proces mieszaniu

proces mieszaniu

S p o rzą d za n ie m ie sz a n e k

W artykule przedstawiono aspekty techniczne spo­

rządzania mieszanek gumowych, parametry techniczne procesu mieszania, sposoby sterowania nimi oraz ich wpływ na jakość mieszanek. Nie będą natomiast oma­

wiane zagadnienia technologiczne, receptury miesza­

nek gumowych itp. Bardziej szczegółowe przedstawie­

nie tych zagadnień znaleźć można w „Poradniku tech­

nologa gumy” [1].

Konstrukcje obecnie stosowanych urządzeń do wy­

konywania mieszanek gumowych wynikają z następu­

jących założeń: dostawa kauczuków w 20-30 kg kost­

kach, konieczność częstych zmian asortymentu produ­

kowanych mieszanek oraz ograniczenia temperatury procesu.

Przemysł tworzyw sztucznych od dawna stosuje procesy mieszania ciągłego, natomiast przemysł gumo­

wy pozostał przy mieszaniu okresowym. Powodem te­

go stanu rzeczy są czynniki podane wyżej oraz ciągle niezadowalająca jakość mieszanek gumowych i wyso­

kie ceny granulowanych składników mieszanek nie­

zbędnych w procesie ciągłym.

W czasie sporządzania mieszanek gumowych wy­

wiązują się duże ilości ciepła ze względu na zastosowa­

nie dużych sił, potrzebnych do uzyskania odpowiednie­

go stopnia wymieszania składników (zdyspergowania w kauczuku/kauczukach), oraz dużą lepkość mieszan­

ki. Zbyt wysoka temperatura zmniejsza efektywność mieszania (zmniejsza się lepkość mieszanki i maleją występujące siły ścinające) oraz może prowadzić do przedwczesnego sieciowania. Trudności w kontrolowa­

niu temperatury są tym większe, im większa jest mie­

szarka zamknięta (mikser). Zmniejsza się bowiem wiel­

kość powierzchni przypadająca na jednostkę objętości mieszanych materiałów.

W celu skrócenia czasu mieszania w mikserach sto­

suje się coraz większe prędkości obrotowe rotorów.

Kontrola temperatury mieszanki, a także innych para­

metrów pracy miksera, jest w tej sytuacji zagadnieniem o jeszcze większym znaczeniu. *

* Instytut Przemysłu Gumowego „Stomil”, Piastów

Wykonanie mieszanki gumowej obejmuje uplas­

tycznienie i bardzo często zmieszanie kauczuków oraz zdyspergowanie napełniaczy, zmiękczaczy i innych składników w mieszaninie kauczuków. Po dodaniu na­

pełniaczy i innych składników zachodzą cztery nastę­

pujące procesy fizyczne:

W prowadzanie (wrabianie) stałych i ciekłych składników do mieszaniny kauczuków. Proces ten obejmuje zwilżanie przez kauczuk cząstek napeł- niacza i ich rozdrabnianie na mniejsze fragmenty.

Dyspersja czyli stopniowe rozdrabnianie cząstek napełniacza w mieszance, towarzyszy temu unieru­

chomienie części kauczuku przez związek z innymi składnikami mieszanki, najczęściej napełniaczem.

Uplastycznianie mieszanki i związana z nią mody­

fikacja jej właściwości Teologicznych, spowodo­

wane głównie przez zmniejszenie lepkości w wyni­

ku degradacji mechanochemicznej kauczuków i zmianę ich właściwości lepkosprężystych.

Rozprowadzanie (zwane także mieszaniem dystry­

bucyjnym) w masie mieszanki cząstek napełniaczy i innych składników bez zmiany ich wielkości.

Proces ten przebiega podczas całego cyklu miesza­

nia.

Podczas mieszania w mieszarce zamkniętej (mikserze) rozróżnia się zmienne operacyjne (parametry), które można regulować, czyli parametry procesu mieszania i zmienne, które mierzy się w czasie trwania cyklu mie­

szania, kontrolując w ten sposób jego przebieg.

Dla danego miksera parametrami, które można re­

gulować są:

• współczynnik napełniania (stosunek objętości mieszanki do objętości komory mieszarki),

• początkowa temperatura ścian wewnętrznych mieszarki,

• wydajność chłodzenia (zależna od Szybkości przepływu i temperatury wody chłodzącej),

• szybkość obrotowa wirników (rotorów),

• ciśnienie i/lub położenie tłoka,

• kolejność i czas dodawania składników mie­

szanki.

Zmiennymi, które można mierzyć podczas cyklu mieszania są:

TOM 10 marzec - kwiecień 2006 r. nr 2

• temperatura mieszanki w różnych obszarach miksera,

• czas mieszania,

• pobór mocy,

• energia mieszania,

• położenie tłoka.

Do ustalania parametrów procesu sporządzania mieszanek gumowych zastosowano metody modelo­

wania matematycznego. W wyniku tych rozważań stwierdzono, że pod względem kinetycznym proces dezaglomeracji (rozdrabniania aglomeratów) napełnia- cza jest dobrze opisany równaniem różniczkowym pierwszego stopnia. W równaniu tym szybkość dysper­

sji składników jest proporcjonalna do lokalnej gęstości mocy [2]. Zatem do optymalizacji procesu mieszania można stosować jako wskaźnik stosunek mocy pobra­

nej przez silnik do objętości mieszanki [1].

3. Budowa i rodzaje mi-

'

Miksery są podstawowymi urządzeniami stosowa­

nymi w przemyśle gumowym do okresowego sporzą­

dzania mieszanek gumowych. Podstawowe elementy miksera przedstawia rys.l. Obecnie stosuje się dwa ro­

dzaje mikserów różniące się budową komory mieszania i kształtem wirników, są to miksery o wirnikach stycz­

nych (ang. tangential rotor) - rys. 1 oraz zazębiających się (ang. intermeshing rotor) - rys 2. W mikserach o wirnikach stycznych szybciej następuje pierwsza faza mieszania ze względu na dużą przestrzeń pomiędzy wirnikami. W przypadku wirników zazębiających się ta przestrzeń jest dużo mniejsza. W niektórych typach mi­

kserów z wirnikami zazębiającymi się, w celu zmniej­

szenia tej wady, zastosowano rozsuwane rotory, które na początku cyklu mieszania tworzą dodatkową prze­

strzeń ułatwiającą wrabianie się składników mieszanki.

Obszar mieszania dyspersyjnego w mieszarkach o wirnikach stycznych składa się ze zbieżnej strefy prze­

pływu znajdującej się przy końcach wirników oraz z pus­

tych przestrzeni znajdujących się pomiędzy końcami wirników a ścianką komory miksera. Daje to krótki czas przepływu i krótki czas przebywania w tej strefie.

W przypadku rotorów zazębiających się droga przepły­

wu jest większa, co daje lepsze rozbicie aglomeratów napełniacza podczas cyklu przechodzenia przez tę strefę.

Jednak kształt tej strefy powoduje powstanie sił reakcji mieszanki (kauczuku) przeciwdziałających tworzeniu się wolnej przestrzeni w początkowym okresie mieszania.

Zapewnienie mieszania dystrybucyjnego wymaga przemieszczeń mieszanki i mieszania się jej różnych fragmentów, tak aby uzyskać jednorodną mieszankę w całej objętości. W przypadku mikserów z wirnikami zazębiającymi się lokalne mieszanie dystrybucyjne osiąga się poprzez połączenie okrężnych strumieni mie­

szanki płynących wokół wirników w obszarach ponad nimi oraz z podziału strumieni mieszanki gumowej w obszarach znajdujących się poniżej wirników.

Rys. 1. Przekrój miksera o wirnikach stycznych [1]

Fig. 1. Cross-section o f internal mixer with a tangential rotors ^{[ 1} ]

W mikserach o wirnikach stycznych występuje słabsze wzajemne oddziaływanie strumieni mieszanki gumowej pomiędzy wirnikami oraz mniej intensywny wymuszony obieg mieszanki. W wyniku tego w mikse­

rach tych mieszanie dystrybucyjne jest słabsze w po­

równaniu z mikserami o wirnikach zazębiających się.

W niektórych typach mikserów o wirnikach stycznych, poprzez zmiany konstrukcyjne wirników (np. wydłuże­

nie długich skrzydeł) uzyskuje się poprawę mieszania dystrybucyjnego. Inny sposób poprawy mieszania dys­

trybucyjnego w mikserach o stycznych wirnikach pole-

Rys. 2. Przekrój miksera o wirnikach zazębiających się [1]

Fig. 2. Cross-section o f an intermeshing internal mixer

Ul

Sfad& wt& Uf nr 2 marzec - kwiecień 2006 r. TOM 10

proces m ieszania

ga na odpowiednim synchronizowaniu prędkości obro­

towych wirników, tak aby skrzydła obydwu wirników znajdowały się w optymalnym położeniu względem siebie w ciągu całego procesu mieszania.

Przebieg mieszania można kontrolować wykorzys­

tując jedną z wymienionych zmiennych lub kombina­

cję kilku.

Na rys. 3 przedstawiono schematyczny opis wyko­

nywania mieszanek gumowych jako sekwencji proce­

sów jednostkowych.

Strumień wejściowy pierwszego procesu obejmuje składniki mieszanki, którą trzeba zważyć i być może poddać wstępnej obróbce, tj. suszeniu, kondycjonowa- niu cieplnemu (dotyczy to zwłaszcza kauczuków, które powinny mieć stałą temperaturę) i rozdrobnieniu. Para­

metrami tego procesu są fizyczne i chemiczne charakte­

rystyki składników oraz ich ilości. Strumień wyjściowy tego procesu powinny stanowić prawidłowo odważone składniki o znanej charakterystyce.

Drugim procesem jednostkowym jest załadowanie składników do mieszarki. Można tu stosować różne procedury. Jakość lub czasami nawet możliwość wyko­

nania mieszanki zależy od wybranej procedury. Znane

Rys. 3. Procesy jednostkowe występujące podczas wy­

konywania mieszanek gumowych

Fig. 3. Unit operations during mixing o f rubber com­

pounds

są dwa skrajne sposoby: zwykły (najpierw wprowadza się do mieszarki kauczuk, a po jego uplastycznieniu pozostałe składniki) i tzw. odwrócony („do góry noga­

mi” - ang. „upsidedown”; najpierw wprowadza się na- pełniacze, zmiękczacze i inne składniki, a następnie kauczuk.

Między tymi skrajnymi procedurami istnieje sporo wariantów pośrednich. Optymalna kolejność dodawa­

nia składników zależy od typu mieszarki, jej pojemnoś­

ci i stopnia zużycia, szybkości obrotowej wirników, osiągalnego ciśnienia wywieranego przez tłok, rodzaju i ilości kauczuków, napełniaczy, zmiękczaczy i składni­

ków dodawanych w mniejszych ilościach [3].

Przyjęte są jednak pewne ogólne zasady. Na przy­

kład napełniacze dodaje się zazwyczaj we wczesnej fazie cyklu mieszania, co umożliwia uzyskanie ich dobrej dyspersji ze względu na większą lepkość mie­

szanki, a więc i większe naprężenia ścinające wystę­

pujące w komorze mieszarki. Z tych samych powo­

dów zmiękczacze i plastyfikatory, które zmniejszają lepkość mieszanki i w przypadku ich dodawania w dużych ilościach mogą utrudnić dyspersję na­

pełniaczy, są zwykle dodawane później. Jednak z dru­

giej strony, jeżeli zmiękczacze i plastyfikatory zosta­

ną dodane po wprowadzeniu do kauczuku napełnia­

czy, mogą pokryć powierzchnię ścian mieszarki i wir­

ników, wywołując działanie smarujące, co zmniejsza skuteczność mieszania. Z tego powodu stosuje się procedurę „do góry nogami” lub dodaje zmiękczacze wraz z absorbującym je napełniaczem, np. sadzą. Bar­

dzo pomocne przy ustalaniu kolejności i czasu doda­

wania składników jest rejestrowanie poboru mocy [4]. Zagadnienie to będzie omówione dalej.

Ze schematu przedstawionego na rys. 3 wynika, że obok param etrów sam ego procesu m ieszania również niedokładne odważanie składników i stoso­

wanie kauczuku o różnej temperaturze (różne pory ro­

ku) mogą wpływać na powtarzalność właściwości mieszanek gumowych i wulkanizatów. Wprowadze­

nie automatycznego odważania składników ma ko­

rzystny wpływ na powtarzalność właściwości miesza­

nek.

Podstawowymi kryteriami zakończenia procesu mieszania są często czas i temperatura. Problem polega na ustaleniu eksperymentalnie takiego czasu trwania cyklu lub takiej temperatury mieszanki, które zapew­

niałyby odpowiednią jakość wyrobów gumowych i do­

brą powtarzalność właściwości poszczególnych namia­

rów mieszanki.

Obecnie wiadomo, że bardziej precyzyjne i powta­

rzalne sterowanie cyklem mieszania można osiągnąć śledząc (oprócz kryteriów podanych wyżej) także zmia­

ny poboru mocy lub zużycia energii w różnych stadiach cyklu mieszania [5].

Prowadzenie mieszania w ustalonym czasie nie da­

je możliwości uwzględnienia różnic temperatury ścian mieszarki, wpływu szybkości chłodzenia i różnic tem­

peratury załadowywanego kauczuku. Może to powodo­

wać znaczne różnice we właściwościach poszczegól­

nych namiarów mieszanki.

TOM 10 marzec - kwiecień 2006 r. StaAt&to&iy nr 2

Lepszym kryterium jest prowadzenie cyklu mie­

szania do ustalonej temperatury. W tym przypadku głównym ograniczeniem jest dokładność pomiaru tem­

peratury mieszanki oraz złożoność procesów zachodzą­

cych w czasie mieszania. Odbieranie ciepła przez ścia­

ny mieszarki i złe przewodnictwo cieplne mieszanki gumowej powodują często, że pomiary temperatury są niedokładne. Dopuszczalna różnica rzeczywistej i mie­

rzonej temperatury mieszanki na końcu cyklu nie po­

winna przekraczać 12°C.

Przetworniki (czujniki) temperatury umieszcza się w różnych miejscach: w ścianie komory, tak żeby sty­

kała się z częścią mieszanki znajdującą się nad szcze­

liną między rotorami, w stemplu tłoka i górnej części klapy spustowej mieszarki. Obecnie uważa się, że naj­

bardziej niezawodnym miejscem ich umieszczenia jest górna część klapy spustowej [6]. W wielu mieszarkach są zainstalowane dwie termopary: w ścianie komory i górnej części klapy spustowej. Jest to rozwiązanie naj­

korzystniejsze, ponieważ pozwala na lepszą kontrolę przebiegu mieszania.

Ważna jest nie tylko końcowa temperatura cyklu, lecz również przebieg zmian temperatury w czasie cyklu. Różnice między krzywymi zmian temperatury różnych namiarów mieszanki świadczą o zakłóce­

niach w procesie mieszania. Na podstawie krzywej temperatura - czas mieszania można określić moment dodawania zmiękczaczy i zespołu wulkanizującego.

Mieszarki mają również zainstalowane termopary mierzące temperaturę ich ścian. Problemy związane z dokładnością pom iaru tem peratury m ieszanki można przezwyciężyć prowadząc mieszanie do usta­

lonego wkładu energii.

Teoretycznie przemiana energii mechanicznej w energię cieplną podczas mieszania powinna być jed­

nakowa przy stałych parametrach procesu mieszania i jednakowych właściwościach surowców dodawanych do mieszarki. Jednak w praktyce jest bardzo trudno utrzymać stałe parametry procesu mieszania. Częste zmiany temperatury surowców dodawanych do mie­

szarki, spowodowane przyczynami klimatycznymi lub technologicznymi, również wpływają na zużycie ener­

gii podczas mieszania. Dlatego kryterium wkładu ener­

gii nie można stosować samodzielnie, ale równolegle z kryterium temperaturowym lub czasowym. W razie przekroczenia temperatury należy wyładować mieszan­

kę mimo mniejszego wkładu energii.

Kryterium energetyczne zapewnia bardzo dobrą powtarzalność właściwości mieszanek pod warunkiem zachowania stałych parametrów mieszania i stałych właściwości materiałów dodawanych do mieszarki, w cyklach mieszania dłuższych niż 3 min. W rzeczy­

wistości gwarantuje więc ono powtarzalne przeprowa­

dzenie cyklu mieszania, a nie powtarzalne właściwości mieszanek.

Optymalny wkład energii mieszania trzeba ustalić dla wybranego zespołu parametrów procesu mieszania.

Stopień zdyspergowania napełniaczy w mieszance jest proporcjonalny do energii właściwej mieszania, czyli energii przypadającej na kg mieszanki.

Wymagany stopień dyspersji zależy od tego, jakimi metodami mieszanka będzie przetwarzana (wytłacza­

nie, kalandrowanie itp.) i wymagań stawianych wyko­

nywanym z niej wyrobom.

Stopień dyspersji napełniaczy, przede wszystkim sadzy, można oceniać na podstawie analizy mikrosko­

powej, optycznej oceny przeciętych krawędzi mieszan­

ki i pomiarów oporności elektrycznej [7,8], Stosowanie kryterium wkładu energii wymaga zainstalowania miernika i rejestracji poboru mocy i obliczanie energii procesu mieszania. Rejestracja poboru mocy umożli­

wia ponadto sprawdzanie wpływu parametrów procesu mieszania oraz kolejności i momentu dodawania skład­

ników na kształt krzywej poboru mocy. Pozwala to na ustalenie najkorzystniejszych warunków mieszania. Na rys. 4a widać, że jeżeli po uplastycznieniu kauczuku doda się jednocześnie sadzę i olej, to wystąpią małe siły ścinające (wpływ oleju), uniemożliwiające uzyskanie dobrej dyspersji sadzy. Jeżeli doda się najpierw samą sadzę, to możliwy jest większy moment obrotowy i większe siły ścinające (rys. 4b). Olej musi być jednak dodany przed całkowitym wrobieniem sadzy, ponieważ inaczej nie będzie przez nią absorbowany i będzie prze­

mieszczał się w kierunku ścian mieszarki, zmniejszając

Rys. 4. Wpływ różnych sposobów dodawania sadzy i oleju na przebieg procesu mieszania [14]

Fig. 4. Influence o f different ways o f carbon black and oil addition on mixing process [14]

SfadtM t& U f nr 2 marzec — kwiecień 2006 r. TOM 10

proces mieszania

Rys. 5. Położenie tłoka w idealnym procesie mieszania [1]

Fig. 5. An idealized internal mixer ram position profile fo r a mixing process [1]

tarcie między nimi a mieszanką. Efekt mieszania spad­

nie prawie do zera i w konsekwencji konieczne będzie wydłużenie cyklu mieszania (rys. 4c). Z rys. 4 wynika, że składniki mieszanki muszą być dodawane w maksy­

malnie powtarzalny sposób.

Bardzo przydatne do kontroli przebiegu mieszania jest urządzenie wskazujące i rejestrujące położenie tło­

ka [6]. W miarę trwania procesu mieszania zmienia się gęstość wykonywanej mieszanki, a co za tym idzie, objętość robocza mieszarki. Wskaźnik położenia tłoka pozwala na śledzenie zmian objętości roboczej mie­

szarki; jest on również przydatny przy ustalaniu opty­

malnego stopnia jej napełnienia [9].

Przy właściwym stopniu napełnienia tłok osiąga położenie dolne pod koniec cyklu mieszania. Przebieg zmian położenia tłoka przedstawia rys. 5. W czasie, gdy tłok jest opuszczony i dociska mieszankę, jego położe­

nie ulega wahaniom. W końcowym etapie sporządzania mieszanki, gdy tłok dąży do położenia najniższego, osiągane jest chwilowo jego najniższe możliwe położe­

nie. Wykonując serię takich samych mieszanek powin­

no się dążyć do tego, aby każdy namiar mieszanki miał podobną krzywą zmian położenia tłoka.

Interesujące może być zastosowanie jako kryte­

rium zakończenia cyklu mieszania lepkości mieszanki, ocenianej na podstawie momentu obrotowego wirnika.

Kryterium mieszania do stałej lepkości jest trudniejsze do stosowania, ponieważ wymaga ustalenia zależności lepkości mieszanki od szybkości ścinania i temperatury [10].

Temperatura ścian wewnętrznych m ieszarki i efektywność chłodzenia

Zmiany temperatury mieszarki mają bardzo istotny wpływ na przebieg mieszania. Współczynnik tarcia

między kauczukiem a ścianą i wirnikami mieszarki ma­

leje z obniżaniem temperatury metalu, co powoduje po­

garszanie warunków mieszania w wyniku zmniejszenia sił ścinających. Na tarcie ma również wpływ stan po­

wierzchni ścian mieszarki. Zalecane jest, aby woda chłodząca miała stałą temperaturę np. w zakresie 25-30°C [5].

Zwykle po uruchomieniu mieszarki konieczne jest wykonanie 3-4 namiarów mieszanki, aby osiąg­

nąć właściwą temperaturę ścian. Można tego uniknąć stosując wstępne podgrzewanie mieszarki. Zazwyczaj w y starczy o g rz an ie m ieszark i do tem p eratu ry 30-40°C. Niektóre mieszanki, np. z EPDM, wymaga­

ją ogrzania mieszarki do temperatury 50-60°C [5].

Jednak w pewnych przypadkach zalecane są tempera­

tury niższe [11].

System kontroli temperatury mieszarki sygnalizuje szybko zakłócenia w dopływie czynnika chłodzącego poprzez nadmierny przyrost jego temperatury.

Prędkość obrotowa wirników

Prędkość obrotowa wirników określa szybkość wzrostu temperatury mieszanki podczas trwania cyklu.

Im większa prędkość obrotowa wirników, tym większa szybkość mieszania. Zwiększając prędkość obrotową korzystnie jest zmniejszyć stopień napełnienia komory.

Prędkość obrotowa wirników jest zwykle ograniczona dopuszczalną temperaturą mieszanki. W przypadku mieszarek wyposażonych w silnik prądu stałego o płyn­

nej zmianie prędkości obrotów zaleca się stosowanie dużej prędkości obrotowej na początku cyklu, potem jej zmniejszenie i znów zwiększenie pod koniec cyklu w celu skrócenia czasu wyładowania. Jednak zwiększa­

nie prędkości obrotowej powyżej pewnej granicy (za­

leżnej od typu miksera) nie prowadzi do poprawy właś­

ciwości wulkanizatów. Na rys. 6 przedstawiono zmiany wytrzymałości na rozciągania wulkanizatów mieszanki wykonanej z kauczuku SBR napełnionej 50 phr sadzy N330 [12] w zależności od parametrów mieszania.

Ciśnienie tłoka

Głównym zadaniem tłoka jest utrzymywanie składników mieszanki w strefie mieszania. Zwiększe­

nie ciśnienia tłoka daje podobny rezultat jak zwiększe-

TOM 10 marzec - kwiecień 2006 r. Sbw fom & iy nr 2

Rys. 6. Wpływ czasu mieszania oraz szybkości obroto­

wej wirnika na wytrzymałość wulkanizatów [12]

Fig. ⁶. Influence o f mixing time and rotor speed (rpm) on vulcanizate tensile strength [1 2]

nie prędkości obrotów. Wysokie ciśnienie powoduje zmniejszenie pustych przestrzeni w mieszance i zwięk­

szenie naprężeń ścinających.

Wysokie ciśnienie jest korzystne na początku cyklu mieszania, gdyż ułatwia wtłoczenie składników do ko­

mory mieszarki i wprowadzenia napełniaczy do kau­

czuku. W dalszej części cyklu, przy stosowaniu wyso­

kiego współczynnika wypełnienia miksera, niekiedy le­

piej jest zmniejszyć ciśnienie, ponieważ może to ułat­

wić przepływ mieszanki w komorze i poprawić miesza­

nie dystrybucyjne oraz zmniejszyć szybkość wzrostu temperatury mieszanki.

Stopień napełnienia

Ważną sprawą jest stosowanie optymalnego napeł­

nienia komory mieszarki. W przypadku nadmiernego napełnienia komory osiągnięcie dobrej dyspersji skład­

ników wymaga znacznie dłuższego czasu, ponadto ist­

nieje niebezpieczeństwo występowania w mieszance grudek kauczuku niewymieszanego z innymi składni­

kami. Przy zbyt małym napełnieniu komory uzyskuje się złe wymieszanie składników ze względu na wystę­

powanie za małych sił ścinających.

Optymalny stopień napełnienia zależy od szybkoś­

ci obrotowej wirników, temperatury ścian mieszarki oraz rodzaju i ilości kauczuku, napełniacza i zmiękcza- cza. Optymalny stopień napełnienia maleje ze wzros­

tem szybkości obrotowej wirników i rośnie ze wzros­

tem ciśnienia tłoka [8]. Kauczuki o większej elastycz­

ności, np. naturalny, wymagają mniejszego stopnia na­

pełnienia. Mieszanki o małej lepkości wykonuje się przy większym stopniu napełnienia.

Optymalny stopień napełnienia zapewnia najkrót­

szy czas trwania cyklu. Właściwy stopień napełnienia należy ustalić eksperymentalnie, zmieniając stopniowo namiary mieszanki. Stopień napełnienia może wynosić od 0,62 do 0,9.

6. Typowe problemy wys­

tępujące podczas wyko­

nywania m ieszanek gu- mowych

Grudki niezdyspergowanego kauczuku widoczne po wyładowaniu mieszanki na walcarkę

Przyczyny:

• załadowano kauczuk o zbyt niskiej temperatu­

rze,

• niewłaściwa wielkość namiaru,

• zbyt wcześnie dodano zmiękczacz,

• zbyt niska temperatura ścian mieszarki,

• uszkodzone lub zużyte powierzchnie ścian mie­

szarki, wirników, klapy spustowej, uszkodzony mechanizm zasilania lub tłok,

• niedostateczne lub zmienne ciśnienie tłoka, po­

wodujące, że tłok nie osiąga swojego dolnego położenia,

• niewłaściwe działanie klapy spustowej - mie­

szanie odbywa się przy częściowo otwartej kla­

pie.

Zła dyspersja sadzy i innych substancji proszko­

wych

Obecność niezdyspergowaqnych aglomeratów sub­

stancji proszkowych może być spowodowana przez:

• wilgoć zawartą w dostarczonych surowcach lub zaabsorbowaną podczas składowania,

• zbyt duży namiar mieszanki,

• zużyte rotory wymagające wymiany,

• zbyt wczesne dodawanie zmiękczaczy.

Zła dyspersja napełniaczy w mieszance o małej lepkości

Zbyt małe naprężenie ścinające. Należy stosować sposób mieszania odwrócony.

Po wyładowaniu mieszanka rozpada się na kilka niejednorodnych części

Dodano zbyt dużą ilość napełniaczy do małej ilości kauczuku. Należy dodawać napełniacze mniejszymi porcjami oraz dodać niewielką ilość zmiękczacza.

Temperatura mieszanki wzrasta zbyt szybko Należy zmniejszyć prędkość obrotową wirników i zmniejszyć ciśnienie tłoka.

Bardzo pomocne przy ustalaniu warunków miesza­

nia są mieszarki laboratoryjne o pojemności 1,2 - 1,6 1 [4,5]. Mieszarkę taką można wyposażyć w komputero­

wy system rejestracji i analizy danych. Działanie takie­

go systemu zostało opisane przez Garka i Sharmana [13]. Tego rodzaju system został również opracowany w Instytucie Przemysłu Gumowego.

Wykonywanie mieszanek gumowych jest skompli­

kowanym procesem, na który ma wpływ bardzo dużo

nr 2 marzec - kwiecień 2006 r. TOM 10

proces mieszania

czynników. Dlatego im lepszy system kontrolny posia­

da mieszarka, tym większe są możliwości wykonywa­

nia mieszanek o powtarzalnych właściwościach. Wyro­

by gumowe różnią się jednak znacznie pod względem stawianych im wymagań. W celu zapewnienia dobrej jakości mieszanek gumowych, która jest konieczna do uzyskania wyrobów gumowych o spodziewanych właściwościach, współczesne miksery powinny mieć:

możliwości zmiany prędkości obrotowej wirników, dobrą kontrolę temperatury mieszanki, precyzyjną kon­

trolę położenia tłoka oraz konstrukcję wirników dosto­

sowaną do produkowanych mieszanek i rozbudowane systemy sterowania procesem. Obecnie prowadzone są intensywne badania nad optymalizacją kształtu rotorów miksera zapewniających maksymalną efektywność mieszania [15].

1. Poradnik technologa gumy, (tłumaczenie z j. an­

gielskiego) wydany przez Instytut Przemysłu Gu­

mowego STOMIL, Piastów 2003, s. 225

2. Clark J. Petera J. Rubber Chem. Technol. 1999, ZŁ No 5, 807

3. Leblanc J.L.: Kautsch. Gummi Kunstst. 1990, 43, 883

4. Hetzel F.W. i inni: Elastomerics 1981, 113, 5

5. Ellwood H.: „Using modern mill room equip­

m ent”, Chapter ⁶ w „Developments in Rubber Technology ”, Ed. Whelan A. I Lee K.S. Elsevier Applied Science 1987

6. Flaherty W.F.: Kautsch. Gummi Kunstst. 1989, 4Ł 44

7. Funt J.M.: Rubber World, 1986,123, 21

8. „Optimization o f rubber mixing in internal mi­

xers” - opracowanie firmy Werner und Pfleiderer 9. Limper A., Referat na Konferencji Elastomery’03,

Materiały Konferencyjne opracowane przez Insty­

tut Przemysłu Gumowego „Stomil”

10. Brown C.J.: „ Computer control fo r the internal mi­

xing process” - Seminarium „Computers in the Rubber Industry”, 1990

11. Whitaker P: Kautsch. Gummi Kunstst. 1981, 34, 295

12. Schuster R., Referat na konferencji Elastomery’05, Materiały Konferencyjne opracowane przez Insty­

tut Przemysłu Gumowego „Stomil”

13. Gark K., Sharman S.: „ Using personal computer to monitor and analyse the processing o f elastomers in an internal mixer”. Komunikat. The ACS Rubber Division Meeting, October 1989

14. Limper A.: „A system approach to high quality rub­

ber mixing ” - Komunikat - Seminarium „ Compu­

ters in the Rubber Industry”, 1990 15. Elastomery 2005, £ Wydanie specjalne

Z głębokim żalem zawiadamiamy, że dnia 10 marca 2006 roku zmarła nasza nieodżałowana koleżanka

Irena Suszyńska

wieloletnia pracownica Zakładu Surowców, Zakładu Produkcji Gumowej i Biblioteki Instytutu Przemysłu Gumowego „Stomil"

Dyrekcja, koleżanki i koledzy

z Instytutu Przemysłu Gumowego „Stomil"

i Redakcji Elastomerów

TOM 10 marzec — kwiecień 2006 r. Sćote&wt&ty nr 2