Bagaimana Mesin Pengaduk Karet Memasukkan Minyak dan Pemlastis ke dalam Senyawa

Dalam dunia pemrosesan polimer, menghasilkan kompon karet yang homogen dan berkualitas tinggi merupakan ilmu sekaligus seni. Inti dari proses ini adalah penggabungan strategis bahan aditif—terutama minyak dan bahan pemlastis—yang secara dramatis mengubah kemampuan kerja, fleksibilitas, daya tahan, dan biaya senyawa. Inti dari tahap pencampuran yang penting ini sering kali terdapat mesin yang kuat dan terspesialisasi: the pengaduk karet , juga dikenal sebagai mixer internal atau mixer Banbury®.

Memahami Komponen Utama: Minyak dan Pemlastis

Sebelum mempelajari mesinnya, penting untuk memahami apa yang dimasukkan.

• Minyak Proses (Berbahan Dasar Minyak Bumi, Nabati): Terutama digunakan untuk melunakkan polimer dasar, mengurangi viskositas untuk memudahkan pemrosesan, memperluas volume (mengurangi biaya), dan membantu dispersi bahan pengisi seperti karbon hitam atau silika.
• Pemlastis (Phthalates, Adipates, dll.): Fungsinya serupa dengan minyak tetapi seringkali dipilih secara khusus untuk meningkatkan fleksibilitas suhu rendah, meningkatkan sifat elastis tertentu, atau mengurangi suhu transisi gelas (Tg).

Keduanya biasanya merupakan cairan dengan viskositas rendah yang harus diubah dari fase makroskopis yang terpisah menjadi campuran yang terdispersi secara mikroskopis dan intim dengan polimer karet padat dan bahan pengisi bubuk.

Anatomi Pengaduk Karet

Pengaduk karet adalah ruang pencampuran yang tertutup dan memiliki geseran tinggi. Komponen utamanya yang relevan dengan penggabungan cairan adalah:

1. Ruang Pencampur: Wadah berjaket kokoh yang dapat dipanaskan atau didinginkan.
2. Bilah Rotor: Dua rotor yang berputar berlawanan arah dan tidak saling menyatu dengan desain mirip sayap yang rumit. Ini adalah jantung dari mesin, yang menghasilkan aliran geser dan pemanjangan yang diperlukan.
3. Ram atau Berat Mengambang: Piston yang dioperasikan secara hidraulik yang menutup ruang dari atas, memberikan tekanan (biasanya 3-7 bar) ke batch.
4. Jatuhkan Pintu: Terletak di bagian bawah ruang untuk mengeluarkan senyawa campuran.

Proses Penggabungan Langkah demi Langkah

Penggabungan minyak dan bahan pemlastis bukanlah langkah penuangan yang sederhana; ini adalah rangkaian peristiwa mekanis dan termal yang diatur dengan cermat.

Fase 1: Pengunyahan dan Keterlibatan Polimer

Siklusnya diawali dengan penambahan bahan dasar karet (alami atau sintetis). Rotor, berputar dengan kecepatan berbeda, menangkap, merobek, dan merusak bal karet. Ini pengunyahan memecah rantai polimer untuk sementara, mengurangi berat molekul dan meningkatkan suhu karet melalui gesekan internal (pembangkitan panas kental). Pemanasan ini sangat penting, karena akan menurunkan viskositas karet, sehingga lebih mudah menerima bahan aditif.

Fase 2: Penambahan Cairan Secara Strategis

Waktu adalah segalanya. Menambahkan minyak dalam jumlah besar di awal dapat berdampak buruk. Praktik terbaik standarnya adalah:

• Tambahan Terpisah: Sebagian (seringkali 1/3 hingga 1/2) dari total cairan ditambahkan setelah karet dikunyah tetapi sebelum bahan pengisi utama (karbon hitam/silika) . “Minyak dasar” ini semakin melembutkan karet, menciptakan massa perekat yang lengket yang akan lebih efisien membasahi dan menggabungkan bubuk pengisi yang akan datang.
• Bahaya “Tergelincir”: Menambahkan oli terlalu dini atau berlebihan sebelum bahan pengisi dapat menyebabkan “slip” – suatu kondisi di mana efek pelumasan oli mencegah tegangan geser yang cukup untuk diteruskan ke karet. Senyawa tersebut meluncur pada rotor dan bukannya terpotong, menyebabkan dispersi yang buruk dan waktu pencampuran yang lama.

Fase 3: Penggabungan Pengisi dan Peran Penting Geser

Pengisi bubuk sekarang ditambahkan. Desain rotor menciptakan pola aliran kompleks di dalam ruangan:

• Tindakan Geser: Kompon karet dipaksa melewati celah sempit antara ujung rotor dan dinding ruang, sehingga menimbulkan tekanan yang kuat tegangan geser . Ini mengolesi senyawa lapis demi lapis.
• Lipat dan Pembagian (Menguleni): Sayap rotor juga mendorong senyawa dari satu ujung ruangan ke ujung lainnya, terus-menerus melipatnya—tindakan “menguleni” secara harfiah.

Dalam lingkungan dengan pergeseran tinggi ini, minyak yang ditambahkan sebelumnya, sekarang dihangatkan oleh senyawa tersebut, bertindak sebagai a media transportasi . Ini membantu karet merangkum aglomerat pengisi individu. Gaya geser kemudian memecah aglomerat ini, mendistribusikan partikel pengisi dan melapisinya dengan lapisan tipis matriks minyak-karet.

Fase 4: Penambahan dan Dispersi Minyak Akhir

Sisa minyak atau plasticizer sering ditambahkan setelah sebagian besar bahan pengisi dimasukkan . Pada tahap ini, suhu senyawa sudah tinggi (seringkali 120-160°C), dan campurannya merupakan massa yang koheren. Penambahan cairan kini lebih terkontrol.

• Tekanan ram memastikan cairan dipaksa masuk ke dalam batch dan tidak disemprotkan begitu saja ke dinding ruang.
• Tindakan menguleni yang berkelanjutan pompa secara mekanis cairan ke dalam pori-pori mikroskopis dan celah di dalam senyawa. Cairan bermigrasi ke dalam senyawa melalui dua mekanisme utama:
  1. Aksi Kapiler: Ditarik ke dalam ruang kecil antara rantai polimer dan kelompok pengisi.
  2. Difusi yang Diinduksi Geser: Pencampuran makroskopis oleh rotor menciptakan permukaan yang selalu baru, memaparkan senyawa kering ke dalam cairan, memaksa pencampuran pada tingkat mikroskopis.

Fase 5: Homogenisasi Akhir dan Kontrol Suhu

Menit-menit terakhir dari siklus pencampuran adalah untuk homogenisasi. Tekanan ram memastikan keterlibatan ruang penuh, sementara pelipatan dan geser yang konstan menghilangkan gradien konsentrasi oli lokal. Sepanjang seluruh proses, ruang berjaket mensirkulasikan cairan pendingin untuk mengatur panas eksotermik pencampuran. Kontrol suhu yang tepat sangat penting; terlalu panas, dan karet bisa hangus (vulkanisasi dini); terlalu dingin, dan pengurangan viskositas yang diperlukan untuk dispersi yang baik tidak akan tercapai.

Mengapa Kneader Unggul dalam Tugas Ini

Desain mixer internal secara unik cocok untuk pekerjaan yang menantang ini:

• Intensitas Tinggi: Ini menghasilkan energi geser dan deformasi yang besar dalam waktu singkat, dan secara efisien memecah aglomerat.
• Lingkungan Terkandung: Ruang tertutup di bawah tekanan ram mencegah hilangnya komponen yang mudah menguap, mengontrol kontaminasi, dan memungkinkan pencampuran pada suhu tinggi dengan aman.
• Efisiensi: Pabrik ini dapat menangani batch besar (dari liter hingga ratusan kilogram) dengan energi dan waktu yang jauh lebih sedikit dibandingkan pabrik terbuka untuk kualitas yang setara.

Pertimbangan Praktis untuk Penggabungan Optimal

Operator dan peracik harus menyeimbangkan beberapa faktor:

• Pesanan Tambahan: Seperti diuraikan, penambahan split adalah standar untuk keseimbangan optimal antara kualitas dispersi dan waktu pencampuran.
• Kecepatan Rotor dan Tekanan Ram: Kecepatan yang lebih tinggi meningkatkan geseran dan suhu lebih cepat. Tekanan optimal memastikan kontak yang baik tanpa membebani motor secara berlebihan.
• Viskositas dan Kimia Minyak: Minyak yang lebih ringan menyatu lebih cepat tetapi mungkin lebih mudah menguap. Kompatibilitas (parameter kelarutan) dari bahan pemlastis dengan polimer dasar merupakan hal yang mendasar.
• Ukuran Batch (Faktor Isian): Ruangan harus terisi dengan benar (biasanya 65-75% penuh). Pengisian yang kurang menghasilkan geseran yang tidak mencukupi; pengisian yang berlebihan mencegah pelipatan yang benar dan mengakibatkan pencampuran yang tidak merata.

Kesimpulan

Penggabungan minyak dan plasticizer oleh a pengaduk karet machine adalah proses termomekanis yang dinamis yang jauh melampaui pengadukan sederhana. Ini adalah rangkaian yang direkayasa dengan tepat pengunyahan, timed addition, shear-driven dispersion, and thermal management. Rotor bertenaga dan ruang tertutup pada alat berat ini bekerja sama untuk mengatasi tantangan besar dalam memadukan cairan dengan viskositas rendah ke dalam matriks karet non-Newtonian dengan viskositas tinggi. Dengan memahami fisika geser, pentingnya urutan penambahan, dan peran penting suhu, pembuat kompon dapat memanfaatkan kemampuan pengaduk untuk menghasilkan kompon karet yang konsisten dan berkinerja tinggi di mana setiap tetes minyak dan pemlastis dimanfaatkan secara efektif dan seragam untuk memenuhi permintaan yang tepat dari produk akhir. Pemahaman mendalam ini memastikan efisiensi, kualitas, dan inovasi di dunia manufaktur karet yang luas.