CN102753328B - 旧橡胶的脱硫 - Google Patents
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Abstract
根据本发明在行星辊挤压机中发生旧橡胶的脱硫。
Description
技术领域
本发明涉及旧橡胶的脱硫。
背景技术
橡胶由天然橡胶和/或人工制造的弹性体构成,其分子经历交联(Vernetzung)。在此,此外已知在分子间的硫-碳键(Verbindung)和硫-硫键。在此还提及横向键。
通过交联,材料特性急剧改变。这尤其涉及强度、弹性和热负荷能力。
橡胶主要应用在汽车工业中。汽车轮胎的负载能力是不足信的。
根据轮胎的行驶里程得出磨损状态,其估量轮胎的型面磨损得多么强烈。
如果型面低于一定的厚度,那么必须更换轮胎。
积累了旧轮胎或旧橡胶。
虽然存在对旧橡胶的化学处理的不同建议,但是费用如此高,使得至今几乎不能使用。而旧橡胶优选地被供给燃烧。在此,水泥工业证实为大顾客。在那里,旧橡胶被在回转炉中一起燃烧。水泥回转炉具有长的燃烧路段,使得未燃烧的气体再被燃烧。来自旧轮胎燃烧的未燃烧的气体的环境的负担因此被排除。
然而水泥工业对于旧轮胎燃烧大多要求进行清除。
此外,旧轮胎的清除不再被视为合乎时代的。
因此长久以来致力于橡胶和弹性体的回收。
在此走不同的途径。
根据文件DE 60004885T2,为了给硬化的(交联的)弹性体和橡胶脱硫使用改良剂(Modifizierungsmittel)。该改良剂完全地或部分地由己二酸或草酸构成。此外使用了添加剂,其由硫、氧化锌和硬脂酸构成。
在文件DE 909041中,设置有埃德林提取物作为改良剂,其被从石油加工中获得。在此涉及例如煤油、硝基苯、糠醛、苯酚、二氯乙醚。
文件DE 60008279T2设置有胺化合物作为脱硫剂/改良剂。
文件DE60215210T2设置有芳烃油、环烷油或石蜡油作为脱硫剂。
文件DE60306089T2设置有2丁醇和二氧化碳作为脱硫剂。
文件DE60120804T2也设置有改良剂。然而,油被从回收料(Recyclat)本身获得。
从本发明来看,改良剂具有该缺点,即改良剂完全地或部分地保留在回收料中并且相当强烈地限制回收料的可使用性。
无化学试剂的脱硫也是已知的。
在此优选地使用微波和超声波。
利用波,产生橡胶和弹性体的强烈的机械载荷,分子链利用其应被裂开。机械载荷可通过热量的使用或通过高的蒸汽压力来补充。
虽然如此,该类型的脱硫被视为不充足的,例如参见文件DE60120804T2。
发明内容
本发明还提出以经济的方式回收旧橡胶的目的。
在此本发明走另一路径。
对于带有交联(其机械地并且/或者热力学地至少部分地可破坏)的旧橡胶和弹性体,本发明将借助于挤压机脱硫。尤其地,本发明将给旧橡胶和弹性体脱硫,其交联基于硫键(Schwefelverbindung)。
根据本发明,其利用主权利要求的特征来实现。在此使用行星辊挤压机(Planetwalzenextruder)。
本身已知的是,单螺杆挤压机和双螺杆挤压机造成机械载荷,通过其可破坏分子晶格。相应的现有技术在文件DE60120804T2中以及在文件DE69329245T2中、以及在文件DE69724239T2中说明。
在行星辊挤压机中相对于双螺杆挤压机观察到分子晶格的小得多的机械载荷。即使行星挤压机在一些文件中作为可能的挤压机变体被提及,行星辊挤压机至今在用于回收橡胶和弹性体的生产设备中没有开始使用。对分子链通过行星辊挤压机的机械载荷的较小的期待符合,对行星辊挤压机应用于橡胶的再生的一些提示同时与对上面所说明的脱硫剂的添加物的提示相联系。
本发明同时利用分散环(Dispergierring)在行星辊挤压机中建立足够用于脱硫的机械作用。根据适用的权利要求,利用分散环,用于在挤压机中处理的橡胶和弹性体的通行横截面比通过止推环(Anlaufring)减小得更多。通常,止推环具有内径,其大致等于行星心轴(Planetspindel)的中轴线所说明的直径。不同的结构类型还显示更大的内径。
根据本发明设置的分散环的内径优选地具有比行星心轴的节圆直径至少小10%,优选地至少小20%并且还进一步优选地至少小30%的内径。
通行横截面的减小甚至可进行到如此程度,使得分散环接合到中央心轴(Zentralspindel)的槽中。
在此,分散环甚至例如还可仅留下几毫米的缝隙,在极端情况中例如一毫米的缝隙,打开直至用于橡胶和弹性体的通行的齿根。
根据本发明在此将槽以小的量、例如一毫米的量超过在中央心轴处的齿的齿根添加到中央心轴中可以是有利的。
优选地,根据本发明的方法被用于处理免除金属加强衬的旧橡胶。金属的加强衬尤其出现在旧轮胎处。涉及钢衬,其以所希望的形状保持汽车轮胎。
不同的方法适合于橡胶和金属的分离。可选地,旧橡胶被强烈地冷却并且在强烈冷却的状态中在碾磨机中被碾碎。在冷却的状态中,碾碎变得更容易,因为橡胶的柔韧性降低。橡胶越冷,碾碎变得越容易。
根据本发明,橡胶和弹性体作为切片(Schnitzel)被置入挤压机中。平均的切片直径优选地为5至40mm,进一步优选地为15至30mm。
在行星辊挤压机中,加工件(Behandlungsgut)的温度可非常良好地来调节,因为加工件或橡胶和弹性体大面积地且薄层地来辗轧。由此,行星辊挤压机作为大面积的热交换器起作用。带有可比的结构尺寸的单螺杆挤压机和双螺杆挤压机具有比较小的换热器面积。
行星辊挤压机具有布置在中心的、所驱动的中央心轴。中央心轴在外部通常设有渐开线齿(Evolventenverzahnung)。该齿根据齿模数来区别。
中央心轴被壳体包围,壳体具有内齿。内齿具有与在中央心轴处的外齿相同的齿模数。
在壳体与中央心轴之间,在中央心轴的周缘处均匀地布置有多个行星心轴。行星心轴具有带有与中央心轴和壳体齿相同的模数的外齿。行星心轴与中央心轴和壳体的内齿啮合。
环绕的行星心轴在输送方向上在前面在滑环或止推环处滑动,从使得其运行轨道在轴向上确定。由于通常的行星辊挤压机的另外的细节,例如参考下列文件:
DE 102009019846、DE 102009013839、DE102008063036、DE 102008018686、DE 102007058174、DE102007050466、DE 102007041486、DE 102007040645。
插入物(Einsatzgut)在行星辊挤压机中在相互啮合的齿之间薄层地来辗轧。由此产生对旧橡胶的强烈的揉捏作用(Knetwirkung)。通过揉捏作用,热被携带到旧橡胶中。
揉捏作用可通过行星心轴的不同的数目和/或不同的构造来影响。
行星心轴的数目优选地为至少5个、优选地至少6。中央心轴的直径越大,通常在模块/部段中设置越多的行星心轴。因此例如对于较大的结构尺寸可容易地应用24个和更多的心轴。
行星心轴例如可构造为标准心轴、刺辊心轴(Igelspindel)或节头心轴(Noppenspindel),如其在文件DE 10 2004 048 440或在文件US 7476416中所说明的那样。标准心轴具有从一端部至另一端部连续相同的齿。
刺辊心轴基于标准心轴。在刺辊心轴中,环形环绕的凹口相间隔地添加到齿中,使得在心轴的侧向的观察中蜿蜒的轮廓是显而易见的。
节头心轴也基于标准心轴。然而在此,该心轴在标准齿(Normalverzahnung)之后设有反向的齿,其与标准齿相交。这意味着,利用反向的齿,一定形状和顺序的缝隙被切到标准齿的齿中。从标准齿中保留的齿显示出节头形状。由于该隙,行星心轴的输送作用减少,而揉捏作用增加。
此外,利用节头的揉捏过程不同于利用标准心轴和刺辊心轴的揉捏过程。
提到刺辊心轴和节头心轴的文件说明了行星辊挤压机的另外的可利用的细节,其适合于根据本发明的脱硫。
加工件的温度在行星辊挤压机中对于热量的供给或通过冷却变到对于脱硫所希望的水平上。
该水平根据本发明处于250与350摄氏度之间、优选地在250与300摄氏度之间。
揉捏作用和热作用保持1至4分钟、优选地1.5至3分钟的持续时间。该持续时间对应于在行星辊挤压机中的停留时间。
在旧橡胶的根据本发明的揉捏和加热时,硫键被毁掉。硫键过渡到气态的状态中。该气体被抽吸。在挤压机处其被称为除气(Entgasung)。
材料决定的相应正确的揉捏作用和温度的精确确定可通过在较少的试验中根据试验结果通行时间的改变和温度的改变来实现。在正确的硫化中,在橡胶和弹性体的相应的加工时间/停留时间之后产生无显著的强度的片状的材料。
在过高的温度下,加工件在视觉上显示出过热,例如当烘烤时。
在过低的温度下,交联被不充分地消除,排出的材料虽然是柔软的,但是至少部分地显示出它的强度。
当壳体在内侧以已知的方式具有衬套(其在中央心轴侧设有所说明的内齿而在外侧设有相同的或不同的齿)时,行星辊挤压机特别适合于旧橡胶的所希望的调温。该衬套优选地被缩到壳体中。在此,壳体封闭了外侧的齿的行程(Gang)。由此,该行程可被用作通道。
通道优选地通过在壳体端部处的环形通道被相互连接。一个环形通道设置在输入侧并且与输入管路相连接。另一环形通道设置在输出侧并且与输出管路相连接。两个管路是调温部的组成部分。油用作调温剂。
该油通过通道来泵吸。
根据油温,其引起冷却或加热。
根据旧橡胶的材料特性,可使用挤压机,其长度足以在挤压机中进行整个脱硫。这意味着,挤压机那么具有该长度,在其中可体现整个所希望的停留时间。
优选地,然而使用由相互对准的模块/部段组装而成的挤压机。每个模块具有各自的壳体和各自的行星心轴和各自的止推环。优选地,为所有相互对准的模块/部段设置有共同的中央心轴。
模块/部段可选地在整体上或部分地具有小于/等于800mm、优选地小于/等于600mm并且还进一步优选地小于/等于500mm的长度。
通过单个的或所有的模块/部段的较小的长度可实现与不同的温度要求的匹配。此外,调温在较长的挤压机模块/挤压机部段处也可被划分成不同的部段,其在轴向上彼此相继。
但是也可使用大于1000mm、例如1400mm的模块长度。
挤压机直径越大,通常通过能力(Durchsatz)越大。随着通过能力的提高,橡胶和弹性体在挤压机中的停留时间可延长并且产生更大的挤压机长度。
利用模块结构方式/部段结构方式在行星辊挤压机处也开启了通过齿的改变或通过带有不同齿的模块的安装来改变揉捏作用的可能性。
只要已设置相同的模块,随后揉捏作用和通行时间的改变还通过行星心轴的更换或通过行星心轴齿的减少来实现。这在更换插入物时包括非常实用的优点。
在该意义中,节头心轴被与标准心轴并且/或者与刺辊心轴相结合。节头心轴示出了对于在挤压机中橡胶的加工的极限,刺辊心轴和标准心轴的作用与其不同。当显示出通行时间在上述的意义中太长时,单个或多个节头心轴可被更换成刺辊心轴或标准心轴。可选地,为了缩短通行时间还使用运输心轴,如其在文件EP702739中所说明的那样。这意味着,单个或多个节头心轴被更换成运输心轴。运输心轴同时建立在标准心轴上。在此,根据心轴的标准齿从心轴向外加工出单个或多个齿。
在加工橡胶等时行星心轴的不同的长度也是有利的,使得输入行星辊模块中的材料小心地并且不突然地全部由齿来抓取。
附图说明
在附图中示出用于根据本发明的使用在旧橡胶上的方法的挤出设备。
具体实施方式
挤出设备涉及小的结构尺寸,其由不同的部段2、3、4、5、6构成。
其中,部段3、4、5、6是行星辊模块。内啮合的柱形的壳体、未示出的行星心轴和未示出的中央心轴属于不同的行星辊模块。这里,为所有的行星辊模块设置有共同的中央心轴。这意味着,中央心轴延伸通过所有的行星辊模块。
在所有的行星辊模块中相应地设置有六个行星心轴。在此,行星辊模块3、4、5的行星心轴构造为节头心轴,而行星辊模块6的行星心轴构造为运输心轴。
在行星辊模块4、5、6中的行星心轴全部具有399mm的相同的长度。相反在行星辊模块3中,设置有三个带有该长度的行星心轴。剩余的三个行星心轴具有370mm的更短的长度。
所有的行星心轴以未示出的方式在常用的止推环处滑动。
构造为单螺杆挤压机模块的填充件(Fuellteil)也属于该挤压机设备。相应地,仅仅一个螺杆在填充件中旋转。
在该实施例中,上面所说明的共同的中央心轴作为填充件中的单螺杆继续直至驱动部1。
旧橡胶在该实施例中作为带有15至30mm的平均直径的切片被配入填充件2中。该配量以7来标识。
行星辊模块3、4、5利用油冷却器10、11、12在脱硫运行期间被保持在300摄氏度的温度。该温度由材料决定。
在从行星辊模块5排出之后,在其以碎屑的形式从挤压设备中排出之前,脱硫的旧橡胶在行星辊模块6中被冷却到220摄氏度,并且在水冷部16中被冷却到室温。
为了冷却,在行星辊模块6处设置有水冷却器13。
填充件2也设有水冷却器14。
在填充件处和在脱硫后的冷却温度也由材料决定。
在该实施例中此外设置有中央心轴的内冷却。所属的冷却器15如冷却器10、11、12那样是油冷却器并且调节到300摄氏度的温度。
在挤出设备中通过旧橡胶的机械的和热的载荷引起脱硫。
分散环20、21、22也有助于行星辊模块3、4、5中的机械的载荷。
在该实施例中,分散环在旧橡胶通过设备的输送方向上布置在未示出的止推环后面。
在此,分散环20、21、22的内径小于中央心轴的外径。分散环20、21、22接合到中央心轴的未示出的槽中,使得在中央心轴的齿之间的齿缝闭合直至在齿根处的狭窄的间隙。分散环20、21、22另外保持在行星辊模块的对应的端部之间,使得围绕中央心轴的壳体腔也关闭并且旧橡胶被强制挤过该狭窄的间隙。在该实施例中,该间隙具有2mm的打开方式。这引起极端的变型和极端的机械载荷。
详细地,在行星辊模块3与4之间设置有分散环20,在行星辊模块4与5之间设置有分散环21,而在行星辊模块5与6之间设置有分散环22。
分散环20、21、22的夹紧在张紧行星辊模块3、4、5、6的柱形的壳体时实现。
行星辊模块3、4、5、6对此在其端部处具有常用的法兰,其利用张紧螺栓被相互牵拉。
填充件2也具有常用的法兰,利用该法兰,填充件一方面在驱动部1的壳体处张紧而另一方面与行星辊模块3张紧。
对于在该实施例中接合到中央心轴的槽中的分散环20、21、22设置成,该环由两个半边组装而成,以便使装配变得容易。
该装配接下来在分散环20处来阐述。剩余的分散环20、21、22的装配相应地实现。
在填充件壳体的装配之后,首先中央心轴利用它的构造为单螺杆的端部被推入填充件壳体中并且与驱动部相连结。
接下来,行星辊模块3的壳体在中央心轴上被推动并且与填充件壳体张紧。
接着是行星辊模块3的行星心轴的定位。对此,行星心轴旋转地被推到它的设置在壳体与中央心轴之间的规定的位置中。行星心轴的位置特征在于在中央心轴的周缘处的均匀的分布和行星心轴与壳体的内齿和中央心轴的外齿的已说明的啮合。
在行星心轴的定位之后,用于行星心轴的止推环在行星心轴上被推动并且推到行星辊模块的壳体端部的中心开口中。止推环在与行星心轴的接触区域中承载有硬金属层作为磨损保护。
在止推环的定位之后,由两个半边构成的分散环20在止推环处被带到相贴靠。在此,半边同时被推到中央心轴的槽中。分散环的定心那么借助于一件式的支撑环实现,其可在中央心轴上被推动并且在其方面在与止推环相同的壳体开口中发现在行星辊模块3中的定心。支撑环同时如此来测定,使得其从行星模块3的壳体开口的端部中突出并且形成对行星辊模块4的接下来待装配的壳体的定心。行星辊模块4的壳体在此与行星辊模块3的壳体以上面所说明的形式来张紧。该张紧同时引起止推环、分散环和支撑环的张紧。
Claims (30)
1.一种用于给橡胶和弹性体脱硫的方法,其分子链通过机械的和热的载荷可破坏,其特征在于,在行星辊挤压机中产生所述机械的和热的载荷,其中,所述行星辊挤压机由壳体、行星心轴和中央心轴构成,并且所述中央心轴与所述行星心轴啮合,并且所述行星心轴与所述壳体的内齿或设置在所述壳体中的衬套的内齿啮合,使得所述行星心轴的转动引起所述行星心轴围绕所述中央心轴在壳体中旋转,其中一部段的所述行星心轴利用端面在所述部段的止推环处滑动,其中,在所述行星辊挤压机中设置有至少一个分散环,其比止推环更多地减小用于所述橡胶和所述弹性体的流动横截面;所述分散环在待脱硫的橡胶和弹性体通过所述行星辊挤压机的输送方向上布置在所述止推环后面,所述分散环的内径小于所述中央心轴的外径,并且所述分散环接合到所述中央心轴的槽中使得在所述中央心轴的齿之间的齿缝闭合直至在齿根处的狭窄的间隙。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在分子之间带有硫键的橡胶和弹性体在200至350摄氏度的温度中被加载1至4分钟的持续时间以破坏分子链。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括对待脱硫的橡胶和弹性体的1.5至3分钟的持续时间的揉捏。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,待脱硫的橡胶和弹性体在250至300摄氏度的温度中的揉捏。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述橡胶和所述弹性体在脱硫之后被冷却到低于脱硫温度至少10%的温度。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于应用冷却器,所述冷却器位于设置用于脱硫的所述挤压机的后面。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于应用行星辊挤压机用于脱硫,所述行星辊挤压机由至少两个部段组装而成,其中,在至少两个部段之间设置有分散环,其位于所述挤压机壳体中并且围绕所述中央心轴。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述分散环具有内径,其小于所述行星心轴的中轴线围绕所述中央心轴旋转的直径,其中,直径差是所述行星心轴的节圆直径的至少10%。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,应用分散环,其内径小于所述中央心轴的外径,其中,用于所挤出的橡胶和弹性体的通行的槽设置到所述中央心轴中,当所述分散环的内径等于所述中央心轴的外径时,所述槽的自由的通行横截面比由在所述中央心轴的齿之间的缝隙形成的通行横截面小。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于应用分散环,其由至少两个部分构成,使得所述分散环能够围绕所述中央心轴来组装。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,在应用由多个部段构成的挤压机的情况中,共同的中央心轴设置用于不同的部段,其中,所述中央心轴经由马达和传动装置来驱动,其中,所述挤压机部段的壳体相继地并且相互对准地被装配在所述马达壳体或传动装置壳体处并且在对应的端部处彼此被张紧,并且其中,在接合到所述中央心轴的槽中的第一分散环被装配之前,所述中央心轴被装配,并且其中,在所述分散环装配之前,在马达侧和传动装置侧设置在分散环之前的所述行星心轴被装配,其中,所述分散环被定位在两个挤压机壳体部段之间,使得所述分散环接合到在所述挤压机心轴中的为所述分散环设置的槽中,并且所述槽在所述挤压机壳体张紧时在所述挤压机壳体之间被一起张紧。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,应用与所述止推环一体的分散环。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,应用相对于止推环分离的分散环。
14.根据权利要求12或13所述的方法,其特征在于,对于多件式的分散环,应用支撑环用于所述分散环的保持。
15.根据权利要求1所述的方法,其特征在于应用行星辊挤压机,其行星心轴至少部分地由刺辊心轴或节头心轴或者由运输心轴构成。
16.根据权利要求3所述的方法,其特征在于应用由部段/模块组装而成的挤压机,其长度与加工件在所述挤压机中的停留时间相匹配。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述揉捏作用和在所述挤压机中的所述停留时间通过更换行星心轴来匹配。
18.根据权利要求4所述的方法,其特征在于应用油冷的行星辊挤压机用于所述挤压机部段,所述挤压机部段设置用于脱硫。
19.根据权利要求6所述的方法,其特征在于应用水冷的挤压机部段用于所述橡胶和所述弹性体的设置在脱硫之后的冷却。
20.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,待硫化的橡胶和弹性体作为带有5至40mm的平均直径的切片被置入所述行星辊挤压机中。
21.根据权利要求1所述的方法,其特征在于在所述挤压机部段中应用不一样长的行星心轴。
22.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述分散环处测量所述橡胶和所述弹性体的压力和温度。
23.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述橡胶和所述弹性体在脱硫之后被冷却到低于脱硫温度至少15%的温度。
24.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,直径差是所述行星心轴的节圆直径的至少20%。
25.根据权利要求24所述的方法,其特征在于,直径差是所述行星心轴的节圆直径的至少30%。
26.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述槽的自由的通行横截面比由在所述中央心轴的齿之间的缝隙形成的通行横截面小至少10%。
27.根据权利要求26所述的方法,其特征在于,所述槽的自由的通行横截面比由在所述中央心轴的齿之间的缝隙形成的通行横截面小至少20%。
28.根据权利要求10所述的方法,其特征在于应用分散环,其由两个半边构成,使得所述分散环能够围绕所述中央心轴来组装。
29.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,待硫化的橡胶和弹性体作为带有15至30mm的平均直径的切片被置入所述行星辊挤压机中。
30.根据权利要求7所述的方法,其特征在于所述行星辊挤压机由三个部段组装而成。
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