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啮合转子混炼效果为何优于剪切型转子 导读：在参加2015弹性体大会的时候，第三代低温一次法的杜总说：轮胎质量的七成取决于橡胶混炼，而开炼机的混炼优于啮合式密炼机的混炼效果，而啮合式转子的混炼效果优于剪切型转子。这与如今行业的共识相似，但是却鲜能听到合理的分析，为此，笔者进行了这方面的思考，抛砖引玉，希望有更多的学者可以多加探讨。 1：拉伸流动与剪切流动 在与许多人讨论拉伸与剪切时，许多人总是用感性的认知来判别胶料混炼的拉伸与剪切，以为就如同拉面一样，做成拉面的为拉伸，刀削面的方式为剪切，其实不然，感性的认知虽然更容易让人理解事物，但是深入到微观的分析，则会有一套客观的理性分析。 在聚合物加工过程中物料通常受到拉伸应力与剪切应力的共同作用，连续相的流动可分为拉伸流动与剪切流动。 当物料的流动过程中速度梯度方向与流动方向一致时为拉伸流动，通常用拉伸速率δ和拉伸应力σ对流场进行描述; 当物料流动过程中速度梯度的方向与流动方向垂直时为剪切流动，通常用剪切速率γ和剪切应力τ 对流场进行描述。如图1 1.2剪切流动与拉伸流动对固体在聚合物中分散性影响的比较 汪传生教授曾在其发明的同步转子（荣获国家科技进步二等奖）中发现并提出了混炼过程中拉伸变形等效于剪切变形的概念，改变了传统混炼方法依赖剪切变形的混炼模式。 ? ? ? 这一重大的理论发现，引发了诸多的思考，也正是基于这样的理论，人们逐渐认可了啮合式转子优于切线型转子，开炼机优于啮合式转子的观点。那么我们又该如何去分析拉伸流场与剪切流场对于高分子聚合物的影响呢？ 目前有关固体相在聚合物中的分散机理主要有以下两种理论: 破碎机理与剥蚀机理。 破碎机理认为当流场中的物料受到的作用力大于粒子的聚集力时，团块会突然破裂形成碎块，破碎的时间很短，当物料受到的作用力较小时会突然停止; 而剥蚀机理认为在较低的剪切力作用下一些碎片从聚集体的外表面剥离下来，再分散在聚合物基体中，一旦剥蚀发生，它将作用很长的一段时间。 研究表明: 破碎和剥蚀两种分散机制可以同时发生，也就是说固相粒子在聚合物基体中的分散主要由以下3个阶段组成: 1) 聚集体的破碎; 2) 碎片的剥离; 3) 碎片在聚合物熔体中的进一步分布与细化 如图 2 所示，Tadmor［2］等人将流场中需要分散开的固相模型假想成为两个小球，小球之间通过物理键进行联结而团聚在一起，对流场中固相粒子的受力情况进行理论分析。图 2 固相粒子在聚合物基体中分散的力学模? 利用该模型进行计算得到，在简单剪切流场中，当哑铃状的固相粒子团聚体取向方向与剪切方向成45°时，作用在其上的Fv达到最大值，见公式( 2)。式中η为连续相的黏度，γ为稳定剪切流的剪切速率。同理，在简单拉伸流场中，当哑铃状的固相粒子团聚体取向方向与流动方向一致时，作用在其上的Fv达到最大值，见公式( 3) 。?式中η为连续相的黏度，δ·为稳定拉伸流的拉伸速率。 当两个小球相互接触，此时 从式( 4) 、( 5) 可以看出，在相同的变形速率( 剪切速率与拉伸速率) 下，拉伸流动对固相粒子的最大作用力是剪切流动的2倍。 同时如图3( a) 所示，在剪切应力的作用下粒子可能做纯滚动而分散效果差，相反在拉伸流场中，物料的变形主要以拉伸类型为主，旋转很小。 综上所述拉伸流动相对剪切流动来说具有更高的分散效率与分散效果。 1.3开炼机混炼效果为何会比啮合的好？ 从径向方向上，其速度梯度的变化是速比，而在切向方向上，其速比的最大梯度是辊筒的转速，由速度梯度的差值可明显看到开练机的拉伸性能明显优于剪切流动，由第一部分的分析可知，拉伸流动对胶料的分散性能是剪切性能的2倍。由此可知，开练机是以拉伸流为主的橡胶混炼装备。? 啮合式转子各部位混炼分析? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?切线型转子各部位混炼分析 Nak Norty曾将复杂的混炼行为分解为两个独立的概念，即充分混炼和深度混炼。充分混炼和深度混炼取决于两个独立的混炼参数。 1：充分混炼： 破碎产生的高剪切，使胶料高度破碎，分散和混合。这种混炼会产生高温和高压。与胶料的接触表面积小。这种混炼方式与双辊开炼机的混炼相类似。 拉伸产生的低剪切，使胶料轻微破碎，分散和混合。这种混炼方式产生低温和低压。与胶料的接触表面积大。 2：深度混炼： 胶料从右密炼室到左密炼室实施了循环。这种混炼方式使被加工胶料全面分布，胶料得到均匀混合。这种混炼与双辊开炼机的分布混炼相类似。 共混是局部分布的混炼，它导致胶料分布的均匀性降低。这种混炼发生在转子凸棱前导面上。这种混炼行为与双辊开炼机的混炼相类似。 以往的时候，谈到啮合转子，其主要作用发生在两转子之间的啮合区域，而忽视了转子跟密炼室壁之间的低充分混炼，也即拉伸对胶料的混合作用；此外