CN102250381B - 一种双螺杆橡胶脱硫的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双螺杆橡胶脱硫装置，具有筒体、位于筒体内的同向啮合的双螺杆和加热装置，筒体具有进料口，所述的双螺杆包括具有压缩比的加料输送段、两个或两个以上相互间不连续的挤压剪切段和位于相邻两个挤压剪切段间的螺杆过渡段、混炼段。本发明解决了现有橡胶脱硫技术污染严重、设备要求高、能耗大的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及废橡胶的回收利用领域，具体涉及废橡胶脱硫制备再生胶的装置和工艺方法。
背景技术
2010年全球消耗橡胶2370万吨，而我国是世界橡胶消费第一大国。据北京中商流通生产力促进中心统计，我国年消耗橡胶达710万吨，占全球消耗总量的30％，而且70％的天然橡胶、40％的合成橡胶需要进口。再生橡胶一方面可以代替橡胶，缓解了天然橡胶的严重匮乏；另一方面使废旧橡胶实现了回收再利用，解决了废旧橡胶污染环境的问题。
我国废橡胶的回收利用主要采用化学脱硫工艺技术生产再生胶，占回收废橡胶的90％以上，由于这种化学脱硫工艺是分段间隙式，在生产过程中要使用大量的化学助剂，会产生严重的二次污染，生产环境较差，而且生产的再生胶质量一般，只能用于中低档橡胶制品的生产。2010年12月31日，工业信息化部发布了《废旧轮胎综合利用指导意见》，提高产业集中度和企业环保净化装备水平，逐步淘汰能耗高、污染重的“小再生橡胶”企业和再生橡胶动态脱硫罐化学脱硫生产工艺，从而从国家层面上确立了橡胶绿色脱硫工艺技术的发展趋势。
目前国内研发废旧橡胶绿色脱硫的主要工艺技术如下：
连永祥等在《废胎面胶的De.link再生工艺研究》(沈阳化工学院学报2000年第14卷第1期)报道了废胎面胶的De-link再生工艺研究，方法是废橡胶经粉碎后得到10～40目胶粉，然后在常温、常压下把胶粉加入到可提供一定机械剪切作用的橡胶混炼设备(开炼机、密炼机、捏炼机)中，最好是加入到精炼机或细碎机中，机械剪切1min，使辊筒表面升温，然后加入De-link再生剂，进行剪切混炼，在剪切混炼一定时间后，加入少量塑炼胶和加工助剂(增粘树脂等)，即可得到具有较高强度和粘附性的再生胶片。该方法是化学法脱硫，有二次污染。
实用新型专利CN201610419公开了“一种废旧硫化丁基橡胶脱硫再生制备用新型机械“，旨在解决现有的废旧硫化丁基橡胶脱硫再生用机械转速低、压力低脱硫塑化时间长的问题。它是采用的螺杆挤出机和捏炼机，螺杆挤出机为双螺杆或是三螺杆的挤出机，捏炼机的出料口对接螺杆挤出机的进料斗。该方法的设备简单，但仅适用于脱硫制备丁基再生橡胶。
张立群等人申请了专利“一种硫化橡胶脱硫解聚再生的方法”，公开号CN101503525，首先通过在高压反应釜中加入干冰的方法安全快捷地得到超临界二氧化碳，利用超临界CO2流体实现脱硫试剂向橡胶中快速无污染的渗透，然后利用机械剪切、温度和脱硫试剂三者协同作用打断橡胶的交联键，从而实现橡胶的脱硫再生。该方法使用的超临界CO2技术，对设备要求高。
CN 201040408公开了一种橡胶脱硫的装置，该装置包括粉碎机、筛选机、磁选机、给料机、微波炉、挤出机、过滤装置和打包装置。该技术将废旧橡胶经过粉碎、筛选、磁选后再经过微波炉进行微波脱硫，脱硫后由微波炉出料口直接进入挤出机喂料口，通过挤出机进行塑化、降温、过滤，最后完成整个生产过程。该方法使用的设备种类多，耗能大。
CN2059872公开了一种橡胶脱硫挤出机，其挤压螺杆是一种双头螺纹及主、副螺纹分段设置的螺杆，并且采用以螺杆和支座相连接，圆台形型芯的机头。利用本机对废旧橡胶进行脱硫再生，其质量达到再生胶国家标准二级以上。该方法脱硫效果一般，再生胶性能一般。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决现有橡胶脱硫技术污染严重、设备要求高、能耗大的技术问题。为此本发明提供了一种不连续挤压剪切双螺杆橡胶脱硫技术，方法无污染、设备简单、能耗小。
本发明提供了一种双螺杆橡胶脱硫装置，具有筒体、位于筒体内的同向啮合的双螺杆和加热装置，筒体具有进料口，所述的双螺杆包括具有压缩比的加料输送段、两个或两个以上相互间不连续的挤压剪切段和位于相邻两个挤压剪切段间的螺杆过渡段、混炼段。
进一步地：所述的挤压剪切段为两个相啮合的组合剪切块，组合剪切块由两个或两个以上的位置相错开凸轮组成，不同挤压剪切段的组合剪切块其相邻凸轮的错开角度不同。相啮合的组合剪切块之间能实现强挤压剪切，有利于橡胶颗粒的粉碎与脱硫。不同挤压剪切段的组合剪切块其相邻凸轮的错开角度不同，能实现胶粉的完全脱硫或部分脱硫，生成完全脱硫与部分脱硫共存的混合型再生胶。
所述的螺杆过渡段为2～4个，每段为3～5个螺距。过渡段主要起强制输送和自洁功能，过多过渡段会导致螺杆长径比过大，增加能耗。
所述的加料输送段的压缩比为2∶1～4∶1。压缩比指第一节螺纹容积与最后一节螺纹容积之比，通过控制螺纹的螺距和深度可控制螺纹容积。胶粉粒径差值较小时，选择小压缩比，粒径差值较大时，选择较大的压缩比。通过控制加料段进、出废橡胶颗粒的体积，使得从加料段进入挤压剪切区域的废橡胶产生足够的压力，缩小废橡胶颗粒之间的距离，进一步提高剪切和脱硫效率。由于胶粉的堆积密度比橡胶密度小很多，堆积密度与胶粉的粒度有关，压缩比过小，则挤压剪切功能差，过大则挤压剪切功耗过大，导致设备超负荷损坏螺杆。
所述的双螺杆的长径比L/D为50∶1～65∶1。长径比越大物料在设备中停留时间越长，越有利于橡胶剪切脱硫。过小导致橡胶脱硫效果差，过大则装备能耗和成本增加。
筒体和双螺杆的材质均为高耐磨合金钢。高耐磨合金钢能防止在不断的剪切挤压过程中元件磨损而影响剪切脱硫效果。
采用如前所述的双螺杆橡胶脱硫装置进行橡胶脱硫的方法，具有如下工艺步骤：将粒径为0.2-1.0mm的硫化胶粉加入双螺杆的进料口，经过具有压缩比的加料输送段进行适度压实，输送至双螺杆的挤压剪切段，依次经过不连续的各挤压剪切段，在加热条件下不同类型组合剪切块的挤压剪切下，实现胶粉的完全或部分脱硫，生成完全脱硫与部分脱硫共存的混合型再生胶。
本发明适用的硫化胶粉原料可以为：废轮胎橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶等硫化橡胶的脱硫。本发明的有益效果是：使用本发明双螺杆橡胶脱硫装置的工艺过程是连续、密闭、胶粉流动状态下的剪切脱硫工艺，所以不会对环境造成二次污染，并且设备简单，剪切、脱硫效率高，能耗小。
附图说明
图1本发明的第一个实施例的双螺杆橡胶脱硫装置示意图
图2本发明的第二个实施例的双螺杆橡胶脱硫装置示意图
图1、图2中的1表示加料输送段、2表示挤压剪切段、3表示过渡段、4表示混炼段
图3本发明的双螺杆橡胶脱硫装置的第一个实施例的橡胶脱硫过程示意图
图4本发明的双螺杆橡胶脱硫装置的第二个实施例的橡胶脱硫过程示意图
图5本发明中的双螺杆的加料输送段的结构示意图，
其中图A是螺距较大、深度较深、容积较大的第一节螺纹；图B是螺距较小、深度较浅、容积较小的最后一节螺纹
图6是相邻凸轮错开角度为90°、5个凸轮组成的组合剪切块的结构示意图
图7是相邻凸轮错开角度为45°、7个凸轮组成的组合剪切块的结构示意图
图8是相邻凸轮错开角度为30°、7个凸轮组成的组合剪切块的结构示意图
图9是双螺杆橡胶脱硫装置的示意图，图中5表示筒体，6表示双螺杆，7表示进料口，8表示加热装置。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的本发明的双螺杆橡胶脱硫装置的第一个实施例，具有筒体、位于筒体内的同向啮合的双螺杆和加热装置，筒体具有进料口，所述的双螺杆包括具有压缩比的加料输送段、三个相互间不连续的挤压剪切段、分别位于相邻两个挤压剪切段间的二段螺杆过渡段、混炼段，挤压剪切段为两个相啮合的组合剪切块，组合剪切块由两个或两个以上的位置相错开凸轮组成，不同挤压剪切段的组合剪切块其相邻凸轮的错开角度不同，其中如图4所示第一组合剪切块中相邻凸轮错开角度为90°，如图5所示第二组合剪切块中相邻凸轮错开角度为45°，如图6所示第三组合剪切块中相邻凸轮错开角度为30°；螺杆过渡段每段为3个螺距；加料输送段的压缩比为2∶1；双螺杆的长径比L/D为55∶1；与废橡胶颗粒接触的筒体和双螺杆材质均为高耐磨合金钢。
如图3所示，采用该双螺杆橡胶脱硫装置进行橡胶脱硫的方法，具有如下工艺步骤：将粒径为0.2-1.0mm的硫化胶粉加入筒体的进料口，经过具有压缩比的加料输送段进行适度压实，输送至双螺杆的挤压剪切段，依次经过不连续的三个挤压剪切段，在加热条件下不同类型组合剪切块的挤压剪切下，实现胶粉的完全或部分脱硫，生成完全脱硫与部分脱硫共存的混合型再生胶。
加工工艺中将螺杆转速控制在100rpm。再生胶的混炼和试样制备按GB13460-2003，拉伸性能和断裂伸长率测试标准：GB/T 1040-92，门尼粘度的测试标准：GB/T 1232.1-2000。经过剪切脱硫反应后，再生胶获得了极佳的再硫化效果，拉伸强度14.9MPa、断裂伸长率478.5％，门尼粘度60.
实施例2
如图2所示的本发明的双螺杆橡胶脱硫装置的第二个实施例，具有筒体、位于筒体内的同向啮合的双螺杆和加热装置，筒体具有进料口，所述的双螺杆包括具有压缩比的加料输送段、五个相互间不连续的挤压剪切段和分别位于相邻两个挤压剪切段间的四段螺杆过渡段、混炼段，挤压剪切段为两个相啮合的组合剪切块，组合剪切块由两个或两个以上的位置相错开凸轮组成，不同挤压剪切段的组合剪切块其相邻凸轮的错开角度不同，其中第一组合剪切块中相邻凸轮错开角度为90°，第二组合剪切块中相邻凸轮错开角度为60°，第三组合剪切块中相邻凸轮错开角度为45°第四组合剪切块中相邻凸轮错开角度为30°第五组合剪切块中相邻凸轮错开角度为15°；螺杆过渡段每段为3个螺距；加料输送段的压缩比为4∶1；双螺杆的长径比L/D为65∶1；与废橡胶颗粒接触的筒体和双螺杆材质均为高耐磨合金钢。
如图4所示，采用该双螺杆橡胶脱硫装置进行橡胶脱硫的方法，具有如下工艺步骤：将粒径为0.2-1.0mm的硫化胶粉加入筒体的进料口，经过具有压缩比的加料输送段进行适度压实，输送至双螺杆的挤压剪切段，依次经过不连续的五个挤压剪切段，在加热条件下不同类型组合剪切块的挤压剪切下，实现胶粉的完全或部分脱硫，生成完全脱硫与部分脱硫共存的混合型再生胶。
加工工艺中将螺杆转速控制在120rpm。再生胶的混炼和试样制备按GB13460-2003，拉伸性能和断裂伸长率测试标准：GB/T 1040-92，门尼粘度的测试标准：GB/T 1232.1-2000。经过剪切脱硫反应后，再生胶获得了极佳的再硫化效果，拉伸强度15.1MPa、断裂伸长率481.5％，门尼粘度62.
Claims (6)
1.一种双螺杆橡胶脱硫装置，其特征在于：具有筒体、位于筒体内的同向啮合的双螺杆和加热装置，筒体具有进料口，所述的双螺杆包括具有压缩比的加料输送段、两个或两个以上相互间不连续的挤压剪切段和位于相邻两个挤压剪切段间的螺杆过渡段、混炼段；所述的挤压剪切段为两个相啮合的组合剪切块，组合剪切块由两个或两个以上的位置相错开凸轮组成，不同挤压剪切段的组合剪切块其相邻凸轮的错开角度不同。
2.权利要求1所述的双螺杆橡胶脱硫装置，其特征在于：所述的螺杆过渡段为2～4个，每段为3～5个螺距。
3.权利要求1所述的双螺杆橡胶脱硫装置，其特征在于：所述的加料输送段的压缩比为2:1~4:1。
4.权利要求1所述的双螺杆橡胶脱硫装置，其特征在于：所述的双螺杆的长径比L/D为55：1～65：1。
5.权利要求1所述的双螺杆橡胶脱硫装置，其特征在于：所述的筒体和双螺杆的材质均为高耐磨合金钢。
6.采用如权利要求1~5任一项所述的双螺杆橡胶脱硫装置进行橡胶脱硫的方法，其特征是具有如下工艺步骤：将粒径为0.2-1.0mm的硫化胶粉加入双螺杆的进料口，经过具有压缩比的加料输送段进行适度压实，输送至双螺杆的挤压剪切段，依次经过不连续的各挤压剪切段，在加热条件下不同类型组合剪切块的挤压剪切下，实现胶粉的完全或部分脱硫，生成完全脱硫与部分脱硫共存的混合型再生胶。
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