CN105710989A - 超临界二氧化碳密炼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：包括二氧化碳罐，二氧化碳罐的出口端连接增压泵的进口端，增压泵的出口端连接第一热交换器的进口端，第一热交换器的出口端连接密炼机的进口，密炼机的顶部出气口连接过滤器的进口端，过滤器的出口端连接二氧化碳压缩器的进口端，二氧化碳压缩器的出口端连接第二热交换器的进口端，第二热交换器的出口端连接二氧化碳罐。所述二氧化碳罐的出口端与增压泵的进口端之间设置第一阀门。所述增压泵的出口端与第一热交换器的进口端之间设置第二阀门。所述密炼机的底部排胶口连接开炼机。本发明解决了现有技术中填料尤其是白炭黑或者中超、超结构炭黑的分散问题。

Description

超临界二氧化碳密炼装置
技术领域
本发明涉及一种超临界二氧化碳密炼装置，尤其是一种能够在超临界条件下将填料和配合剂均匀地分散在橡胶基体中的装置。
背景技术
橡胶是一种高分子材料，通常只有在补强的作用下才能发挥出优异的物理、机械和加工性能。轮胎工业中，橡胶基体中加入纳米结构炭黑或者白炭黑可以加强填料—橡胶相互作用，通过硫化实现网络化起到橡胶补强作用。具有补强作用的炭黑尤其是超结构、中超结构炭黑或者白炭黑通常具有很高的比表面积和结构度，粒子之间容易团聚形成聚集体不利于分散。聚集体的存在增加了硫化胶生热，降低了硫化胶物理性能，最终严重影响产品的性能。
填料在橡胶基体中的分散一直都是密炼技术的难题。目前的密炼技术是在一定的温度、压力、填充系数下通过转子的剪切力将填料混入橡胶基体并达到分散的过程。这种密炼方式的缺陷有两个：其一，橡胶属于粘弹体，大分子链之间紧密缠绕，填料很难与橡胶大分子有效接触并完成分散；其二，高比表面积和结构度的填料之间易于形成难以破坏的聚集体。为了提高分散性，通常通过增加混炼段数提高白炭黑或者中超结构、超结构炭黑的分散性，这些措施在一定程度上提高了分散性，但是仍然无法有效解决分散问题。此外，过度的混炼还容易造成更多橡胶大分子链断裂，降低了橡胶的物理性能。
超临界流体是温度、压力超过临界点的流体，其物理化学性质对温度和压力变化极为敏感。超临界流体的扩散系数等接近气体；密度、溶剂化能力等则接近液体。超临界二氧化碳成本低、具有化学反应惰性等特点，其临界条件相对缓和（临界温度31.1℃，临界压力，7.38MPa），其溶解能力与有机溶剂甲苯接近，而甲苯能够有效地溶胀天然橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶等。超临界二氧化碳优异的扩散能力能够大大缩短橡胶的溶胀时间。溶胀了的橡胶基体分子间距离和运动性大幅增加，能够与填料充分地接触。此外，超临界二氧化碳优异的溶解能力和扩散性能能够防止密炼过程中填料粒子之间的聚集，同时有利于填料聚集体的解聚，从而大幅提高混炼胶的均一性以及填料尤其白炭黑或者中超结构、超结构炭黑的分散性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种超临界二氧化碳密炼装置，解决现有技术中填料尤其是白炭黑或者中超、超结构炭黑的分散问题。
按照本发明提供的技术方案，所述超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：包括二氧化碳罐，二氧化碳罐的出口端连接增压泵的进口端，增压泵的出口端连接第一热交换器的进口端，第一热交换器的出口端连接密炼机的进口，密炼机的顶部出气口连接过滤器的进口端，过滤器的出口端连接二氧化碳压缩器的进口端，二氧化碳压缩器的出口端连接第二热交换器的进口端，第二热交换器的出口端连接二氧化碳罐。
进一步的，所述二氧化碳罐的出口端与增压泵的进口端之间设置第一阀门。
进一步的，所述增压泵的出口端与第一热交换器的进口端之间设置第二阀门。
进一步的，所述第一热交换器的出口端与密炼机的进口之间设置第三阀门。
进一步的，所述密炼机的底部排胶口连接开炼机。
进一步的，所述密炼机的顶部出气口与过滤器的进口端之间设置第四阀门。
进一步的，在所述密炼机上设有压力控制器。
本发明的优点是：采用绿色、可循环、临界条件温和的超临界二氧化碳密炼技术主要解决中超、超结构炭黑或者白炭黑分散问题；减少了传统混炼工艺为了达到良好分散而采用的多段混炼，节约了生产时间，提高了混炼效率，同时获得分散均一、稳定高性能混炼胶。
附图说明
图1为本发明所述超临界二氧化碳密炼装置的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图1所示：所述超临界二氧化碳密炼装置包括二氧化碳罐1、增压泵2、第一热交换器3、密炼机4、压力控制器5、过滤器6、二氧化碳压缩器7、第二热交换器8、开炼机9、第一阀门10、第二阀门11、第三阀门12、第四阀门13等。
如图1所示，本发明所述超临界二氧化碳密炼装置，包括二氧化碳罐1，二氧化碳罐1的出口端通过管道连接第一阀门10的一端，第一阀门10的另一端通过管道连接增压泵2的进口端，增压泵2的出口端通过管道连接第二阀门11的一端，第二阀门11的另一端通过管道连接第一热交换器3的进口端，第一热交换器3的出口端通过管道连接第三阀门12的一端，第三阀门12的另一端通过管道连接密炼机4的进口，密炼机4的底部排胶口连接开炼机9，密炼机4的顶部出气口通过管道连接第四阀门13的一端，第四阀门13的另一端通过管道连接过滤器6的进口端，过滤器6的出口端通过管道连接二氧化碳压缩器7的进口端，二氧化碳压缩器7的出口端通过管道连接第二热交换器8的进口端，第二热交换器8的出口端通过管道连接二氧化碳罐1。
在所述密炼机4上设有压力控制器5。
本发明的工作过程为：
（1）二氧化碳通过管路由二氧化碳罐1流向增压泵2，增压泵2将二氧化碳压力提高到临界压力以上，通过第一热交换器3保持等压升温过程；当温度、压力达到临界条件后，超临界二氧化碳从密炼机4底部进入密炼机4。
（2）密炼机4结构采用现有的密炼机结构，密炼机的壁、转子等材料设计要根据密炼临界条件设计。工作状态下，密炼机4中橡胶在超临界二氧化碳中迅速溶胀，在转子的密炼下与填料、配合剂（除硫化剂、促进剂外）充分结合，并完成分散。分散完成后，超临界二氧化碳通过第四阀门13（节流阀）减压排出。二氧化碳排空后，在一定的上顶栓压力下，转子对混炼胶进行剪切捏炼，温度升高到设定温度后排胶。开炼机9进一步均匀混炼胶，挤压、去除胶料中二氧化碳、下片、完成初炼。硫化剂和促进剂的混入及分散则可按照传统的方式在开炼机或者密炼机完成终炼。
（3）通过第四阀门13（节流阀）的二氧化碳通过过滤器6除去杂质，并经过二氧化碳压缩器7逐级提高压力至临界压力以上液化。经过第二热交换器8降温至室温，输送回二氧化碳罐1，完成回收。
本发明的优点是：采用绿色、可循环、临界条件温和的超临界二氧化碳密炼技术主要解决中超、超结构炭黑或者白炭黑分散问题；减少了传统混炼工艺为了达到良好分散而采用的多段混炼，节约了生产时间，提高了混炼效率，同时获得分散均一、稳定高性能混炼胶。
本发明所述超临界二氧化碳密炼装置，适用于丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶、丁基橡胶等；适用的填料为不同比表面积、结构度的炭黑和白炭黑。本发明以超临界二氧化碳为载体，充分利用其极强的溶解、渗透、扩散性能，通过对橡胶分子的溶胀、纳米结构填料的渗透两方面增加橡胶分子与填料接触，减少填料的聚集、提高填料的分散性，从而获得高品质、均一、稳定的补强橡胶。

Claims (7)

1.一种超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：包括二氧化碳罐（1），二氧化碳罐（1）的出口端连接增压泵（2）的进口端，增压泵（2）的出口端连接第一热交换器（3）的进口端，第一热交换器（3）的出口端连接密炼机（4）的进口，密炼机（4）的顶部出气口连接过滤器（6）的进口端，过滤器（6）的出口端连接二氧化碳压缩器（7）的进口端，二氧化碳压缩器（7）的出口端连接第二热交换器（8）的进口端，第二热交换器（8）的出口端连接二氧化碳罐（1）。
2.如权利要求1所述的超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：所述二氧化碳罐（1）的出口端与增压泵（2）的进口端之间设置第一阀门（10）。
3.如权利要求1所述的超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：所述增压泵（2）的出口端与第一热交换器（3）的进口端之间设置第二阀门（11）。
4.如权利要求1所述的超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：所述第一热交换器（3）的出口端与密炼机（4）的进口之间设置第三阀门（12）。
5.如权利要求1所述的超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：所述密炼机（4）的底部排胶口连接开炼机（9）。
6.如权利要求1所述的超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：所述密炼机（4）的顶部出气口与过滤器（6）的进口端之间设置第四阀门（13）。
7.如权利要求1所述的超临界二氧化碳密炼装置，其特征是：在所述密炼机（4）上设有压力控制器（5）。
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