橡胶以许多其他高分子材料所不可比拟的突出优点而受到人们重视并被广泛使用,混炼技术是橡胶加工过程中最基本、也是最重要的工序。目前,在橡胶混炼工艺中发挥着重要作用的是密炼机,随着橡胶工业的蓬勃发展,对于密炼机的性能要求越来越高。橡胶混炼过程十分复杂,使得数学模型的建立和分析计算变得非常困难,随着计算机技术的发展,对胶料的混炼过程的数值模拟已经成为可能。为了更加清楚地掌握密炼室混炼过程中胶料流场变化情况,本文对两类转子密炼机混炼过程进行三维流场模拟研究,探索密炼机的混炼机理,为工艺条件的优化以及结构的改进提供参考。本文首先运用POLYFLOW有限元分析软件,对两类转子进行橡胶混炼流场的三维数值模拟,并对混炼模型的各个场量进行了分析。压力场分析表明两类转子与室壁间的压力分布变化均表现为:从转子棱的顶部和剪切棱剪切面一侧到转子非工作面及两转子之间的混合区,压力依次递减。相比而言,本伯里转子的建压能力好于4WH转子。速度场分析表明:4WH转子流场在啮合区的速度流动优于Banbury型转子,有利于胶料的混合及分布。粘度场和剪切速率场分析表明:转子棱顶存在较高的剪切速率,使胶料产生剪切变稀行为,粘度变小;转子非工作面是胶料混合翻滚区域,剪切速率较小,粘度值较高。混合指数场分析表明:两种构型异步转子混合指数较高的区域始终出现在两转子之间。本文利用华工百川1升本伯里型实验用密炼机进行橡胶混炼实验,并对胶料样本进行了门尼粘度测试、炭黑分散度测试和物理机械性能测试。重点分析了填充系数、转子转速两大因素对两种配方混炼过程的影响,实验结果分析表明,橡胶混炼消耗的最大功率随转速和填充系数的增加而增大,转子转速变化对功率影响较大;随着密炼机转速的提高和填充系数的增大,门尼粘度平均值的下降。胶料样本的平均炭黑分散度和大部分力学性能都随转子转速和填充系数的变化的出现较佳值,对本实验机台,转子转速在40~50r/min,填充系数在0.7~0.75时,混炼胶综合机械性能更高,炭黑的分散程度更好。可见,选择合适的转子转速和填充系数对实现优化混炼起着重要作用。为了验证模拟结果的可行性,本文结合混炼实验所得粘度值和排胶功率,分别针对有限元模拟的粘度场和压力场进行比较分析。进行实验黏度与模拟黏度对比时,引入比例系数K表征两类转子对实验黏度与模拟黏度的影响。计算得到,两种配方下K实验与K模拟误差均小于为5%。进行实验排胶功率与模拟压力对比时,引入比例系数L表征两类转子对排胶功率和模拟压力的影响。计算得到,两种配方下L实验与L模拟误差均小于为7%。通过模拟结果与实验结果对比可见,本文建立的橡胶混炼有限元模型在一定程度上是可行的。