捏合機Kneader reactor)是一種混合攪拌機,通常用於高粘度體系下的反應,混合,乾燥等工藝,尤其適用於高分子材料,即塑料製品的製備與加工。捏合機的作用是將各種組分進行混合,通過機械攪拌和外界加熱,使各組分相互反應,或將輕質組分分離。

利斯特單軸捏合機

歷史

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捏合機是由海因茨·利斯特(Heinz List)英語Heinz List發展而來的,該技術在處理工業上一經出現就變得相當流行。1966年海因茨·利斯特用自己的名字命名在瑞士阿里斯多夫(Arisdorf)創立了世界上第一家捏合機製造工程公司LIST AG。 2016年利斯特公司被約科布·繆勒公司(Jakob Müller)全資收購,更名為LIST Technology AG。

在1966年,利斯特曾說「在操作過程中,高濃度物料要比低濃度有效,同時也更加經濟」。利斯特認為處理高濃度的物料,意味著溶劑較少甚至沒有溶劑,這樣可以最大限度的提高每單位體積的工序收益。處理高濃度物料本身是一個非常複雜,並且具有挑戰性的工作,為了更好的處理高濃度物料,需要發展新技術。於是,他開始開發可靠的、並且能夠在高濃度物料中處理相變的工藝技術。

應用範圍

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捏合機反應器用於高粘度材料,比如:口香糖,生麵團,太妃糖,紡絲溶液 (如芳綸,萊塞爾纖維等)橡皮泥,橡膠矽酮粘合劑,樹脂製品和其他高分子產品。反應物可以是液體,粉末,固體(泥漿),這些物料的粘度大約是1000000cps,並且反應過程中,反應物不經過物理相變。捏合機主要用於塑料製品的本體聚合反應,脫揮,擠出造粒過程,將樹脂和各種助劑混合,在機械攪拌和給物料加熱的條件下,將各組分混合均勻,再經過塑煉等過程後,製成便於加工成型的緊密的球形、圓柱形、立方形顆粒。

分類形式

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  • 根據類型不同,可分為單軸捏合機和雙軸捏合機。
  • 根據用途不同,可分為炭素捏合機、矽橡膠捏合機、纖維素溶解機、真空捏合機、芳綸溶解機等。
  • 根據溫度不同,可以製成常溫型捏合機、普通加熱型捏合機、高溫型捏合機三種。
  • 根據加熱形式不同,可製成電加熱型捏合機、油加熱型捏合機等。
  • 根據加工量不同,可分為實驗室捏合機、生產型捏合機、特大型捏合機等[1]

選擇

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針對不同物料相區特性捏合機可分為單軸和雙軸捏合機兩大類。 當過程中出現相變時,傳統技術需要用稀釋液。稀釋液或者溶劑能夠減小反應物的粘度,使其在反應器中混合,並且容易控制反應溫度。捏合機是一種可以允許濃相合成的技術解決方案,減少或消除溶劑的使用量,增強過程本身。

工作原理

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捏合機是利用機械攪拌,即葉片的攪拌和對物料加熱,將各種組分混合均勻,但不同類型的捏合機工作原理不完全相同。

  • 利斯特捏合機工作原理:攪拌器由一根或兩根攪拌軸組成,主軸轉速為20-200 r/min, 副軸做為清潔軸,清理粘附在主攪拌軸上的物料,以便更好的混合攪拌。物料在混合室的側壁上翻,在混合室不斷沿軸向前推,與此同時混合軸與內壁上的刮刀或清潔軸作用,使物料在徑向充分混合,並且物料不粘附在工藝腔室內,最終使物料混合均勻,形成了均勻分散的體系
  • Z型捏合機工作原理:攪拌器轉動時,兩軸轉速度不同,主軸轉速為20-40r/min,副軸為10-20 r/min。通過攪拌器的轉動,物料在混合室的側壁上翻,在混合室的中間下落,實現了物料的位置交換,如此重複交換位置,從而使物料混合均勻,形成了均勻分散的體系
  • 高速捏合機工作原理:物料從加料孔加入到混合室中,通過攪拌槳的高速攪拌作用,攪拌槳表面和物料產生摩擦力,同時,攪拌槳側面施加給物料一個推力,在這兩個力的作用下,物料沿攪拌槳做切向運動。於此同時,因為有離心力的作用,物料被拋向混合室內部,並沿著壁面上升,升到一定高度後,在重力的作用下,物料降回到攪拌槳的中心,接著又受到兩個力的作用,做切向運動被拋起,如此循環,使物料螺旋狀的不停運動,從而達到混合均勻的目的[2]

主要結構

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捏合機主要由混合室、機座部分、攪拌裝置、排料裝置、加熱裝置、傳動裝置等組成。捏合機類型不同,結構會有不同程度的差別[3]

  • 利斯特捏合機:主要由進料系統,帶有夾套的混合室,內壁刮刀,單軸或一對攪拌軸,齒輪箱,下料螺杆,汽包以及傳動裝置等組成。
  • Z型捏合機:主要部分有:鞍型底的混合室和一對形狀為Z型的攪拌器。
  • 高速捏合機:主要由迴轉蓋、混合室、攪拌槳、折流板、排料裝置、加熱裝置以及傳動裝置等組成。混合室是圓筒形,包括內層、加熱夾套、絕緣層,以及外套。內層具有很高的耐磨性,上邊與迴轉蓋相連,下面接有排料口。流線型的折流板掛在迴轉蓋上,內部是空腔,通常含有熱電偶。

作用特點

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對於一些粘度較高、流動性較差的漿體,如麵團和蜂蜜等,以及塑料固體等用一般攪拌機和混合機不能加工的物料,用捏合機加工效果較好。捏合機一般先對物料進行局部混合,再使其整體混合,具有捏合、糅合和調合的作用。捏合機必須給予物料一定的擠壓力、剪切力、摺疊力等作用,才能使物料混合均勻,因此,捏合機的葉片格外堅固,必須可以承受巨大的作用力,容器的殼體也因此具有足夠的強度和剛度。

捏合機是雙槳平行的臥式結構,為了保證物料的化學性能不變,凡是與物料接觸的零部件,如拌槳、牆板等必須是不鏽鋼製件,具有耐腐蝕[4]

相關條目

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參考文獻

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  1. ^ 周鳳舉. 差速捏合機原理及應用[J]. 有機氟工業, 2000, (4): 11-12
  2. ^ 奇貴亮. 塑料擠出成型技術[M]. 北京:機械工業出版社, 2012.
  3. ^ 奇貴亮. 塑料擠出成型技術[M]. 北京:機械工業出版社, 2012
  4. ^ 張麗葉. 擠出成型[M]. 化學工業出版社:材料科學與工程出版中心, 2002.