CN107325305B - 一种填料乳液雾化干燥连续性生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于橡胶湿法混炼设备技术领域，涉及一种填料乳液雾化干燥连续性生产设备，主体结构包括一号储水罐、搅拌罐、输送称量装置、连续液相研磨机、填料乳胶搅拌罐、预处理乳胶灌、高压雾化喷射装置、辊筒刮板装置、二号储水罐、二次双螺杆脱水装置、干燥装置和双转子连续混炼机，连续液相研磨机对填料水分散体进行研磨破碎，高压雾化喷射装置对填料乳液‑天然乳胶浆料进行高压雾化喷射，二次双螺杆脱水装置对填料‑天然乳胶浆料进行干燥、初步脱水和二次脱水后通过成型机头挤出母炼胶胶片，将母炼胶胶片输送至干燥装置中，双转子连续混炼机将母胶和配合剂连续定量地加入到橡胶中进行连续混炼后形成并挤出混炼胶。

Description

一种填料乳液雾化干燥连续性生产设备
技术领域：
本发明属于橡胶湿法混炼设备技术领域，具体涉及一种填料乳液雾化干燥连续性生产设备，将填料乳胶的骤温破碎与分散干燥工艺相结合，实现填料在乳胶中的均匀分散与分布，阻止填料分散后的聚集，制得分布与分散良好的填料乳液，进而制备得到力学性能优良，综合力学性能和动态力学性能显著提高的橡胶复合材料。
背景技术：
随着科学技术的不断进步和材料学科的持续发展，人类使用的材料也在更新和进步，高分子材料及其制品已占领了生活中的各个领域、各个行业以及各个部门，大到航天飞机的某个部件，小到一个螺钉，都有可能采用高分子材料；橡胶作为一种重要的战略性物资，广泛应用于国民经济、高新技术和国防军工等领域，但是由于橡胶强度低、模量低、耐磨性和抗疲劳性差，没有实用性，所以绝大多数橡胶都需要填充补强剂。在现有技术中，炭黑和白炭黑作为主要的补强剂广泛应用于橡胶制品中，包括石墨烯、碳纳米管和碳碳复合材料等的新兴填料/橡胶复合材料的制备和应用也成为研究热点。
橡胶复合材料制备过程最关键的工序是混炼，混炼工序的本质就是将各种配合剂混入生胶中，以制成质量均匀的混炼胶的过程，也是橡胶与各种配合剂的混合与分散过程；可以说，混炼是橡胶制品加工过程中第一道也是最重要的一道工序，混炼胶质量的好坏直接影响到橡胶制品的质量、性能及其使用寿命；目前，我国橡胶工业的混炼多采用密炼机多段式混炼方法，由于高聚物的高弹特性，导致了混炼过程是一个不断生热升温的过程，为防止胶料焦烧破坏胶料的性能并达到配合剂均匀分散的目的，混炼过程不得不反复进行，对橡胶制品的性能产生了不可逆转的影响；为了提高混炼效率，新的混炼方法和工艺层出不穷，包括低温一次法、串联式混炼和连续混炼等，这些新的混炼技术在混炼效率和混炼质量上具有很好的均衡效果，但是，这些机械混炼技术中的填料的分散等级不能达到设定的程度，即使延长混炼时间，胶料的混炼质量也不会得到很大的提高。为了获得更好的混炼质量，人们尝试将超声波和固体干冰等新能量注入到混炼过程中以打破填料的聚集体，提高橡胶混炼质量，通过研究发现这些新的技术手段只是在一定程度上改善了填料的微观分散程度，但是与高端橡胶制品的要求仍存在一定的差距，对于新兴填料/橡胶复合材料的制备，机械混炼的技术手段无法满足填料分散的需求；基于新兴填料优异的物理性质和高的比表面积显示了其在橡胶补强方面极大的潜力，作为具有非常高的增强效率和效果的橡胶纳米填料能够赋予橡胶材料诸如导电性、导热性和气体阻隔性，改善橡胶材料的动态性能，对提高橡胶制品的性能和功能具有特别的意义，为高性能橡胶制品的研制提供了一种途径。在目前的橡胶制品中未见到新兴填料的工业化应用，归其原因主要有以下两点：一是新兴材料很难以机械共混的方式混入到橡胶母体中，新兴材料在橡胶基体中分散性很差，易出现大颗粒的填料聚集体较多，导致橡胶复合材料性能有很大程度的下降；二是新兴材料在溶液共混过程中不可避免的要使用对环境有危害的有机溶剂，橡胶种类和还原剂的不同可能会引起橡胶的降解，严重降低了胶料的性能。
目前，橡胶纳米复合材料的湿法制备主要采用化学方法处理新兴材料与胶乳乳液，利用搅拌的方式将纳米填料均匀分散在胶乳中，然后絮凝制得湿法混炼胶，这种方法和工艺中加入了化学试剂，对胶料性能产生了很大影响，降低了橡胶制品的质量和使用寿命；例如中国专利201110064299.3公开的湿法混炼天然橡胶料的制备方法，其对传统混炼技术进行了改进，在制取的胶乳溶液中加入醋酸絮凝，经洗胶机洗胶和脱水，再在干燥箱中干燥4-6h，干燥后即可得到天然橡胶的混炼胶料。强酸絮凝存在难以避免的缺陷，不仅会影响操作人员的身体健康，腐蚀设备，絮凝后的长时间烘干容易产生影响环境的酸性气体，如果强酸清洗不干净还会影响后续的硫化时间，酸性环境下硫化会导致硫化时间滞后。因此，研发一种提高湿法混炼过程中填料分散程度的填料乳液雾化干燥连续性生产设备，采用无酸絮凝的方法，阻止填料分散后的重聚，缩短生产周期，提高橡胶的性能和强度，很有科学和应用价性，也具有良好的社会和应用前景。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种填料乳液的骤温破碎和分散干燥工艺连续性设备，实现混炼过程的连续化生产，提高生成效率，降低能耗，增强橡胶母胶混炼的均匀性、分散性和综合性能，实现橡胶复合材料的连续性工业化生产。
为了实现上述目的，本发明涉及的填料乳液雾化干燥连续性生产设备的主体结构包括一号储水罐、搅拌罐、输送称量装置、连续液相研磨机、填料乳胶搅拌罐、预处理乳胶灌、高压雾化喷射装置、辊筒刮板装置、二号储水罐、二次双螺杆脱水装置、干燥装置和双转子连续混炼机；一号储水罐与搅拌罐管道式连接，搅拌罐分别与输送称量装置和连续液相研磨机管道式连接，连续液相研磨机与填料乳胶搅拌罐管道式连接，填料乳胶搅拌罐分别与预处理乳胶灌和高压雾化喷射装置管道式连接，高压雾化喷射装置与辊筒刮板装置管道式连接，辊筒刮板装置与二号储水罐连接，辊筒刮板装置与二次双螺杆脱水装置管道式连接，二次双螺杆脱水装置与干燥装置管道式连接，干燥装置与双转子连续混炼机管道式连接。
本发明涉及的一号储水罐、搅拌罐、输送称量装置、填料乳胶搅拌罐、预处理乳胶灌、辊筒刮板装置、二号储水罐和干燥装置均为市售产品，一号储水罐的主体结构与二号储水罐的主体结构相同；连续液相研磨机主体结构包括底座支架、研磨机筒、填料水分散体入口、填料乳液出口、检查口、从动轮、主动轮、减速器和电动机；板状结构的底座支架的上部设置有内空式圆柱形结构的研磨机筒，研磨机筒的一端设置有圆形结构的填料水分散体入口，研磨机筒的另一端设置有圆形结构的填料乳液出口，研磨机筒上靠近填料水分散体入口的一端顶面开设有圆形结构的检查口，研磨机筒上靠近填料乳液出口的一端外围套设有圆环形结构的从动轮，底座支架的下部设置有轮状结构的主动轮，从动轮与主动轮齿合式连接，主动轮通过减速器与电动机机械传动式连接；底座支架和研磨机筒的材质均为不锈钢；填料水分散体入口的直径大于填料乳液出口的直径；检查口便于对研磨机筒进行检查和维修；从动轮在主动轮的带动下运动并带动研磨机筒在底座支架上进行360度圆周运动；减速器和电动机共同作用为主动轮提供旋转运动的力；高压雾化喷射装置主体结构包括支座、液体分散罐、乳液浆料入口管、乳胶浆料出口管、左端压力罐、中间压力罐、右端压力罐、连接管、连接管架、输液管、喷嘴、输气管、空气管道、空气入口管、液体调节器、液体过滤器、液体关闭阀、液体压力表、气体调节器、气体过滤器、气体关闭阀和气体压力表；内空式矩形框架结构的支座的内部设置有内空式灯笼形结构的液体分散罐，液体分散罐的顶部与圆形管状结构的乳液浆料入口管连通，液体分散罐的底部与圆形管状结构的乳胶浆料出口管连通，支座的两个平行的长边外侧分别设置有内空式圆形结构的左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐，左端压力罐与中间压力罐之间和中间压力罐与右端压力罐之间均设置有内空式圆柱形结构的连接管，左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐通过连接管连接成为弧形结构，两个中间压力罐之间设置有内空式结构的连接管架，乳液浆料入口管与连接管架的中心连通，左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐的上表面中心处均设置有内空式圆柱形结构的输液管，输液管与喷嘴的一端连接，喷嘴的另一端与内空式圆柱形结构的输气管连接，输气管与圆弧形管状结构的空气管道连通，空气管道的中部与圆弧形管状结构的空气入口管连通，输液管上从靠近喷嘴的一端到远离喷嘴的一端依次设置有液体调节器、液体过滤器和液体关闭阀，液体调节器上设置有液体压力表，输气管上从靠近喷嘴的一端到远离喷嘴的一端依次设置有气体调节器、气体过滤器和气体关闭阀，气体调节器上设置有气体压力表；支座作为液体分散罐的安装支架并为液体分散罐提供支撑力；液体分散罐作为乳液浆料的分散雾化场所；乳液浆料入口管作为乳液浆料的入口通道；乳胶浆料出口管作为填料乳胶的出口通道；左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐收集乳液浆料并受到空气压力的作用为乳液浆料加压；连接管作为左端压力罐与中间压力罐和中间压力罐与右端压力罐之间的连接通道；连接管架作为中间压力罐的连接通道并将支座两侧的左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐连接成为一体；输液管作为液态乳液浆料进入喷嘴的输送通道；喷嘴为压力式空气雾化喷嘴，压力式空气雾化喷嘴的工作原理是通过液体压力或气体压力将液体输送到喷嘴口，液体和气体在压力雾化喷嘴的液体帽里面混合后通过压力式雾化喷嘴的喷嘴孔喷射出来，空气帽能够控制雾化喷嘴的喷雾形状，喷嘴作为乳液浆料的喷射口将乳液浆料喷射成雾状，实现填料在乳胶中的分散目的；输气管、空气管道和空气入口管共同作用作为空气进入喷嘴的通道；液体调节器用于调节液态乳液浆料的流速；液体过滤器用于滤除液态乳液浆料中的固态物质；液体关闭阀的用途是开闭输液管；液体压力表用于监测输液管的压力；气体调节器用于调节气体的流速；气体过滤器用于滤除气体中的固态和液态物质；气体关闭阀用于开闭输气管；气体压力表用于监测输气管的压力；喷嘴的工作流程为乳液浆料和压缩空气由喷嘴喷出，起到对天然乳胶混合液的雾化作用；在喷射时，乳液浆料液柱与压缩空气之间有很大的速度差，乳液浆料液柱由于压缩空气的扰动而发生分裂和破碎，使混合液到达雾化效果。以白炭黑/天然橡胶混合液为例，混合液在高压作用下急剧雾化，白炭黑团聚体会被充分打散，使白炭黑颗粒更加细化，乳胶粒子表面的保护膜在气体振动波的作用下以及其与气体的摩擦作用下被破坏，进而白炭黑粒子与橡胶烃分子接触，填充到橡胶分子链中，与橡胶分子结合；由于雾化是在瞬间完成，橡胶烃分子链的体积瞬间增大，被释放出来的橡胶烃分子链充分伸展，大量的白炭黑颗粒完全填充进橡胶烃分子链之间，最大限度的提高白炭黑在天然橡胶中的填充量，得到高填充量的白炭黑胶料，同时，雾化之后天然胶乳/白炭黑浆料混合液更加均匀，白炭黑填料在其中的分散性能得到进一步优化；二次双螺杆脱水装置主体结构包括底部支座、万向轮、脚刹片、电机、联轴器、减速机、双螺杆、机筒、乳胶浆料进口、水道、排水管、集水管、温控箱、母炼胶胶片出口和排气孔；倒U形结构的底部支座的四个角部分别设置有圆形结构的万向轮，底部支座与万向轮之间设置有对万向轮进行制动的脚刹片，底部支座的顶部右端设置有电机，电机通过联轴器与减速机的一端机械传动式连接，减速机的另一端与圆形管状结构的双螺杆机械传动式连接，双螺杆的外围包覆有矩形管状结构机筒，机筒的右端上表面开设有矩形结构的乳胶浆料进口，机筒的中段内壁上设置有圆环形结构的水道，水道通过圆形管状结构的排水管与圆形管状结构的集水管连通，机筒的左端设置有温控箱，温控箱与圆形管状结构的母炼胶胶片出口连通，机筒的上表面均匀间隔式开设有4-6个圆形结构的排气孔；底部支座的材质为不锈钢，底部支座为电机、联轴器、减速机、双螺杆、机筒、水道、排水管和集水管提供安装空间和支持力；万向轮能够带动底部支座运动，免除了底部支座的搬动；脚刹片能够对万向轮进行制动，限定万向轮的位置；电机的功率为15KW，减速机的传动比为5，电机、联轴器和减速机为双螺杆提供持续的动力；双螺杆对母胶进行挤压脱水；机筒作为母胶挤压脱水的空间；乳胶浆料进口作为乳胶浆料进入机筒的入口；水道的内部有高温蒸汽，乳胶浆料中被挤压出的水分被水道的内部的高温蒸汽瞬间气化由排气孔排出，排水管用于将乳胶浆料中被挤压出的水分排入集水管中；集水管用于收集排水管排出的水分；温控箱采用换热温控系统，用于提高机筒内部的热交换率，为乳胶浆料的挤压提供适宜的温度环境；母炼胶胶片出口作为母炼胶胶片排出机筒出口；排气孔作为水蒸气排出机筒的出口；双螺杆由进料段、Ⅰ级挤压段、Ⅱ级挤压段、挤压排气段和出料段构成；进料段、Ⅰ级挤压段和Ⅱ级挤压段均采用导程变距式的螺杆结构，进料段的长度为220mm，进料段的长径比为11:3，进料段的螺距由60mm依次渐变变小，进料段的螺槽深度为6mm；Ⅰ级挤压段的长度为90mm，Ⅰ级挤压段的长径比为3:2，Ⅰ级挤压段的螺距由40mm依次渐变小，Ⅰ级挤压段的螺槽深度为6mm；Ⅱ级挤压段的长度为100mm，Ⅱ级挤压段的长径比为5:2，Ⅱ级挤压段的螺距由100mm依次渐变小，Ⅱ级挤压段的螺槽深度为6mm；螺距依次渐变变小，能够改变压缩比，使物料得到压缩，物料在进入后续挤压段后放松，物料经历压缩和放松的反复过程；在乳胶浆料脱水过程中，乳胶浆料由进料段进入，乳胶浆料、双螺杆及机筒的内壁互相之间存在的强有力的摩擦力将母胶向前输送，同时由于变距式的结构双螺杆的螺距自左向右逐渐变小，对乳胶浆料产生强有力的输送和挤压作用，促使乳胶浆料内部的水分及时的被挤压出；首先，进料段螺杆对乳胶浆料产生一定的送料和挤压作用后，乳胶浆料进入Ⅰ级挤压段，在Ⅰ级挤压段，Ⅰ级挤压段的螺距渐变变小且小于进料段的螺距，乳胶浆料与Ⅰ级挤压段之间的挤压作用要高于乳胶浆料与进料段之间的挤压作用，乳胶浆料受到更强的挤压作用，乳胶浆料内部的水分挤压出，有效的提高了脱水效果，大部分水分由Ⅰ级挤压段底部的排水管排出机筒，乳胶浆料继续被输送进入到Ⅱ级挤压段和挤压排气段，Ⅱ级挤压段的螺距增大，乳胶浆料受到的挤压作用减小，乳胶浆料由压紧的状态变为松开，乳胶浆料形成被挤压和被释放的状态，有利于乳胶浆料内部的水分脱出，脱水效果更加优异，乳胶浆料内的水分被进一步挤压，机筒内壁上的通有高温蒸汽的环形水道将被挤压出的水分瞬间汽化为水蒸气，水蒸气由排气孔排出，母炼胶胶片进入出料段后被排出机筒，排出的母炼胶胶片的含水量为3％，由此，完成整个挤压脱水过程；双螺杆增加了长径比，以延长对乳胶浆料进行挤压的时间：乳胶浆料在机筒内的停留时间取决与双螺杆的转速和长径比，在转速一定的情况下，增大螺杆的长径比，能够延长乳胶浆料在机筒内的停留时间，使得乳胶浆料的挤压作用延长，含水量降低，提高脱水的效果；但长径比超过设定的范围，乳胶浆料在机筒内的停留时间超过设定时间，会造成乳胶浆料的过度挤压和机筒的热作用，影响乳胶浆料的性能，且长径比的增加使得双螺杆的加工难度增大，制造成本加大，根据以上限定条件，双螺杆直径选取60mm，长径比L/D选取25；双螺杆采用渐变压缩比和减小双螺杆之间的间隙的技术手段，以提高双螺杆的脱水效果：在压缩比一定的前提下，渐变压缩比和减小的双螺杆之间的间隙能够提高乳胶浆料在螺槽中的填充率，乳胶浆料在输送的过程中不断被压紧和松开，机筒内的压力发生曲线变化，乳胶浆料受到的挤压作用随着压力进行变化，机筒内的压力发生曲线变化有利于对乳胶浆料产生良好的脱水效果；双螺杆的螺纹头数、螺纹升角、螺棱宽度和螺槽深度是重要的参数，其与双螺杆二次脱水装置的能耗、生产率和挤压效果有直接的关系：螺杆直径一定时，螺纹升角与导程成正比，选定合适的螺纹升角在保证乳胶浆料向前输送和提高产能的同时，也能确保母胶具有良好的脱水效果，螺纹升角减小则会加大双螺杆的轴向力，并影响产能；螺槽深度对生产率的影响最为明显，螺槽深度减小，乳胶浆料与机筒内壁之间的摩擦和挤压作用增强，但螺槽内的乳胶浆料的有效容积减小，生产效率降低；螺棱宽度决定螺棱上的动力消耗，螺棱加宽，螺棱与机筒间漏流减小，挤压作用和正位移输送能力增强；双螺杆二次脱水装置使用时，与计算机建立连接，计算机对乳胶浆料的挤压温度、压力和双螺杆的转速进行实时控制；双转子连续混炼机主体结构包括底座板、减速箱、驱动电机、齿轮箱、料筒、连接支架、母胶进料口和混炼胶出料口；板状结构的底座板的上表面一端设置有减速箱，减速箱的一端与驱动电机机械传动式连接，减速箱的另一端与齿轮箱机械传动式连接，齿轮箱与内空式矩形结构的料筒连接，底座板与料筒之间架设有梯子状结构的连接支架，料筒上靠近齿轮箱的一端设置有广口结构的母胶进料口，料筒上远离齿轮箱的一端设置有圆形结构的混炼胶出料口；底座板的材质为不锈钢；减速箱、驱动电机和齿轮箱共同作用为料筒提供转动作用力；连接支架用于支撑和加固料筒；母胶进料口作为物料的入口通道；混炼胶出料口作为物料的出口通道。
本发明涉及的一号储水罐用于存储水并按照要求将水输送至搅拌罐中；搅拌罐用于搅拌水与粉体填料的混合物以制备填料水分散体并将填料水分散体输送至连续液相研磨机中；输送称量装置用于精确称量设定质量的粉体填料并将粉体填料输送至搅拌罐中；连续液相研磨机对填料水分散体进行研磨破碎，使填料与水混合均匀，同时将填料的粒径磨细，以制备填料乳液并将填料乳液输送至填料乳胶搅拌罐中；填料乳胶搅拌罐用于充分搅拌填料乳液与预处理后的天然乳胶的混合液以使二者混合均匀，制备得到填料乳液-天然乳胶浆料后将填料乳液-天然乳胶浆料输送至高压雾化喷射装置中；预处理乳胶灌中充有经过超声处理的设定质量百分比浓度的液态Si69水溶液，预处理乳胶灌对天然乳胶进行预处理并将预处理后的天然乳胶输送至填料乳胶搅拌罐中；高压雾化喷射装置对填料乳液-天然乳胶浆料进行高压雾化喷射得到填料在天然乳胶中分散和分布均匀的填料-天然乳胶浆料并输送至辊筒刮板装置中；辊筒刮板装置对填料-天然乳胶浆料进行高温瞬间干燥后将填料-天然乳胶浆料吸附在辊筒上，用水将辊筒上的填料-天然乳胶浆料浸湿，用刮刀刮下浸湿后的填料-天然乳胶浆料后将其输送至二次双螺杆脱水装置中；二号储水罐用水存储水并将水输送至辊筒刮板装置中；二次双螺杆脱水装置对填料-天然乳胶浆料进行干燥、初步脱水和二次脱水后通过成型机头挤出母炼胶胶片，将母炼胶胶片输送至干燥装置中；干燥装置对母炼胶胶片进行微波连续形式的干燥使其形成母胶，将母胶输送至双转子连续混炼机中；双转子连续混炼机将母胶和配合剂连续定量地加入到橡胶中进行连续混炼后形成并挤出混炼胶。
本发明涉及的填料包括石墨烯、白炭黑、炭黑、蒙脱土、碳碳复合材料和碳纳米管的纳米级填料。
本实施例涉及的填料乳液雾化干燥连续性生产设备制备填料乳液的工艺过程包括制备填料水分散体、制备填料乳液、制备填料乳液-天然乳胶浆料、制备填料-天然乳胶浆料、制备母炼胶胶片、制备母胶和制备混炼胶共七个步骤：
(1)制备白炭黑水分散体：输送称量装置按照设定要求称取白炭黑后输送至搅拌罐中，储水罐1按照设定的配比将水加入搅拌罐中，在常温条件下，搅拌罐对其内部的白炭黑和水以100-500rpm的速度进行1-10min的初步搅拌混合，制备得到质量百分比浓度为15-35％的分散均匀的白炭黑水分散体；
(2)制备白炭黑乳液：白炭黑水分散体被输送到连续液相研磨机中进行研磨破碎，使白炭黑与水均匀混合，制备得到白炭黑乳液，根据研磨时间的不同，白炭黑的平均粒径为15-25um并呈正态分布；
(3)制备白炭黑乳液-天然乳胶浆料：将白炭黑乳液和经过预处理乳胶灌处理的天然乳胶按照设定的配比输送至填料乳胶搅拌罐中以100-500rpm的速度进行1-10min的搅拌，制备得到混合均匀的白炭黑乳液-天然乳胶浆料；
(4)制备白炭黑-天然乳胶浆料：白炭黑乳液-天然乳胶浆料被输送至高压雾化喷射装置中后，采用虹吸式原理建立负压的高压雾化喷射装置对白炭黑乳液-天然乳胶浆料进行高压多股喷射与雾化，高压多股喷射与雾化的喷射压力为0.5-3MPa，喷射角度为-60-60°，液流直径为1.0-3.0mm，使白炭黑乳液-天然乳胶浆料在运动过程中发生对流碰撞和混合，从而使白炭黑乳液与天然乳胶进一步均匀混合，雾化后的白炭黑乳液与天然乳胶在混合后与高压雾化喷射装置的混合室内壁接触后凝聚并形成液滴，液滴在重力作用下沿内壁流淌，在混合室底部对液滴进行收集，得到混合均匀的白炭黑-天然乳胶浆料；
(5)制备母炼胶胶片：白炭黑-天然乳胶浆料在0.5-1.5MPa的压力条件下被输送至采用上下两种进液方式的进入辊筒刮板装置中，温度为150℃的辊筒对白炭黑-天然乳胶浆料进行瞬间干燥，干燥后的白炭黑-天然乳胶浆料附着在辊筒上，通过二号储水罐把水输送至辊筒刮板装置，水喷洒在辊筒上将干燥后的白炭黑-天然乳胶浆料浸湿，以便刮刀刮下白炭黑-天然乳胶浆料，脱水段的机筒上开设的出水口使水分及时排出，经过一次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料的含水量下降至10-20％，将经一次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料输送至二次双螺杆脱水装置中进行二次脱水，经过二次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料的含水量下降至6-10％，二次双螺杆脱水装置的成型机头将经过二次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料挤出，制备得到母炼胶胶片；
(6)制备母胶：母炼胶胶片输送至干燥装置中，干燥装置对母炼胶胶片进行微波连续性干燥，使母炼胶的含水量进一步下降至1-5％，制备得到母胶；
(7)制备混炼胶：母胶和配合剂按照设定的配比连续定量地加入到双转子连续混炼机中在温度为120-145℃的条件下进行连续混炼后排胶，制备得到混炼胶；配合剂包括ZnO、SAD、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S。
本发明制备的白炭黑乳液预聚体包括质量分数分别为100、60、2、2、10、2、1.3、1.2和1的天然乳胶、白炭黑、ZnO、SAD、Si69、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S；天然胶乳为泰国产的质量百分比浓度为60％的天然乳胶；白炭黑为青岛罗地亚有限公司生产的白炭黑；ZnO和SAD的添加量均为天然乳胶质量的0.3-2％；Si69水溶液的添加量为白炭黑质量的8％；促进剂D、防老剂4020、促进剂CZ和S均为市售的工业级产品。
本发明与现有技术相比，基于骤温破碎和高温闪蒸技术，采用功能化异向双转子对胶料进行强力剪切、拉伸及折卷，实现了填料和配合剂的均匀分散与分布，连续液相研磨机对填料水分散体进行研磨破碎，使填料与水混合均匀，同时将填料的粒径磨细，以制备填料乳液并将填料乳液输送至填料乳胶搅拌罐中，高压雾化喷射装置对填料乳液-天然乳胶浆料进行高压雾化喷射得到填料在天然乳胶中分散和分布均匀的填料-天然乳胶浆料并输送至辊筒刮板装置中，二次双螺杆脱水装置对填料-天然乳胶浆料进行干燥、初步脱水和二次脱水后通过成型机头挤出母炼胶胶片，将母炼胶胶片输送至干燥装置中，双转子连续混炼机将母胶和配合剂连续定量地加入到橡胶中进行连续混炼后形成并挤出混炼胶；其结构简单，能够有效减少粉尘污染，实现混炼胶的连续性生产，提高生产效率，节约能耗25％以上，显著降低生产成本，生产出的混炼胶均匀性好、质量高，综合性能高。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明涉及的连续液相研磨机的主体结构原理示意图。
图3为本发明涉及的高压雾化喷射装置的主体结构原理示意图。
图4为本发明涉及的高压雾化喷射装置的局部结构放大原理示意图。
图5为本发明涉及的喷嘴的主体结构原理示意图。
图6为本发明涉及的喷嘴的喷射雾化原理示意图。
图7为本发明涉及的二次双螺杆脱水装置的主体结构原理示意图。
图8为本发明涉及的双螺杆的主体结构原理示意图。
图9为本发明涉及的双螺杆进料段的结构原理示意图。
图10为本发明涉及的双螺杆Ⅰ级挤压段的结构原理示意图。
图11为本发明涉及的双螺杆Ⅱ级挤压段的结构原理示意图
图12为本发明涉及的双转子连续混炼机的主体结构原理示意图。
图13为本发明涉及的填料乳液的制备工艺流程框图。
图14为本发明实施例涉及的白炭黑乳液预聚体的制备工艺流程框图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
本实施例涉及的填料乳液雾化干燥连续性生产设备的主体结构包括一号储水罐1、搅拌罐2、输送称量装置3、连续液相研磨机4、填料乳胶搅拌罐5、预处理乳胶灌6、高压雾化喷射装置7、辊筒刮板装置8、二号储水罐9、二次双螺杆脱水装置10、干燥装置11和双转子连续混炼机12；一号储水罐1与搅拌罐2管道式连接，搅拌罐2分别与输送称量装置3和连续液相研磨机4管道式连接，连续液相研磨机4与填料乳胶搅拌罐5管道式连接，填料乳胶搅拌罐5分别与预处理乳胶灌6和高压雾化喷射装置7管道式连接，高压雾化喷射装置7与辊筒刮板装置8管道式连接，辊筒刮板装置8与二号储水罐9连接，辊筒刮板装置8与二次双螺杆脱水装置10管道式连接，二次双螺杆脱水装置10与干燥装置11管道式连接，干燥装置11与双转子连续混炼机12管道式连接。
本实施例涉及的一号储水罐1、搅拌罐2、输送称量装置3、填料乳胶搅拌罐5、预处理乳胶灌6、辊筒刮板装置8、二号储水罐9和干燥装置11均为市售产品，一号储水罐1的主体结构与二号储水罐9的主体结构相同；连续液相研磨机4主体结构包括底座支架41、研磨机筒42、填料水分散体入口43、填料乳液出口44、检查口45、从动轮46、主动轮47、减速器48和电动机49；板状结构的底座支架41的上部设置有内空式圆柱形结构的研磨机筒42，研磨机筒42的一端设置有圆形结构的填料水分散体入口43，研磨机筒42的另一端设置有圆形结构的填料乳液出口44，研磨机筒42上靠近填料水分散体入口43的一端顶面开设有圆形结构的检查口45，研磨机筒42上靠近填料乳液出口44的一端外围套设有圆环形结构的从动轮46，底座支架41的下部设置有轮状结构的主动轮47，从动轮46与主动轮47齿合式连接，主动轮47通过减速器48与电动机49机械传动式连接；底座支架41和研磨机筒42的材质均为不锈钢；填料水分散体入口43的直径大于填料乳液出口44的直径；检查口45便于对研磨机筒42进行检查和维修；从动轮46在主动轮47的带动下运动并带动研磨机筒42在底座支架41上进行360度圆周运动；减速器48和电动机49共同作用为主动轮47提供旋转运动的力；高压雾化喷射装置7主体结构包括支座51、液体分散罐52、乳液浆料入口管53、乳胶浆料出口管54、左端压力罐55、中间压力罐56、右端压力罐57、连接管58、连接管架59、输液管60、喷嘴61、输气管62、空气管道63、空气入口管64、液体调节器65、液体过滤器66、液体关闭阀67、液体压力表68、气体调节器69、气体过滤器70、气体关闭阀71和气体压力表72；内空式矩形框架结构的支座51的内部设置有内空式灯笼形结构的液体分散罐52，液体分散罐52的顶部与圆形管状结构的乳液浆料入口管53连通，液体分散罐52的底部与圆形管状结构的乳胶浆料出口管54连通，支座51的两个平行的长边外侧分别设置有内空式圆形结构的左端压力罐55、中间压力罐56和右端压力罐57，左端压力罐55与中间压力罐56之间和中间压力罐56与右端压力罐57之间均设置有内空式圆柱形结构的连接管58，左端压力罐55、中间压力罐56和右端压力罐57通过连接管58连接成为弧形结构，两个中间压力罐56之间设置有内空式结构的连接管架59，乳液浆料入口管53与连接管架59的中心连通，左端压力罐55、中间压力罐56和右端压力罐57的上表面中心处均设置有内空式圆柱形结构的输液管60，输液管60与喷嘴61的一端连接，喷嘴61的另一端与内空式圆柱形结构的输气管62连接，输气管62与圆弧形管状结构的空气管道63连通，空气管道63的中部与圆弧形管状结构的空气入口管64连通，输液管60上从靠近喷嘴61的一端到远离喷嘴61的一端依次设置有液体调节器65、液体过滤器66和液体关闭阀67，液体调节器65上设置有液体压力表68，输气管62上从靠近喷嘴61的一端到远离喷嘴61的一端依次设置有气体调节器69、气体过滤器70和气体关闭阀71，气体调节器69上设置有气体压力表72；支座51作为液体分散罐52的安装支架并为液体分散罐52提供支撑力；液体分散罐52作为乳液浆料的分散雾化场所；乳液浆料入口管53作为乳液浆料的入口通道；乳胶浆料出口管54作为填料乳胶的出口通道；左端压力罐55、中间压力罐56和右端压力罐57收集乳液浆料并受到空气压力的作用为乳液浆料加压；连接管58作为左端压力罐55与中间压力罐56和中间压力罐56与右端压力罐57之间的连接通道；连接管架59作为中间压力罐56的连接通道并将支座51两侧的左端压力罐55、中间压力罐56和右端压力罐57连接成为一体；输液管60作为液态乳液浆料进入喷嘴61的输送通道；喷嘴61为压力式空气雾化喷嘴，压力式空气雾化喷嘴的工作原理是通过液体压力或气体压力将液体输送到喷嘴口，液体和气体在压力雾化喷嘴的液体帽里面混合后通过压力式雾化喷嘴的喷嘴孔喷射出来，空气帽能够控制雾化喷嘴的喷雾形状，喷嘴61作为乳液浆料的喷射口将乳液浆料喷射成雾状，实现填料在乳胶中的分散目的；输气管62、空气管道63和空气入口管64共同作用作为空气进入喷嘴61的通道；液体调节器65用于调节液态乳液浆料的流速；液体过滤器66用于滤除液态乳液浆料中的固态物质；液体关闭阀67的用途是开闭输液管60；液体压力表68用于监测输液管60的压力；气体调节器69用于调节气体的流速；气体过滤器70用于滤除气体中的固态和液态物质；气体关闭阀71用于开闭输气管62；气体压力表72用于监测输气管62的压力；喷嘴61的工作流程为乳液浆料和压缩空气由喷嘴61喷出，起到对天然乳胶混合液的雾化作用；在喷射时，乳液浆料液柱与压缩空气之间有很大的速度差，乳液浆料液柱由于压缩空气的扰动而发生分裂和破碎，使混合液到达雾化效果。以白炭黑/天然橡胶混合液为例，混合液在高压作用下急剧雾化，白炭黑团聚体会被充分打散，使白炭黑颗粒更加细化，乳胶粒子表面的保护膜在气体振动波的作用下以及其与气体的摩擦作用下被破坏，进而白炭黑粒子与橡胶烃分子接触，填充到橡胶分子链中，与橡胶分子结合；由于雾化是在瞬间完成，橡胶烃分子链的体积瞬间增大，被释放出来的橡胶烃分子链充分伸展，大量的白炭黑颗粒完全填充进橡胶烃分子链之间，最大限度的提高白炭黑在天然橡胶中的填充量，得到高填充量的白炭黑胶料，同时，雾化之后天然胶乳/白炭黑浆料混合液更加均匀，白炭黑填料在其中的分散性能得到进一步优化；二次双螺杆脱水装置10主体结构包括底部支座73、万向轮74、脚刹片75、电机76、联轴器77、减速机78、双螺杆79、机筒80、乳胶浆料进口81、水道82、排水管83、集水管84、温控箱85、母炼胶胶片出口86和排气孔87；倒U形结构的底部支座73的四个角部分别设置有圆形结构的万向轮74，底部支座73与万向轮74之间设置有对万向轮74进行制动的脚刹片75，底部支座73的顶部右端设置有电机76，电机76通过联轴器77与减速机78的一端机械传动式连接，减速机78的另一端与圆形管状结构的双螺杆79机械传动式连接，双螺杆79的外围包覆有矩形管状结构机筒80，机筒80的右端上表面开设有矩形结构的乳胶浆料进口81，机筒80的中段内壁上设置有圆环形结构的水道82，水道82通过圆形管状结构的排水管83与圆形管状结构的集水管84连通，机筒80的左端设置有温控箱85，温控箱85与圆形管状结构的母炼胶胶片出口86连通，机筒80的上表面均匀间隔式开设有4-6个圆形结构的排气孔87；底部支座73的材质为不锈钢，底部支座73为电机76、联轴器77、减速机78、双螺杆79、机筒80、水道82、排水管83和集水管84提供安装空间和支持力；万向轮74能够带动底部支座73运动，免除了底部支座73的搬动；脚刹片75能够对万向轮74进行制动，限定万向轮74的位置；电机76的功率为15KW，减速机78的传动比为5，电机76、联轴器77和减速机78为双螺杆79提供持续的动力；双螺杆79对母胶进行挤压脱水；机筒80作为母胶挤压脱水的空间；乳胶浆料进口81作为乳胶浆料进入机筒80的入口；水道82的内部有高温蒸汽，乳胶浆料中被挤压出的水分被水道82的内部的高温蒸汽瞬间气化由排气孔87排出，排水管83用于将乳胶浆料中被挤压出的水分排入集水管84中；集水管84用于收集排水管82排出的水分；温控箱85采用换热温控系统，用于提高机筒80内部的热交换率，为乳胶浆料的挤压提供适宜的温度环境；母炼胶胶片出口86作为母炼胶胶片排出机筒80出口；排气孔87作为水蒸气排出机筒80的出口；双螺杆79由进料段、Ⅰ级挤压段、Ⅱ级挤压段、挤压排气段和出料段构成；进料段、Ⅰ级挤压段和Ⅱ级挤压段均采用导程变距式的螺杆结构，进料段的长度为220mm，进料段的长径比为11:3，进料段的螺距由60mm依次渐变变小，进料段的螺槽深度为6mm；Ⅰ级挤压段的长度为90mm，Ⅰ级挤压段的长径比为3:2，Ⅰ级挤压段的螺距由40mm依次渐变小，Ⅰ级挤压段的螺槽深度为6mm；Ⅱ级挤压段的长度为100mm，Ⅱ级挤压段的长径比为5:2，Ⅱ级挤压段的螺距由100mm依次渐变小，Ⅱ级挤压段的螺槽深度为6mm；螺距依次渐变变小，能够改变压缩比，使物料得到压缩，物料在进入后续挤压段后放松，物料经历压缩和放松的反复过程；在乳胶浆料脱水过程中，乳胶浆料由进料段进入，乳胶浆料、双螺杆79及机筒80的内壁互相之间存在的强有力的摩擦力将母胶向前输送，同时由于变距式的结构双螺杆79的螺距自左向右逐渐变小，对乳胶浆料产生强有力的输送和挤压作用，促使乳胶浆料内部的水分及时的被挤压出；首先，进料段螺杆对乳胶浆料产生一定的送料和挤压作用后，乳胶浆料进入Ⅰ级挤压段，在Ⅰ级挤压段，Ⅰ级挤压段的螺距渐变变小且小于进料段的螺距，乳胶浆料与Ⅰ级挤压段之间的挤压作用要高于乳胶浆料与进料段之间的挤压作用，乳胶浆料受到更强的挤压作用，乳胶浆料内部的水分挤压出，有效的提高了脱水效果，大部分水分由Ⅰ级挤压段底部的排水管83排出机筒80，乳胶浆料继续被输送进入到Ⅱ级挤压段和挤压排气段，Ⅱ级挤压段的螺距增大，乳胶浆料受到的挤压作用减小，乳胶浆料由压紧的状态变为松开，乳胶浆料形成被挤压和被释放的状态，有利于乳胶浆料内部的水分脱出，脱水效果更加优异，乳胶浆料内的水分被进一步挤压，机筒80内壁上的通有高温蒸汽的环形水道82将被挤压出的水分瞬间汽化为水蒸气，水蒸气由排气孔87排出，母炼胶胶片进入出料段后被排出机筒80，排出的母炼胶胶片的含水量为3％，由此，完成整个挤压脱水过程；双螺杆79增加了长径比，以延长对乳胶浆料进行挤压的时间：乳胶浆料在机筒80内的停留时间取决与双螺杆79的转速和长径比，在转速一定的情况下，增大螺杆的长径比，能够延长乳胶浆料在机筒80内的停留时间，使得乳胶浆料的挤压作用延长，含水量降低，提高脱水的效果；但长径比超过设定的范围，乳胶浆料在机筒80内的停留时间超过设定时间，会造成乳胶浆料的过度挤压和机筒80的热作用，影响乳胶浆料的性能，且长径比的增加使得双螺杆79的加工难度增大，制造成本加大，根据以上限定条件，双螺杆79直径选取60mm，长径比L/D选取25；双螺杆79采用渐变压缩比和减小双螺杆79之间的间隙的技术手段，以提高双螺杆79的脱水效果：在压缩比一定的前提下，渐变压缩比和减小的双螺杆79之间的间隙能够提高乳胶浆料在螺槽中的填充率，乳胶浆料在输送的过程中不断被压紧和松开，机筒80内的压力发生曲线变化，乳胶浆料受到的挤压作用随着压力进行变化，机筒80内的压力发生曲线变化有利于对乳胶浆料产生良好的脱水效果；双螺杆79的螺纹头数、螺纹升角、螺棱宽度和螺槽深度是重要的参数，其与双螺杆二次脱水装置的能耗、生产率和挤压效果有直接的关系：螺杆直径一定时，螺纹升角与导程成正比，选定合适的螺纹升角在保证乳胶浆料向前输送和提高产能的同时，也能确保母胶具有良好的脱水效果，螺纹升角减小则会加大双螺杆79的轴向力，并影响产能；螺槽深度对生产率的影响最为明显，螺槽深度减小，乳胶浆料与机筒80内壁之间的摩擦和挤压作用增强，但螺槽内的乳胶浆料的有效容积减小，生产效率降低；螺棱宽度决定螺棱上的动力消耗，螺棱加宽，螺棱与机筒间漏流减小，挤压作用和正位移输送能力增强；双螺杆二次脱水装置使用时，与计算机建立连接，计算机对乳胶浆料的挤压温度、压力和双螺杆79的转速进行实时控制；双转子连续混炼机12主体结构包括底座板91、减速箱92、驱动电机93、齿轮箱94、料筒95、连接支架96、母胶进料口97和混炼胶出料口98；板状结构的底座板91的上表面一端设置有减速箱92，减速箱92的一端与驱动电机93机械传动式连接，减速箱92的另一端与齿轮箱94机械传动式连接，齿轮箱94与内空式矩形结构的料筒95连接，底座板91与料筒95之间架设有梯子状结构的连接支架96，料筒95上靠近齿轮箱94的一端设置有广口结构的母胶进料口97，料筒95上远离齿轮箱94的一端设置有圆形结构的混炼胶出料口98；底座板91的材质为不锈钢；减速箱92、驱动电机93和齿轮箱94共同作用为料筒95提供转动作用力；连接支架96用于支撑和加固料筒95；母胶进料口97作为物料的入口通道；混炼胶出料口98作为物料的出口通道。
本实施例涉及的一号储水罐1用于存储水并按照要求将水输送至搅拌罐2中；搅拌罐2用于搅拌水与粉体填料的混合物以制备填料水分散体并将填料水分散体输送至连续液相研磨机4中；输送称量装置3用于精确称量设定质量的粉体填料并将粉体填料输送至搅拌罐2中；连续液相研磨机4对填料水分散体进行研磨破碎，使填料与水混合均匀，同时将填料的粒径磨细，以制备填料乳液并将填料乳液输送至填料乳胶搅拌罐5中；填料乳胶搅拌罐5用于充分搅拌填料乳液与预处理后的天然乳胶的混合液以使二者混合均匀，制备得到填料乳液-天然乳胶浆料后将填料乳液-天然乳胶浆料输送至高压雾化喷射装置7中；预处理乳胶灌6中充有经过超声处理的设定质量百分比浓度的液态Si69水溶液，预处理乳胶灌6对天然乳胶进行预处理并将预处理后的天然乳胶输送至填料乳胶搅拌罐5中；高压雾化喷射装置7对填料乳液-天然乳胶浆料进行高压雾化喷射得到填料在天然乳胶中分散和分布均匀的填料-天然乳胶浆料并输送至辊筒刮板装置8中；辊筒刮板装置8对填料-天然乳胶浆料进行高温瞬间干燥后将填料-天然乳胶浆料吸附在辊筒上，用水将辊筒上的填料-天然乳胶浆料浸湿，用刮刀刮下浸湿后的填料-天然乳胶浆料后将其输送至二次双螺杆脱水装置10中；二号储水罐9用水存储水并将水输送至辊筒刮板装置8中；二次双螺杆脱水装置10对填料-天然乳胶浆料进行干燥、初步脱水和二次脱水后通过成型机头挤出母炼胶胶片，将母炼胶胶片输送至干燥装置11中；干燥装置11对母炼胶胶片进行微波连续形式的干燥使其形成母胶，将母胶输送至双转子连续混炼机12中；双转子连续混炼机12将母胶和配合剂连续定量地加入到橡胶中进行连续混炼后形成并挤出混炼胶。
本实施例涉及的填料乳液雾化干燥连续性生产设备制备白炭黑乳液预聚体的工艺过程包括制备白炭黑水分散体、制备白炭黑乳液、制备白炭黑乳液-天然乳胶浆料、制备白炭黑-天然乳胶浆料、制备母炼胶胶片、制备母胶和制备混炼胶共七个步骤：
(1)制备白炭黑水分散体：输送称量装置3按照设定要求称取白炭黑后输送至搅拌罐2中，储水罐1按照设定的配比将水加入搅拌罐2中，在常温条件下，搅拌罐2对其内部的白炭黑和水以100-500rpm的速度进行1-10min的初步搅拌混合，制备得到质量百分比浓度为15-35％的分散均匀的白炭黑水分散体；
(2)制备白炭黑乳液：白炭黑水分散体被输送到连续液相研磨机4中进行研磨破碎，使白炭黑与水均匀混合，制备得到白炭黑乳液，根据研磨时间的不同，白炭黑的平均粒径为15-25um并呈正态分布；
(3)制备白炭黑乳液-天然乳胶浆料：将白炭黑乳液和经过预处理乳胶灌6处理的天然乳胶按照设定的配比输送至填料乳胶搅拌罐5中以100-500rpm的速度进行1-10min的搅拌，制备得到混合均匀的白炭黑乳液-天然乳胶浆料；
(4)制备白炭黑-天然乳胶浆料：白炭黑乳液-天然乳胶浆料被输送至高压雾化喷射装置7中后，采用虹吸式原理建立负压的高压雾化喷射装置7对白炭黑乳液-天然乳胶浆料进行高压多股喷射与雾化，高压多股喷射与雾化的喷射压力为0.5-3MPa，喷射角度为-60-60°，液流直径为1.0-3.0mm，使白炭黑乳液-天然乳胶浆料在运动过程中发生对流碰撞和混合，从而使白炭黑乳液与天然乳胶进一步均匀混合，雾化后的白炭黑乳液与天然乳胶在混合后与高压雾化喷射装置7的混合室内壁接触后凝聚并形成液滴，液滴在重力作用下沿内壁流淌，在混合室底部对液滴进行收集，得到混合均匀的白炭黑-天然乳胶浆料；
(5)制备母炼胶胶片：白炭黑-天然乳胶浆料在0.5-1.5MPa的压力条件下被输送至采用上下两种进液方式的进入辊筒刮板装置8中，温度为150℃的辊筒对白炭黑-天然乳胶浆料进行瞬间干燥，干燥后的白炭黑-天然乳胶浆料附着在辊筒上，通过二号储水罐9把水输送至辊筒刮板装置8，水喷洒在辊筒上将干燥后的白炭黑-天然乳胶浆料浸湿，以便刮刀刮下白炭黑-天然乳胶浆料，脱水段的机筒上开设的出水口使水分及时排出，经过一次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料的含水量下降至10-20％，将经一次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料输送至二次双螺杆脱水装置10中进行二次脱水，经过二次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料的含水量下降至6-10％，二次双螺杆脱水装置10的成型机头将经过二次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料挤出，制备得到母炼胶胶片；
(6)制备母胶：母炼胶胶片输送至干燥装置11中，干燥装置11对母炼胶胶片进行微波连续性干燥，使母炼胶的含水量进一步下降至1-5％，制备得到母胶；
(7)制备混炼胶：母胶和配合剂按照设定的配比连续定量地加入到双转子连续混炼机12中在温度为120-145℃的条件下进行连续混炼后排胶，制备得到混炼胶；配合剂包括ZnO(氧化锌)、SAD(硬脂酸)、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S(硫)。
本实施例制备的白炭黑乳液预聚体包括质量分数分别为100、60、2、2、10、2、1.3、1.2和1的天然乳胶、白炭黑、ZnO、SAD、Si69、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S；天然胶乳为泰国产的质量百分比浓度为60％的天然乳胶；白炭黑为青岛罗地亚有限公司生产的白炭黑；ZnO和SAD的添加量均为天然乳胶质量的0.3-2％；Si69水溶液的添加量为白炭黑质量的8％；促进剂D、防老剂4020、促进剂CZ和S均为市售的工业级产品。

Claims (3)

1.一种白炭黑乳液预聚体制备工艺，基于填料乳液雾化干燥连续性生产设备实施；其特征在于，填料乳液雾化干燥连续性生产设备的主体结构包括一号储水罐、搅拌罐、输送称量装置、连续液相研磨机、填料乳胶搅拌罐、预处理乳胶灌、高压雾化喷射装置、辊筒刮板装置、二号储水罐、二次双螺杆脱水装置、干燥装置和双转子连续混炼机；一号储水罐与搅拌罐管道式连接，搅拌罐分别与输送称量装置和连续液相研磨机管道式连接，连续液相研磨机与填料乳胶搅拌罐管道式连接，填料乳胶搅拌罐分别与预处理乳胶灌和高压雾化喷射装置管道式连接，高压雾化喷射装置与辊筒刮板装置管道式连接，辊筒刮板装置与二号储水罐连接，辊筒刮板装置与二次双螺杆脱水装置管道式连接，二次双螺杆脱水装置与干燥装置管道式连接，干燥装置与双转子连续混炼机管道式连接；所述一号储水罐、搅拌罐、输送称量装置、填料乳胶搅拌罐、预处理乳胶灌、辊筒刮板装置、二号储水罐和干燥装置均为市售产品，一号储水罐的主体结构与二号储水罐的主体结构相同；连续液相研磨机主体结构包括底座支架、研磨机筒、填料水分散体入口、填料乳液出口、检查口、从动轮、主动轮、减速器和电动机；板状结构的底座支架的上部设置有内空式圆柱形结构的研磨机筒，研磨机筒的一端设置有圆形结构的填料水分散体入口，研磨机筒的另一端设置有圆形结构的填料乳液出口，研磨机筒上靠近填料水分散体入口的一端顶面开设有圆形结构的检查口，研磨机筒上靠近填料乳液出口的一端外围套设有圆环形结构的从动轮，底座支架的下部设置有轮状结构的主动轮，从动轮与主动轮齿合式连接，主动轮通过减速器与电动机机械传动式连接；底座支架和研磨机筒的材质均为不锈钢；填料水分散体入口的直径大于填料乳液出口的直径；检查口便于对研磨机筒进行检查和维修；从动轮在主动轮的带动下运动并带动研磨机筒在底座支架上进行360度圆周运动；减速器和电动机共同作用为主动轮提供旋转运动的力；高压雾化喷射装置主体结构包括支座、液体分散罐、乳液浆料入口管、乳胶浆料出口管、左端压力罐、中间压力罐、右端压力罐、连接管、连接管架、输液管、喷嘴、输气管、空气管道、空气入口管、液体调节器、液体过滤器、液体关闭阀、液体压力表、气体调节器、气体过滤器、气体关闭阀和气体压力表；内空式矩形框架结构的支座的内部设置有内空式灯笼形结构的液体分散罐，液体分散罐的顶部与圆形管状结构的乳液浆料入口管连通，液体分散罐的底部与圆形管状结构的乳胶浆料出口管连通，支座的两个平行的长边外侧分别设置有内空式圆形结构的左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐，左端压力罐与中间压力罐之间和中间压力罐与右端压力罐之间均设置有内空式圆柱形结构的连接管，左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐通过连接管连接成为弧形结构，两个中间压力罐之间设置有内空式结构的连接管架，乳液浆料入口管与连接管架的中心连通，左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐的上表面中心处均设置有内空式圆柱形结构的输液管，输液管与喷嘴的一端连接，喷嘴的另一端与内空式圆柱形结构的输气管连接，输气管与圆弧形管状结构的空气管道连通，空气管道的中部与圆弧形管状结构的空气入口管连通，输液管上从靠近喷嘴的一端到远离喷嘴的一端依次设置有液体调节器、液体过滤器和液体关闭阀，液体调节器上设置有液体压力表，输气管上从靠近喷嘴的一端到远离喷嘴的一端依次设置有气体调节器、气体过滤器和气体关闭阀，气体调节器上设置有气体压力表；支座作为液体分散罐的安装支架并为液体分散罐提供支撑力；液体分散罐作为乳液浆料的分散雾化场所；乳液浆料入口管作为乳液浆料的入口通道；乳胶浆料出口管作为填料乳胶的出口通道；左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐收集乳液浆料并受到空气压力的作用为乳液浆料加压；连接管作为左端压力罐与中间压力罐和中间压力罐与右端压力罐之间的连接通道；连接管架作为中间压力罐的连接通道并将支座两侧的左端压力罐、中间压力罐和右端压力罐连接成为一体；输液管作为液态乳液浆料进入喷嘴的输送通道；喷嘴为压力式空气雾化喷嘴，压力式空气雾化喷嘴的工作原理是通过液体压力或气体压力将液体输送到喷嘴口，液体和气体在压力雾化喷嘴的液体帽里面混合后通过压力式雾化喷嘴的喷嘴孔喷射出来，空气帽能够控制雾化喷嘴的喷雾形状，喷嘴作为乳液浆料的喷射口将乳液浆料喷射成雾状，实现填料在乳胶中的分散目的；输气管、空气管道和空气入口管共同作用作为空气进入喷嘴的通道；液体调节器用于调节液态乳液浆料的流速；液体过滤器用于滤除液态乳液浆料中的固态物质；液体关闭阀的用途是开闭输液管；液体压力表用于监测输液管的压力；气体调节器用于调节气体的流速；气体过滤器用于滤除气体中的固态和液态物质；气体关闭阀用于开闭输气管；气体压力表用于监测输气管的压力；喷嘴的工作流程为乳液浆料和压缩空气由喷嘴喷出，起到对天然乳胶混合液的雾化作用；在喷射时，乳液浆料液柱与压缩空气之间有很大的速度差，乳液浆料液柱由于压缩空气的扰动而发生分裂和破碎，使混合液到达雾化效果；以白炭黑/天然橡胶混合液为例，混合液在高压作用下急剧雾化，白炭黑团聚体会被充分打散，使白炭黑颗粒更加细化，乳胶粒子表面的保护膜在气体振动波的作用下以及其与气体的摩擦作用下被破坏，进而白炭黑粒子与橡胶烃分子接触，填充到橡胶分子链中，与橡胶分子结合；由于雾化是在瞬间完成，橡胶烃分子链的体积瞬间增大，被释放出来的橡胶烃分子链充分伸展，大量的白炭黑颗粒完全填充进橡胶烃分子链之间，最大限度的提高白炭黑在天然橡胶中的填充量，得到高填充量的白炭黑胶料，同时，雾化之后天然胶乳/白炭黑浆料混合液更加均匀，白炭黑填料在其中的分散性能得到进一步优化；二次双螺杆脱水装置主体结构包括底部支座、万向轮、脚刹片、电机、联轴器、减速机、双螺杆、机筒、乳胶浆料进口、水道、排水管、集水管、温控箱、母炼胶胶片出口和排气孔；倒U形结构的底部支座的四个角部分别设置有圆形结构的万向轮，底部支座与万向轮之间设置有对万向轮进行制动的脚刹片，底部支座的顶部右端设置有电机，电机通过联轴器与减速机的一端机械传动式连接，减速机的另一端与圆形管状结构的双螺杆机械传动式连接，双螺杆的外围包覆有矩形管状结构机筒，机筒的右端上表面开设有矩形结构的乳胶浆料进口，机筒的中段内壁上设置有圆环形结构的水道，水道通过圆形管状结构的排水管与圆形管状结构的集水管连通，机筒的左端设置有温控箱，温控箱与圆形管状结构的母炼胶胶片出口连通，机筒的上表面均匀间隔式开设有4-6个圆形结构的排气孔；底部支座的材质为不锈钢，底部支座为电机、联轴器、减速机、双螺杆、机筒、水道、排水管和集水管提供安装空间和支持力；万向轮能够带动底部支座运动，免除了底部支座的搬动；脚刹片能够对万向轮进行制动，限定万向轮的位置；电机的功率为15KW，减速机的传动比为5，电机、联轴器和减速机为双螺杆提供持续的动力；双螺杆对母胶进行挤压脱水；机筒作为母胶挤压脱水的空间；乳胶浆料进口作为乳胶浆料进入机筒的入口；水道的内部有高温蒸汽，乳胶浆料中被挤压出的水分被水道的内部的高温蒸汽瞬间气化由排气孔排出，排水管用于将乳胶浆料中被挤压出的水分排入集水管中；集水管用于收集排水管排出的水分；温控箱采用换热温控系统，用于提高机筒内部的热交换率，为乳胶浆料的挤压提供适宜的温度环境；母炼胶胶片出口作为母炼胶胶片排出机筒出口；排气孔作为水蒸气排出机筒的出口；双螺杆由进料段、Ⅰ级挤压段、Ⅱ级挤压段、挤压排气段和出料段构成；进料段、Ⅰ级挤压段和Ⅱ级挤压段均采用导程变距式的螺杆结构，进料段的长度为220mm，进料段的长径比为11:3，进料段的螺距由60mm依次渐变变小，进料段的螺槽深度为6mm；Ⅰ级挤压段的长度为90mm，Ⅰ级挤压段的长径比为3:2，Ⅰ级挤压段的螺距由40mm依次渐变小，Ⅰ级挤压段的螺槽深度为6mm；Ⅱ级挤压段的长度为100mm，Ⅱ级挤压段的长径比为5:2，Ⅱ级挤压段的螺距由100mm依次渐变小，Ⅱ级挤压段的螺槽深度为6mm；螺距依次渐变变小，能够改变压缩比，使物料得到压缩，物料在进入后续挤压段后放松，物料经历压缩和放松的反复过程；在乳胶浆料脱水过程中，乳胶浆料由进料段进入，乳胶浆料、双螺杆及机筒的内壁互相之间存在的强有力的摩擦力将母胶向前输送，同时由于变距式的结构双螺杆的螺距自左向右逐渐变小，对乳胶浆料产生强有力的输送和挤压作用，促使乳胶浆料内部的水分及时的被挤压出；首先，进料段螺杆对乳胶浆料产生一定的送料和挤压作用后，乳胶浆料进入Ⅰ级挤压段，在Ⅰ级挤压段，Ⅰ级挤压段的螺距渐变变小且小于进料段的螺距，乳胶浆料与Ⅰ级挤压段之间的挤压作用要高于乳胶浆料与进料段之间的挤压作用，乳胶浆料受到更强的挤压作用，乳胶浆料内部的水分挤压出，有效的提高了脱水效果，大部分水分由Ⅰ级挤压段底部的排水管排出机筒，乳胶浆料继续被输送进入到Ⅱ级挤压段和挤压排气段，Ⅱ级挤压段的螺距增大，乳胶浆料受到的挤压作用减小，乳胶浆料由压紧的状态变为松开，乳胶浆料形成被挤压和被释放的状态，有利于乳胶浆料内部的水分脱出，脱水效果更加优异，乳胶浆料内的水分被进一步挤压，机筒内壁上的通有高温蒸汽的环形水道将被挤压出的水分瞬间汽化为水蒸气，水蒸气由排气孔排出，母炼胶胶片进入出料段后被排出机筒，排出的母炼胶胶片的含水量为3％，由此，完成整个挤压脱水过程；双螺杆增加了长径比，以延长对乳胶浆料进行挤压的时间：乳胶浆料在机筒内的停留时间取决与双螺杆的转速和长径比，在转速一定的情况下，增大螺杆的长径比，能够延长乳胶浆料在机筒内的停留时间，使得乳胶浆料的挤压作用延长，含水量降低，提高脱水的效果；但长径比超过设定的范围，乳胶浆料在机筒内的停留时间超过设定时间，会造成乳胶浆料的过度挤压和机筒的热作用，影响乳胶浆料的性能，且长径比的增加使得双螺杆的加工难度增大，制造成本加大，根据以上限定条件，双螺杆直径选取60mm，长径比L/D选取25；双螺杆采用渐变压缩比和减小双螺杆之间的间隙的技术手段，以提高双螺杆的脱水效果：在压缩比一定的前提下，渐变压缩比和减小的双螺杆之间的间隙能够提高乳胶浆料在螺槽中的填充率，乳胶浆料在输送的过程中不断被压紧和松开，机筒内的压力发生曲线变化，乳胶浆料受到的挤压作用随着压力进行变化，机筒内的压力发生曲线变化有利于对乳胶浆料产生良好的脱水效果；双螺杆的螺纹头数、螺纹升角、螺棱宽度和螺槽深度是重要的参数，其与双螺杆二次脱水装置的能耗、生产率和挤压效果有直接的关系：螺杆直径一定时，螺纹升角与导程成正比，选定合适的螺纹升角在保证乳胶浆料向前输送和提高产能的同时，也能确保母胶具有良好的脱水效果，螺纹升角减小则会加大双螺杆的轴向力，并影响产能；螺槽深度对生产率的影响最为明显，螺槽深度减小，乳胶浆料与机筒内壁之间的摩擦和挤压作用增强，但螺槽内的乳胶浆料的有效容积减小，生产效率降低；螺棱宽度决定螺棱上的动力消耗，螺棱加宽，螺棱与机筒间漏流减小，挤压作用和正位移输送能力增强；双螺杆二次脱水装置使用时，与计算机建立连接，计算机对乳胶浆料的挤压温度、压力和双螺杆的转速进行实时控制；双转子连续混炼机主体结构包括底座板、减速箱、驱动电机、齿轮箱、料筒、连接支架、母胶进料口和混炼胶出料口；板状结构的底座板的上表面一端设置有减速箱，减速箱的一端与驱动电机机械传动式连接，减速箱的另一端与齿轮箱机械传动式连接，齿轮箱与内空式矩形结构的料筒连接，底座板与料筒之间架设有梯子状结构的连接支架，料筒上靠近齿轮箱的一端设置有广口结构的母胶进料口，料筒上远离齿轮箱的一端设置有圆形结构的混炼胶出料口；底座板的材质为不锈钢；减速箱、驱动电机和齿轮箱共同作用为料筒提供转动作用力；连接支架用于支撑和加固料筒；母胶进料口作为物料的入口通道；混炼胶出料口作为物料的出口通道
制备工艺的具体过程包括制备白炭黑水分散体、制备白炭黑乳液、制备白炭黑乳液-天然乳胶浆料、制备白炭黑-天然乳胶浆料、制备母炼胶胶片、制备母胶和制备混炼胶共七个步骤：
(1)制备白炭黑水分散体：输送称量装置按照设定要求称取白炭黑后输送至搅拌罐中，储水罐按照设定的配比将水加入搅拌罐中，在常温条件下，搅拌罐对其内部的白炭黑和水以100-500rpm的速度进行1-10min的初步搅拌混合，制备得到质量百分比浓度为15-35％的分散均匀的白炭黑水分散体；
(2)制备白炭黑乳液：白炭黑水分散体被输送到连续液相研磨机中进行研磨破碎，使白炭黑与水均匀混合，制备得到白炭黑乳液，根据研磨时间的不同，白炭黑的平均粒径为15-25um并呈正态分布；
(3)制备白炭黑乳液-天然乳胶浆料：将白炭黑乳液和经过预处理乳胶灌处理的天然乳胶按照设定的配比输送至填料乳胶搅拌罐中以100-500rpm的速度进行1-10min的搅拌，制备得到混合均匀的白炭黑乳液-天然乳胶浆料；
(4)制备白炭黑-天然乳胶浆料：白炭黑乳液-天然乳胶浆料被输送至高压雾化喷射装置中后，采用虹吸式原理建立负压的高压雾化喷射装置对白炭黑乳液-天然乳胶浆料进行高压多股喷射与雾化，高压多股喷射与雾化的喷射压力为0.5-3MPa，喷射角度为-60-60°，液流直径为1.0-3.0mm，使白炭黑乳液-天然乳胶浆料在运动过程中发生对流碰撞和混合，从而使白炭黑乳液与天然乳胶进一步均匀混合，雾化后的白炭黑乳液与天然乳胶在混合后与高压雾化喷射装置的混合室内壁接触后凝聚并形成液滴，液滴在重力作用下沿内壁流淌，在混合室底部对液滴进行收集，得到混合均匀的白炭黑-天然乳胶浆料；
(5)制备母炼胶胶片：白炭黑-天然乳胶浆料在0.5-1.5MPa的压力条件下被输送至采用上下两种进液方式的进入辊筒刮板装置中，温度为150℃的辊筒对白炭黑-天然乳胶浆料进行瞬间干燥，干燥后的白炭黑-天然乳胶浆料附着在辊筒上，通过二号储水罐把水输送至辊筒刮板装置，水喷洒在辊筒上将干燥后的白炭黑-天然乳胶浆料浸湿，以便刮刀刮下白炭黑-天然乳胶浆料，脱水段的机筒上开设的出水口使水分及时排出，经过一次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料的含水量下降至10-20％，将经一次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料输送至二次双螺杆脱水装置中进行二次脱水，经过二次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料的含水量下降至6-10％，二次双螺杆脱水装置的成型机头将经过二次脱水的白炭黑-天然乳胶浆料挤出，制备得到母炼胶胶片；
(6)制备母胶：母炼胶胶片输送至干燥装置中，干燥装置对母炼胶胶片进行微波连续性干燥，使母炼胶的含水量进一步下降至1-5％，制备得到母胶；
(7)制备混炼胶：母胶和配合剂按照设定的配比连续定量地加入到双转子连续混炼机中在温度为120-145℃的条件下进行连续混炼后排胶，制备得到混炼胶；配合剂包括ZnO、SAD、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S。
2.根据权利要求1所述的白炭黑乳液预聚体制备工艺，其特征在于，所述一号储水罐用于存储水并按照要求将水输送至搅拌罐中；搅拌罐用于搅拌水与粉体填料的混合物以制备填料水分散体并将填料水分散体输送至连续液相研磨机中；输送称量装置用于精确称量设定质量的粉体填料并将粉体填料输送至搅拌罐中；连续液相研磨机对填料水分散体进行研磨破碎，使填料与水混合均匀，同时将填料的粒径磨细，以制备填料乳液并将填料乳液输送至填料乳胶搅拌罐中；填料乳胶搅拌罐用于充分搅拌填料乳液与预处理后的天然乳胶的混合液以使二者混合均匀，制备得到填料乳液-天然乳胶浆料后将填料乳液-天然乳胶浆料输送至高压雾化喷射装置中；预处理乳胶灌中充有经过超声处理的设定质量百分比浓度的液态Si69水溶液，预处理乳胶灌对天然乳胶进行预处理并将预处理后的天然乳胶输送至填料乳胶搅拌罐中；高压雾化喷射装置对填料乳液-天然乳胶浆料进行高压雾化喷射得到填料在天然乳胶中分散和分布均匀的填料-天然乳胶浆料并输送至辊筒刮板装置中；辊筒刮板装置对填料-天然乳胶浆料进行高温瞬间干燥后将填料-天然乳胶浆料吸附在辊筒上，用水将辊筒上的填料-天然乳胶浆料浸湿，用刮刀刮下浸湿后的填料-天然乳胶浆料后将其输送至二次双螺杆脱水装置中；二号储水罐用水存储水并将水输送至辊筒刮板装置中；二次双螺杆脱水装置对填料-天然乳胶浆料进行干燥、初步脱水和二次脱水后通过成型机头挤出母炼胶胶片，将母炼胶胶片输送至干燥装置中；干燥装置对母炼胶胶片进行微波连续形式的干燥使其形成母胶，将母胶输送至双转子连续混炼机中；双转子连续混炼机将母胶和配合剂连续定量地加入到橡胶中进行连续混炼后形成并挤出混炼胶。
3.根据权利要求1所述的白炭黑乳液预聚体制备工艺，其特征在于，所述白炭黑乳液预聚体包括质量分数分别为100、60、2、2、10、2、1.3、1.2和1的天然乳胶、白炭黑、ZnO、SAD、Si69、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S；天然胶乳为泰国产的质量百分比浓度为60％的天然乳胶；白炭黑为青岛罗地亚有限公司生产的白炭黑；ZnO和SAD的添加量均为天然乳胶质量的0.3-2％；Si69水溶液的添加量为白炭黑质量的8％；促进剂D、防老剂4020、促进剂CZ和S均为市售的工业级产品。
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