CN105773862B - 一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，包括机架，机架下方固定安装有反应器，反应器内部设置有混合室；反应器上设置有至少两个入料口，每个入料口位置均固定安装有喷枪；喷枪均与储料罐及气源装置连接，储料罐的数量为一个；混合室的下方设置有出料口，出料口下方设置有接料盘，接料盘内设置有搅拌器。本发明的有益效果为：将配方原料进行初步混合制备成混合液，通过喷枪将储料罐中的橡胶混合液雾化，在混合室内进行扩散混合，有效提高混合效果，凝聚后进行再次搅拌，进一步地提高湿法混炼效果，有效地完成橡胶母炼胶的湿法混炼，装置结构简单，安装方便，设备投资少，占地空间小，操作简单方便，能耗较低，可实现连续化生产。

Description

一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置

技术领域

本发明涉及橡胶混炼技术领域，具体来说，涉及一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置。

背景技术

长期以来，橡胶工业使用的原材料一直是一种块状橡胶，这种块状橡胶不仅给搬运和配料带来不便，还需要切成小块称量，同时在混炼时也要消耗很大动力才能将其碾碎、混合，因此需要重型的炼胶设备，不仅消耗动力大，而且炭黑不易分散，炼胶次数多，周期长。此外，橡胶树所生产的是液态的胶乳，将胶乳凝固、干燥制备成块状的橡胶，不仅工序繁杂、周期长，而且还需消耗大量的人力、物力，浪费很多能源。

针对块状橡胶混炼时的种种缺点，湿法混炼技术应运而生。湿法混炼技术是指将经过预先加工的炭黑、白炭黑等填料制成水分散体，在液态下与橡胶胶乳充分混合，再经凝聚、脱水、干燥等过程生产橡胶混炼胶的方法。与传统的将干胶与炭黑、白炭黑等配合剂在密炼机中进行多段干法混炼完全不同。湿法混炼技术的最大的优点就是填料分散性好，硫化胶的物理机械性能好，能有效避免粉体填料的飞扬污染，利于环保，与其它配合材料的混合效果好，加工非常方便，能显著降低橡胶的混炼能耗和成本，并有利于连续混炼工艺的实现。

中国专利申请号201080052075.4中公开了制造胶乳凝块复合材料的方法及装置，包括凝固反应器的设备，所述凝固反应器具有混合部分和从进入端以逐渐增大的横截面面积延伸到开放的排放端的总体上管状的扩散体部分，所述设备的进一步特征在于结尾于注射孔的传输管，所述注射孔被调整和构造用于将流体在设置于所述进入端与所述开放的排放端之间的入口处传输到所述扩散体部分。其装置应用于胶乳复合材料的制备主要是利用管道直径变化产生混合效果。

中国专利申请号201310037190. X中公开了一种用于橡胶母炼胶的连续式制造方法的装置，其具体的技术方案为，凝聚器为具有一个或两个以上进料口的管式凝聚器。当经过精分散的橡胶/填料/添加剂/溶剂混合物在高速高湍流的状态下注入凝聚器时，由于速度十分高，根据流体力学及湍流流体力学原理，混合物内部压力急骤下降。在高剪切作用下混合物流将形成细小液滴。其混炼是利用装置的形状，液体在内形成高速高湍流进行混合。

以上两种混炼效果不太理想，针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，包括机架，所述机架下方固定安装有反应器，所述反应器内部设置有混合室；所述反应器上设置有至少两个入料口，每个所述入料口位置均固定安装有喷枪；所述喷枪均与储料罐及气源装置连接，所述储料罐的数量为一个；所述混合室的下方设置有出料口，所述出料口下方设置有接料盘，所述接料盘内设置有搅拌器。

优选地，所述混合室为椭球形。

进一步地，所述机架通过设置在所述机架下方的第一法兰盘固定连接有所述反应器。

进一步地，所述反应器外壁设置有若干第二法兰盘，所述第二法兰盘上开设有所述入料口。

进一步地，所述喷枪上设置有与所述第二法兰盘对应的第三法兰盘，且所述喷枪对准所述混合室的入料口。

优选地，所述喷枪上设置有扇面调节阀，所述喷枪的喷幅角度为60°-120°。

进一步地，所述喷枪通过物料管与所述储料罐连接，所述喷枪通过气管与所述气源装置连接。

进一步地，所述喷枪上还设置物料调节阀及电磁阀。

进一步地，所述搅拌器为叶片式搅拌器。

本发明还提供了一种橡胶湿法混炼制备方法，采用如上所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，该方法包括以下步骤：

S1 将配方中的填料、配合剂制备成均匀的水分散体，加入到胶乳溶液后进行初步搅拌混合，制备成均匀混合的混合液；

S2 将S1步骤中得到的混合液装入储料罐中；

S3 将储料罐中的溶液在压力下从对应的喷枪中喷出，调节扇面调节阀及物料调节阀，确保从喷枪中喷出的溶液被完全均匀雾化，并连续喷射到的反应器的混合室；

S4 雾化后的各物料在混合室扩散并接触，混合后在混合室的内壁凝聚，并从出料口流出，在接料盘中得到橡胶混合物；

S5 通过搅拌器对获得的橡胶混合物进行再搅拌；

S6 对S5步骤中获得的混合物进行絮凝、洗胶和脱水获得橡胶母炼胶。

本发明的有益效果为：通过将配方原料进行初步混合制备成混合液，通过喷枪将储料罐中的橡胶混合液雾化，并在混合室内进行扩散混合，通过雾化提高物料接触的比表面积，凝聚后进行再次搅拌，进一步地提高湿法混炼效果，有效地完成橡胶母炼胶的湿法混炼；本发明所提供的装置结构简单，安装方便，设备投资少，占地空间小，操作简单方便，能耗较低，且可实现连续化生产；同时本发明提供的湿法混炼制备方法改善了工作环境，减少了环境污染，节省能源，同时加工工艺简单，可实现工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述的机架的结构示意图；

图3是根据本发明实施例所述的反应器的结构示意图；

图4是根据本发明实施例所述的喷枪的结构示意图；

图5是根据本发明实施例所述的喷枪在混合室内喷射时的工作示意图。

图中：

1、机架；2、反应器；3、混合室；4、入料口；5、喷枪；6、气源装置；7、出料口；8、接料盘；9、第一法兰盘；10、第二法兰盘；11、第三法兰盘；12、物料调节阀；13、扇面调节阀；14、电磁阀；15、储料罐；16、气管；17、物料管；18、雾化后的溶液。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明的实施例所述的一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，包括机架1、反应器2、喷枪5、储料罐15、气源装置6、接料盘8。

如图2所示，机架1结构简单，是通过型材焊接而成，结构稳定且经济实用，其中机架上端位置设置有连接处，用以固定第一法兰盘9。所述机架1下方通过第一法兰盘固定安装有反应器，如图3所示，所述反应器内部设置有混合室，其中所述混合室为椭球形。

所述反应器外壁设置有至少两个第二法兰盘10，每个第二法兰盘10上均开设有入料口4。通过法兰盘将反应器与机架、入料口和反应器、以及喷枪和入料口之间相互固定连接保证了在通过一定压力喷射的时候装置连接的稳固性。

每个入料口4位置均安装有喷枪5。如图4所示，该喷枪5上设置有第三法兰盘11，因此喷枪通过第三法兰盘11与第二法兰盘10固定连接，进而确保喷枪对准所述混合室的入料口；该装置还包括一个储料罐15和一个气源装置6，每个喷枪通过物料管16与所述储料罐15连接，所述喷枪通过气管15与所述气源装置6连接。

所述喷枪上设置有用以调节喷枪喷头直径及喷射幅度的扇面调节阀13，所述喷枪的喷幅角度为60°-120°，优选喷副角度为90°。喷枪上设置有物料管配合的物料调节阀12，用以调节喷射量，喷枪上还设置有控制喷枪开关的电磁阀14。再加上喷枪与气源装置的配合，通过控制喷枪的喷射压力、喷射速度、喷头直径，确保从喷枪中喷出的溶液被完全均匀雾化，喷枪在混合室内喷射时的工作示意图如图5所示。同时，在进行原料混合的时候，通过调节喷枪的喷射量和喷出的角度进而确保喷出的雾化后的溶液18在混合室中混合的程度充分、均匀。

所述混合室3的下方设置有出料口4，所述出料口4下方设置有接料盘8，所述接料盘内设置有搅拌器；其中，所述搅拌器可以选用叶片式搅拌器。

在本发明中入料口和喷枪的个数是不限定的，具体个数的设定根据实际需求设置，喷枪的个数和整体装置的工作效率之间成正比，同时喷枪的数量也与混合效果有着直接的关系。

通过将溶液雾化后进行混合，提高了物料之间接触的比表面积，在一定喷射角度与喷射速度下，进入混合区雾化后的混合液可以进一步接触混合，这是本发明湿法混炼的关键步骤，雾化程度与最终的混炼效果密切相关。

将混合室设计成椭球形状，相比于圆球形状的混合室来说，椭球形混合室的混合区体积更大，使喷枪喷出的物料在有效的距离范围之内被更加充分的雾化，被雾化的物料在较大的体积之内能够更加充分地接触，因此可以进一步提高了混合效果。

另外，椭球形的混合室在混合后的雾气在壁面进行凝聚时，可增加凝聚使用面积，提高混合速度，在凝聚后到出料口出料时，增加运动路程，进一步增加物料接触时间，提高混合效果。

在一个实施例中。

橡胶湿法混炼配方如表1所示。

名称	份数
		天然橡胶	100
氧化锌	2
		硬脂酸	2
高分散白炭黑	60
		Si69	10
防老剂4020	2
		促进剂D	1.3
促进剂CZ	1.2
		硫磺	1

本发明还提供了一种橡胶湿法混炼制备方法，采用如上所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，在具体操作时：

1）预先制备混合液。将配方中的填料、配合剂制备成均匀的水分散体，加入到胶乳溶液后进行初步搅拌混合，制备成均匀混合的混合液。

上述各个溶液的制备具体包括：

天然胶乳溶液制备：取干胶含量60%的离心浓缩天然胶乳332g，在胶乳中加入668g蒸馏水，用搅拌棒搅拌，将离心浓缩天然胶乳稀释成干胶含量为20%的天然胶乳溶液。

白炭黑浆料制备：取高分散性白炭黑120g溶解于480g蒸馏水中，用玻璃棒搅拌使白炭黑完全溶解于蒸馏水中，将混合好的白炭黑浆料用T25高速分散机在12000rpm下处理1min，再将白炭黑浆料放入行星式球磨机中研磨2h。

硅烷偶联剂溶液制备：取20g硅烷偶联剂Si69溶解于180g蒸馏水中，用玻璃棒搅拌均匀，再将Si69溶液放入行星式球磨机中研磨30min。

氧化锌溶液制备：取4g氧化锌溶解于76g蒸馏水中，用玻璃棒搅拌均匀，再将氧化锌溶液放入行星式球磨机中研磨30min。

硬脂酸溶液制备：取4g硬脂酸SAD溶解于76g蒸馏水中，用玻璃棒搅拌均匀，再将硬脂酸溶液放入行星式球磨机中研磨30min。

防老剂4020溶液制备：先将防老剂4020颗粒在行星式球磨机中研磨1h，研磨之后的防老剂4020为粉末状，取4g溶解于76g蒸馏水中，用玻璃棒搅拌均匀，再将防老剂4020溶液放入行星式球磨机中研磨30min。

促进剂D溶液制备：取2.6g促进剂D溶解于49.4g蒸馏水中，用玻璃棒搅拌均匀，再将促进剂D溶液放入行星式球磨机中研磨30min。

硫化体系溶液制备：取2.4g促进剂CZ和2g硫磺溶解于83.6g蒸馏水中，用玻璃棒搅拌均匀，再将促进剂D溶液放入行星式球磨机中研磨30min。

然后将上述八种溶液置于同一容器中进行混合，然后通过搅拌机进行初步搅拌，其中控制搅拌的速度为300rpm，搅拌时间为5min，进一步确定溶液的水分散度充分。

将配方中的填料、配合剂制备成各自物料的均匀的水分散体，将得到的单一溶质的溶液加入到胶乳溶液中，加入后在常温下进行初步搅拌混合，制备成均匀的混合液。

其中胶乳溶液为干胶含量占20%的均匀水分散体；制备获得的混合液中溶质在溶液中的浓度为18%-22%，优选的为20%；初步搅拌的搅拌工艺参数为搅拌速度100-500rpm，搅拌时间1-10min，优选的为在300rpm的转速下搅拌5min。

2）将反应器固定安装在机架上，喷枪与反应器固定连接，接料盘放于混合室下方，储料罐与喷枪由物料管连接，气源装置与喷枪通过气管相连。将该装置的各个部分连接好，将得到的混合液装入储料罐中。

3）把喷枪上的扇面调节阀和物料调节阀调至合适大小，打开气源装置开关，最后给喷枪上的电磁阀通电，电磁阀打开，则各个储料罐内的溶液经由喷枪喷口完全均匀雾化，并连续喷射到反应器的混合室内。

喷枪的工艺参数包括，喷枪喷射压力：0.5~3MPa，优选2MPa；喷头直径：1.0~3.0mm，优选2.0mm；喷射速度：0.67~20g/s；喷射幅度：60~120°，优选90°。

4）雾化之后的各种溶液经充分接触之后便附着在混合室壁上，形成液滴，液滴在重力作用下沿着混合室壁向下流，经混合室底部出口流出，流入混合室下方的接料盘。

5）通过搅拌器对获得的橡胶混合物进行再搅拌，搅拌器的工艺参数为，搅拌速度：100~500rpm，搅拌时间1~10min，优选地，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为5min。

6）获得的混合物进行絮凝、洗胶和脱水获得橡胶母炼胶。

具体步骤包括:将搅拌后的混合液加入一定量乙酸，进而胶乳混合液均匀絮凝。将凝固之后的胶乳混合体放入洗胶机中进行脱水，同时用自来水对其进行冲洗、将经洗胶机脱水之后的胶片放入70℃的烘箱中干燥8h，再将烘箱温度调至148℃将胶片再烘2min，即可取出。

得到后的橡胶母炼胶可进行开炼机混炼及硫化。具体操作为：将烘干之后的胶片放到开炼机上进行补充混炼，在开炼机辊筒间隙最小状态下，将胶片在开炼机上过辊十次即可下片，得终炼胶、将制得的混炼胶在150℃、10MPa压力下在平板硫化机上硫化15min，即可得湿法硫化胶。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过将配方原料进行初步混合制备成混合液，通过喷枪将储料罐中的橡胶混合液雾化，并在混合室内进行扩散混合，通过雾化提高物料接触的比表面积，凝聚后进行再次搅拌，进一步地提高湿法混炼效果，有效地完成橡胶母炼胶的湿法混炼；本发明所提供的装置结构简单，安装方便，设备投资少，占地空间小，操作简单方便，能耗较低，且可实现连续化生产；同时本发明提供的湿法混炼制备方法改善了工作环境，减少了环境污染，节省能源，同时加工工艺简单，可实现工业化生产。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

以上对本发明所提供的一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置及方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，包括机架(1)，其特征在于，所述机架(1)下方固定安装有反应器(3)，所述反应器(3)内部设置有混合室(2)；所述反应器(3)上设置有至少两个入料口(4)，每个所述入料口(4)位置均固定安装有喷枪(5)；所述喷枪(5)均与储料罐(15)及气源装置(6)连接，所述储料罐(15)的数量为一个；所述混合室(2)的下方设置有出料口(7)，所述出料口(7)下方设置有接料盘(8)，所述接料盘(8)内设置有搅拌器；所述喷枪(5)上设置有扇面调节阀(13)，所述喷枪(5)的喷幅角度为60°-120°。

2.根据权利要求1所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，其特征在于，所述混合室(2)为椭球形。

3.根据权利要求1所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，其特征在于，所述机架(1)通过设置在所述机架(1)下方的第一法兰盘(9)固定连接有所述反应器(3)。

4.根据权利要求1所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，其特征在于，所述反应器(3)外壁设置有若干第二法兰盘(10)，所述第二法兰盘(10)上开设有所述入料口(4)。

5.根据权利要求4所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，其特征在于，所述喷枪(5)上设置有与所述第二法兰盘(10)对应的第三法兰盘(11)，且所述喷枪(5)对准所述混合室的入料口(4)。

6.根据权利要求1所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，其特征在于，所述喷枪(5)通过物料管(17)与所述储料罐(15)连接，所述喷枪(5)通过气管(16)与所述气源装置(6)连接。

7.根据权利要求6所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，其特征在于，所述喷枪(5)上还设置物料调节阀(12)及电磁阀(14)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的预混后气体辅助橡胶湿法混炼制备装置，其特征在于，所述搅拌器为叶片式搅拌器。