一种烟片级橡胶
技术领域
本发明涉及天然橡胶领域,具体涉及一种烟片级橡胶及其制备方法。
背景技术
目前,天然橡胶因其优异的物理性能而被广泛地应用于橡胶工业和轮胎工业,具体的,根据制造工艺和外形的不同,可分为烟片胶、风干胶片、白皱片、褐皱片等,其中,烟片胶是天然橡胶中最具代表性的品种。在天然橡胶的生产过程中,通常使用在热带国家或地区如泰国、马来西亚或印度尼西亚等生产的天然橡胶胶乳,将天然橡胶胶乳经过净化、凝固熟化、脱水除杂、干燥等一系列处理后成为天然橡胶,然后按照品种和级别将天然橡胶分类,按照不同应用领域的需求对天然橡胶进行相应的二次加工,生产为相应的橡胶制品。
然而由于天然橡胶胶乳是一种由生物合成的物质,通常获取的新鲜胶乳的组分及含量不是固定不变的,往往随着产出地、树龄、气候、施肥、季节、化学刺激等因素的不同而改变,使得生产出的天然橡胶的性能,尤其是在机械性能上,存在有较大的差异;同时在对天然橡胶胶乳的加工处理过程中,由于不同天然橡胶生产厂家在生产工艺上的不同,往往通过常规的生产工艺获得的天然橡胶,较难获取性能指标较为良好的天然橡胶,不仅不利于提高天然橡胶的机械性能,而且不能有效地确保天然橡胶的耐老化性能,从而不利于提高经过二次加工后的天然橡胶制品的相关应用性能、物理性能及耐老化性能。
申请号为CN201210026334.7的申请文件公开了一种烟片橡胶,用烟片胶加工而成,其杂质含量0.05%-0.08%,灰份含量0.8%,氮含量0.6%,挥发物含量0.8%,塑性初值≥40,塑性保持率≥60,门尼粘度ML/(1′+4′)100℃为83±10,丙酮抽出物含量2.0-3.5%Wt,铜含量,8mg/kg,锰含量10mg/kg,成品每件35kg,每一托盘1.26吨的标准包装。该申请为申请人早期递交的申请文件,在生产过程中通过对固态的胶料进行加工,制得相应的烟片橡胶,而由于在整个生产过程中采用的原料以及物理方式的加工过程,较难获取性能指标较为良好的天然橡胶,不利于提高天然橡胶的机械性能,也不能确保天然橡胶的耐老化性能,从而难以确保由天然橡胶制得的相关橡胶制品的机械性能以及耐老化性能。
申请号为CN201210144781.2的专利文件公开了一种鲜胶乳制备粉末天然橡胶的方法。将鲜胶乳过40目筛,混合均匀,用氨水调节pH至9.2~10.0,加热至25℃~35℃,边搅拌边加入凝聚剂硫酸铝溶液,硫酸铝用量为干胶质量的2%~5%,至凝聚完全后在机械搅拌状态下添加无机隔离剂纳米二氧化硅或纳米碳酸钙,其用量为干胶质量的5%~15%,经干燥后得到粉末天然橡胶。该产品粒径83%以上处于1.0~4.0mm,90%以上处于0.5~4.0mm,硫化胶抗拉强度为18.0~24.0Mpa,300%定伸应力为2.0~3.0Mpa,500%定伸应力为5.0~7.0Mpa,断裂伸长率为700~800%。该申请中的粉末天然橡胶的机械性能良好,但由于其生产工艺较为简单,不能有效地确保天然橡胶的耐老化性能,从而难以确保由天然橡胶制得的相关橡胶制品的耐老化性能。
发明内容
本发明为了解决现有生产工艺制得的天然橡胶,较难获取较为良好的性能指标,尤其是较难提高天然橡胶的机械性能,不能有效地确保天然橡胶的耐老化性能的问题,提出一种烟片级橡胶,使制得的橡胶具有较为良好的机械性能以及耐老化性能。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种烟片级橡胶,其杂质含量≤0.08%,灰份含量≤0.75%,氮含量≤0.6%,挥发物含量≤0.8%,塑性初值≥40,塑性保持率≥60%,门尼粘度ML/(1′+4′)100℃为83±10,丙酮抽出物含量2.0-3.5%,铜含量≤8mg/kg,锰含量≤10mg/kg,所述烟片级橡胶的水溶物含量为0.8%-2.4%。
进一步的,所述烟片级橡胶的水溶物含量为1.0%-2.0%,蛋白质含量为1.3%-1.8%。
一种烟片级橡胶的制备方法,所述制备方法以固态胶料为原料,包括以下步骤:
S1、固态胶料进行破碎,并在水中进行浮洗;
S2、将浮洗后的胶料进行挤压,并在水中进行浮洗;
S3、判断胶料是否满足第一条件,若不满足,则直接进行步骤S4;若满足,则向绉片机中加入有机二元酸的水溶液,再进行步骤S4;
S4、将挤压后的胶料进行绉片,使胶料呈连续片状,同时对胶料进行喷淋洗涤;
S5、判断胶料是否满足第二条件,若不满足,则直接进行步骤S6;若满足,则向造粒池中加入无机碱的水溶液,再进行步骤S6;
S6、将经过绉片后的胶料投入造粒池中,进行造粒处理,并对胶料进行喷淋洗涤;
S7、将造粒后的胶料经抽胶泵抽送至干燥炉中,经过抽湿、高温干燥、低温干燥后,再冷却至室温,即得到烟片级橡胶。
优选的,所述固态胶料包括烟胶片、风干胶片、白绉胶片、浅色绉片胶、生胶片、颗粒胶中的至少一种。
进一步的,在步骤S3中,所述第一条件包括胶料表面温度≤10℃或胶料的邵氏硬度≥40HA中的至少一个;在步骤S5中,所述第二条件为胶料的邵氏硬度≤20HA。
进一步的,所述有机二元酸包括草酸、琥珀酸、丙二酸中的至少一种;所述无机碱包括氢氧化钙、氢氧化钡、氨水中的至少一种。
进一步的,在步骤S7中,所述干燥炉采用饱和蒸汽对胶料进行干燥,干燥炉包括抽湿部、高温干燥部、低温干燥部、冷却部,所述抽湿部与高温干燥部连通,高温干燥部与低温干燥部连通,低温干燥部与冷却部连通。
进一步的,所述饱和蒸汽的蒸汽压为0.7-0.9Mpa;高温干燥部的干燥温度为95-120℃,低温干燥部的干燥温度为80-115℃。
进一步的,所述冷却部为冷却柜,冷却柜上设置有补风风机,使整个冷却柜呈负压状态;
所述干燥炉还包括蒸汽压自动调节装置,所述蒸汽压自动调节装置与蒸汽管路连接,通过调节蒸汽管路内的蒸汽压力,对抽湿部、高温干燥部、低温干燥部、冷却部的温度进行控制;所述干燥炉在出口处设置有胶车限位装置,以确保胶料在冷却部的冷却时长。
与现有技术相比,本发明提出一种烟片级橡胶,通过对橡胶中水溶物含量指标以及蛋白质含量指标的控制,使制备的烟片级橡胶不仅具有较为良好的机械性能,同时也具有较为优异的耐老化性能,从而提高了利用烟片级橡胶制得的相关橡胶制品的机械性能以及耐老化性能。
同时在本发明中,通过在生产制备过程中设置两级对胶料状态的判断过程,从而使得胶料在加工过程中始终具有较好的硬度和粘度,确保了胶料的加工性能,便于绉片、造粒、烘干等加工过程的进行,使得胶料能够充分进行绉片、造粒、烘干的过程,不仅有利于提高生产效率,而且有利于提高烟片级橡胶的机械性能、耐老化性能,同时有利于提高不同生产批次的烟片级橡胶在产品性能上的一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案,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,对于本领域的普通技术人员来讲,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为本发明中一种烟片级橡胶的制备方法的流程图;
图2为本发明中一种烟片级橡胶的加工处理系统的设备生产布置图;
图3为本发明中一种烟片级橡胶的加工处理系统中绉片机的侧面布置图。
其中,第一破碎机1;输送机2;第二破碎机3;第二输送机4;第一浮洗池5;第二浮洗池6;升斗机7;第二升斗机8;第三升斗机9;第三破碎机10;第四破碎机11;双辊机12;第三浮洗池13;第四浮洗池14;第五浮洗池15;单辊挤压机16;第四升斗机17;第二单辊机18;第二双辊机19;第五升斗机20;造粒池21;绉片机组22;运输机23;第一绉片机系统24;传送装置25;抽胶泵26;第一造粒机27;第二造粒机28;第三造粒池29;第三造粒机30;第六拨胶器31;第三绉片机系统32;第三运输机系统33;第四造粒池34;第四造粒机35;第二抽胶泵36;第一废气处理系统37;第二废气处理系统38;震动筛39;进胶器40;抽湿风机41;干燥炉42;鼓风机43;第二鼓风机44;冷却风机45;车位制动器46;锯包机47;工作台48;第三输送机49;称重装置50;打包机51;第四输送机52;第二称重装置53;全金属探测仪54;套包装置55;第二检测装置系统56;凝固槽57;压薄机58;水槽59;第二振动筛60;乳标废水流通装置61;凝标废水流通装置62;清水流通装置63。
具体实施方式
下面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作进一步描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,为了便于本领域技术人员对本发明内容的理解,在本发明中涉及物质含量的百分数或物质添加量的百分数,均为质量分数。另外,本发明中的烟片级橡胶属于天然橡胶中的一种,且为未硫化天然橡胶。与其他类别的未硫化天然橡胶相同,本发明制得的烟片级橡胶也可通过后续的塑炼、硫化等二次加工工序,生产为相应的橡胶制品。
一种烟片级橡胶,其杂质含量≤0.08%,灰份含量≤0.75%,氮含量≤0.6%,挥发物含量≤0.8%,塑性初值≥40,塑性保持率≥60%,门尼粘度ML/(1′+4′)100℃为83±10,丙酮抽出物含量2.0-3.5%,铜含量≤8mg/kg,锰含量≤10mg/kg,所述烟片级橡胶的水溶物含量为0.8%-2.4%。
进一步的,所述烟片级橡胶的水溶物含量为1.0%-2.0%,蛋白质含量为1.3%-1.8%。
优选的,所述烟片级橡胶的水溶物含量介于1.0%-2.0%之间,蛋白质含量介于1.3%-1.8%之间,且烟片级橡胶的水溶物含量与蛋白质含量差值的绝对值不大于0.6%。
以下将通过实验例对本发明进行详细描述:
首先应说明的是,下述实验例中的数据由发明人通过大量实验获得,限于篇幅,在说明书中只展示其中的一部分,且本领域普通技术人员可以在此数据下理解并实施本发明,其余数据均具有与下述实验结论相同的趋势并可得出相同的结论,后文不再赘述。
实验例1
取不同品质的橡胶原料,在不对橡胶原料中水溶物含量进行任何处理的前提下,采用相同的现有工艺制得烟片级橡胶,工艺中其他参数取中间值,并对烟片级橡胶的机械性能以及耐老化性能进行检测。
由表1可知,当烟片级橡胶中水溶物含量小于0.8%时,烟片级橡胶的抗拉强度、撕裂强度以及老化后抗拉强度均显著下降,这不仅在一定程度上影响了橡胶的耐老化性能,而且严重影响了橡胶的机械性能;当烟片级橡胶中水溶物含量大于2.4%时,烟片级橡胶的抗拉强度、断裂伸长率、老化后抗拉强度以及老化后断裂伸长率均显著下降,这较为严重的影响了橡胶的耐老化性能和机械性能。因此,本发明采用水溶物含量为0.8%-2.4%的烟片级橡胶。
表1烟片级橡胶中水溶物含量对其机械性能以及耐老化性能的影响
注:按照标准NY/T 1527-2007对烟片级橡胶水溶物含量进行检测;按照标准GB/T528-2009对烟片级橡胶的抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长率进行检测;在换气式烘箱中热老化(100℃下老化72小时)后,按照标准GB/T 528-2009对烟片级橡胶的老化后抗拉强度、老化后断裂伸长率进行检测。
需要说明的是,在本发明中,对同一指标进行检测时,使用相同的标准文件进行检测,以下不再赘述。
实验例2
取不同品质的橡胶原料,在不对橡胶原料中蛋白质含量进行任何处理的前提下,采用相同的现有工艺制得烟片级橡胶,工艺中其他参数取中间值,并对烟片级橡胶的机械性能以及耐老化性能进行检测。
由表2可知,当烟片级橡胶中蛋白质含量小于1.0%时,烟片级橡胶的断裂伸长率、老化后抗拉强度以及老化后断裂伸长率均显著下降,这不仅在一定程度上影响了橡胶的机械性能,而且严重影响了橡胶的耐老化性能;当烟片级橡胶中蛋白质含量大于2.0%时,烟片级橡胶的抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长率均显著下降,这较为严重的影响了橡胶的机械性能,此时耐老化性能仍保持较良好的水准。因此,本发明采用蛋白质含量为1.0%-2.0%的烟片级橡胶。
表2烟片级橡胶中蛋白质含量对其机械性能以及耐老化性能的影响
注:按照标准GB/T 8088-1999对烟片级橡胶的蛋白质含量进行检测。
实验例3
取不同品质的橡胶原料,在不对橡胶原料中水溶物含量以及蛋白质含量进行任何处理的前提下,采用相同的生产加工工艺制得烟片级橡胶,工艺中其他参数取中间值,取水溶物含量介于0.8%-2.4%之间,且蛋白质含量介于1.0%-2.0%之间的烟片级橡胶,进行分组,获得不同编号的烟片级橡胶,对其机械性能以及耐老化性能进行检测。
如表3可知,当烟片级橡胶的水溶物含量为1.0%-2.0%,且蛋白质含量为1.3%-1.8%时,烟片级橡胶的抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长率、老化后抗拉强度以及老化后断裂伸长率均具有较为良好的水平,即烟片级橡胶不仅具有较为良好的机械性能,同时也具有较为优异的耐老化性能,且其数据具有统计学意义(p<0.01)。
表3烟片级橡胶中水溶物含量指标、蛋白质含量指标对其机械性能以及耐老化性能的影响
另外通过实验例3,在暂时不明确具体机理的情况下,本申请的研究人员通过大量的实验过程意外地发现,在烟片级橡胶的水溶物含量为1.0%-2.0%,且蛋白质含量为1.3%-1.8%的情况下,所述烟片级橡胶的水溶物含量与蛋白质含量差值的绝对值≤0.6%时,烟片级橡胶同时具有优异的机械性能以及耐老化性能,且其数据具有统计学意义(p<0.05)。
通过本发明实验例1-3,发明人发现烟片级橡胶的水溶物含量为1.0%-2.0%,蛋白质含量为1.3%-1.8%,且所述烟片级橡胶的水溶物含量与蛋白质含量差值的绝对值≤0.6%时,烟片级橡胶同时具有优异的机械性能以及耐老化性能。
与此同时,为了对烟片级橡胶水溶物含量指标以及蛋白质含量指标进行控制,确保制得的烟片级橡胶同时具有良好的机械性能以及耐老化性能,发明人提出烟片级橡胶的制备方法,以固态胶料为原料,包括以下步骤:
S1、固态胶料进行破碎,并在水中进行浮洗;
将固态胶料投入破碎机,同时进行喷水洗涤,通过破碎机机体内动刀和定刀的组合将胶块破碎,在剪切揉搓过程中将杂质、灰分物质、水溶性物质随流动的水滤出,大块胶料得到初步破碎;再将胶块在浮洗水中搅拌混合均匀,进行浮洗,以进一步除去掺杂的杂质以及其中的水溶性物质;
具体的破碎过程包括至少两级破碎,胶料经一级破碎,制成10cm×10cm×4cm~25cm×15cm×10cm的胶块,并使胶块在浮洗水中搅拌混合均匀,浮洗时间需≥10min;再将混合胶料经二级破碎,制成5cm×5cm×2cm~10cm×10cm×5cm的胶块,并使胶块在浮洗水中搅拌混合均匀,浮洗时间需≥10min。
所述固态胶料包括烟胶片、风干胶片、白绉胶片、浅色绉片胶、生胶片、颗粒胶中的至少一种。
S2、将浮洗后的胶料进行挤压,并在水中进行浮洗;
具体的,在步骤S1中经过浮洗后的胶料投入挤压机,进一步搓揉和剪切,使胶料更进一步破碎、混合,提高胶料的一致性,有利于胶料获得较好的硬度,便于压绉成片,为造粒提供有利条件;在挤压过程的同时进行喷水洗涤,更进一步除去胶料内的杂质、灰分以及水溶性物质;此后将挤压过的胶料投入水中进行浮洗,以进一步除去掺杂的杂质以及其中的水溶性物质。
作为优选,步骤S2中对胶料共进行两级挤压,即在保持对胶料洗涤的条件下,第一次挤压后的胶料进入第二台挤压机进行第二次挤压;具体的,两级挤压的过程是将胶料先经双辊挤压进行一级挤压,对胶料进行浮洗,再经单辊挤压进行二级挤压,并对胶料进行浮洗。
S3、判断胶料是否满足第一条件,若不满足,则直接进行步骤S4;若满足,则向绉片机中加入有机二元酸的水溶液,再进行步骤S4;
具体的,所述第一条件包括胶料表面温度≤10℃或胶料的邵氏硬度≥40HA中的至少一个;通过在挤压浮洗后,对胶料状态设置第一条件,从而使胶料在绉片时具有较好的理化状态,尤其是在粘度、硬度等指标上,确保了胶料具有良好的加工性能,便于压绉成片,为造粒提供有利条件,不仅有利于提高生产效率,而且有利于确保制得烟片级橡胶具有较好的机械性能;
若胶料不满足第一条件,则说明胶料的粘度、硬度等指标较差,则在绉片过程中会出现胶料揉搓不足、混合不均、撕裂效果差,绉片过程中不成片、碎胶多、混合不均匀,杂质去除率低,产品质量、一致性得不到保证等问题,为解决这一问题,在对胶料绉片前向绉片机中加入有机二元酸的水溶液,使胶料在有机二元酸的环境下进行绉片过程;其中,所述有机二元酸包括草酸、琥珀酸、丙二酸中的至少一种,通过有机二元酸对胶料进行处理,在一定程度上能够降低胶料的粘度、硬度,有利于提高胶料的加工性能,改善胶料的绉片情况,不仅有利于提高胶料的一致性,使绉片后胶料获得了更好的软硬度,而且为后期的造粒、烘干过程提供有利条件,确保了制得烟片级橡胶的产品质量。
S4、将挤压后的胶料进行绉片,使胶料呈连续片状,同时对胶料进行喷淋洗涤;
具体的,经挤压后的胶料在绉片机中进行相互揉搓、剪切,并将块状胶料压成薄片,此过程使胶料得到充分揉搓以及混合;同时在绉片的过程中进行喷水洗涤,更进一步除去胶料内的杂质、灰分以及水溶性物质。
作为优选,对胶料进行四级绉片,每一级绉片机的辊距依次从大到小,后一级绉片效果应比前一级绉片效果有明显的改善,并逐步使胶料呈连续的片状,每一级绉片处理的辊距依次为7~10mm、5~6mm、3~4mm、1~2mm。每台绉片机上设置有喷淋装置,用于在绉片的过程中,对胶料进行喷淋除杂;同时有利于降低胶料硬度,提高绉片效果。
S5、判断胶料是否满足第二条件,若不满足,则直接进行步骤S6;若满足,则向造粒池中加入无机碱的水溶液,再进行步骤S6;
具体的,所述第二条件为胶料的邵氏硬度≤20HA,通过绉片后,由于胶料经过充分的破碎和揉搓,其硬度、粘度等指标会发生相应的变化;若此时胶料过软过粘,则会导致在造粒过程中,乃至造粒之后胶料粒子粘结成团,不仅不利于对胶料进行均匀、彻底的烘干,而且不利于提高烟片级橡胶的机械性能。
从而在造粒前对胶料状态设置第二条件,若胶料不满足第二条件,则说明胶料过软过粘,不利于后续工艺的操作;为解决这一问题,在对胶料造粒之前,向造粒池中加入无机碱的水溶液,使胶料在无机碱的环境下进行造粒过程;其中,所述无机碱包括氢氧化钙、氢氧化钡、氨水中的至少一种,通过无机碱对胶料进行处理,在一定程度上能够提高胶料的硬度、粘度指标,从而避免了在造粒过程中或造粒后,胶料发生粘结成团的情况,从而确保了胶料能够进行较为均匀地烘干,有利于提高生产效率,同时避免了制得的烟片级橡胶因烘干不均匀而出现的机械性能较差的情况。
S6、将经过绉片后的胶料投入造粒池中,进行造粒处理,并对胶料进行喷淋洗涤;
具体的,在造粒过程中将胶料进一步打碎,并对胶料进行喷淋洗涤,进一步除去杂质、灰分以及水溶性物质,使产品的纯度、一致性得到提高,使胶粒直径减小,从而便于烘干过程的进行,有利于提高烘干均匀程度。
造粒池上设置有喷淋装置,用于在造粒的过程中,对胶料进行喷淋除杂;同时避免了胶料硬度较小、粘度过大导致胶料凝聚粘接的情况发生,有利于提高造粒效果。优选的,造粒后胶料的直径为6-12mm。
S7、将造粒后的胶料经抽胶泵抽送至干燥炉中,经过抽湿、高温干燥、低温干燥后,再冷却至室温,即得到烟片级橡胶。
具体的,在烘干过程中,干燥炉采用饱和蒸汽对胶料进行干燥,干燥炉包括抽湿部、高温干燥部、低温干燥部、冷却部,所述抽湿部与高温干燥部连通,高温干燥部与低温干燥部连通,低温干燥部与冷却部连通;即胶料在烘干过程中依次进行抽湿、高温干燥、低温干燥、冷却的过程。其中,所述饱和蒸汽的蒸汽压为0.7-0.9Mpa;高温干燥部的干燥温度为95-120℃,低温干燥部的干燥温度为80-115℃,通过两级干燥过程,不仅使胶料能够进行更为充分的干燥,而且经过高温干燥的胶料具有较高的温度,再通过低温干燥过程,最大程度上减少了热量的损耗,有利于降低生产成本。
作为本发明的一个实施方式,所述干燥炉内设置有35个车位,其中抽湿部具有3个车位,高温干燥部具有15个车位,低温干燥部具有14个车位,冷却部具有3个车位,采用进一车出一车的方式进行循环干燥。
此外,所述冷却部为冷却柜,冷却柜上设置有补风风机,使整个冷却柜呈负压状态;所述干燥炉还包括蒸汽压自动调节装置,所述蒸汽压自动调节装置与蒸汽管路连接,通过调节蒸汽管路内的蒸汽压力,对抽湿部、高温干燥部、低温干燥部、冷却部的温度进行控制;
所述干燥炉在出口处设置有胶车限位装置,以确保胶料在冷却部的冷却时长。锅炉蒸汽管道增加排水阀,提高热效率,锅炉尾气用于加热洗车池,提高洗车效率。锅炉回水有余热,同时可以通过管道送至工艺水池里,若气温低时可以加热水池水温和胶料,使胶料更容易加工,生产产量和效率大大提升,所以更节省能耗,回水也得到利用。
本发明利用固态胶料为原料制备烟片级橡胶的方法中,将破碎机出来的胶料进行更充分地剪切、揉搓,使胶料更进一步破碎、混合,克服了目前采用破碎后直接绉片造粒工艺导致的胶料揉搓不足、混合不均、撕裂效果差,胶料不能更好的达到适宜软硬度,绉片过程中不成片、碎胶多、混合不均匀,杂质(DIRT)、灰分(ASH)去除率低,产品质量、一致性得不到保证等缺陷,能更进一步除去胶料内的杂质、灰分,提高胶料的一致性,胶料获得了更好的软硬度,更利于压绉成片,为后续的造粒提供了有利条件。
同时本发明的制备方法可使不同原料在破碎后得到较好的混合,通过二次挤压,可使胶料得到更进一步的揉合、混匀。挤压后胶料粒径更进一步变小,使得后面工序中胶料更易混匀,保证了不同批次、不同质量状况的原料得到充分混匀,整体提升了成品理化性能的一致性和稳定性。本工艺使不同质量状况的原料得到充分利用,较大程度地缓解了对原料选择的局限性,提高了产品的附加值。
在本发明的制备方法中,通过多级绉片以及造粒后得到的胶料粒子更小,使胶粒直径减小,增大了胶粒比表面积,更利于胶料的烘干、烘熟及深层干燥,避免造粒过大导致的烘烤不均匀和避免产生夹生胶。
此外,无论在对胶料进行破碎、挤压、绉片、造粒的任一过程中,始终保持对胶料进行喷水洗涤,从而确保了胶料中杂质、灰分、水溶性物质以及部分蛋白质,随着喷水洗涤过程而析出,不仅降低了最终制得的烟片级橡胶的杂质含量、灰分含量,而且有利于控制烟片级橡胶的水溶物含量以及蛋白质含量,使烟片级橡胶具有良好的机械性能以及耐老化性能。
同时,由于本发明采用固态胶料作为原料,为了进一步确保烟片级橡胶具有较好的水溶物含量以及蛋白质含量指标,以使其具有良好的机械性能以及耐老化性能,则在本发明中对固态胶料的原料指标也进行限定,具体的,所述固态胶料的水溶物含量介于1.5%-2.5%之间,蛋白质含量介于1.5%-2.1%之间。
以下将通过实验例对本发明进行详细描述:
首先应说明的是,下述实验例中的数据由发明人通过大量实验获得,限于篇幅,在说明书中只展示其中的一部分,且本领域普通技术人员可以在此数据下理解并实施本发明,其余数据均具有与下述实验结论相同的趋势并可得出相同的结论,后文不再赘述。
实验例4
取不同水溶物含量、蛋白质含量各异的固态胶料,按照本发明所述的烟片级橡胶制备方法生产烟片级橡胶,工艺中其他的相关参数取中间值,并对制得的烟片级橡胶的水溶物含量、蛋白质含量进行检测,同时对烟片级橡胶的机械性能以及耐老化性能也进行相应的检测。
如表4可知,当使用水溶物含量介于1.5%-2.5%之间,蛋白质含量介于1.5%-2.1%之间的固态胶料为原料时,制得的烟片级橡胶的水溶物含量以及蛋白质含量符合本发明中对烟片级橡胶的要求,且制得的烟片级橡胶的抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长率、老化后抗拉强度以及老化后断裂伸长率均具有较为良好的水平,即烟片级橡胶不仅具有较为良好的机械性能,同时也具有较为优异的耐老化性能,且其数据具有统计学意义(p<0.01)。
表4固态胶料中水溶物含量指标、蛋白质含量指标对制得的烟片级橡胶的影响
另外通过实验例4,在暂时不明确具体机理的情况下,本申请的研究人员通过大量的实验过程意外地发现,在固态胶料的水溶物含量介于1.5%-2.5%之间,蛋白质含量介于1.5%-2.1%之间的情况下,且在固态胶料的水溶物含量与蛋白质含量差值的绝对值不大于0.8%时,制得的烟片级橡胶的水溶物含量以及蛋白质含量符合本发明中对烟片级橡胶的要求,且制得的烟片级橡胶具有优异的机械性能以及耐老化性能,其数据具有统计学意义(p<0.05)。
在具体烟片级橡胶的生产过程中,为了提高生产效率,如图2-3所示,包括两套相同的,且能够同时进行步骤S1~步骤S6的生产线,以其中一套生产线为例进行说明;固态胶料经过输送机2输送至第一破碎机1进行初步破碎,破碎后的橡胶颗粒进入第一浮洗池5中进行水洗,在第一浮洗池5中设置拨胶器,拨胶器被配置为更有效的使胶片表面的泥沙分离沉底以达到除杂的目的,经拨胶器除杂后的橡胶颗粒通过升斗机输送至第三破碎机10,进行二次破碎,破碎后的橡胶颗粒投入第三浮洗池13中进行水洗,同样第三浮洗池13中也设置有拨胶器,然后胶料通过升斗机输送至双辊挤压机12进行挤压,经挤压后的胶料进入下一级浮洗池进行浮洗,之后胶料通过升斗机并输送至单辊挤压机16再次进行挤压,经过两级破碎洗涤、两级挤压洗涤后,大块的生胶片被变成小块胶片或胶粒,附着在胶片表面的泥沙等非胶物质在浸泡、剪切、挤压、冲洗等机械作用下基本被清除,这样有利于后面的压绉和造粒。
进一步的,在本发明中通过两道破碎机进行破碎,经过单辊机和/或双辊机进行两次挤压,在拨胶器的转动作用下对胶粒进行洗涤,橡胶颗粒在破碎与挤压的工序间用升斗机进行提升滴水并输送,实现流动洗涤沉沙的目的,保证除杂效果。从破碎机出来的胶料进入双辊机挤压,胶料经过双辊机的作用,受到揉搓和挤压,在出料口处被动刀切成小块,使胶料更进一步破碎、混合,提高胶料的一致性,胶料获得更好的软硬度,更利于绉片机将块状胶料压绉成片。
在绉片过程中,第一绉片系统24包括四台绉片机进行绉片,任意相邻的两台绉片机之间均设置有传送装置25,用于传送胶料;胶料经过四台绉片机进行连续绉片后,被输送至第一造粒机27进行造粒,通过造粒后使得胶粒更加的破碎,胶粒直径更加小,进一步祛除胶料中的杂质、灰分,使产品的纯度、一致性得到更好的提高,经过造粒机完成造粒工序的胶粒通过抽胶泵输送至烘干系统中进行烘干工序。
优选的,所述的绉片系统中包含四台绉片机进行绉片,相邻的两部绉片机之间通过升斗机和/或运输机进行胶料的传动,且升斗机和/或运输机上方设置有喷淋装置,用于对胶料进行喷淋洗涤;在每一次绉片过程中,绉片机进行揉搓、剪切,减少生产过程中产生的碎胶,保证绉片效果,避免胶料掉地污染或浪费。
其中,绉片机是有速比的一对花纹辊筒相互揉搓、剪切,并将块状胶压成薄片,然后在经过造粒机中进行造粒工序,将胶料进一步打碎,进一步除去杂质、灰分,使产品的纯度、一致性得到提高,使胶粒直径减小。
同时在压绉、造粒的过程中,通过喷淋装置对胶料进行喷淋;具体的,在绉片机运行过程中有喷淋水对胶料进行喷淋,揉搓出的杂质随水流走;绉片机压成的薄片通过造粒机,胶料被高速运转的造粒机剪切成很小的颗粒,造粒机上亦有水喷淋,胶浮于造粒池上,杂质随水被沉降并带走,杂质更进一步被去除。
在本发明的生产线中另一套生产线与上述生产线相同,即具有相同的破碎、浮洗、挤压、绉片、造粒等相关生产装置,在此不进行赘述。通过两条生产线的同时进行,增大了橡胶制品的产量,提高了生产效率。
进一步的,在烟片级橡胶生产过程中还设置有乳标废水流通装置61、凝标废水流通装置62和清水流通装置63,实现喷淋系统的水流入以及废水的分类排出,避免造成环境污染,降低废水处理成本。
在步骤S7中,蒸汽烘干系统采用蒸汽烘干炉进行烘干,包括干燥炉42,在完成造粒后的胶粒通过振动筛39经进胶器40进入到干燥炉42中,通过进风系统向干燥炉42中输送热蒸汽,对进入干燥炉42中胶粒进行烘干,在烘干炉42的一端设置有冷却风机45,冷却风机45被配置将烘干后的胶料在出干燥炉42前进行冷却,冷却后的气体或者冷却水通过设置在进胶器40处的引风机排出干燥炉,经过烘干后的胶粒在车位制动器46的作用下排出干燥炉42,实现对胶粒的烘干,烘干后的胶粒通过检测判断其是否为合格产品,若是合格产品,则将其放置于待发货区域,用于下一步橡胶制品的加工生产;若是不合格产品,则将其放置于待处理区,根据产品的不合格程度进行降级使用或者重新回到前处理再次加工。
优选的,所述的进风系统包括鼓风机43、第二鼓风机44,提高胶粒在干燥炉42中烘干的效率,在干燥炉42内设置温度传感器,通过控制系统调整鼓风机43、第二鼓风机44的出风量,对干燥炉42内的烘干温度进行自动控制,保证对不同原料、不同重量、不同质量要求的胶粒烘干的适用性。
亦或者是,所述的鼓风机43被配置为向干燥炉42内送入热蒸汽,第二鼓风机44用于将冷却后的蒸汽排出干燥炉42,并在第二鼓风机44的作用下反馈给蒸汽炉进一步回收利用,较少热量的浪费,节约成本。
进一步的,所述干燥炉42在远离冷却风机45的一侧设置抽湿风机41,所述的抽湿风机41设置在靠近进胶器40的一侧,通过抽湿风机41鼓风,形成强大风压,可以深层穿透胶料,把绝大部分水分带走。
优选的,经干燥炉42冷却后的气体或者冷却水通过引风机排出干燥炉后,经过回流管路返回至蒸汽炉重新加热生成蒸汽,并应用于干燥炉42的烘干,避免水利资源以及热量的浪费,降低烘干成本。
进一步的,所述盛放胶粒的胶车呈上端设置开口的长方体设置,在胶车的底部设置有过滤孔,盛装完胶粒的胶车在车位制动器46的作用下在干燥炉42内移动,进入干燥炉42内的蒸汽从干燥炉42底部进入,通过胶车下端的过滤孔对胶粒自下向上的烘干,可以提高每一个胶车内的胶粒的盛放量,充分利用蒸汽的热量,提高烘干效率,保证烘干效果,降低烘干成本。
优选的,在胶车的底部设置过滤孔的直径不大于5cm,优选的,过滤孔的直径不大于3cm,作为本发明的示例,过滤孔的直径为1cm,该设置一方面保证蒸汽自下向上的烘干效果以及冷却水的排出效率,避免经过造粒机加工后的较小颗粒掉地污染或浪费,降低生产成本。
进一步的,在干燥炉42内每一排能够设置多个胶车,干燥炉42内也能够同时设置多排胶车,该设置使得干燥炉42能够一批次烘干多排胶车内的胶粒,保证烘干效果与烘干效率。
优选的,干燥炉42包括抽湿部、高温干燥部、低温干燥部、冷却部,所述抽湿部与高温干燥部连通,高温干燥部与低温干燥部连通,低温干燥部与冷却部连通;所述干燥炉42内设置有35个车位,其中抽湿部具有3个车位,高温干燥部具有15个车位,低温干燥部具有14个车位,冷却部具有3个车位,采用进一车出一车的方式进行循环干燥。干燥炉42使用的饱和蒸汽的蒸汽压为0.7-0.9Mpa;高温干燥部的干燥温度为95-120℃,低温干燥部的干燥温度为80-115℃;进出胶时间为3-6分钟/车。
所述冷却部为冷却柜,冷却柜上设置有补风风机,使整个冷却柜呈负压状态;
所述干燥炉还包括气压自动调节装置,对抽湿部、高温干燥部、低温干燥部、冷却部的温度进行控制。
同时,作为本发明中另外一种实施方式,干燥炉42内蒸汽的烘干温度设置为多个烘干等级的温度区间,不同烘干等级的温度区间设置在80℃~170℃,所述的多个烘干等级可以形成在同一个干燥炉42的不同区域内,也可以在干燥炉42内由温控系统逐步的进行温度控制,实现烘干等级温度区间的变换,如第一温控等级为80℃~100℃的温度区间,第二温控等级为100℃~125℃的温度区间,第三温控等级为125℃~155℃的温度区间,第四温控等级为155℃~170℃的温度区间,不同胶料或者不同功能的橡胶对于烘干温度的要求不同,并且烘干等级的温度区间对于胶粒的烘干效率也有较大的影响,不同温度区间的烘干等级的设定,一方面保证了胶粒烘干的效果,提高烘干效率,另一方面大大提高了热源的利用率,进一步降低了橡胶烘干的成本。
通过本发明所述的烘干系统,利用一定压力的饱和蒸汽可转换成相应压力下的温度,通过控制蒸汽压力从而向干燥炉42提供工艺需要的一定温度的蒸汽,为烘干炉提供非常稳定的热源,烘干工艺系统结构设计简单,易操作,安全可靠,不污染胶料,炉体热风循环系统设计合理,能使蒸汽得到充分利用,提高了燃料利用率,相比传统烘干系统相比更节能环保。
橡胶胶料首先经过抽湿工艺,通过抽湿风机鼓风,形成强大风压,可以深层穿透胶料,把绝大部分水分带走。胶料在抽湿过后,含水率明显降低,更容易烘干,水分的减少可以使热源的消耗降低,正真做到节能降耗。经过抽湿的橡胶胶料进入了通过多个设置的烘干等级,分批次、分级的对胶料进行烘干、熟化,保证烘干效果与烘干效率,熟化的胶料经冷却风机作用后,直接进入冷却阶段。冷却风机将外界冷风鼓入干燥车,将胶料温度由原来的100~80℃降至55℃度以下,以避免出炉温度过高引起返潮,尤其是在湿度大的地方,胶料需在低温下出炉。
在本发明中的烟片级橡胶的制备方法以及相关生产设备的基础上,采用水溶物含量、蛋白质含量各异的固态胶料作为原料,进行烟片级橡胶的制备。
实施例1
一种烟片级橡胶的制备方法,采用水溶物含量为1.5%、蛋白质含量为1.5%的生胶片为原料,包括以下步骤:
S1、固态胶料进行破碎,并在水中进行浮洗;
S2、将浮洗后的胶料进行挤压,并在水中进行浮洗;
S3、判断胶料是否满足胶料表面温度≤10℃或胶料的邵氏硬度≥50HA中的至少一个,若均不满足,则直接进行步骤S4;若满足,则向绉片机中加入草酸水溶液,再进行步骤S4;
S4、将挤压后的胶料进行绉片,使胶料呈连续片状,同时对胶料进行喷淋洗涤;
S5、判断胶料是否满足胶料的邵氏硬度≤20HA,若不满足,则直接进行步骤S6;若满足,则向造粒池中加入氨水溶液,再进行步骤S6;
S6、将经过绉片后的胶料投入造粒池中,进行造粒处理,并同时对胶料进行喷淋洗涤;
S7、将造粒后的胶料经抽胶泵抽送至干燥炉中,经过抽湿、高温干燥、低温干燥后,再冷却至室温,即得到烟片级橡胶。
对制得的烟片级橡胶进行检测,其水溶物含量为1.0%,蛋白质含量为1.3%,其机械性能以及耐老化性能见表5。
实施例2
一种烟片级橡胶的制备方法,采用水溶物含量为2.5%、蛋白质含量为1.8%的颗粒胶以及风干胶片为原料,包括以下步骤:
S1、固态胶料进行破碎,并在水中进行浮洗;
S2、将浮洗后的胶料进行挤压,并在水中进行浮洗;
S3、判断胶料是否满足胶料表面温度≤10℃或胶料的邵氏硬度≥50HA中的至少一个,若均不满足,则直接进行步骤S4;若满足,则向绉片机中加入丙二酸水溶液,再进行步骤S4;
S4、将挤压后的胶料进行绉片,使胶料呈连续片状,同时对胶料进行喷淋洗涤;
S5、判断胶料是否满足胶料的邵氏硬度≤20HA,若不满足,则直接进行步骤S6;若满足,则向造粒池中加入氢氧化钙水溶液,再进行步骤S6;
S6、将经过绉片后的胶料投入造粒池中,进行造粒处理,并同时对胶料进行喷淋洗涤;
S7、将造粒后的胶料经抽胶泵抽送至干燥炉中,经过抽湿、高温干燥、低温干燥后,再冷却至室温,即得到烟片级橡胶。
对制得的烟片级橡胶进行检测,其水溶物含量为2.0%,蛋白质含量为1.5%,其机械性能以及耐老化性能见表5。
实施例3
一种烟片级橡胶的制备方法,采用水溶物含量为2.0%、蛋白质含量为2.1%的白绉胶片为原料,包括以下步骤:
S1、固态胶料进行破碎,并在水中进行浮洗;
S2、将浮洗后的胶料进行挤压,并在水中进行浮洗;
S3、判断胶料是否满足胶料表面温度≤10℃或胶料的邵氏硬度≥50HA中的至少一个,若均不满足,则直接进行步骤S4;若满足,则向绉片机中加入琥珀酸水溶液,再进行步骤S4;
S4、将挤压后的胶料进行绉片,使胶料呈连续片状,同时对胶料进行喷淋洗涤;
S5、判断胶料是否满足胶料的邵氏硬度≤20HA,若不满足,则直接进行步骤S6;若满足,则向造粒池中加入氢氧化钡水溶液,再进行步骤S6;
S6、将经过绉片后的胶料投入造粒池中,进行造粒处理,并同时对胶料进行喷淋洗涤;
S7、将造粒后的胶料经抽胶泵抽送至干燥炉中,经过抽湿、高温干燥、低温干燥后,再冷却至室温,即得到烟片级橡胶。
对制得的烟片级橡胶进行检测,其水溶物含量为1.6%,蛋白质含量为1.8%,其机械性能以及耐老化性能见表5。
实施例4
一种烟片级橡胶的制备方法,采用水溶物含量为2.1%、蛋白质含量为1.8%的烟片胶为原料,包括以下步骤:
S1、固态胶料进行破碎,并在水中进行浮洗;
S2、将浮洗后的胶料进行挤压,并在水中进行浮洗;
S3、判断胶料是否满足胶料表面温度≤10℃或胶料的邵氏硬度≥50HA中的至少一个,若均不满足,则直接进行步骤S4;若满足,则向绉片机中加入草酸水溶液,再进行步骤S4;
S4、将挤压后的胶料进行绉片,使胶料呈连续片状,同时对胶料进行喷淋洗涤;
S5、判断胶料是否满足胶料的邵氏硬度≤20HA,若不满足,则直接进行步骤S6;若满足,则向造粒池中加入氢氧化钙水溶液,再进行步骤S6;
S6、将经过绉片后的胶料投入造粒池中,进行造粒处理,并同时对胶料进行喷淋洗涤;
S7、将造粒后的胶料经抽胶泵抽送至干燥炉中,经过抽湿、高温干燥、低温干燥后,再冷却至室温,即得到烟片级橡胶。
对制得的烟片级橡胶进行检测,其水溶物含量为1.6%,蛋白质含量为1.5%,其机械性能以及耐老化性能见表5。
对比例1
以专利申请文件CN201210026334.7中记载的实施例的方案制备烟片级橡胶,并对其机械性能以及耐老化性能进行检测,具体如表5所示。
对比例2
以专利申请文件CN200910094210.0中记载的实施例的方案制备天然橡胶,并对其机械性能以及耐老化性能进行检测,具体如表5所示。
表5橡胶的机械性能及耐老化性能表(100℃×72h的耐老化性能试验)
按照标准GB/T 528-2009对橡胶的抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长率进行检测;在换气式烘箱中热老化(100℃下老化72小时)后,按照标准GB/T 528-2009对橡胶的老化后抗拉强度、老化后断裂伸长率进行检测,下同。
从表5中可以看出,与现有技术相比,在机械性能以及耐老化性能上,通过本发明制备的烟片级橡胶要明显优于对比例1、对比例2所制得的橡胶,且其数据具有统计学意义(p<0.01)。
对比例3
以专利申请文件CN106519324A的实施例3为对比例,具体方法如下:
一种轮胎用耐磨耐滑橡胶材料,按照重量份的主要原料为:天然橡胶35份、聚异戊二烯20份、聚丙烯酰胺12份、秸秆纤维8份、聚四氢呋喃醚二醇10份、二氧化钛1.3份、助剂5份、硫化剂2份、碳酸钙3份;所述助剂包括聚乙烯吡咯烷酮8份、氧化锡3份、三(羟甲基)氨基甲烷8份、硅酸锌3份、2-巯基苯并咪唑锌盐9份、N-乙酰甘氨酸9份;所述硫化剂为三唑二巯基胺盐。
一种轮胎用耐磨耐滑橡胶材料的制备方法,具体步骤为:
首先,将天然橡胶、聚异戊二烯、聚丙烯酰胺、秸秆纤维混匀,搅拌速度为2000r/min,搅拌时间为1.5h,搅拌温度为45℃,搅拌后加入聚四氢呋喃醚二醇、二氧化钛、助剂、硫化剂、碳酸钙并水浴处理,水浴后边搅拌边加入助剂,置于造粒机下烘干造粒,得到轮胎用耐磨耐滑橡胶材料。
以对比例3中的原料配比及制备方法为基础,将对比例3中的天然橡胶,替换为本发明实施例1-4中制得的烟片级橡胶,分别作为实施例5-8,并对实施例5-8、对比例3制得的橡胶材料进行机械性能、耐老化性能检测,具体如表6所示。
表6橡胶材料的机械性能及耐老化性能表(100℃×72h的耐老化性能试验)
从表6中可以看出,由于本发明制得的烟片级橡胶具有良好的机械性能以及耐老化性能,则对于利用本发明的烟片级橡胶制得的的橡胶材料,在机械性能以及耐老化性能上要明显优于对比例3中所制得的橡胶材料,且其数据具有统计学意义(p<0.01)。
对比例4
以本发明实施例4为基础,具体方法如下:
一种烟片级橡胶的制备方法,采用水溶物含量为2.1%、蛋白质含量为1.8%的烟片胶为原料,包括以下步骤:
S1、固态胶料进行破碎,并在水中进行浮洗;
S2、将浮洗后的胶料进行挤压,并在水中进行浮洗;
S3、将挤压后的胶料进行绉片,使胶料呈连续片状,同时对胶料进行喷淋洗涤;
S4、将经过绉片后的胶料投入造粒池中,进行造粒处理,并同时对胶料进行喷淋洗涤;
S5、将造粒后的胶料经抽胶泵抽送至干燥炉中,经过抽湿、高温干燥、低温干燥后,再冷却至室温,即得到烟片级橡胶。
将本发明实施例4、对比例4分别进行5次,即各制备出5组烟片级橡胶,分别对其机械性能以及耐老化性能进行检测,具体如表7所示。
表7不同组别中,烟片级橡胶的机械性能及耐老化性能表(100℃×72h的耐老化性能试验)
由于本发明在生产制备过程中设置两级对胶料状态的判断过程以及相应的处理,从而使得胶料在加工过程中始终具有较好的硬度和粘度,确保了胶料的加工性能,便于绉片、造粒、烘干等加工过程的进行,使得胶料能够充分进行绉片、造粒、烘干的过程,不仅有利于提高生产效率,而且有利于提高烟片级橡胶的机械性能、耐老化性能,同时有利于提高不同生产批次的烟片级橡胶在产品性能上的一致性。
从表7中可以具体看出,在生产过程中设置对胶料状态的判断过程以及相应的处理,即通过本发明中的方法制得的烟片级橡胶在机械性能、耐老化性能以及不同批次产品的一致性上,要明显优于未对胶料状态进行管控的生产过程所制得的烟片级橡胶,且其数据具有统计学意义(p<0.01)。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请保护的范围之内。