杜云峰（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

低溫一次法煉膠技術(shù)淺釋

杜云峰（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

對(duì)傳統(tǒng)煉膠技術(shù)（煉膠1.0系統(tǒng)）、3代低溫一次法煉膠技術(shù)（煉膠2.0、3.0、4.0系統(tǒng)）以及串聯(lián)式密煉機(jī)組煉膠技術(shù)進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)闡述了低溫?zé)捘z技術(shù)的機(jī)理、優(yōu)勢(shì)、發(fā)展、裝備構(gòu)成及建設(shè)中的注意事項(xiàng)，有助于行業(yè)人員系統(tǒng)地了解低溫一次法煉膠技術(shù)，從而加快該技術(shù)的推廣，將煉膠技術(shù)的研發(fā)提升推向深入，為輪胎行業(yè)發(fā)展躍上新的臺(tái)階奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

低溫一次法；煉膠技術(shù)；煉膠4.0；串聯(lián)密煉機(jī)組

行業(yè)內(nèi)有兩個(gè)不成文的共識(shí)：一是輪胎品質(zhì)七成取決于膠料，二是開(kāi)煉機(jī)煉膠比密煉機(jī)更精細(xì)。前者是催生低溫?zé)捘z技術(shù)革命的源動(dòng)力，后者是低溫?zé)捘z技術(shù)的核心機(jī)理。自動(dòng)化、信息化技術(shù)的發(fā)展解決了困擾我們半個(gè)世紀(jì)的開(kāi)煉機(jī)無(wú)人化操作問(wèn)題，為兩個(gè)共識(shí)的結(jié)合創(chuàng)造了條件，由此，低溫一次法煉膠技術(shù)在行業(yè)升級(jí)的大背景下應(yīng)運(yùn)而生并逐步發(fā)展成熟。

我國(guó)輪胎業(yè)經(jīng)過(guò)近30年的飛速發(fā)展，目前已到了需要?jiǎng)?chuàng)新突破的階段，煉膠技術(shù)與世界巨頭的差距已經(jīng)成為制約行業(yè)突破的關(guān)鍵基礎(chǔ)性問(wèn)題，從這個(gè)意義上來(lái)講，2006年來(lái)出現(xiàn)的低溫一次法煉膠技術(shù)，是半個(gè)世紀(jì)以來(lái)煉膠技術(shù)的一次革命，近年來(lái)在輪胎行業(yè)中受到越來(lái)越多的關(guān)注，有許多工廠已經(jīng)投資上馬，形成了一股低溫?zé)捘z的熱潮，對(duì)中國(guó)輪胎業(yè)的突破性進(jìn)步起到了關(guān)鍵的推動(dòng)作用。由于企業(yè)間的溝通所限，行業(yè)中該技術(shù)又存在不同的流派型式，造成了對(duì)該技術(shù)的理解有些分歧，存在著很多的模糊認(rèn)識(shí)，使得該技術(shù)推廣速度不夠快，效益未能得到發(fā)揚(yáng)光大。為了使大家對(duì)該技術(shù)有一個(gè)較清晰的認(rèn)識(shí)，筆者作為首創(chuàng)者，以連續(xù)3代開(kāi)發(fā)建設(shè)的親身經(jīng)歷，對(duì)該技術(shù)系統(tǒng)的輪廓加以簡(jiǎn)述如下。

1 低溫一次法煉膠技術(shù)的機(jī)理

圖1 煉膠1.0系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

低溫一次法煉膠是相對(duì)于傳統(tǒng)的多段式高溫?zé)捘z而言的，20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)輪胎行業(yè)普遍采用的煉膠方式是多段式高溫?zé)捘z（在此稱為煉膠1.0系統(tǒng)），以高速大容量密煉機(jī)（270 L以上）的反復(fù)多次混煉為特點(diǎn)。圖1所示是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的三段式高溫?zé)捘z流程：第一段母煉過(guò)程中，密煉機(jī)對(duì)生膠和配合劑進(jìn)行混煉塑化，整個(gè)煉膠周期的前半段膠料溫度會(huì)很快升至160 ℃，并在后半段保持這個(gè)溫度混煉，這個(gè)溫度下橡膠分子鏈會(huì)產(chǎn)生氧化裂解，各種配合劑也會(huì)變得不穩(wěn)定，從而對(duì)混煉膠質(zhì)量有不利影響，為防止繼續(xù)升溫裂解，膠料會(huì)被排出密煉機(jī)并壓片冷卻和停放；第二段母煉基本類似，第三段終煉會(huì)在更低的密煉機(jī)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行硫化助劑的填加和混煉，為防止焦燒的發(fā)生，該段會(huì)在105 ℃以下的溫度區(qū)間內(nèi)加工，一旦超溫就需要排料。以上三段大體都在3 min鐘左右一個(gè)周期（終煉略短），總體加工時(shí)間約為9 min。

所謂低溫一次法煉膠， 是將高速密煉和精細(xì)開(kāi)煉進(jìn)行優(yōu)勢(shì)組合的一種技術(shù)。簡(jiǎn)單講是指膠料一次性地連續(xù)經(jīng)過(guò)短時(shí)間高溫密煉和長(zhǎng)時(shí)間低溫開(kāi)煉兩個(gè)階段后即完成母煉和終煉全部煉膠過(guò)程。該方法讓膠料在密煉機(jī)中升溫至160 ℃后不再長(zhǎng)時(shí)間保持，而是盡快排料到開(kāi)煉機(jī)上補(bǔ)充混煉，這充分利用了密煉機(jī)的高速混合、剪切塑化性能，同時(shí)又最大限度地減少了高溫對(duì)膠料的不良影響，把大部分加工過(guò)程放在開(kāi)煉機(jī)上低溫進(jìn)行，因?yàn)殚_(kāi)煉機(jī)的加工溫度僅有80 ℃上下，相對(duì)于傳統(tǒng)多段式母煉的160 ℃低了許多，而且全過(guò)程只有一次投料加工過(guò)程，所以稱為低溫一次法煉膠，經(jīng)過(guò)合理的設(shè)備搭配，下線一車料不過(guò)3 min。

圖2所示是第1代低溫一次法煉膠系統(tǒng)（煉膠2.0系統(tǒng)）的流程。該系統(tǒng)的成功有一個(gè)突出的基礎(chǔ)條件，即：開(kāi)煉機(jī)操作實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化，通過(guò)自動(dòng)控制的翻膠和倒膠裝置實(shí)現(xiàn)膠料的自動(dòng)化穩(wěn)定生產(chǎn)。圖3為全自動(dòng)無(wú)人開(kāi)煉機(jī)示意圖。

2 低溫一次法煉膠技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 節(jié)能

圖2 煉膠2.0系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

圖3 全自動(dòng)無(wú)人開(kāi)煉機(jī)示意圖

由于省掉了傳統(tǒng)煉膠多個(gè)周期的膠料加熱再冷卻，所以節(jié)約了大量的電能，另外，系統(tǒng)大量應(yīng)用了大功率交流變頻技術(shù)，也實(shí)現(xiàn)了一些節(jié)能效果。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)算，相比傳統(tǒng)的煉膠1.0系統(tǒng)，低溫一次法煉膠系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%左右的效果（傳統(tǒng)三段及以下膠種節(jié)能15%，四段及以上膠種節(jié)能可達(dá)30%）。熱歷程的縮短是其主要節(jié)能方式，圖4中進(jìn)行了粗略的定性對(duì)比。

圖4 新舊兩種煉膠工藝熱歷程對(duì)比示意圖

2.2 節(jié)省用工數(shù)量

傳統(tǒng)煉膠系統(tǒng)母膠線用工5名（運(yùn)輸、操作、搬膠、壓片、收片），終煉線用工7名（壓片機(jī)為3臺(tái)情況下），如果采用大機(jī)母煉（370 L）和小機(jī)終煉（270 L）的配備模式，則三段煉膠需要一大一小兩條線方可配平，總用工12名；低溫一次法煉膠系統(tǒng)則僅需單線，總用工不超過(guò)6名（運(yùn)輸、操作、搬膠、巡檢、壓片接頭、收片），節(jié)約了50%的用工。

2.3 節(jié)省建筑面積

傳統(tǒng)煉膠系統(tǒng)需占用2條密煉線的面積，而低溫一次法煉膠系統(tǒng)只占用1.5條密煉線的面積，即3/4的傳統(tǒng)面積，甚至更少；另外，傳統(tǒng)線需要2次母膠和1次終煉膠的周轉(zhuǎn)存放面積，而低溫線只需要1次終煉膠的存放面積。以上兩個(gè)因素綜合考慮，低溫線占用建筑面積僅為傳統(tǒng)線的50%以內(nèi)。

2.4 節(jié)省物流和檢測(cè)

如上述，由于減少了2段煉膠，意味著每天減少100 t膠料（按270 L機(jī)型）的4輪搬運(yùn)和2輪快檢取樣實(shí)驗(yàn)，從而至少節(jié)約了1輛叉車、3名叉車手、1名保管員、1名取樣員、1名實(shí)驗(yàn)員、50%數(shù)量的快檢設(shè)備等。

2.5 節(jié)約原料成本

（1）由于低溫線的密煉機(jī)只起混合塑化作用，膠料的性能主要是在開(kāi)煉機(jī)上通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的補(bǔ)充混煉而形成，從而可取消增塑劑的使用，降低原料成本。

（2）4.0系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)首次采用了大流量低溫濾膠技術(shù)，一方面使終煉膠更加均勻純凈，使后工序制品的次品率降低，同時(shí)使含有雜質(zhì)的二級(jí)原材料照樣可以正常用于高品質(zhì)膠料的生產(chǎn)，降低了原材料門檻，使輪胎成本降低，僅在天然膠方面就可降低10%的采購(gòu)成本。

2.6 簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)管理

如上述，減少了50%以上的用工數(shù)量、生產(chǎn)線數(shù)量、物流存放環(huán)節(jié)和快檢實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，大大簡(jiǎn)化了煉膠體系的管理，使現(xiàn)場(chǎng)更加井井有條。

2.7 提高膠料質(zhì)量和后工序膠部件質(zhì)量穩(wěn)定性

（1）明顯提升膠料均勻性，其中炭黑的分散均勻性可輕易提升2個(gè)等級(jí)。圖5顯示了兩種膠料斷面的顯微狀態(tài)。

圖5 新舊兩種工藝加工膠料的炭黑分散度比較

（2）減少膠料高溫氧化裂解，使膠料性能更加均勻穩(wěn)定，成為沒(méi)有“壞分子”的更純凈的膠料，為研制更穩(wěn)定、更高性能的輪胎提供了基礎(chǔ)。

（3）配方的準(zhǔn)確性得到更好地保障。硫化助劑等小比份材料在傳統(tǒng)煉膠時(shí)以粉料形式投入密煉機(jī)，容易被強(qiáng)力的中央除塵裝置吸走一部分，從而對(duì)膠料質(zhì)量產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響，由于吸走的量不確定，所以這個(gè)問(wèn)題很難應(yīng)對(duì)。而低溫一次法煉膠系統(tǒng)是采用預(yù)制母膠的形式填加硫化助劑，且是在開(kāi)煉機(jī)上填加，完全避免了粉料損失的問(wèn)題。尤其是煉膠4.0系統(tǒng)還具備了混煉膠在線重量校核功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)煉膠過(guò)程中配料的重量誤差，這也是傳統(tǒng)系統(tǒng)所無(wú)法辦到的事情。

（4）由于濾膠工序的增加，提高了膠料純凈度，減少了雜質(zhì)影響，尤其對(duì)于天然膠中的凝膠、硫磺中的固體異物等難處理的雜質(zhì)來(lái)講特別有意義。

（5）提升膠料的加工穩(wěn)定性。由于膠料更加均勻，所以生產(chǎn)加工的穩(wěn)定性更好，經(jīng)測(cè)試，低溫一次法的膠料在壓出時(shí)的米重穩(wěn)定性明顯高于普通傳統(tǒng)工藝。如圖6所示是兩種工藝膠料的米重記錄。

圖6 兩種工藝加工膠料的胎面每米重量比較

2.8 提高膠料產(chǎn)量和后工序膠部件產(chǎn)量

（1）按270 L密煉線為例，傳統(tǒng)生產(chǎn)線經(jīng)過(guò)雙線三段或多段后，每天也只能生產(chǎn)60余t終煉膠，而低溫一次法系統(tǒng)單線每天可產(chǎn)終煉膠超過(guò)100 t，產(chǎn)能提升40%以上。

（2）低溫一次法加工出的膠料在同樣門尼情況下，流動(dòng)性明顯變好，但挺性變化很小，更加致密、膨脹率變低，在壓出和壓延過(guò)程中可緩解流動(dòng)性和膠料排氣對(duì)生產(chǎn)速度的制約，可提升壓延壓出速度30%以上，如圖7。

圖7 兩種工藝膠料的流動(dòng)性對(duì)比

2.9 提高膠料品質(zhì)的可控性

通過(guò)開(kāi)煉機(jī)補(bǔ)充混煉的時(shí)長(zhǎng)、輥距、輥溫、輥速等的合理調(diào)整搭配，可以對(duì)膠料的門尼、均勻性、流動(dòng)性等進(jìn)行定向、定量的調(diào)整，這是很有意思的一件事情，也正是低溫一次法煉膠技術(shù)可以繼續(xù)深入挖掘的魅力所在。

2.10 提高成品輪胎的質(zhì)量和性能

（1）由于低溫一次法煉膠對(duì)膠料性能的優(yōu)化，輪胎的耐磨性能可提升10%以上，滾動(dòng)阻力降低2%～5%，更加適應(yīng)綠色輪胎的要求。

（2）膠料半成品穩(wěn)定性的提高，保證了最終輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量和性能更加均勻穩(wěn)定；圖8是連續(xù)10個(gè)采用低溫一次法煉膠技術(shù)所產(chǎn)膠料的硫化曲線，幾乎重合的曲線說(shuō)明膠料具有優(yōu)良的均勻性，保證了輪胎質(zhì)量的穩(wěn)定。

3 低溫一次法煉膠技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展

圖8 連續(xù)10車低溫一次法工藝所生產(chǎn)膠料的硫化流變曲線（192 ℃）

2006年以來(lái)，低溫一次法煉膠技術(shù)系統(tǒng)已歷經(jīng)3代發(fā)展，分別稱為煉膠2.0、3.0、4.0系統(tǒng)，最新一代的煉膠4.0系統(tǒng)已在豐源輪胎得到生產(chǎn)驗(yàn)證，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，功能完善，性能優(yōu)異，環(huán)境友好，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，是一套代表當(dāng)前最先進(jìn)水平的低溫一次法煉膠技術(shù)系統(tǒng)。每一代系統(tǒng)的情況大致如下。

3.1 第1代煉膠2.0系統(tǒng)

2006年開(kāi)始研發(fā)，首套建成于三角輪胎，特點(diǎn)是：停機(jī)出料的間斷式低溫一次法煉膠系統(tǒng)。其布置流程如前面的圖2所示。

該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置由上輔機(jī)、密煉機(jī)、0#開(kāi)煉機(jī)（接料冷卻用）、1～6#開(kāi)煉機(jī)（補(bǔ)充混煉用）、壓片機(jī)、膠冷裝置、母膠粒稱量分送系統(tǒng)、膠料輸送皮帶線等組成。

系統(tǒng)的工作過(guò)程是：上輔機(jī)控制密煉機(jī)對(duì)膠料、炭黑和配合劑等進(jìn)行高速混煉后卸料，經(jīng)過(guò)緩沖料斗卸到0#開(kāi)煉機(jī)上，利用開(kāi)煉機(jī)附帶的翻膠皮帶的夾持作用進(jìn)行自動(dòng)反復(fù)地翻膠冷卻后，膠料在90 ℃左右排料，通過(guò)輸送皮帶機(jī)順序分配到6臺(tái)（有的是5臺(tái)）混煉開(kāi)煉機(jī)上，進(jìn)行連續(xù)的自動(dòng)翻膠和自動(dòng)倒膠，經(jīng)過(guò)約5個(gè)密煉周期的補(bǔ)充混煉后，膠料在80 ℃左右排出，通過(guò)皮帶機(jī)輸送到壓片機(jī)上，壓片后再上膠冷進(jìn)行冷卻和疊片堆垛。

2.0系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低溫一次法煉膠，達(dá)到了工藝目的和效益目的，但仍存在四大不足：

第一，工作過(guò)程中，0～6#開(kāi)煉機(jī)采用輥上進(jìn)料和輥上排料法，排料時(shí)需要將開(kāi)煉機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，才能在輥下拉斷已變成環(huán)形的膠料，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排料，然后重新啟動(dòng)開(kāi)煉機(jī)接取下一個(gè)膠料。大功率設(shè)備滿負(fù)荷的頻繁啟停對(duì)設(shè)備壽命不利，也非常耗電，這是2.0系統(tǒng)的主要缺陷之一。

第二，2.0系統(tǒng)采用了粒狀的助劑母膠自動(dòng)輸送和添加，由于輸送和添加系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，故障率較高，容易造成硫磺添加不足或過(guò)量添加現(xiàn)象，對(duì)膠料質(zhì)量穩(wěn)定威脅很大。

第三，2.0系統(tǒng)的膠料分配過(guò)程不均勻，從0#向1～6#順次分配的距離各不相同，造成膠料溫度有所差別，工藝條件的不一致導(dǎo)致終膠料的一致性有差別。

第四，密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)采用了傳統(tǒng)的適于人工操作的低速機(jī)型，不利于低溫一次法優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)。

3.2 第2代煉膠3.0系統(tǒng)

2010年開(kāi)始研發(fā)，首套建成于八一輪胎，特點(diǎn)是：不停機(jī)出料的連續(xù)式低溫一次法煉膠系統(tǒng)。系統(tǒng)布局及流程如圖9所示。

圖9 煉膠3.0系統(tǒng)布局及流程簡(jiǎn)圖

系統(tǒng)的工作過(guò)程與2.0系統(tǒng)類似，但由于組合結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理的區(qū)別，3.0比2.0有了較大的改進(jìn)，消除了2.0系統(tǒng)的4大弊?。?/p>

第一，開(kāi)煉機(jī)排料采用輥上進(jìn)料輥下排料法，排料時(shí)開(kāi)煉機(jī)保持運(yùn)轉(zhuǎn)不需停機(jī)， 只需使翻膠皮帶機(jī)反轉(zhuǎn)，即可在輥上拉斷膠環(huán)，膠料從輥下皮帶排出，對(duì)開(kāi)煉機(jī)有極大保護(hù)，也節(jié)約了啟停的電能。

第二，3.0系統(tǒng)采用了片狀的助劑母膠遞進(jìn)式添加方式，簡(jiǎn)捷可靠，能夠有效避免漏加或多加硫磺的現(xiàn)象，避免質(zhì)量事故的發(fā)生。

第三，3.0系統(tǒng)向混煉開(kāi)煉機(jī)分配膠料所采取的是中心分流式等距分送，能夠?qū)崿F(xiàn)膠料的等溫配送，從而保證了工藝條件的一致性，膠料質(zhì)量更穩(wěn)。

第四，3.0系統(tǒng)采用了70 r/min的高速密煉機(jī)和70 m/min的高速開(kāi)煉機(jī)，鑒于國(guó)內(nèi)設(shè)備制造的可靠性，也可以采用55 m/min的開(kāi)煉機(jī)，這比30 m/min的傳統(tǒng)人操機(jī)型提升很多，特別適用于自動(dòng)化操作。高速機(jī)型的使用，才真正發(fā)揮出低溫一次法煉膠技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，減少了占地面積，質(zhì)量和效率都得到提升。

另外，3.0系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)上的不同，還比2.0多出了處理返回膠的功能，可以按照設(shè)定的比例與助劑母膠一起添加返回膠。0#機(jī)上還增加了膠料壓砣裝置，增強(qiáng)了吃料能力，使工藝一致性更好。

雖然3.0系統(tǒng)改進(jìn)了2.0系統(tǒng)的4大弊病，并增加了返回膠處理功能和膠料壓砣裝置，但與2.0系統(tǒng)一樣仍然無(wú)法對(duì)加硫情況進(jìn)行校核，一旦漏硫或多硫，都會(huì)造成批量質(zhì)量事故。針對(duì)此問(wèn)題的解決，才導(dǎo)致了4.0系統(tǒng)的出現(xiàn)。

3.3 第3代煉膠4.0系統(tǒng)

2013年開(kāi)始研發(fā)，首套建成于豐源輪胎，特點(diǎn)是：帶有核重凈化功能的連續(xù)式低溫一次法煉膠系統(tǒng)。流程如附圖10所示，實(shí)景如附圖11。

4.0系統(tǒng)的工作過(guò)程在開(kāi)煉機(jī)補(bǔ)充混煉之前與3.0系統(tǒng)是一致的，不同點(diǎn)在后面：補(bǔ)充混煉完成后，在開(kāi)煉機(jī)排料時(shí)增加了膠料自動(dòng)打捆裝置，使膠片自動(dòng)打成一個(gè)圓捆后，再經(jīng)皮帶輸送機(jī)送到1臺(tái)皮帶秤上進(jìn)行重量校核，然后送到壓片機(jī)上完成壓片，壓片后的膠料進(jìn)入一臺(tái)低溫濾膠機(jī)，經(jīng)過(guò)濾膠凈化后以片狀進(jìn)入膠冷裝置進(jìn)行冷卻收膠，若不需濾膠則可選擇性越過(guò)濾膠機(jī)直接進(jìn)入膠冷裝置。進(jìn)入膠冷過(guò)程中，對(duì)前部核重不合格的膠料進(jìn)行標(biāo)記，并經(jīng)膠冷后單獨(dú)收取。

圖10 煉膠4.0系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

以上可以看出，4.0系統(tǒng)通過(guò)膠料打捆實(shí)現(xiàn)了重量校核，同時(shí)通過(guò)低溫濾膠實(shí)現(xiàn)了膠料凈化，前者使漏硫或多硫的風(fēng)險(xiǎn)得到回避，后者則使膠料更加純凈和均勻，有利于高端超級(jí)輪胎的研發(fā)，而且使得雜質(zhì)天然膠的應(yīng)用變得容易，甚至可用雜質(zhì)天然膠取代部分優(yōu)質(zhì)天然膠，大大降低輪胎原料成本，雜質(zhì)天然膠與優(yōu)質(zhì)天然膠的價(jià)差在10%以上。

圖11 煉膠4.0系統(tǒng)實(shí)景

3.4 其它流派串聯(lián)式密煉機(jī)組

這是以串聯(lián)式密煉機(jī)為核心組成的一種煉膠生產(chǎn)線，確切地講，該種型式還屬于傳統(tǒng)煉膠系統(tǒng)，只是密煉工位由1個(gè)變成了上下串聯(lián)的2個(gè)，由于下方的第2密煉工位具備將膠溫降低的能力，所以有時(shí)該機(jī)組也被業(yè)內(nèi)一些人稱為低溫?zé)捘z，但實(shí)現(xiàn)一次法煉膠有些勉強(qiáng)。其布局流程如圖12所示。

圖12 串聯(lián)式密煉機(jī)組煉膠系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

所謂串聯(lián)密煉機(jī)，如圖13所示，是將上小下大兩臺(tái)密煉機(jī)串聯(lián)組合而成的，下方的大機(jī)型沒(méi)有上頂栓。目前常見(jiàn)的是上方320 L、下方550 L的機(jī)型。該機(jī)型是國(guó)外某輪胎巨頭專門開(kāi)發(fā)的專用設(shè)備，特別適應(yīng)白炭黑膠料加工，2000年后才解密進(jìn)入中國(guó)。

其機(jī)理是：白炭黑與偶聯(lián)劑需要在150 ℃左右的10 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行恒溫反應(yīng)，而傳統(tǒng)的單體密煉機(jī)其溫度曲線是一直上升的，很難保持溫度恒定，有時(shí)不得不需要犧牲效率降速煉膠，而且即使降速也很難保持恒定，從而使白炭黑膠料的加工效率低且難以穩(wěn)定，這阻礙了當(dāng)今以大比份白炭黑應(yīng)用為關(guān)鍵特征的綠色輪胎的發(fā)展。而串聯(lián)密煉機(jī)則巧妙地解決了這個(gè)效率和質(zhì)量的矛盾問(wèn)題：先用小機(jī)進(jìn)行高速的混合剪切，溫度升至150 ℃以上時(shí)則排料至下機(jī)繼續(xù)混煉，此時(shí)偶聯(lián)反應(yīng)已經(jīng)開(kāi)始，由于下機(jī)容積大，膠料的冷卻面積相應(yīng)變大，控溫能力增強(qiáng)，膠料的溫度就不至于持續(xù)上升，經(jīng)過(guò)合適的水溫和轉(zhuǎn)速設(shè)定，就可以使膠料溫差較好地控制在10 ℃范圍內(nèi)，從而保證了膠料的充分反應(yīng)和質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)也不影響生產(chǎn)效率。如果是用于加工普通炭黑膠料，則可以通過(guò)調(diào)整下機(jī)的水溫和轉(zhuǎn)速使膠溫降低，從而達(dá)到一定的低溫?zé)捘z效果。

圖13 串聯(lián)密煉機(jī)圖片

串聯(lián)密煉機(jī)排料至下方的開(kāi)煉機(jī)上，開(kāi)煉機(jī)可設(shè)成串聯(lián)的3臺(tái)，部分膠料可以在第2臺(tái)上加硫，經(jīng)過(guò)第2、3臺(tái)的充分混煉，一次性做成終煉膠。從這個(gè)意義上講，也有人稱之為一次法煉膠，但這種稱謂不夠嚴(yán)謹(jǐn)，與嚴(yán)格意義上的低溫一次法煉膠有明顯區(qū)別，在實(shí)際應(yīng)用中也僅限于一小部分要求不高的膠料，大多時(shí)候還只是作為一條母膠生產(chǎn)線使用，尤其是白炭黑膠料的母膠生產(chǎn)線，最現(xiàn)實(shí)合理的應(yīng)用是進(jìn)行多段煉膠的減段，可將多段母膠合為一段，再結(jié)合1條終煉線實(shí)現(xiàn)兩段式煉膠。

3.5 低溫一次法煉膠技術(shù)的下步發(fā)展

（1）高速化、大型化、液壓驅(qū)動(dòng)化：密煉機(jī)國(guó)外已有80 r/min的機(jī)型，開(kāi)煉機(jī)也有80 m/min的機(jī)型；高速密煉機(jī)有采用550 L的，開(kāi)煉機(jī)也有采用860 mm輥徑的；密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)在國(guó)外都有液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)型，結(jié)構(gòu)緊湊更利于靈活擺放。通過(guò)密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)的高速化、大型化、液壓驅(qū)動(dòng)化，低溫一次法煉膠生產(chǎn)線的產(chǎn)能可得到大幅度提升，應(yīng)用更加靈活。

（2）專用化演變?？梢越ㄔO(shè)白炭黑專用的串聯(lián)密煉式低溫一次法煉膠技術(shù)系統(tǒng)：串聯(lián)式密煉機(jī)與煉膠4.0系統(tǒng)結(jié)合，即，用串聯(lián)密煉機(jī)取代4.0系統(tǒng)中的單體密煉機(jī)。這種結(jié)合方式可以使白炭黑膠料得到更徹底的反應(yīng)，有利于以白炭黑應(yīng)用為主要特征的綠色輪胎的品質(zhì)提升。

（3）傳統(tǒng)線的升級(jí)改造：除了整線改為經(jīng)濟(jì)型低溫一次法之外，還可以利用低溫?zé)捘z系統(tǒng)中的全自動(dòng)開(kāi)煉機(jī)技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)老線的人工操作開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造，從而降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人工因素對(duì)煉膠質(zhì)量的影響，使膠料質(zhì)量更穩(wěn)定。

4 低溫一次法煉膠系統(tǒng)建設(shè)時(shí)需關(guān)注的細(xì)節(jié)

以煉膠4.0系統(tǒng)為例。

4.1 噪音控制

由于大量的大功率設(shè)備高密度地安裝，噪音控制成為一個(gè)突出問(wèn)題，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)采用水冷式交流變頻電機(jī)，避免使用風(fēng)冷電機(jī)和風(fēng)水冷卻電機(jī)，這是系統(tǒng)中最大的噪音源。

（2）所有排煙風(fēng)道要采用厚度2 mm的鋼板焊接而成，防止薄皮風(fēng)道的共振噪音。

（3）密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)減速機(jī)采用硬齒面齒輪箱。

（4）所有排煙風(fēng)機(jī)安裝在樓頂，風(fēng)道配備隔震軟連接。

4.2 煙氣控制

一樓的開(kāi)煉機(jī)群和膠冷裝置在工作時(shí)有大量煙氣需要排放，需要特別考慮，防止一樓煙霧彌漫，應(yīng)注意：

（1）密煉機(jī)下方的緩沖料斗排煙：密煉機(jī)排出的膠料應(yīng)在緩沖料斗內(nèi)會(huì)停留片刻，目的是讓料斗上的排煙口發(fā)揮作用，將大量煙氣吸走后再排放至0#開(kāi)煉機(jī)上，可減少開(kāi)放區(qū)域的煙氣量。

（2）0#開(kāi)煉機(jī)排煙：采用密閉房間式集煙罩，僅在出料口和助劑母膠進(jìn)料口留出補(bǔ)風(fēng)口。這是由于密煉機(jī)排料時(shí)會(huì)排出大量高溫?zé)煔夂筒糠治椿烊氲奶亢诜蹌┑?，煙氣粉塵較難控制，采用普通的上方集煙罩無(wú)法保障有效地除煙排塵。

（3）1～4#混煉開(kāi)煉機(jī)和5#壓片機(jī)排煙：采用上方集煙罩并聯(lián)排煙的方式，要求每一分支設(shè)流量調(diào)節(jié)閥，每個(gè)集煙罩采用周邊蝶翼式，這是由于集煙面積太大，如果采用普通方式集煙將無(wú)法形成氣流。

4.3 溫度控制

為保證工藝條件的穩(wěn)定，開(kāi)煉機(jī)輥筒采用前后鉆孔式，而且需配備熱水溫控裝置進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制，翻膠輥筒只需通入常溫水即可。

4.4 皮帶選用

為了保證膠料的潔凈和系統(tǒng)穩(wěn)定，需要采用高強(qiáng)度帶包邊的耐溫硅膠皮帶，0#開(kāi)煉機(jī)溫度最高，需要170 ℃標(biāo)準(zhǔn)的皮帶，1～4#開(kāi)煉機(jī)及其它皮帶可采用120 ℃標(biāo)準(zhǔn)皮帶，皮帶厚度可采用4層骨架，進(jìn)口的一般需訂做，標(biāo)準(zhǔn)的5層骨架皮帶偏厚，適應(yīng)曲率半徑太大。皮帶壽命約為半年。

4.5 密煉機(jī)選用

選用高速剪切型，4.0系統(tǒng)選用了270 L型，70 r/min轉(zhuǎn)速，1 800 kW功率，高壓變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用國(guó)產(chǎn)變頻系統(tǒng)，不需進(jìn)口，這方面國(guó)產(chǎn)是強(qiáng)項(xiàng)。

4.6 開(kāi)煉機(jī)選用

0#開(kāi)煉機(jī)需采用雙驅(qū)型，便于調(diào)整速比適應(yīng)膠種，4.0系統(tǒng)選用2×200 kW功率，660 mm輥徑，輥筒線速度55 m/min可調(diào)。目前國(guó)內(nèi)還只能提供電機(jī)驅(qū)動(dòng)型，占地面積較大，不便擺放，資金充裕的話可以選用國(guó)外的液壓驅(qū)動(dòng)開(kāi)煉機(jī)，速度也可以提升至70 m/min，輥徑提升至710 mm。

1～4#開(kāi)煉機(jī)可選用電機(jī)單驅(qū)型，速比在1.14左右，4.0系統(tǒng)選用了660 mm輥徑，320 kW功率，55 min線速度可調(diào)，也可采用70 m/min、710 mm輥徑的高速型，目前國(guó)內(nèi)已能夠提供，只是不如55 m/ min的機(jī)型成熟。

4.7 壓片機(jī)選用

5號(hào)壓片機(jī)可選用前后鉆孔電機(jī)單驅(qū)型，速比1.09左右，輥徑660 mm，輥速40 m/min可調(diào)。也可選用斜г形三輥壓延機(jī)，更利于接料壓片。

4.8 刮膠刀應(yīng)用

為防止個(gè)別膠料發(fā)生開(kāi)煉機(jī)粘輥現(xiàn)象，需要在開(kāi)煉機(jī)前后輥筒的下45°位置安裝刮膠刀，該裝置需要足夠的強(qiáng)度，應(yīng)采用液壓定位，而且還要考慮防止膠料顫浮黏輥的結(jié)構(gòu)。

4.9 皮帶機(jī)附件的應(yīng)用

（1）剝離輥應(yīng)用

為了防止膠料黏附皮帶造成自動(dòng)煉膠中止，在上下翻膠皮帶皮帶的出料端后邊需加設(shè)剝離輥，該輥是由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的高速鋼輥。

（2）靜電導(dǎo)除裝置應(yīng)用

開(kāi)煉機(jī)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)輾壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量靜電，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電器設(shè)備有影響，應(yīng)安裝靜電導(dǎo)除裝置，一般安裝在夾持之后。

（3）糾編器應(yīng)用

由于膠料厚度及形狀的不規(guī)則，皮帶的張力也在不斷變化中，容易造成皮帶跑偏，為此對(duì)上下翻膠皮帶都需要加設(shè)自動(dòng)糾偏裝置，一般采用E+S或是國(guó)產(chǎn)貝爾利的氣動(dòng)糾偏器。

4.10 監(jiān)控系統(tǒng)配備

由于生產(chǎn)線設(shè)備眾多，且無(wú)人操作，為便于巡檢管理，有必要對(duì)各單機(jī)進(jìn)行視頻監(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況。監(jiān)控采用紅外攝像頭，顯示屏采用大尺寸多畫面分隔，設(shè)在主操作臺(tái)上方。

5 結(jié)論綜述

綜上所述，低溫一次法煉膠技術(shù)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了3代發(fā)展，已經(jīng)形成較為完備的煉膠技術(shù)體系，煉膠4.0系統(tǒng)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，已經(jīng)成為當(dāng)前低溫?zé)捘z技術(shù)的巔峰之作，是對(duì)行業(yè)中低溫一次法煉膠的發(fā)展做出的一次總結(jié)，有望成為下一步行業(yè)推廣的標(biāo)桿。其10%的膠料性能提升為輪胎業(yè)躍上新的技術(shù)臺(tái)階提供了基礎(chǔ)，其20%的節(jié)能效果將為行業(yè)綠色發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)，其30%的加工性能提升效果將為輪胎廠的生產(chǎn)效率帶來(lái)福音，其整合多段為一段的煉膠模式為行業(yè)煉膠工序提升了40%的生產(chǎn)線產(chǎn)能，節(jié)約了50%的人力、50%的占地面積、50%的物流、50%的檢測(cè)、50%的現(xiàn)場(chǎng)管理，真正是一種可持續(xù)發(fā)展的節(jié)能高效優(yōu)質(zhì)的革命性技術(shù)，是自動(dòng)化和信息化推動(dòng)工業(yè)化的典范之作。

雖然煉膠4.0系統(tǒng)的一次性投資當(dāng)前還較高（約為傳統(tǒng)系統(tǒng)的1.5倍），但從質(zhì)量、效率、環(huán)保等方面考慮，其極高的投資回報(bào)率是顯而易見(jiàn)的。

經(jīng)過(guò)3代技術(shù)的不斷改進(jìn)，低溫一次法煉膠系統(tǒng)從硬件到軟件都已經(jīng)非常完善，已經(jīng)從依賴進(jìn)口發(fā)展到自主國(guó)產(chǎn)化，既可以在新建工程中規(guī)劃，也可以在舊廠房中進(jìn)行改造應(yīng)用，既有高速高配型，又有中速經(jīng)濟(jì)型，軟件工藝和配套原材料都已成熟，項(xiàng)目取得了階段性的成功。目前豐源輪胎擁有的首套最新一代煉膠4.0系統(tǒng)已經(jīng)成為一套成熟的經(jīng)濟(jì)型低溫一次法煉膠系統(tǒng)的樣板，非常有代表性，值得推廣。

在3代系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中，充分體現(xiàn)了企業(yè)協(xié)作的重要性。特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司在技術(shù)體系的研發(fā)方面起到關(guān)鍵的引領(lǐng)組織作用，三角輪胎股份有限公司在業(yè)內(nèi)率先革命性地開(kāi)發(fā)建設(shè)了2.0系統(tǒng)，為低溫一次法煉膠技術(shù)系統(tǒng)開(kāi)了先河，為行業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)；山東八一輪胎制造有限公司則緊隨其后，大膽建設(shè)了第2代的3.0系統(tǒng)；山東豐源輪胎制造股份有限公司在總結(jié)了前2代的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，全面升級(jí)建設(shè)了最新一代的4.0系統(tǒng)，使低溫?zé)捘z技術(shù)系統(tǒng)真正成熟完善。在此過(guò)程中，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司、大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司、北京萬(wàn)向新元科技有限公司、無(wú)錫益聯(lián)機(jī)械有限公司都積極地參與了設(shè)備的研制配套，使得低溫一次法煉膠系統(tǒng)這個(gè)龐大的設(shè)備、工藝體系有機(jī)地組合在一起，項(xiàng)目得到順利的推進(jìn)和一代又一代的成功，盼望著有更多的有識(shí)之士投入到這項(xiàng)事業(yè)中，使我們的民族煉膠技術(shù)得到更大的發(fā)展。

勝利屬于我們集體的努力，勝利屬于我們熱愛(ài)的橡膠輪胎事業(yè)，勝利屬于這個(gè)創(chuàng)新發(fā)展的時(shí)代！

（R-03）

Introduction of L.T. one stage mixing technology

Introduction of L.T. one stage mixing technology

Du Yunfeng
(Shandong Fengyuan Tyre Manufacture Co., Ltd ,Zaozhuang 277300,Shandong)

The traditional rubber mixing technology (system 1.0), 3G one stage rubber mixing technology at low temperature (system 2.0, 3.0, 4.0) and mixing technology of tandem type mixing group are introduced.and emphases on the mechanism of rubber mixing technology at low temperature, advantage and development , equipment composition and attentions in construction. It helps the industry understanding low temperature rubber mixing technology more,thust accelerated it promotion, deepen the research and development，and lay a foundation for a new level for tire industry development .

one stage with low temperature; rubber mixing technology; rubber mixing 4.0; tandem type mixing group

TQ330.43

1009-797X（2016）01-0051-08

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.01.010

杜云峰，男，高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于青島化工學(xué)院高分子材料加工機(jī)械專業(yè)，25年來(lái)一直致力于煉膠技術(shù)的研發(fā)和系統(tǒng)建設(shè)，是國(guó)內(nèi)輪胎行業(yè)低溫一次法煉膠技術(shù)的首創(chuàng)者，且連續(xù)主持了3代低溫一次法煉膠系統(tǒng)（分別始于2006年、2011年、2014年）和串聯(lián)密煉機(jī)組（始于2008年）的開(kāi)發(fā)建設(shè)并分別申報(bào)了專利。

2015-10-08