橡胶分布混炼过程动态模拟及实验研究

发布时间：2020-04-04 22:23

【摘要】：橡胶混炼是橡胶产品加工过程中的核心环节,直接影响橡胶制品的质量和使用寿命。影响混炼胶的质量,除配方外,就是混炼设备和混炼工艺。橡胶在混炼过程中存在分布混炼与分散混炼两种形式,分散混炼效果可以通过炭黑分散度进行描述和考核,分布混炼效果可以通过炭黑等配合剂在橡胶中分布的均匀性进行描述和考核,两者同等重要。因此对橡胶分布混炼过程进行研究同样具有重要的意义。本文基于橡胶混炼的粘弹性固体理论,采用离散元素法模拟橡胶分布混炼的动态过程,对模拟结果进行分析,通过实验结果与模拟结果的对比分析,验证EDEM模拟橡胶分布混炼的可靠性。本文完成的主要工作如下:1.在查阅大量文献资料的基础上,结合橡胶分布混炼过程的特点,采用离散元素法对橡胶分布混炼过程进行模拟分析,并推导出基于该方法的橡胶分布混炼的计算理论。2.建立了橡胶分布混炼过程的计算模型。采用橡胶和炭黑两种颗粒,两种颗粒均采用了软球模型,颗粒间的接触模型为Hertz-Mindlin with JKR Cohesion模型。通过实验标定,确定了JKR参数选择,并设置了模型运动的方式。3.进行了模型计算,并对模拟结果进行了分析。研究了密炼室中的物料运动形式、物料压力场分布、速度场分布以及用统计学方法计算出了颗粒的混合度。模拟了不同转速、不同填充系数和不同转子构型时颗粒的混合效果。模拟结果表明,当同步四棱转子转速为80?,填充系数为0.65时,混炼效果最好;在相同的条件下,分析得出宽棱转子的混炼效果优于同步四棱转子。4.采用了实验室的同/异双向复合式剪切型转子密炼机实验平台进行实验。转子为同步四棱转子和宽棱转子,其转速为6?、8?、?,填充系数为0.55、0.65、0.75时,得到实验结果与模拟结果相吻合,证明了采用EDEM模拟方法具有一定的可靠性。5.根据EDEM模拟橡胶混炼的结果对转子结构进行设计。确定了宽棱转子距密炼室壁间距最远点与距密炼室壁间距最近点夹角大小为96°;同时,验证宽棱转子比同步四棱转子的混炼效果好。
【图文】：

主要指标,增幅,橡胶工业

1 绪论1.1 橡胶工业在我国的重要性世界橡胶工业已有近 200 年的历史，橡胶制品与人民的生活息息相关，例如经常使用的汽车轮胎、橡胶垫片、气囊、电线电缆、橡胶大坝等，橡胶制品极大的方便了人民的生活，提高了人民的生活质量，并且橡胶工业在国民经济发展中也占有重要地位[1]。中国的橡胶工业发展起步较晚，但在国家相关部门的重视和我国橡胶领域科研工作者的努力下，橡胶工业逐渐发展起来，现在已经建立了比较完善的工业体系，橡胶加工生产技术趋于成熟，尤其是从改革开放以来，取得了很大的成就。根据 2018 年上半年橡胶行业经济数据盘点[2]，可以看到，2017 年上半年和 2018年上半年数据的对比，行业盈利情况要比去年出现好转，实现了 40.56%的增幅，图 1-1 为 2017 与 2018 上半年橡胶行业主要指标增幅对比，图 1-2 为橡胶机械行业 2017 年经济指标。

开炼机,混炼设备

过程是橡胶产品成型加工工艺的基础和核心环节，橡胶制品质量的基础之上，而混炼设备又决定了混炼胶质量优劣，因过程中显得尤为重要。目前，橡胶工业中常用的混炼设备是都属于间歇式混炼设备，随着橡胶工业及高分子材料的快胶工业绿色发展的要求，橡胶混炼设备的结构和混炼原理也歇式混炼设备到陆续出现了低耗能和过程稳定的橡胶连续混机机是橡胶工业中最早使用的混炼设备[4]，从 1820 年至今已有，从开始的木辊筒演变成了铁辊筒，如图 1-2 所示。开炼机自，工作原理也没有发生太大改变，但在局部结构上发生了改的改进、调距装置的改进、润滑系统的改进以及温度控制系统子材料的研发和应用，，越来越多的材料的加工工艺要用到开采用开炼机的原理应用在很多行业，同时根据实际加工的需的针对性的改进。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ330.63

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