一種實驗室用橡膠小料稱量裝置的設計

趙桂英，王忠光，崔榮芝，王再學，覃 彪

（徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221140）

橡膠制品的種類繁多，不同的橡膠制品加工工藝過程不同，但基本加工工藝過程大致包括配合、塑煉與混煉、壓延、擠出、成型、硫化等工序[1]。配合是橡膠制品加工生產的源頭工序，配合質量的好壞直接影響下游工序的進行及產品質量。橡膠制品所用的原材料品種多樣，每種組分在配方中都是不可缺少的，尤其是硫化劑、活性劑、促進劑、防老劑、防焦劑以及其他功能性助劑等，具有用量小、作用大的特點[2]。這些配合劑在橡膠試驗配方中被稱為小料，其配比精度常常以克為單位，因此精確地稱量、配合小料是保證產品質量的關鍵環節之一。隨著工業自動化的不斷發展，部分橡膠企業研制開發了大型全自動粉料稱量系統，用以取代人工稱量配料，不僅能夠準確地稱量橡膠小料，而且在防止環境粉塵飛揚、提高配合工作效率方面起到了重要的作用[3]。但是，實驗室用橡膠小料稱量裝置迄今為止未見明顯改進。

1 現有稱量方法的不足

橡膠企業新產品研發或高校橡膠制品加工與檢測專業的實踐性教學環節中，需要在實驗室開展大量的試驗研究工作，實驗室用橡膠小料的品種更多、用量更小。小料用量一般為0.2～15 g，為確保小料的稱量精度，通常采用托盤天平或電子秤進行小料稱量。根據國家標準要求，稱量后的小料必須在4 h內用于混煉操作，否則會出現物料吸潮、落入塵灰和本身飛揚等問題。因此，小料在稱量和輸送過程中應盡量減少損耗，防止污染；在膠料的混煉過程中，除了硫化劑、超速促進劑等小料必須在后期加入之外，大多數小料都在混煉初期加入[4]。如果將這些小料預先進行初混再加入膠料中，則可縮短混煉時間，降低混煉過程中產生焦燒的危險，提高混煉膠的質量。

目前橡膠企業及相關院校實驗室基本上沒有固定的小料稱量裝置。高校實驗室由于做實驗的學生多，每個試驗配方中小料的品種也多，因此稱量工作量很大，稱量小料時通常將報紙裁成一定的尺寸，置于天平稱量臺上進行稱量，然后將稱量好的物料分別放置于小推車上，輸送到混煉現場，再逐一將小料加入混煉膠中進行混煉操作。橡膠企業在新產品開發過程中，通常采用塑料盆或燒杯盛裝各種稱量后的小料，混煉時傾斜塑料盆或燒杯將小料倒入膠料中，進行混煉操作。這些操作容易產生以下問題。

（1）試驗配方中小料品種很多，稱量過程中會使用很多紙張，紙張表面通常都會粘附一定的物料；某些小料如硬脂酸等為光滑的粒料，在輸送過程中極易滑出紙張，造成損耗；沾有小料的紙張不能重復使用，會造成環境污染。

（2）由于小料沒有預先混合或加料時分開加，因此混煉時間長，有可能造成膠料焦燒，不利于提高混煉效率和混煉膠質量。

（3）如不能按時進行混煉，稱量好的小料在存放過程會產生吸潮、污染或者損耗，影響后續試驗研究工作。

2 稱量裝置的設計

針對現有技術的不足，經過調研分析，從稱量和承裝兩個部分制定設計方案，設計的出發點是將兩者組合起來用于稱量、儲存物料，分開后能便捷地將物料導出和清理。新的稱量裝置包括稱量盤和開口容器，稱量盤帶有凸體和傾料口，開口容器設有導料口。采用該裝置可在實驗室進行多種橡膠小料的稱量，減少其他稱量工具的使用，防止小料在稱量過程中產生損耗，在儲存過程中能夠密閉防潮和防止環境粉塵的污染。通過該裝置進行小料的初混，便于快速導出，縮短混煉時間，提高混煉膠的質量[4]。稱量裝置結構如圖1所示。

圖1 稱量裝置結構示意

2.1 開口容器

為了將稱量后的多種橡膠小料盛裝起來，便于小料的初混及適當儲存，設計了一個開口容器，底部封閉，上部開口，在開口容器的一側設置有一個把手，便于操作者握住和移動開口容器。開口容器選擇透明材質，便于在實驗過程中觀察物料的情況。開口容器內外表面光滑，不易粘附物料，既能減少物料的損耗，又方便清理衛生。

2.2 稱量盤

模擬實驗室托盤天平上的托盤，設計了一個中部凹形的稱量盤，用于橡膠小料的稱量。稱量盤位于開口容器的開口端上，其尺寸與開口容器相配合，稱量盤通過手動可以在開口容器上部左右旋轉。稱量盤材質為透明塑料，其表面光滑，不易粘附物料。

2.3 導料口

原材料配合完畢，下一道工序是膠料的塑煉與混煉，將通過塑煉工序加工好的生膠包輥后，首先加入小料（如配方中含有固體軟化劑，可單獨提前加入），再加大料、液體軟化劑等，最后加入硫黃和促進劑。為便于將稱量裝置中的小料快速、安全地導出加到混煉膠中進行分散操作，在開口容器的上端設置了一個導料口，物料通過導料口進入混煉膠料中，不會出現小料散落的問題。

2.4 傾料口

稱量盤用于逐一稱量各種橡膠小料，每個小料稱量后需及時倒入開口容器中，再進行下一種小料的稱量，為此在稱量盤上部側面設置了一個傾料口，通過傾料口和導料口重合后形成的缺口將稱量好的小料傾入開口容器中，由于傾料口的長度小于導料口的寬度，在傾倒的過程中物料不會散落到外面。

2.5 凸體

開口容器上部設置有一個導料口，為便于稱量盤與開口容器配合良好，在稱量盤上設置了一個與導料口相配合的凸體，凸體與稱量盤為一體式結構，材料為透明塑料，當凸體與導料口重合時，該稱量裝置組成一體，起到密封防塵的作用，可對稱量好的多種小料進行適當的保存，阻止環境粉塵的侵入。

3 稱量裝置的制作方法

該稱量裝置采用注塑成型加工方法[5]，其加工工藝流程如圖2所示。

圖2 稱量裝置的加工工藝流程

為了隨時觀察物料情況，同時便于清理，該稱量裝置全部采用透明材質的塑料制成，例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯等[6]，加工設備為普通的注塑機。將開口容器和稱量盤分別采用相應的模具一次注塑成型，經冷卻修剪毛邊后將兩者組裝成一體。

4 稱量裝置的使用方法

4.1 小料的稱量、初混及儲存

（1）稱量。將稱量盤安裝固定于開口容器的上端，旋轉稱量盤，使稱量盤左側的凸體與開口容器上端的導料口重合。將該稱量裝置放置于電子秤的稱量臺上，清零，用藥勺將物料緩慢加到稱量盤的中部，觀察電子秤的數值，達到規定數值后停止加料，向左旋轉稱量盤，使稱量盤上部側面的傾料口與導料口重合，抬起稱量盤一側，將物料從傾料口倒入開口容器中，然后向右旋轉稱量盤，讀取數據。將稱量裝置重新復位，重復以上稱量操作，直至完成多種小料的稱量。

（2）初混。稱量操作完成后，將該稱量裝置重新復位，握住把手，輕輕晃動稱量裝置，即可對物料進行初混。

（3）儲存。根據混煉工序進度的要求，將該稱量裝置靜止停放，對物料進行適當保存。

4.2 小料的導出

混煉時取下稱量盤，將開口容器中的物料從導料口導出加到膠料中進行混煉，然后清理稱量裝置的內外面，以備下次使用。

5 結語

本設計橡膠小料稱量裝置達到了以下效果[7]：

（1）只需一個多功能稱量裝置，即可進行試驗配方中多種橡膠小料的稱量，節省了其他稱量工具的使用，減少環境污染，降低物料的損耗；

（2）通過該裝置可以進行小料的初混和集中導出，為后續的混煉節省了時間，減少了膠料焦燒的可能，提高了混煉膠的質量；

（3）可根據混煉進度安排，對小料進行適當的存放待用，防止物料吸潮和污染。