双辊开炼机的功能是作为一种高剪切机械混合器，将关键添加剂强制推入天然橡胶（NR）基体中。通过使用两个反向旋转的辊筒，该机器产生强烈的机械剪切力，物理上将硫磺、促进剂、氧化锌和碳纳米管（CNTs）推入橡胶中，形成统一的复合材料。
该炼胶机不仅仅是混合成分；它施加足够的机械应力来分解顽固的填料聚集体，并将化学添加剂均匀分布，确保材料达到高性能应用所需的结构一致性。
剪切混合的机理
产生剪切力
双辊炼胶机的核心机理依赖于两个向内旋转的辊筒。该过程的有效性源于在“辊缝”——即辊筒之间的间隙——中产生的机械剪切。
反向旋转和速度差
虽然主要功能是混合，但效率是由辊筒的相对运动驱动的。通过以不同的速度旋转或简单地与材料反向旋转，炼胶机产生摩擦力，撕裂和折叠橡胶，暴露出新的表面积以供添加剂接触。
受控集成
这种机械作用是将化学剂（如硫磺和促进剂）渗透到橡胶基体中的关键。它将松散的干粉成分和生胶转化为一张粘合的、粘弹性片材。
实现微观均匀性
分解聚集体
碳纳米管（CNTs）天生倾向于结块，形成聚集体，这会在最终产品中产生薄弱点。双辊开炼机利用其剪切力来机械地粉碎这些聚集体。
确保均匀性
一旦聚集体被分解，炼胶机就能确保它们均匀地分散在整个天然橡胶中。这种均匀分布对于将碳纳米管的导电性或增强性传递到整个复合材料至关重要。
性能一致性
这种混合过程的最终目标是保证复合材料的每个部分都能表现出相同的性能。无论是在鞋类还是其他工业应用中使用，材料都必须表现出均匀的性能，这只有通过炼胶机提供的严格混合才能实现。
理解权衡
工艺控制与材料降解
虽然高剪切力对于分散纳米管是必需的，但过度的机械力可能会产生不利影响。在分解填料聚集体和意外断裂橡胶分子链之间存在一个精细的平衡。
手动操作风险
双辊开炼机的“开放式”性质通常需要操作员干预来切割和折叠橡胶片。这允许对混合物进行出色的目视监控，但与全自动密炼机相比，会引入基于操作员技术的变量。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高双辊开炼机在碳纳米管/天然橡胶复合材料中的效率，请关注以下特定参数：
- 如果您的主要关注点是电气或机械性能：通过保持紧密的辊缝来优先分解碳纳米管聚集体，以在混合周期的早期最大化剪切力。
- 如果您的主要关注点是材料寿命：仔细监控混合时间，确保添加剂（如硫磺）在不过度剪切聚合物链（可能导致橡胶降解）的情况下被掺入。
双辊开炼机是将原始化学潜力转化为物理均匀、高性能复合材料的决定性工具。
总结表：
| 混合阶段 | 主要功能 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 辊缝剪切 | 强烈的机械摩擦和撕裂 | 分解顽固的碳纳米管聚集体 |
| 添加剂掺入 | 将硫磺、氧化锌和促进剂推入基体 | 将原材料转化为粘弹性片材 |
| 均化 | 连续折叠和重新滚动 | 确保均匀的电气和机械性能 |
| 温度/时间控制 | 平衡的机械应力管理 | 防止橡胶分子链降解 |
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参考文献
- Yaguo Miao. Research on the correlation between the processing technology of conjugated nanomaterials and the design of sports equipment. DOI: 10.3389/fchem.2023.1327618
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