CN101259739A - 利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺及相关设备 - Google Patents

Abstract

利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，先将废旧硫化橡胶制成胶粉；将胶料与化学助剂混合后投入到捏炼机密炼室里；利用捏炼机的四棱同步转子对胶料作功，使胶料产生热量升温而脱硫；冷却胶料；压炼制成再生胶成品。所述的转子，包括转子轴和轴上的左端板和右端板，并在其之间转子轴上设有右旋和左旋螺旋棱体，两段棱体沿转子轴的圆周间隔90°交叉均布。所述的冷却设备为螺旋式输送机，机筒的一端为进口，另一端为出口，机筒内设有与动力装置相连接的螺旋芯轴，芯轴上焊有螺旋式叶片，芯轴两端接有旋转接头，机筒为夹套式结构，夹套的内腔和芯轴的内孔通过旋转接头及胶管与供水冷却装置相连通。具有安全可靠、无污染、节能、生产成本低的优点。

Description

利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺及相关设备

技术领域

本发明涉及再生橡胶行业生产再生橡胶的工艺及相关设备，特别是一种利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺及相关设备，主要是利用配置四棱同步转子的专用捏炼机和螺旋式冷却输送机，并应用化学助剂，使废旧硫化橡胶变成可循环利用的再生橡胶，成为橡胶制品的原料。

背景技术

再生橡胶是指硫化胶经过脱硫而再生的具有可塑性的橡胶。废旧硫化橡胶的“再生”习惯上称为“脱硫”，脱硫过程是与混炼橡胶的硫化过程正好相反的工艺过程。

废旧硫化胶的再生工艺流程，通常包括：①对废旧橡胶的破碎制粉，②加热脱硫，③压炼出片等三个阶段。在整个再生流程中，废旧硫化胶不断地发生“位移”、“变形”和“改性”，使橡胶的物性得到一定程度的恢复。废旧橡胶能否再生以及再生的程度如何，关键取决于“加热脱硫”的工艺过程。

硫化橡胶再生机理的实质是：废旧硫化胶在热、氧、机械力和化学再生剂的综合作用下发生解聚降解反应，破坏硫化胶分子的立体网状结构，使废旧橡胶的可塑性得到一定程度的恢复，变其弹性体为塑性体或粘性体，达到再生的目的。

其实，再生胶的结构形态是处于生胶和硫化胶两者之间的亚橡胶。废胶在脱硫再生过程中，分解为含硫黄的(C5H6)3S橡胶分子部分(占51.65％)和不含硫黄的(C5H8)6橡胶分子部分(占48.35％)。其中，交联键(S-S、S-C-S)和分子键(C-C)都被部分断裂，主要是S-S横向硫键断开，而C-C、C--S聚合物键不应破坏。断裂的位置既有交联键，也有交联键之间的大分子链。其结构变化可用假定反应式：(C5H8)3S(C5H8)6→(C5H8)3S(C5H8)6+(C5H8)3+(C5H8)3→(C5H8)3S(C5H8)6予以说明。

硫化橡胶再生的核心工艺要素是“热能”问题。目前普遍利用“动态脱硫罐”法进行再生胶的生产。而“动态脱硫罐”的热能来自于导热油、过热蒸汽、电加热等三种加热方式。“动态脱硫罐”实际上是两端带封头的圆筒状卧式压力容器，导热油加热式罐体为夹套式结构。罐的上部为加料口、下部为出料口。罐口门的开关有全自动和手动二种形式。罐内装有搅拌器，搅拌桨叶为带状或附壁组合式，由电机与传动装置带动其正反向转动，使胶料和化学助剂以及水，在连续搅拌过程中而均匀受热。

然而，动态罐属于II类压力容器，用于废旧橡胶的脱硫再生尚存在许多缺点。主要是：①存在严重的安全隐患，工作温度达250～300℃，罐体承受的压力达2～3MPa，安全管理成本高；②有比较严重的废液、废气二次污染，环保成本高；③用电、导热油、煤、水、汽等，能源消耗多；④预热时间长，助剂用量多，生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全可靠、无污染、节能、作业效率高、生产成本低的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺及相关设备，克服现有“动态罐”脱硫技术的不足。

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，包括如下步骤：

a、先对废旧硫化橡胶进行清洗、整理、破碎、筛分制成胶粉，形成脱硫用的胶料；

b、将上述胶料与化学助剂混合并投入到捏炼机的密炼室内；

c、开启捏炼机运转，利用捏炼机密炼室里的四棱同步转子，对胶料进行剪切、挤压、摩擦、搅拌作功，使胶料摩擦生热而脱硫；

d、对上述经过脱硫的胶料，在密闭条件下进行快速冷却，其冷却的速度控制为18℃/分钟～22℃/分钟；

e、对上述已冷却的胶料经过开炼机和精炼机碾压制成片状的再生胶成品。

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其中所述开启捏炼机运转在工作之前，先空运转试机活车15分钟～20分钟。

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其中所述的化学助剂是活化剂和软化剂及增塑或增粘剂；各化学助剂与胶料的重量配比如下：活化剂∶胶料＝0.2～0.3∶100；软化剂∶胶料＝8～10∶100；增塑或增粘剂∶胶料＝3～4∶100。

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其中所述的加热脱硫过程中，根据废旧胶料种类和粒度，对其加热温度控制在200℃～250℃之间；加热时间控制在10分钟～14分钟之间；捏炼机上顶栓的压力控制在5Mpa～7Mpa之间；胶料的投料填充系数控制在0.85～0.95之间。

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其中所述的冷却后的胶料温度控制在80℃以下。

所述的捏炼机的四棱同步转子：它包括转子轴1，其特征在于：在转子轴1中部设有左端板2和右端板5，在左端板2和右端板5之间于转子轴1上分两段设置且每段均有对称的两个螺旋棱体。其中，一段为右旋的长棱体4，另一段为左旋的短棱体3，且两段的长、短螺旋棱体沿转子轴圆周间隔90°交叉均布。

所述的两个左旋短棱体3与右旋长棱体4的轴向长度比为A∶B＝1∶3～1∶5；所述的长棱体4的右旋螺旋角为33°～37°，短棱体3的左旋螺旋角为30°～33°。

所述的转子轴1的一侧轴心线处钻有中心孔7，长棱体4和短棱体3的内侧设计为空腔9，中心孔7内配装有冷却水管6，冷却水管6的内孔作为进水通道13，在冷却水管6的外壁与中心孔7的内壁之间的空间构成出水通道12，进水通道13与出水通道12通过转子轴1上的径向通孔11和棱体的空腔9相互连通。

所述的冷却设备为螺旋式输送机，在机座和支腿上设置有夹套空腔式机筒，机筒的一端为胶料进口，另一端为胶料出口，在机筒内设有与动力及传动装置相连接的螺旋芯轴，芯轴上设有螺旋叶片，芯轴的两端装有通水旋转接头，芯轴的内孔可通水；所述的机筒为夹套空腔式结构，夹套的内腔和芯轴内孔与冷却水源通过胶管及旋转接头相连通，构成闭路循环冷却系统。

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，由于在对硫化橡胶加热脱硫过程中利用了捏炼机的四棱转子对胶料在密炼室的内腔与上顶栓所围成的空间里进行强制搅动，四棱转子作同速相向旋转，胶料被转子的四个棱体剪切推动做轴向、径向及斜向的循环强制流动，使胶料与胶料、胶料与密炼室、上顶栓及转子棱体的接触面之间产生高压剪切和磨擦而生热，把机械能转化为热能，使硫化胶料分子在热、氧、机械力及化学助剂的综合作用下进行降解反应，打开胶料分子的S～S横向键而脱硫；在胶硫过程中，利用了化学助剂的活化、软化、增粘特性，促进胶料的脱硫再生并改善其物理性能；胶料脱硫后利用螺旋输送机的密闭冷却特点，对脱硫胶料进行降温保护，防止脱硫胶料的继续反应而碳化或焦烧；因此，本发明具有设备操作简便、可即开即停、无安全隐患、无废液/废气二次污染、能源消耗省、生产成本低、易于清洁生产等优点。

本发明的的四棱同步转子，由于在转子轴1上设有左端板2和右端板5，在左端板2和右端板5之间沿转子轴1圆周设置有两段且每段均有两个对称的螺旋棱体，其中一段为右旋的长棱体4，另一段为左旋的短棱体3，两段的长、短螺旋棱体沿转子轴1的圆周间隔90°交叉地均布，因此本发明的四棱同步转子工作吃料快，剪切摩擦力大，发热量大升温快，胶料流动通道顺畅，混炼分散充分，胶料受热均匀，可充分满足废旧硫化胶脱硫的工艺要求，提高脱硫质量和效率。

本发明的对胶料进行密闭快速冷却的设备，利用了现有的螺旋输送机，根据冷却特性的需要，对其机筒和转轴及料口作了相应的改造，机筒改为夹套空腔式结构，转轴改为厚皮管状芯轴，机筒夹套的内腔和管状芯轴的内腔通过胶管和旋转接头与冷却水源装置相连接；经过脱硫的胶料在螺旋输送的过程中被连续冷却而降温，防止其继续发生热氧化反应并重新聚合，保护脱硫胶料的脱硫性能；无废液废气污染，保护作业环境。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的结构示意图；

图2是图1所示的左视示意图；

图3是本发明具体实施方式的剖视示意图；

图4是安装在捏炼机内的一对转子的展开示意图；

图5是安装在捏炼机内的一对转子的断面示意图；

图6是胶料在捏炼机内转子周围的流动示意图；

图7是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，按如下步骤进行：

以75升四棱同步转子专用捏炼机，进行子午线轮胎硫化胶的脱硫再生为例，

a、按现有技术的处理方式先对废旧子午线轮胎进行整理破碎制成胶粉形成脱硫用胶料。

b、将上述胶料与化学助剂混合，化学助剂有活化剂、软化剂、增塑或增粘剂，其重量配比如下：

活化剂∶胶料＝0.2～0.3∶100；

软化剂∶胶料＝8～10∶100；

增塑或增粘剂∶胶料＝3～4∶100。

其中活化剂为420；软化剂为松焦油；增塑剂为松香。

称量备料：

用30目子午胎硫化胶粉68kg，按活化剂∶胶料＝0.3∶100，软化剂∶胶料＝9∶100，增塑剂∶胶料＝3∶100的比例选配，活化剂0.204kg，软化剂6.12kg，增塑剂2.04kg，用机械或手工方法混合搅拌均匀。对轮胎胶料必要时需添加2～3％的水(按重量)。

C、在开启捏炼机工作之前，先空转动捏炼机活车15分钟～20分钟；再将上述混合的胶料与助剂投入到捏炼机的密炼室里，允真系数控制在捏炼室的0.85～0.95之间，落下捏炼机的上顶栓，关闭加料门，操纵捏炼机运转工作；利用捏炼机的四棱同步转子对胶料进行搅动作功，使胶料摩擦生热达到高温而脱硫；如果配方用料没有预先搅拌混合，要按1/2的胶料--化学助剂--1/2胶料的先后顺序加入。在加热脱硫过程中，主要是控制和确认脱硫临界温度、脱硫时间、电流以及上顶栓压力。对于子午胎硫化胶的脱硫温度取200℃或210℃或220℃或230℃，即在200～230℃之间均可；脱硫时间取10分钟或11分钟或12分钟或13分钟，即在10分钟～13分钟之间均可；捏炼机的上顶栓压力取6Mpa或7Mpa，即在6Mpa～7Mpa之间均可。在实践中，应以温度为优先参数，时间作为辅助参数。在脱硫过程中，还需观察和控制上顶栓压力和电流，压力的高低直接影响脱硫的时间即效率。电流是直接反映捏炼机的扭矩、功率、压力大小、装料量多少的综合参数，电流的波动或稳定是脱硫状态的显示。一般电流值稳定在捏炼机额定电流的70％左右，表明胶料已经基本脱硫。

d、对上述脱硫的胶料进行冷却；冷却后的温度控制在80℃以下。采用快速密闭冷却降温方式，阻止热氧化反应继续进行。具体作法是开动螺旋式输送机运转，脱硫的高温胶料从捏炼机的密炼室快速倾翻卸出，直接倒入螺旋输送机的接料槽。胶料由螺旋桨叶带动输送至卸料口排出。在此过程中，供水冷却装置将循环水强制流经机筒的夹套内腔和螺旋芯轴的内腔，与胶料进行热交换，带走胶料的热量，使胶料在6min钟左右降温至80℃以下，即以18℃/分钟～22℃/分钟。

e、对上述已冷却的脱硫胶料利用开/精炼机、精炼机压炼制成片状再生胶成品。此步骤按现有技术方式进行。

上述工艺步骤可参看图7。

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺中所述的捏炼机的四棱同步转子结构如下：

如图1、2、3所示：1为转子轴，在转子轴1上焊接有相互平常断行且垂直于转子轴1的轴心线的左端板2和右端板5。在左端板2和右端板5之间于转子轴1上焊接设置有两段且每段均有两个对称的螺旋棱体，其中右段为右旋的成棱体4，左段为左旋的短棱体3，两段的长、短螺旋棱体沿转子轴1的圆周间隔90°交叉地均布，形成四棱同步转子结构。

位于左段的两个对称的左旋短棱体3与位于右段的两个对称的右旋长棱体4的轴向长度比为1∶3～1∶5；长棱体4的右旋螺旋角为33°～37°之间；短棱体3的左旋螺旋角为30°～33°之间。

转子轴1的一侧轴心线处钻有中心孔7，长棱体4和短棱体3的内壁设计为空腔9，棱体空腔9与中心孔7之间通过转子轴1的径向通孔相连通形成冷却水道；冷却水道的结构是：在中心孔7内装置有冷却用钢管6，钢管6的内孔作为进水通道13，在钢管6的外壁与中心孔7的内壁之间的空间构成出水通道12，进水通道13与出水通道12通过转子轴1上的径向通孔11与棱体空腔9相互连通。在转子轴1的端头安装有旋转接头，通过旋转接头与供水装置相接。

如图4、5、6所示：将上有一对四棱转子的转子轴与现有技术一样以轴承安装在捏炼机机体的支承架上，两轴心线相互平行，且长度方向对称反向设置，两轴配置的相位角首选为90或°225°。捏炼机的其他部分与标准机型基本一样，不作改动。

具有一对四棱转子的捏炼机工作时，废旧硫化胶料在捏炼机密炼室里，分布于四棱转子和密炼室内壁及上顶栓所围成的空间容积里；在四棱转子同速相向旋转时，胶料被转子棱体剪切撕咬推动沿着既定的流道做轴向径向斜向的强制流动，使胶料与胶料、胶料与密炼室、转子棱体及上顶栓的接触面产生高压剪切磨擦而产生热量，把机械能转化为热能。使硫化胶料分子在热、氧、机械力及化学助剂的综合作用下进行降解反应，打开硫化胶分子的S～S横向键而脱硫。

如图5所示：胶料在捏炼机密炼室内有规律地经过了几个区域，其中有高压区16、低压区14、高剪切区18。沿着转子旋转的方向，各棱体的前面呈现明显的曲面，在该曲面上有工作前面大曲率区域15和工作前面小曲率区域17，各棱体的后面可为平面。

本发明的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺中所述的对脱硫的胶料进行冷却的设备为螺旋式输送机，在机座和支腿上设置有夹套空腔式机筒，机筒的一端为胶料的进口，另一端为脱硫胶料的出口，在机筒内设装有与动力及传动装置相装接的螺旋芯轴，芯轴上焊接有螺旋叶片，电机和传动装置驱动螺旋芯轴转动，将通过接料槽进入机内的胶料输送至卸料口排出，这部分为现有技术，不再详述。本具体实施方式只对机筒和转轴作了改造，即机筒为双层的夹套式结构，夹套的内腔与供水冷却装置通过管接头及管路相连通。转轴采用管状芯轴结构，其两端连接有旋转接头，芯轴的内孔通过旋转接头与供水冷却装置相连通。工作时供水冷却装置提供的循环冷却水可带走进入螺旋输送机内的胶料热量，进行热交换，达到对胶料快速冷却的目的。

Claims (9)

1、一种利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其特征在于：包括如下步骤：

a、先对废旧硫化橡胶进行清洗、整理、破碎、筛分制成胶粉，形成脱硫用的胶料；

b、将上述胶料与化学助剂混合并投入到捏炼机的密炼室内；

c、开启捏炼机运转，利用捏炼机密炼室里的四棱同步转子，对胶料进行剪切、挤压、摩擦、搅拌作功，使胶料摩擦生热而脱硫；

d、对上述经过脱硫的胶料，在密闭条件下进行快速冷却，其冷却的速度控制为18℃/分钟～22℃/分钟；

e、对上述已冷却的胶料经过开炼机和精炼机碾压制成片状的再生胶成品。

2、根据权利要求1所述的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其特征在于：所述开启捏炼机在工作之前，先空运转试机活车15分钟～20分钟。

3、根据权利要求2所述的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其特征在于：所述的化学助剂是活化剂和软化剂及增塑或增粘剂；各化学助剂与胶料的重量配比如下：活化剂∶胶料＝0.2～0.3∶100；软化剂∶胶料＝8～10∶100；增塑或增粘剂∶胶料＝3～4∶100。

4、根据权利要求3所述的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其特征在于：所述的加热脱硫过程中，根据废旧胶料种类和粒度，对其加热温度控制在200℃～250℃之间；加热时间控制在10分钟～14分钟之间；捏炼机上顶栓的压力控制在5Mpa～7Mpa之间；胶料的投料填充系数控制在0.85～0.95之间。

5、根据权利要求4所述的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺，其特征在于：所述的冷却后的胶料温度控制在80℃以下。

6、一种根据权利要求1至5中任何一项所述的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺中，所述的捏炼机的四棱同步转子：它包括转子轴(1)，其特征在于：在转子轴(1)中部设有左端板(2)和右端板(5)，在左端板(2)和右端板(5)之间于转子轴(1)上分两段设置且每段均有对称的两个螺旋棱体。其中，一段为右旋的长棱体(4)，另一段为左旋的短棱体(3)，且两段的长、短螺旋棱体沿转子轴圆周间隔90°交叉均布。

7、根据权利要求6所述的用于加压式捏炼机的四棱同步转子，其特征在于：所述的两个左旋短棱体(3)与右旋长棱体(4)的轴向长度比为A∶B＝1∶3～1∶5；所述的长棱体(4)的右旋螺旋角为33°～37°，短棱体(3)的左旋螺旋角为30°～33°。

8、根据权利要求7所述的用于加压式捏炼机的四棱同步转子，其特征在于：所述的转子轴(1)的一侧轴心线处钻有中心孔(7)，长棱体(4)和短棱体(3)的内侧设计为空腔(9)，中心孔(7)内配装有冷却水管(6)，冷却水管(6)的内孔作为进水通道(13)，在冷却水管(6)的外壁与中心孔(7)的内壁之间的空间构成出水通道(12)，进水通道(13)与出水通道(12)通过转子轴(1)上的径向通孔(11)和棱体的空腔(9)相互连通。

9、一种根据权利要求1至5中任何一项所述的利用捏炼机械化学法生产再生橡胶的工艺中，所述的对脱硫胶料进行冷却的设备，其特征在于：所述的冷却设备为螺旋式输送机，在机座和支腿上设置有夹套空腔式机筒，机筒的一端为胶料进口，另一端为胶料出口，在机筒内设有与动力及传动装置相连接的螺旋芯轴，芯轴上设有螺旋叶片，芯轴的两端装有通水旋转接头，芯轴的内孔可通水；所述的机筒为夹套空腔式结构，夹套的内腔和芯轴内孔与冷却水源通过胶管及旋转接头相连通，构成闭路循环冷却系统。

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