CN108544694A - 一种用于制备轮胎胎面胶材料胶粉的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备轮胎胎面胶材料胶粉的生产方法，其步骤包括：对废旧轮胎进行破碎、分离、粉碎，得到常温粗胶粉；以常温氮气作为动力源输送常温粗胶粉，得到悬浮粗胶粉；通过气固分离器从悬浮粗胶粉中分离出第一粗胶粉，以低温氮气作为动力源将第一粗胶粉输送至深冷粉碎装置的深冷脆化仓，将第一粗胶粉用液氮冷却至玻璃化温度，得到第二粗胶粉；以低温氮气作为动力源将第二粗胶粉输送至深冷粉碎装置的针盘粉碎机中，深冷粉碎装置中的针盘粉碎机将第二粗胶粉在液氮的低温环境下粉碎成悬浮细胶粉，悬浮细胶粉从针盘粉碎机中被抽出并通过负压的气固分离器分离，得到细胶粉；常温氮气将细胶粉输送至筛分器中进行筛分，以得到粒径范围60目至400目胶粉。

Description

一种用于制备轮胎胎面胶材料胶粉的生产方法

技术领域

本发明涉及材料的生产制造领域，具体地涉及用于制备轮胎胎面胶材料 胶粉的生产方法。

背景技术

废旧轮胎再生利用方法之一是将废旧轮胎通过各种技术将内部的钢丝、 纤维分离出来并将胶块研磨成胶粉。通过生产橡胶粉末回收利用废旧轮胎是 集环保与资源再利用于一体的很有前途的发展模式。

废橡胶是除废塑料之外的第二大废旧聚合物材料，具有量大和难处理的 特点，将废橡胶制成胶粉利用最具研究价值，且胶粉的用途十分广泛，例如 制备轮胎胎面胶材料等。

因此，需要一种利用废旧轮胎生产胶粉的方法，以生产胶粉并利用该胶 粉制备轮胎胎面胶材料，不仅实现了废旧轮胎的资源再利用，而且能够进一 步由废旧轮胎生产的胶粉制备性能优异的轮胎胎面胶材料。

发明内容

为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的一种用于制备轮胎胎面胶 材料胶粉的生产方法。

根据本发明的一个方面，提供了用于制备轮胎胎面胶材料的胶粉的生产 方法，其中，生产方法包括以下步骤：

第一步骤(S110)，通过机械粉碎装置在常温条件下对废旧轮胎进行破 碎以得到破碎物、将所述破碎物中的杂质和胶块分离，将所述胶块粉碎成常 温粗胶粉，以常温氮气作为动力源输送所述常温粗胶粉，从而形成悬浮粗胶 粉；常温氮气带出常温粗胶粉表面的水分，对常温粗胶粉起到干燥作用，并 同时对常温粗胶粉进行一级冷却；

第二步骤(S120)，通过气固分离器从所述悬浮粗胶粉分离出第一粗胶 粉，以低温氮气作为动力源将所述第一粗胶粉输送进入深冷粉碎装置的深冷 脆化仓，将所述第一粗胶粉用液氮冷却至玻璃化温度，得到第二粗胶粉；输 送过程中低温氮气将所述第一粗胶粉进行二级冷却。在深冷脆化仓中，将所 述第一粗胶粉用液氮进行三级冷却至玻璃化温度。

第三步骤(S130)，以低温氮气作为动力源将所述第二粗胶粉输送至深 冷粉碎装置的针盘粉碎机(1)中，所述深冷粉碎装置中的针盘粉碎机(1)将所 述第二粗胶粉粉碎成悬浮细胶粉，所述悬浮细胶粉经过负压的气固分离器分 离出细胶粉；以及

第四步骤(S140)，以常温氮气作为动力源将所述细胶粉输送至筛分器 中进行筛分，以得到粒径范围在60目至400目的胶粉。

在第一步骤S110中，悬浮粗胶粉的粒径为10～40目。常温氮气在输送常 温粗胶粉中，对常温粗胶粉进行干燥与冷却。

在第二步骤S120中，通过低温氮气、深冷汽化仓中的液氮对第一粗胶粉 进行二级、三级冷却至玻璃化温度。

根据本发明的一个方面，所述常温氮气的温度在0℃～25℃，所述低温氮 气的温度在-160℃～-50℃。

根据本发明的另一个方面，在所述第一步骤(S110)中，所述常温氮气 带出常温粗胶粉表面的水分，对常温粗胶粉起到干燥作用，同时对常温粗胶 粉进行一级冷却；在所述第二步骤(S120)中，所述低温氮气将所述第一粗 胶粉进行二级冷却；在深冷脆化仓中，液氮将所述第一粗胶粉进行三级冷却 至玻璃化温度；在所述第三步骤(S130)中，所述低温氮气将所述第二粗胶 粉进行四级冷却。

根据本发明的再一个方面，在S130步骤中，所述针盘粉碎机1包括外壳 部分101和置于外壳部分101内部的粉碎部分102，粉碎部分102包括两转 动连接在外壳部分101的转盘1021，在转盘1021末端与转盘面垂直装设有 至少一圈粉碎针1022，粉碎针1022呈环形阵列布置，两粉碎针圈面对且径 向交错布置，通过两粉碎针圈对所述第二粗胶粉进行碰撞挤压而得到所述悬 浮细胶粉。粉碎过程中，针盘粉碎机需要持续喷入液氮保证粉碎过程在玻璃 化温度下进行。

根据本发明的再一个方面，提供了一种根据上述生产方法得到的胶粉， 胶粉中高目数的细胶粉所占比例高。

根据本发明的再一个方面，提供了一种轮胎胎面胶材料，包含上述工艺 生产的胶粉，所述轮胎胎面胶材料中所述胶粉为10-18重量份。采用本发明 生产的胶粉制造的轮胎胎面胶材料，半成品尺寸稳定性好，外观合格率高， 应用性能好。根据本发明的实施方式，轮胎胎面胶材料进一步包括天然橡胶 35-55重量份，合成橡胶35-55重量份，补强剂50-70重量份，硫化剂1.1-1.9 重量份，硫化促进剂1.1-2.5重量份，硫化活性剂5-6重量份，防老剂2-3.8 重量份，7-9重量份的芳烃油。

进一步的，轮胎胎面胶材料还包括1-3重量份的胶粉活化剂。

进一步的，合成橡胶为顺丁橡胶和/或丁苯橡胶，补强剂为炭黑，硫化促 进剂为促进剂TBBS，硫化剂为硫磺，硫化活性剂为硬脂酸和/或氧化锌，防 老剂为防老剂RD和/或防老剂4020。

通过以上技术方案，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明中胶粉的生产方法能够回收再利用废旧轮胎，既解决了废旧 轮胎难处理的问题，又实现了资源再利用的目的。

(2)常温粗胶粉在常温氮气的输送过程中干燥并经常温氮气、低温氮气、 液氮等进行四级冷却，保证粗胶粉在玻璃化温度下粉碎为细胶粉。系统内液 氮气化的氮气纯度较高，常温氮气在输送过程中带出常温粗胶粉表面的水分， 避免后续低温冷却过程水凝结影响输送。在输送用的常温氮气、低温氮气和 液氮的作用下，实现对胶粉的逐步逐级进行低温冷却，有效解决了一次冷却 胶粉时间长，液氮消耗量大的问题。

(3)在本发明的胶粉的生产方法中，通过针盘粉碎机内部的粉碎针对第 二粗胶粉进行碰撞挤压而得到悬浮细胶粉，粉碎速度快、效率高，细胶粉中 高目数的细胶粉得率高。

(4)在本发明的胶粉的生产过程中，除常温粗胶粉的生产外，其余胶粉 的输送全部为密闭式管道输送，对环境的污染小，环保性能好。

(5)采用本发明生产的胶粉制造的轮胎胎面胶材料，半成品尺寸稳定性 好，应用性能好。

附图说明

图1为本发明的生产方法的步骤示意图；

图2为本发明生产方法的流程示意图；

图3为本发明的针盘粉碎机的示意图；

图4为图3中粉碎部分的结构示意图；以及

图5为图4中A-A方向的示意图；

其中：1-针盘粉碎机，101-外壳部分，102-粉碎部分，1021-转盘，1022- 粉碎针，103-材料入口，104-材料出口。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于 具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本 发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

图1示出了根据本发明一个方面的用于制备轮胎胎面胶材料的胶粉的生 产方法的步骤图。图2示出了所述生产方法的流程图。

如图1和图2所示，本发明提供的生产方法包括如下步骤：

第一步骤S110，通过机械粉碎装置在常温条件下对废旧轮胎进行破碎以 得到破碎物、将所述破碎物中的杂质和胶块分离，将所述胶块粉碎成常温粗 胶粉，以常温氮气作为动力源输送所述常温粗胶粉，从而形成悬浮粗胶粉；

第二步骤S120，通过气固分离器从所述悬浮粗胶粉分离出第一粗胶粉， 以低温氮气作为动力源将所述第一粗胶粉输送进入深冷粉碎装置的深冷脆化 仓，将所述第一粗胶粉用液氮冷却至玻璃化温度，得到第二粗胶粉；

第三步骤S130，以低温氮气作为动力源将所述第二粗胶粉输送至深冷粉 碎装置的针盘粉碎机1中，所述深冷粉碎装置中的针盘粉碎机1将所述第二 粗胶粉粉碎成悬浮细胶粉，所述悬浮细胶粉经过负压的气固分离器分离出细 胶粉；以及

第四步骤S140，以常温氮气作为动力源将所述细胶粉输送至筛分器中进 行筛分，以得到粒径范围在60目至400目的胶粉。

在第一步骤S110中，所述机械粉碎装置，是在机器内部由刀片组成的粉 碎转子支承在左右端盖的轴承座上作高速旋转，使固体物料颗粒在内腔的齿 形衬板与刀片之间受到挤压、撕裂、碰撞、剪切等多种外力作用，从而达到 粉碎目的。本发明不对所述常规的机械粉碎装置进行限定，通过本领域中常 规的机械粉碎方法将废旧轮胎粉碎成常温粗胶粉，常温氮气带出常温粗胶粉 表面的水分，对常温粗胶粉起到干燥作用，并同时对常温粗胶粉进行一级冷 却。

在第二步骤S120中，作为动力源的低温氮气将所述第一粗胶粉进行二级 冷却。在深冷脆化仓中，液氮将所述第一粗胶粉用进行三级冷却，至玻璃化 温度，得到第二粗胶粉，使得第二粗胶粉在S130步骤中容易粉碎。

在第三步骤S130中，输送过程中低温氮气将所述第二粗胶粉进行四级冷 却。所述深冷粉碎装置中的针盘粉碎机将第二粗胶粉在液氮环境下粉碎成悬 浮细胶粉。

根据本发明的一个方面，常温氮气的温度在0℃～25℃，低温氮气的温度 在-160℃～-50℃，本发明中的“悬浮粗胶粉”指的是第一粗胶粉与气体的混合 物，本发明中的“悬浮细胶粉”是细胶粉与气体的混合物。本发明中的“负 压的气固分离器”是指气固分离器中处于负压状态。

根据本发明的另一个方面，第一步骤S110阶段常温氮气带出常温粗胶粉 表面的水分，对常温粗胶粉起到干燥作用，同时对常温粗胶粉进行一级冷却， 第二步骤S120阶段低温氮气将所述第一粗胶粉进行二级冷却。在深冷脆化仓 中，液氮将所述第一粗胶粉进行三级冷却至玻璃化温度，第三步骤S130阶段 低温氮气将所述第二粗胶粉进行四级冷却。

在第一步骤S110中常温粗胶粉在常温氮气的输送过程中将常温粗胶粉 表面的水分带走。在S110、S120和S130步骤中的常温氮气、低温氮气、液 氮等进行四级冷却，保证粗胶粉在玻璃化温度下粉碎为细胶粉。因此，在第 一步骤S110步骤中，常温氮气不仅起到输送胶粉的作用，还起到干燥胶粉的 作用。在第一步骤S110、第二步骤S120和第三步骤S130中的氮气不仅起到 输送胶粉的作用，还起到分级冷却胶粉的作用。在S110、S130步骤中的常温 氮气，在S120、S130中的低温氮气与液氮，对粗胶粉进行逐步逐级进行低温 冷却，解决了一次法冷却胶粉冷却时间长，液氮消耗量大的问题。

根据本发明的再一个方面，在第三步骤S130中，所述针盘粉碎机1包括 外壳部分101和置于外壳部分101内部的粉碎部分102，粉碎部分102包括 两转动连接在外壳部分101的转盘1021，在转盘1021末端与转盘面垂直装 设有至少一圈粉碎针1022，粉碎针1022呈环形阵列布置，两粉碎针圈面对 且径向交错布置，通过两粉碎针圈对所述第二粗胶粉进行碰撞挤压而得到所 述悬浮细胶粉。粉碎过程中，针盘粉碎机需要持续喷入液氮保证粉碎过程在 玻璃化温度下进行。

图3为本发明的针盘粉碎机的示意图，图4为图3中粉碎部分的结构示 意图，图5为图4中A-A方向的示意图，参见图3至图5，在所述第三步骤 S130中，针盘粉碎机1包括外壳部分101和置于外壳部分101内部的粉碎部 分102，粉碎部分102包括两转动连接在外壳部分101的转盘1021，在转盘 1021末端与转盘面垂直装设有至少一圈粉碎针1022，粉碎针1022呈环形阵 列布置，两粉碎针圈面对且径向交错布置，通过两粉碎针圈对所述第二粗胶 粉进行碰撞挤压而得到所述悬浮细胶粉。外壳部分101设材料进口103和材 料出口104。针盘粉碎机1的工作原理如下：粗胶粉从材料进口103进入外 壳部分101，在转盘1021的旋转产生的扇风效应及粗胶粉在粉碎腔内液氮气 化的推动力作用下，被径向向外输送以进入粉碎针圈，利用粉碎针圈碰撞挤 压粗胶粉以得到细胶粉，细胶粉在重力与负压的作用下从材料出口104排出。 在本发明的胶粉的生产方法中，通过针盘粉碎机内部的粉碎针碰撞挤压第二 粗胶粉而得到悬浮细胶粉，粉碎速度快，效率高，120目以上细胶粉得率高。

本发明的方法可以适用于废旧轮胎的全钢载重子午线废旧轮胎或者其他 废旧橡胶制品的粉碎。其中，常温机械粉碎装置，在机器内部由刀片组成的 粉碎转子支承在左右端盖的轴承座上作高速旋转，使固体物料颗粒在内腔的 齿形衬板与刀片之间受到挤压、撕裂、碰撞、剪切等多种外力作用，从而达 到粉碎目的。采用氮气气力输送胶粉，胶粉与氮气混合为悬浮胶粉，因此需 要用气固分离器将悬浮胶粉进行气固分离得到胶粉。深冷粉碎装置由深冷脆 化仓，针盘粉碎机，引风机，气固分离器，筛分器，液氮罐等组成。本发明 中胶粉的生产方法能够回收再利用废旧轮胎，既解决了废旧轮胎难处理的问 题，又实现了资源再利用的目的。

本发明进一步提供了上述生产方法得到的用于制备轮胎胎面胶材料的胶 粉。

本发明进一步提供了一种轮胎胎面胶材料，其中，该轮胎胎面胶材料包 括天然橡胶35-55重量份，合成橡胶35-55重量份，补强剂50-70重量份，120 目胶粉10-18重量份，硫化剂1.1-1.9重量份，硫化促进剂1.1-2.5重量份，硫 化活性剂5-6重量份，防老剂2-3.8重量份，7-9重量份芳烃油。其中，120 目胶粉为上述生产方法得到的用于制备轮胎胎面胶材料的胶粉。

上述轮胎胎面胶材料还包括1-3重量份胶粉活化剂，其中，胶粉活化剂 的例子为烷基苯类胶粉活化剂、硫酚类胶粉活化剂和芳烃二硫化物类胶粉活 化剂的一种或几种。特别地，胶粉活化剂能够使上述120目胶粉提高活性， 从而改善了轮胎胎面胶材料的应用性能。

上述合成橡胶为顺丁橡胶和/或丁苯橡胶，上述补强剂为炭黑，上述硫化 促进剂为促进剂TBBS，上述硫化剂为硫磺，上述硫化活性剂为硬脂酸和/或 氧化锌，上述防老剂为防老剂RD和/或防老剂4020。补强剂为能够提高硫化 胶拉伸强度和抗撕裂性能的配合剂。硫化促进剂可以缩短硫化时间，减少硫 化剂用量。硫化活性剂能够提高硫化促进剂的活性，缩短硫化时间。防老剂 指能防止或抑制诸如氧、热、光和臭氧等因素破坏制品性能、延长制品储存 和使用寿命的配合剂。

实施例

本发明的轮胎胎面胶材料的制备方法如下：首先，在密炼机中，加入天 然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶，在40-90℃下混炼0.5-1.5min，然后加入炭黑、 芳烃油和本发明的120目胶粉混炼2-5min，清扫0.5-3min排胶，再加入硬脂 酸、氧化锌、防老剂RD和防老剂4020混炼1-3min，排胶温度140-180℃， 得到混炼胶；然后，在开炼机中，加入混炼胶、硫磺和促进剂TBBS，薄通 多次下片；胶料在平板硫化机上的硫化温度为140℃-175℃，硫化时间为15min-50min。

在不同的实施例中，本发明的轮胎胎面胶材料的配方如下表1。

表1

比较例

除了将本发明的120目胶粉替换为商购的80目胶粉之外，比较例中轮胎 胎面胶材料的制备方法以及配方与实施例2相同。

试验例

对实施例1-6和比较例制备的轮胎胎面胶材料进行以下性能测试。

300％定伸应力(MPa)：采用北京市友深电子仪器有限公司T2000E材 料拉力试验机，依照GB/T 528-2009《硫化胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性 能的测定》进行测试。300％定伸应力越大，说明轮胎胎面胶材料的物理性能 越好。

撕裂强度(kN/m)：采用北京市友深电子仪器有限公司T2000E材料拉 力试验机，依照GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤 形、直角形和新月形试样)》进行测试。撕裂强度越大，说明轮胎胎面胶材 料的物理性能越好。

回弹性(％)：采用天津材料试验机厂仿E115型橡胶冲击弹性实验仪， 依照GB/T1681-2009《硫化橡胶回弹性的测定》进行测试。回弹性越高，说 明轮胎胎面胶材料的物理性能越好。

耐切割性能：将橡胶材料制成圆环形，硫化成型；固定在旋转物料固定 杆上，并设置有尖锐物模拟轮，尖锐物模拟轮在承受载荷下转动并对圆环形 橡胶材料的外表面进行刺扎；刺扎达到要求后，记录时间和尖锐物模拟轮的 转数；称量圆环形橡胶材料刺扎后体积质量的减少量，从而表征橡胶材料抗 尖锐物刺扎的性能。使用失重百分比(％)来进行判断轮胎胎面胶材料的耐 切割性能，失重百分比(％)越小，说明轮胎胎面胶材料的耐切割性能越好。

屈挠疲劳性能：采用XP-16型橡胶耐疲劳龟裂试验机按照GB/T 13934-2006《硫化橡胶或热塑性橡胶屈挠龟裂和裂口增长的测定(德墨西亚 型)》进行测试。使用3级裂口(万次)来进行判断轮胎胎面胶材料的屈挠 疲劳性能，出现裂口时的屈挠次数越多，说明轮胎胎面胶材料的屈挠疲劳性 能越好。

结果如下表2。

表2

由表2可知，实施例1-6制备的轮胎胎面胶材料与比较例制备的轮胎胎 面胶材料相比，实施例1-6制备的轮胎胎面胶材料的300％定伸应力分别比比 较例大14.1％、20.7％、13.2％、11.6％、13.2％和13.2％；实施例1-6制备的 轮胎胎面胶材料的撕裂强度分别比比较例大15.6％、16.5％、16.5％、6.1％、 15.6％和15.6％；实施例1-6制备的轮胎胎面胶材料的回弹性分别比比较例大 13.3％、20.0％、13.3％、13.3％、13.3％和13.3％；实施例1-6制备的轮胎胎面 胶材料的失重百分比分别比比较例小26.9％、26.9％、19.2％、26.9％、26.9％ 和26.9％；实施例1-6制备的轮胎胎面胶材料的出现3级裂口屈挠次数均均比 比较例明显提高。

由上文可得出以下结论：

实施例1-6制备的轮胎胎面胶材料的300％定伸应力、撕裂强度、回弹性、 耐切割性能和屈挠疲劳性能比比较例制备的轮胎胎面胶材料优异。并且，优 选实施例1和实施例2，更优选实施例2。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制， 并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实 施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要 求的限制。

Claims (4)

1.一种用于制备轮胎胎面胶材料胶粉的生产方法，包括：

第一步骤(S110)，通过机械粉碎装置在常温下对废旧轮胎进行破碎以得到破碎物，将所述破碎物中的杂质和胶块分离，将所述胶块粉碎成常温粗胶粉，以常温氮气作为动力源输送所述常温粗胶粉，从而形成悬浮粗胶粉；

第二步骤(S120)，通过气固分离器从所述悬浮粗胶粉分离出第一粗胶粉，以低温氮气作为动力源将所述第一粗胶粉输送进入深冷粉碎装置的深冷脆化仓，将所述第一粗胶粉用液氮冷却至玻璃化温度，得到第二粗胶粉；

第三步骤(S130)，以低温氮气作为动力源将所述第二粗胶粉输送至深冷粉碎装置的针盘粉碎机(1)中，所述深冷粉碎装置中的针盘粉碎机(1)将所述第二粗胶粉粉碎成悬浮细胶粉，所述悬浮细胶粉经过负压的气固分离器分离出细胶粉；以及

第四步骤(S140)，以常温氮气作为动力源将所述细胶粉输送至筛分器中进行筛分，以得到粒径范围在60目至400目的胶粉。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：所述常温氮气的温度在0℃～25℃，所述低温氮气的温度在-160℃～-50℃。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：

在所述第一步骤(S110)中，所述常温氮气带出常温粗胶粉表面的水分，对常温粗胶粉起到干燥作用，同时对常温粗胶粉进行一级冷却；

在所述第二步骤(S120)中，所述低温氮气将所述第一粗胶粉进行二级冷却；在深冷脆化仓中，所述液氮将所述第一粗胶粉进行三级冷却至玻璃化温度；

在所述第三步骤(S130)中，所述低温氮气将所述第二粗胶粉进行四级冷却。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：在所述第三步骤(S130)中，所述针盘粉碎机(1)包括外壳部分(101)和置于所述外壳部分(101)内部的粉碎部分(102)，所述粉碎部分(102)包括两转动连接在所述外壳部分(101)的转盘(1021)，在所述转盘(1021)末端与转盘面垂直装设有至少一圈粉碎针(1022)，所述粉碎针(1022)呈环形阵列布置，两粉碎针圈面对且径向交错布置，通过所述两粉碎针圈对所述第二粗胶粉进行碰撞挤压而得到所述悬浮细胶粉。