(橡胶混炼过程)子午轮胎混炼课程设计.doc

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1、目 录一、 设计方案简介1二、工艺流程草图及说明12.1 工艺流程图12.2混炼胶制备工序流程说明：32.2.1.上辅机系统32.2.2 下辅机组4三、工艺计算及主体设备设计计算及选型43.1终炼胶密炼机的计算：43.2母炼胶密炼机的计算53.3上辅机系统中储罐的确定53.3.1炭黑储罐数的确定53.3.2油料储罐的确定5四、辅助设备的计算及选型54.1检测方案确定64.2检测设备的选取64.2.1门尼粘度仪64.2.2电子比重仪/密度仪74.2.3硬度计8五、设计结果概要或设计一览表95.1天然橡胶的基础配方如表95.2设备表95.3 一条标胎所用配方和混炼特性105.4 每班生产时间安排表

2、105.5 检测时间11六、总结11七、 附图(工艺流程简图、主体设备工艺条件图等)11八附录14九、参考资料16年产140万套全钢载重子午线轮胎混炼胶制备工序的工艺路线确定一、 设计方案简介设计根据年生产要求，计算出总须炼胶量、日生产量、班产量。再根据理论单胎用混炼胶重量，配方种类，不同配方的混炼特点，查阅资料后，找到合适的密炼机类型，依据需要混炼胶的数量确定密炼机台数。然后根据对混炼胶的质量控制要求，从质量管理的角度确定各段混炼胶的检测项目和频次，查阅资料确定合适的检测设备类型，并依据确定的频次核算所需设备台数。二、工艺流程草图及说明2.1 工艺流程图图2-1 载重子午线轮胎混炼胶制备工序

3、的工艺流程简图图2-2 炼胶车间生产流程图图2-3 密炼机示意图2.2混炼胶制备工序流程说明：现代化炼胶系统是以密炼机为中心，并与上、下辅机系统联结成一条完整的炼胶生产线，由计算机进行集中控制与管理。2.2.1.上辅机系统与密炼机配套的上辅机系统主要由炭黑、油料、胶料四个系统的原材料输送、储存、称量和投料装置以及生产全过程的集中控制系统所组成。其生产流程如上图2-2。(1)炭黑与大粉料系统炭黑进厂可采用槽车散装运输或袋装运输两种方法，袋装进厂后需经拆包机拆包，然后在密闭状态下用气流输送到炭黑大储仓。槽车散装运输可防止粉尘污染，运输距离较近时（25km以内）宜采用汽车槽车运输。该系统主要包括了给

4、料机、自动称、卸料斗等。（2）油料系统液体油料从加温储罐中经泵送入中间保温储罐备用（罐内温度为：松焦油90;芳烃油、三线油60）。若油料品种单一，可用容积法计量；轮胎厂多用油料电子自动称，它可累计称量六种以上油料，计量精度高。一般而言，用重量法比较准确。（3）小料称配系统各种原料分别存放在依次排列的储斗内，用微处理机控制称量。微量的促进剂、防老剂和硫磺等也可人工称量，用低熔点聚乙烯塑料袋包装。（4）胶料系统生胶塑炼 生胶块经皮带秤计量后放到投料皮带机上投入密炼机进行塑炼。胶料混炼第一段混炼（母炼）所用的天然胶多为标准胶，不需塑炼。它除整块投入外还切成小块，放在皮带秤上计量后送到投料胶带机上，由

5、计算机按生产指令投料。第二段混炼（终炼），通常在密炼机中加硫，混炼胶片可由冷却装置直接提升至二楼，叠放在胶料托盘上，再送入供胶皮带机，将胶片连续供给皮带秤计量，在接近给定称量值时胶片自动被切断。增加密炼机的加料量和以分段加入橡胶的方法，可以提高炼胶设备的生产率20-30和改善橡胶的规定指标及使用指标。总之橡胶混炼的目的是将橡胶中的补强性填充剂分别微粒化，使混炼状态持续稳定。填充剂吸附了橡胶后，必定生成被称作“结合橡胶”的中间体，这种中间体具有与表面活性剂相同的作用。这样橡胶和填充剂稳定下来，达到适合于后工序成型加工的要求。混炼机如图2-3，混炼过程如图2.4.生胶塑炼胶塑炼混炼胶混炼硫化胶硫化

6、补强填充剂、软化剂、硫化剂、硫化助剂、促进剂、防老剂、其他图2-4 混炼示意图（5）控制系统控制系统设一级微机和二级微机集中控制，两级控制的前位机为PLC，也可采用工业控制计算机。用模拟生产控制屏还可对炭黑二级输送、大仓储存及下辅机的压片机、冷却等过程全部模拟显示。2.2.2 下辅机组密炼机排出的胶料需要接取压片（或补充加工），以适用于冷却、储存、计量和二次投料。下辅机组由带辊筒机头的螺杆挤出机、开放式压片机和胶片冷却吹干装置组成。当终炼胶从密炼机出来后，采用12台开放式压片机出片，可较快降低胶料温度和补充加工。再经夹离喷涂室，挂片风冷，最后折叠胶片。三、工艺计算及主体设备设计计算及选型3.1

7、终炼胶密炼机的计算：年生产量140万，每条轮胎胶体51.0公斤，则日产140万/300=4680条，日需终炼胶4680*51=240吨，根据混炼特点（段数），得到母炼胶与终炼胶之间的系数i为（4.90*3.50+3.50*2.80+2.60*2.00+4.20*2.80+9.00*3.00+14.70*2.90+2.60*2.50+3.00*2.50+5.40*2.80+1.10*3.00）/51.00-1=1.862(数据来源于第10页)i取1.9，则每天需要母炼胶的质量为1.9*240=456吨假设方案一选定密炼机后核定单车混炼重量：终炼的比重稍大、母炼稍小（也可以一样），比如选定1.14

8、0和1.080；终炼用270密炼机，填充系数为0.75，混炼腔体积255L，则单车混炼重量为255*0.75*1.140=218.1公斤。每班产量：每班480分钟，除去维护等其他时间，实际有效时间480-30-4-（25）*91%=404分钟，按照2.5分钟的周期，可按161车计算。班产161*218.1=35.1吨，日产35.1*3=105.3吨。240吨选用3台时，剩余75.3吨产能，可以提前达到生产产能。有两台密炼机有一班不需工作。（考虑到母炼胶时剩余产能较多，如果适当缩短工人维护等其他时间，则只需2台，此时缺的29.4吨产能。加产135车，平均每班每台加产23车，增加时间58分钟，符合

9、实际。）假设方案二使用Gk410，则单车混炼重量为400*0.75*1.140=342公斤。班产161*342=55.1吨，日产165.3吨。240吨需要2台，剩余90.6吨产能，每两天可有一台密炼机不工作一天。终炼胶选方案二，可以调整终炼和母炼的人数达到高效率同时，降低工人数量，但设备投资太大，设备使用率太低，故不选用。3.2母炼胶密炼机的计算选用Gk400型密炼机，填充系数为0.75，腔室400L。母炼胶时，周期T=240秒每班可生产车数:车数=400*60/240=100车,按112车算，选定密炼机后核定单车塑炼重量：母炼胶比重稍小为1.080，填充系数为0.75，则单车塑炼重量=400

10、*0.75*1.080=324kg，班产=100*324=32.4吨，日产97.2吨。432吨母炼胶需5台Gk400型密炼机，剩余54吨产能，所以一台密炼机一班可以不工作。每三天可有一台机器不工作一天。3.3上辅机系统中储罐的确定3.3.1炭黑储罐数的确定每条标胎含炭黑约15.8公斤，日产4680条轮胎，则日需炭黑量=4680*15.8=74吨，每班需要24.7吨。选取储量为5吨的储罐，则需要炭黑储罐数为5个，剩余0.3吨的储能。另外，需预留需手动投炭黑的罐8个。3.3.2油料储罐的确定每条标胎含油约0.23公斤，日产4680条轮胎，则日需油料=4680*0.23=1.08吨，取储量为5吨的油

11、料储罐，由于天然橡胶中增塑剂为硬脂酸，故只需1个储罐作为中间保温储罐，另外需要1-2个加热脱水罐。然而考虑到轮胎各配件油料有所不同，故需不同的罐来储存。子午线轮胎配件的油料分别是芳烃油、松焦油、高芳烃油、环烷油、硬脂酸、微晶蜡、石蜡（即附录表8-4到8-8）可以看出子午线轮胎的油料有7种，故需7个5吨的油料储罐。 四、辅助设备的计算及选型为确保混炼胶质量符合下一流程，以及最终产品质量达到要求，混炼的胶料需要检测，可以从密度、硬度确定配方组分是否按要求重量加入，门尼粘度确定粘度是否稳定保证加工性能。4.1检测方案确定根据各项目的测试目的、数据有效性、数据表征范围的交叉覆盖及对实际生产的指导意义，

12、消除重复性测试，在全钢载重子午线轮胎生产过程中，正常合理的快速检测项目是：对母炼胶采取密度和门尼粘度测试控制，对终炼胶有两种方案，一是采取硬度、密度、门尼粘度控制，二是采取门尼粘度、流变仪控制。钢丝抽出、焦烧、炭黑分散、物性检测等项目可以作为某一周期内的例行检查，同时作为现场出现异常时进行即时鉴定、研究分析的工具。母炼胶采取密度和门尼粘度测试控制。母炼胶的比重测试项目因为单项投资小,速度快，可以进行逐车次检测, 门尼粘度测试频次设置为母炼胶20%（即每10车抽检2车）。 每班实际有效时间为404min，每班可生产100车。每车母炼胶的比重测试时间为10秒，每班比重测试时间=100*10/60=

13、16.7min404min,故只需1台比重测试仪。（需确定具体的比重测试仪型号）每车门尼粘度时间为6min，每班门尼粘度测试时间=6*100*0.2=120min404min,故只需1台门尼粘度计。（MZ-4016B型门尼粘度仪）对终炼胶采用方案一，即采取硬度、密度、门尼粘度控制。终炼胶的比重和硬度项目因为单项投资小，测试速度快，可以进行逐车次检测，门尼粘度测试频次设置为终炼胶10%即可以满足控制要求。每班实际有效时间为404min，终炼胶每班可生产158车。每车终炼胶的比重测试时间为10秒，每班比重测试时间=158*10/60=27min404min,故只需1台比重测试仪。每车终硬度的测试时

14、间为10秒，每班硬度测试时间=158*10/60=27min404min,故只需1台硬度测试仪。每车门尼粘度时间为6min，每班门尼粘度测试时间=6*158*0.1=95min404min,故只需1台门尼粘度仪（MZ-4016B型门尼粘度仪）所以门尼粘度仪共1台，比重仪共1台，硬度计共1台。4.2检测设备的选取4.2.1门尼粘度仪选用ZWM-型（图41）门尼粘度仪。它由计算机、数据采集控制器和机械构件三部分组成。是用来测定各种未硫化的天热橡胶，合成橡胶及再生橡胶的门尼粘度，焦烧时间和硫化指数。在先进PC机windows XP 视窗软件的强有力的支持下，加上优良的用户软件和先进的硬件设备使得整个

15、测量变得非常方便、快捷、精确和愉快。主要技术规格 1 执行标准：ISO289 GB/T1232标准2 测温范围：常温-200C3 测温精度： 0.3C4 控温精度：0.3 C5 温度分辨率：0.1C6 力矩量程 ：0-200门尼值7 标定精度： 100门尼值8 转子转速：2转/分9 测量时间：0-200分 分辨率 1 秒10 环境温度：0-35 C11 相对湿度：80%12 实验压力：0.45-0.6MPA13 配气 ：0.45-0.6MPA14 电源 交流：220V 50HZ 图41 ZWM-型门尼粘度仪4.2.2电子比重仪/密度仪选用GH-300E电子比重仪/密度仪如图4-2，。GH-30

16、0E电子比重计/密度计功能强大，操作起来比较方面，有快速的测试、缩短时间的浪费灯特点。测塑胶可以选择这款机器GH-300E，可以测出塑胶颗粒内两种主要成分的混合比，可以清晰的了解自己的产品，更好的提高产品质量，节省成本 GH-300E电子比重计是一款直读型的密度计，价格经济实惠，且可直接读取任意固体、颗粒、浮体之比重测试步骤： 1、放样品于测量台上秤重量并记忆。 2、放样品于水中秤重量并记忆，立即读出结果。3图4-2 GH-300E电子比重仪、密度仪图片及操作步骤4.2.3硬度计一般用TH200邵氏A型橡胶硬度计测其硬度如图4-3，本仪器为橡胶A型硬度计，它具有携带方便、造型美观、重量轻等优点

17、。能快速准确地进行塑料、软橡胶、合成橡胶、打印胶辊的测量。在化工及橡胶业有着广泛的应用。 图4-3 TH200邵氏A型橡胶硬度计 五、设计结果概要或设计一览表5.1天然橡胶的基础配方如表表 天然橡胶的基础配方原材料名称NBS标准试样编号质量份原材料名称NBS标准试样编号质量份天然橡胶100防老剂PBN3771氧化锌3705促进剂MBTS3731硬脂酸3722硫磺3712.5 NBS为美国国家标准缩写。注：硫化条件：1400C10min、1400C20min、1400C40min、1400C80min。5.2设备表设备型号台数密炼机F270（终炼）2Gk400(母炼)5炭黑储罐5吨8油料储罐5吨

18、7挤出机XJY-S330双螺杆挤出压片机1胶片冷却机组XPG-800B胶片冷却机组1门尼粘度计 ZWM-型1硬度计TH200邵氏A型橡胶硬度计15.3 一条标胎所用配方和混炼特性序号配方重量（kg）段数1A带束4.90 3.50 2B胎体3.50 2.80 3C气密2.60 2.00 4D过渡4.20 2.80 5E胎侧9.00 3.00 6F胎冠14.70 2.90 7G基部2.60 2.50 8H肩垫3.00 2.50 9I三角5.40 2.80 10J其他1.10 3.00 标胎总质量51.00公斤。5.4 每班生产时间安排表运算项目TBR每班用餐时间 min30换规格 min/次4换规

19、格次数 次/班 3宽裕时间 %2设备维修保养 %5回炼率 %1.7回丝率 %0.3其他：有效生产日期一般按照300天/年，计算终炼胶的混炼周期一般为150-200秒；母炼胶周期为210-270秒5.5 检测时间项目门尼粘度流变仪门尼焦烧硬度比重物性速度6min4.2min21min10秒10秒55min门尼粘度：实际测试时间5分钟，操作25秒，加上等待、故障时间，流变仪：实际测试时间3和4分钟，平均3.7分钟，加上操作等待、故障时间，门尼焦稍：实际测试时间20分钟，操作25秒，加上等待、故障时间，物性：包括制样5min、硫化30min、冷却10min、测试10min。六、总结通过本次设计，让我

20、们更加了解了橡胶工艺。加深理论与实际相结合，认识到了自己在学习上的不足。引发思考，促进思想进步。七、 附图(工艺流程简图、主体设备工艺条件图等)配方调用炭黑输送储存油料输送储存烘切胶胶料混炼配料生胶检测放入不合格区细料生胶称量炭黑称量油料称量密炼（母炼胶）出片至收胶密炼机及其他设备选用密度检测门尼粘度20%抽检密炼（终炼胶）放入不合格区检测设备的选取门尼粘度10%抽检硬度检测比重检测停放至发胶TH-200邵氏橡胶硬度计GH-300E电子比重仪/密度仪MZ-4016B型门尼粘度仪放入不合格品区图7-1 橡胶混炼过程图7-2 橡胶制品工艺图八附录表8-1 F系列大容量密炼机主要技术参数密炼机型号F

21、270F370混炼室容积/L255396装胶料（相对密度1.0）/kg210320填充系数0.75-0.850.75-0.85转子最低转速/(r/min)66转子最高转速/(r/min)8060转子没转功率/(kw/r)24.326.8DC上顶栓风直径/mm560660.4上顶栓空气压力/Mpa0.6-0.70.7-0.8表8-2压片机性能参数性能参数XJY-S300螺杆直径，mm330螺杆转数，r/min3.1-31螺杆工作长度，mm1200挤出电机功率，kW90挤出电机电压，V440DC辊筒规格，mm480100辊筒转数或线速度2.5-25 r/min胶片厚度，mm4-12胶片宽度，mm7

22、50压片电机功率，kW90压片电机电压，V440DC压缩空气压力和消耗量0.56-0.7MPa冷却水压力和消耗量0.3-0.4 MPa，0.75m3/min生产能力，t/h8外形尺寸（长宽高），mm461037304680总重量，t27（不包括电气）表8-3冷却机组性能参数型号XPG-800B接取输送带速度，m/min36挂胶杆间距，mm100挂胶链驱动方式电机减速器，7.5kW鼓风机功率，kW0.25,24台整机消耗功率，kW25压缩空气压力，MPa0.6-0.8,0.5 m3/min外形尺寸（长宽高），m19.64.11810.78设备重量，t24.7 表8-4 子午线轮胎胎面胶油料配方

23、单位：质量份原材料载重子午线轮胎胎面胶轿车子午线轮胎胎面胶NRNR/SBRNR/BRNR/BR/SBRNRNR/BR/SBR硬脂酸5455551.2微晶蜡1芳烃油631196松焦油4.5 表8-5 子午线轮胎胎侧胶油料配方 单位：质量份原材料载重子午线轮胎胎面胶轿车子午线轮胎胎面胶NR/BRNR/BRNR/BRNR/BRNR/EPDM/CIIRNR/CIIR/BR硬脂酸2221.521.5微晶蜡11111高芳烃油656655 表8-6 子午线轮胎带束层胶油料配方 单位：质量份原材料带束层帘布胶带束层端部夹胶胎肩垫胶硬脂酸1.52.01.5芳烃油66松焦油5 表8-7 子午线轮胎胎体胶油料配方

24、单位：质量份原材料胎体帘布层胶气密层胶油皮胶钢丝帘布胶聚酯帘布胶尼龙帘布胶人造丝帘布胶CIIRCIIR/NR硬脂酸2222222.5松香1松焦油63335环烷油8 表8-8 钢丝圈各胶料油料配方 单位：质量份原材料三角填充胶子口护胶钢丝圈胶上胶芯下胶芯单一胶芯NR/BRNR硬脂酸223231芳烃油664松焦油553九、参考资料1. 杨清芝实用橡胶工艺学北京：化学工业出版社，2005.42. 陈锦波橡胶混炼技术的最新研究世界橡胶工业，2005，第32卷第6期3. 陈锦波橡胶混炼过程中的生热与导热问题世界橡胶工业，2003，第31卷第期4. 最新橡胶混炼工艺原理工艺技术，2004年第12期5. 王艳秋橡胶塑炼与混炼化学工业出版社，2005.106. 王宗明.邱军.张灵转矩流变仪用连续循环混合器辅机的研制 期刊论文 -工程塑料应用2010(12)7. 张安强;林雅铃;王炼石Brabender转矩流变仪在橡胶加工性能评价中的应用期刊论文 -弹性体2007(06)8. 李荣柱用氦比重仪测定炭素材料的真密度铝镁通讯，2007年第3期17