen eliminerer eventuelle lokale konsentrasjonsgradienter av olje. Gjennom hele prosessen har mantlet kammer sirkulerer kjølevæske for å håndtere den eksoterme varmen ved blanding. Nøyaktig temperaturkontroll er avgjørende; for varmt, og gummien kan svi seg (for tidlig vulkanisering); for kaldt, og den nødvendige viskositetsreduksjonen for god spredning vil ikke bli oppnådd.

Hvorfor en elter utmerker seg i denne oppgaven

Utformingen av den interne mikseren er unikt egnet for denne utfordrende jobben:

• Høy intensitet: Den leverer massiv skjær- og deformasjonsenergi på kort tid, og bryter effektivt ned agglomerater.
• Innelukket miljø: Det forseglede kammeret under ramtrykk forhindrer tap av flyktige komponenter, kontrollerer forurensning og gjør det trygt å blande ved høye temperaturer.
• Effektivitet: Den kan håndtere store partier (fra liter til hundrevis av kilo) med langt mindre energi og tid enn åpne møller for tilsvarende kvalitet.

Praktiske vurderinger for optimal inkorporering

Operatører og sammensatte må balansere flere faktorer:

• Tilleggsbestilling: Som skissert er en delt tilsetning standard for optimal balanse mellom dispersjonskvalitet og blandingstid.
• Rotorhastighet og ramtrykk: Høyere hastigheter øker skjærkraften og temperaturen raskere. Optimalt trykk sikrer god kontakt uten å overbelaste motoren.
• Oljeviskositet og kjemi: Lettere oljer innlemmes raskere, men kan være mer flyktige. Myknerens kompatibilitet (løselighetsparameter) med basispolymeren er grunnleggende.
• Batchstørrelse (fyllfaktor): Kammeret må være korrekt belastet (typisk 65-75 % fullt). Underfylling resulterer i utilstrekkelig skjærkraft; overfylling forhindrer riktig folding og resulterer i ujevn blanding.

Konklusjon

Inkorporering av oljer og myknere av en gummi elter machine er en dynamisk, termomekanisk prosess langt utover enkel omrøring. Det er en nøyaktig konstruert sekvens av tygging, timed addition, shear-driven dispersion, and thermal management. Maskinens kraftige rotorer og forseglede kammer jobber sammen for å overvinne den enorme utfordringen med å blande væsker med lav viskositet til en høyviskositet, ikke-newtonsk gummimatrise. Ved å forstå skjærfysikken, viktigheten av tilsetningssekvensen og temperaturens kritiske rolle, kan blandere utnytte elterens evner til å produsere konsistente, høyytelses gummiblandinger der hver dråpe olje og mykner blir effektivt og jevnt utnyttet for å møte de strenge kravene til sluttproduktet. Denne dype forståelsen sikrer effektivitet, kvalitet og innovasjon i den enorme verden av gummiproduksjon.