密炼机的发展见证了混炼技术由发明试用到不断创新改进的历程。无论是作为独立混炼设备,还是作为组合式混炼生产线(低温一次法、串联式密炼、连续式混炼)的重要部件,密炼机在混炼过程中都有着至关重要的地位。对于同向转子密炼机,美国的DouglasW.macLeod在经过长期的研发设计后,申请了同向啮合型转子密炼机专利。1999年,青岛科技大学首次提出了剪切型同速同向转子密炼机的设计方案,再次肯定了剪切型同速同向转子密炼机混炼的优势,但因剪切型同速同向密炼机的吃料效果欠佳而未取得突破性的应用进展。课题主要对同速同向转子的混炼机理进行了深入地研究,在此过程中,研制了试验用密炼机平台,并进行了相应的实验研究,本文所完成的具体工作和研究成果如下:1.论文在查阅和分析国内外文献的基础上,经过实验和力学分析,提出了“剪切—挤压—拉伸三力学综合作用”的混炼机理。分析了胶料处于弹性、粘弹性的“类固态”时,剪切、挤压紧致化作用对胶料混炼的作用,以及随着剪切升温,胶料处于粘流态的“类液态”时,拉伸折叠、拉伸流动、剪切流动以及挤压紧致化作用对橡胶基体与补强剂粒子间形成高度“结构化”的三维粘弹性结构的影响。2.依据“剪切—挤压—拉伸三力学综合作用”混炼机理,分析了同速同向转子在密炼室各部位的混炼作用及效果,进而优化、改进了同速同向密炼机转子的构型,并通过对上顶栓结构的优化设计,提高了同速同向转子密炼机的吃料能力。3.创新性地将3D打印技术与可视化混炼检测技术相结合。研制出了可验证密炼机转子混炼性能的微型可视化密炼机测试平台,提出了一套从“转子多级参数化软件设计、转子混炼性能软件模拟、转子优化设计、3D高效高精度打印转子、可视化转子实验平台实验,再到密炼机小试、中试以及产业化的转子研发方案,设计了相关软件并试制出了微型可视化密炼机试验平台。4.研制出了既可测试吃料能力和又能反映胶料混合性能的剪切型和啮合型两种类型转子密炼机测试平台,一种测试平台可以进行同向同速剪切型、异向同速剪切型、同向异步剪切型、异向异步剪切型四种类型转子的试验测试;另一种测试平台可以进行同向啮合与异向啮合型两种类型转子的试验测试。5.研发了一种新型正弦式变速混炼工艺技术。通过改进测试机台的控制软件,对正弦式混沌混炼与传统恒速混炼工艺进行了实验对比研究,分析了波峰速度、波谷速度对混炼的影响以及速度变化对胶料轴向、周向、径向方向的混炼影响,进而研发出了正弦式变速混炼工艺技术。同时用EDEM模拟了传统同向转子密炼机与异向转子密炼机的流动特性和分布混炼能力,从而优化了新型转子结构的设计。6.基于所研发的试验平台,制定试验方案,在相同工艺参数条件下,对同速同向转子、同速异向转子、异速同向转子、异速异向转子进行了实验对比研究。实验结果表明:同向转子密炼机混炼胶料的拉伸强度提高了4.6%、炭黑分散度提升6%,其撕裂强度等机械性能也明显提升,胶料的升温速率慢,适宜于热敏性材料的混炼。