CN105034187B - 一种橡胶连续混炼装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子成型加工领域，尤其涉及一种橡胶连续混炼装置，主要由配合剂计量供给装置、胶片计量输送装置、机筒、主螺杆、行星螺杆、制动环、口模、传动装置、驱动装置、机架等组成，胶片计量输送装置位于机筒两侧，向加料口计量输送胶片，配合剂计量供给装置向加料口计量输送配合剂，两片胶料夹住配合剂输送进机筒内，并随螺杆的转动前进，经刀片的横向切割，使得进入行星螺杆间隙的物料比例基本相同，避免了颗粒橡胶与白炭黑混炼时，由于白炭黑质轻而导致的分散不均匀的现象，增强了混炼效果。

Description

一种橡胶连续混炼装置

技术领域

本发明属于高分子成型加工领域，尤其涉及一种橡胶连续混炼装置。

背景技术

白炭黑具有超强的粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能，在橡胶制品中可以替代部分炭黑，获得高质量的橡胶制品，白炭黑填充胶料制成的轮胎具有低滚动阻力、良好路面防滑性和冬季行驶特性等，因此其在汽车轮胎方面的应用越来越多。

胶料混炼是橡胶制品生产过程中的第一步，也是最重要的一步。传统的白炭黑填充胶料一般采用密炼机至少分三步进行混炼，这是一种高能耗、高成本的工艺。密炼机起化学反应器的作用，反应在140℃～150℃的温度范围内进行，混炼时间3min～4min。为了保证达到所需的温度，基础胶料的混炼要分两步进行。交联剂在第三步混炼时才可加入，最高温度不能超过120℃。橡胶与白炭黑混炼的传统工艺过程步骤繁琐，耗费时间长，且混炼分批次进行，各批次混炼效果不均匀。

Pirell发明的胶料连续混炼系统(CCM)(专利号：US5711904)可用于白炭黑填充胶料的连续生产，解决了间歇生产混炼效果不均匀的问题。Pirell的连续混炼系统由两台双螺杆挤出机和一个过渡贮料仓组成。第一台挤出机的工作温度范围为150℃～200℃，在该挤出机中完成反应过程。混炼好的基础胶料造粒后暂时存放在过渡贮料仓中。交联剂在第二台挤出机上加入，其最高加工温度为120℃。

王进文采用行星螺杆挤出机对白炭黑/橡胶进行混炼，结果发现此方法与间歇法相比，混炼制得的胶料经硫化后的性能，如拉伸强度和硬度等与间歇法的相同，而能耗降低65％。行星螺杆挤出机由于具有极强的冷却能力，因此所有胶料组分，包括交联剂都可在同一个喂料段计量加入，可以实现一步混炼挤出。

然而，Pirell发明的胶料连续混炼系统与王进文采用的行星螺杆挤出机所用原材料都是颗粒橡胶和散粒状白炭黑。采用颗粒橡胶原料，不仅增加了颗粒橡胶的制备环节，而且由于白炭黑的质量较轻，其与橡胶的混炼很难均匀分散，降低了混炼的均匀性，这严重制约着橡胶制品的性能质量，白炭黑与橡胶的混炼问题至今没有有效的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种橡胶连续混炼装置，能够实现连续的混炼挤出，与间歇法混炼白炭黑/橡胶工艺相比，减少了工艺步骤，实现连续化生产，能够显著提高白炭黑的分散均匀程度，提高混炼效果，降低能耗，且解决了密炼机混炼各批次质量不均匀的问题。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：一种橡胶连续混炼装置，主要由配合剂计量供给装置、胶片计量输送装置、机筒、主螺杆、行星螺杆、前制动环、后制动环、口模、传动装置、驱动装置和机架等组成，主螺杆依次由螺杆行星段、螺杆加料段和螺杆传动段组成，主螺杆的中心处从传动段开设盲孔，内部安装冷却管路；机筒由行星段内机筒、行星段外机筒、加料段内机筒、加料段外机筒组成，行星段内机筒位于行星段外机筒内部并与其固定连接，加料段内机筒位于加料段外机筒内部并与其固定连接，行星段外机筒和加料段外机筒固定连接，行星段内机筒和加料段内机筒的外侧开设螺纹槽形状的冷却油路，行星段外机筒和加料段外机筒开设进出油口；行星段内机筒的前端与口模固定连接，行星螺杆位于行星段内机筒的内部、口模的后侧，行星螺杆螺棱与行星段内机筒内螺棱啮合，行星螺杆的前端对应的机筒位置设置前制动环，行星螺杆的后端对应的机筒位置设置后制动环；前制动环固定于行星段内机筒和口模之间，前制动环的后侧与行星螺杆接触；后制动环固定于行星段内机筒和加料段内机筒之间，后制动环的前侧与行星螺杆接触，后制动环的后侧设置有刀片；主螺杆位于机筒的内部中心处，主螺杆行星段螺棱与行星螺杆啮合，主螺杆传动段与传动装置连接；配合剂计量供给装置位于加料段外机筒上方，配合剂计量供给装置的出料口位于加料口的正上方；胶片计量输送装置位于机筒两侧，由滚轮、输送带和输送带传动电机组成，输送带正对于加料口。

本发明一种橡胶连续混炼装置，行星螺杆的数量可以为大于等于三根。

本发明一种橡胶连续混炼装置，刀片的形状不局限于直刀片，也可以使弧形刀片。

本发明一种橡胶连续混炼装置，可以将橡胶塑炼胶片挤出机与行星挤出机两侧的胶片计量输送装置相连接。

本发明一种橡胶连续混炼装置，可以不将刀片设置在后制动环上，而设置在与后制动环后端接触的加料段内机筒的内壁位置。

本发明一种橡胶连续混炼装置，前制动环开孔，行星螺杆与后制动环轴向固定，可自转，行星段内机筒与行星段外机筒轴向固定，可转动，后制动环的刀片数量与行星螺杆的数量一致，各刀片的周向位置与行星螺杆的周向位置一致。

由以上技术方案可知，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.简化了白炭黑/橡胶混炼工艺步骤，实现了橡胶混炼的连续化生产，大幅度较小了传统间歇法混炼效果不均匀的问题。

2.采用行星螺杆混炼原理，主螺杆与行星螺杆之间会形成滚动料垅，料垅内会形成一种涡旋，而且物料受剪切次数高，共混效果好；全部啮合螺杆的总啮合次数大，混炼效率高。

3.机筒、螺杆均采用循环冷却油路，机筒内壁薄，冷却能力强，混炼过程温度刻控制在120℃以下，可避免混炼过程焦烧的发生。

4.后制动环的特殊结构设计，进一步消除了流道死点，增强自洁性，后制动环的刀片，对胶料具有较强的剪切作用，增强共混效果，并将胶料顺利输送进行星螺杆间隙，防止了胶料的聚集。

5.采用橡胶胶片作为原料，塑炼胶片可以直接输送至该行星挤出机进行混炼，减少了中间造粒环节；供料时，两侧胶片将配合剂夹在中间，随螺杆的转动前进，经刀片的横向切割，使得进入行星螺杆间隙的物料比例基本相同，避免了颗粒橡胶与白炭黑混炼时，由于白炭黑质轻而导致的分散不均匀的现象，增强了混炼效果。

附图说明

图1是本发明提出的一种橡胶连续混炼装置的整体结构示意图。

图2是本发明一种橡胶连续混炼装置剖视示意图。

图3是一种带直刀片的后制动环三维结构图。

图4是图3所示一种带直刀片的后制动环的仰视图。

图5是一种带弧形刀片的后制动环三维结构图。

图6是图5所示一种带弧形刀片的后制动环的仰视图。

图7是本发明一种橡胶连续混炼装置的实施例2结构示意图。

图8是本发明一种橡胶连续混炼装置的实施例3结构示意图。

1-配合剂计量供给装置，2-料斗，3-螺旋加料器，4-电机，5-驱动装置，6-机架，7-传动装置，8-主螺杆传动段，9-胶片计量输送装置，10-输送带，11-滚轮，12-加料段外机筒，13-冷却管路，14-刀片，15-行星螺杆，16-主螺杆行星段，17-主螺杆行星段螺棱，18-冷却油路，19-行星段内机筒，20-主螺杆，21-前制动环，22-口模，23-机筒，24-行星段外机筒，25-行星螺杆螺棱，26-行星段内机筒内螺棱，27-后制动环，28-加料段内机筒，29-主螺杆加料段，30-加料口，31-出料口，32-橡胶挤出机，33-胶片原料，34-配合剂，35-输送带传动电机。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本发明一种橡胶连续混炼装置，主要由配合剂计量供给装置1、胶片计量输送装置9、机筒22、主螺杆20、行星螺杆15、后制动环27、前制动环21、口模22、传动装置7、驱动装置5、机架6等组成，主螺杆20依次由螺杆行星段16、螺杆加料段29和螺杆传动段8组成，主螺杆20的中心处从传动段8开盲孔，内部安装冷却管路13；机筒23由行星段内机筒19、行星段外机筒24、加料段内机筒28、加料段外机筒12组成，行星段内机筒19位于行星段外机筒24内部并与其固定连接，加料段内机筒28位于加料段外机筒12内部并与其固定连接，行星段外机筒24和加料段外机筒12固定连接，行星段内机筒19和加料段内机筒28的外侧开设螺纹槽形状的冷却油路18，行星段外机筒24和加料段外机筒12开设进出油口；行星段内机筒19的前端与口模22固定连接，行星螺杆15位于行星段内机筒19的内部、口模22的后侧，行星螺杆螺棱25与行星段内机筒内螺棱26啮合，行星螺杆15的前端对应的机筒位置设置前制动环21，行星螺杆15的后端对应的机筒位置设置后制动环27；前制动环21固定于行星段内机筒19和口模22之间，前制动环21的后侧与行星螺杆15接触；后制动环27固定于行星段内机筒19和加料段内机筒28之间，后制动环27的前侧与行星螺杆15接触，后制动环27的后侧设置有刀片14；主螺杆20位于机筒23的内部中心处，主螺杆行星段螺棱17与行星螺杆15啮合，主螺杆传动段8与传动装置7连接；配合剂计量供给装置1位于加料段外机筒12上方，配合剂计量供给装置1的出料口31位于加料口30的正上方；胶片计量输送装置9位于机筒23两侧，由滚轮11、输送带10、输送带传动电机35组成，输送带10正对于加料口31。

本发明一种橡胶连续混炼装置，行星螺杆15的数量可以为大于等于三根。

本发明一种橡胶连续混炼装置，刀片14的形状不局限于图3和图4所示的直刀片，也可以是弧形刀片，如图5和图6所示。由于物料前进的过程中不是沿机筒23轴向向前直线输送的，而是存在一定螺旋角度，因此采用弧形刀片可以沿物料输送方向将物料切割开，减缓刀片的受力磨损。

在连续生产过程中，块状橡胶原料经橡胶挤出机32塑炼挤出得到片状橡胶33，输送带传动电机35驱动输送带10将片状橡胶33输送至进料口29，同时，配合剂计量供给装置1将料斗2内预混好的配合剂34(包括硅烷偶联剂、白炭黑、交联剂等)向进料口30计量连续输送。两片胶料33夹住配合剂34输送进进料口30。混合料在加料段内机筒28与主螺杆20的作用下向前输送，后制动环27上的刀片14将混合料横向切开，被切开的混合料进入行星螺杆15的间隙内，进行混炼并向前输送至口模22，混炼过程完成。

实施例2

如图7所示，该实施例与实施例1的结构、工作原理及效果基本相同，区别在于：其刀片14不设置在后制动环27上，而设置在与后制动环27后端接触的加料段内机筒28的内壁位置。

由于物料前进的过程中不是沿机筒23轴向向前直线输送的，而是存在一定螺旋角度。切割物料的刀片14会受到物料的横向作用力，将刀片14设置在加料段内机筒28上而不设置在后制动环27上，会减少后制动环27所受外力，减缓后制动环27的损坏。

实施例3

如图8所示，该实施例与实施例1的结构、工作原理及效果基本相同，区别在于：前制动环21开孔，行星螺杆15与前制动环21轴向固定，可自转，行星段内机筒19与行星段外机筒24轴向固定，可转动，后制动环27的刀片数量与行星螺杆15的数量一致，各刀片14的周向位置与行星螺杆15的周向位置一致，行星螺杆15及刀片14的数量应足够多保证行星螺杆间隙截面积不大于行星螺杆15的截面积。

这种结构的工作原理为，主螺杆20转动，通过啮合，使得行星螺杆15产生自转，行星螺杆15的转动通过啮合传递给行星段内机筒19，行星段内机筒19产生转动，将原结构中行星螺杆15的公转转换为行星段内机筒19的自转。工作时，行星螺杆主螺杆20、行星螺杆15以及行星段内机筒19都产生自转，相对啮合速度增大，螺杆间隙的相对位置保持不变，为防止间隙中间的物料发生停滞，行星螺杆15的数量应设置足够多，保证行星螺杆间隙截面积不致过大。

这种结构的优点：由于行星螺杆不产生公转，使得两个刀片14之间的间隙一直正对着行星螺杆15之间的间隙，被横向切割开的混合料直接输送进相应的行星螺杆间隙内；由于行星段外机筒24与行星段内机筒19之间相对转动，使得冷却油路18内的冷却液流动紊乱，提高了冷却效率。

Claims (6)

1.一种橡胶连续混炼装置，其特征在于：由配合剂计量供给装置、胶片计量输送装置、机筒、主螺杆、行星螺杆、前制动环、后制动环、口模、传动装置、驱动装置和机架组成，主螺杆依次由螺杆行星段、螺杆加料段和螺杆传动段组成，主螺杆的中心处从螺杆传动段开设盲孔，内部安装冷却管路；机筒由行星段内机筒、行星段外机筒、加料段内机筒、加料段外机筒组成，行星段内机筒位于行星段外机筒内部并与其固定连接，加料段内机筒位于加料段外机筒内部并与其固定连接，行星段外机筒和加料段外机筒固定连接，行星段内机筒和加料段内机筒的外侧开设螺纹槽形状的冷却油路，行星段外机筒和加料段外机筒开设进出油口；行星段内机筒的前端与口模固定连接，行星螺杆位于行星段内机筒的内部、口模的后侧，行星螺杆螺棱与行星段内机筒内螺棱啮合，行星螺杆的前端对应的机筒位置设置前制动环，行星螺杆的后端对应的机筒位置设置后制动环；前制动环固定于行星段内机筒和口模之间，前制动环的后侧与行星螺杆接触；后制动环固定于行星段内机筒和加料段内机筒之间，后制动环的前侧与行星螺杆接触，后制动环的后侧设置有刀片；主螺杆位于机筒的内部中心处，主螺杆的螺杆行星段的螺棱与行星螺杆啮合，主螺杆的螺杆传动段与传动装置连接；配合剂计量供给装置位于加料段外机筒上方，配合剂计量供给装置的出料口位于加料口的正上方；胶片计量输送装置位于机筒两侧，由滚轮、输送带和输送带传动电机组成，输送带正对于加料口。

2.根据权利要求1所述的一种橡胶连续混炼装置，其特征在于：行星螺杆的数量为大于等于三根。

3.根据权利要求1所述的一种橡胶连续混炼装置，其特征在于：后制动环的刀片的形状为直刀片，或弧形刀片。

4.根据权利要求1所述的一种橡胶连续混炼装置，其特征在于：将橡胶塑炼胶片挤出机与行星挤出机两侧的胶片计量输送装置相连接。

5.根据权利要求1所述的一种橡胶连续混炼装置，其特征在于：将后制动环的刀片设置在与后制动环后端接触的加料段内机筒的内壁位置。

6.根据权利要求1所述的一种橡胶连续混炼装置，其特征在于：前制动环开孔，行星螺杆与后制动环轴向固定，可自转，行星段内机筒与行星段外机筒轴向固定，可转动，后制动环的刀片数量与行星螺杆的数量一致，各刀片的周向位置与行星螺杆的周向位置一致。