CN109228250B - 一种多阶挤出机造粒制备橡塑共混微孔渗灌管的方法 - Google Patents

一种多阶挤出机造粒制备橡塑共混微孔渗灌管的方法 Download PDF

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Abstract

一种多阶挤出机造粒制备低成本高性能橡塑共混微孔渗灌管的方法属于废旧橡胶循环再利用水领域。利用一台同向双螺杆挤出机，一台或两台侧喂料机、一套切粒机头及冷却设备、一台挤出定型挤出机等，经过同向双螺杆挤出机活化段活化的胶粉和经过侧喂料机熔融塑化的塑料和增容改性剂在同向双螺杆挤出机混合段连续混合后，由切粒机头及冷却设备造粒，制备成均匀的橡塑共混粒料，再挤出后冷却定型，最后由牵引机和收卷机包装。该方法解决了胶粉和塑料同时处理存在的高温胶粉脱硫和低温塑料熔融不完全的矛盾及力学性能较差和气味较大的问题，还节省了添加剂。具有连续化、高效率、低成本、渗水均匀性好、力学性能增强、气味小、抗阻塞等优点。

Description

一种多阶挤出机造粒制备橡塑共混微孔渗灌管的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备橡塑共混微孔渗灌管的新方法，尤其涉及一种造粒制备橡塑共混微孔渗灌管的方法，属于废旧橡胶循环再利用和农业灌溉节水领域。
背景技术：
我国面临着废旧轮胎年产量世界第一和人均淡水资源极为有限的双重难题，其中，农业灌溉用水占总用水量50％，但我国的农田灌溉水有效利用系数仅为0.50，因此，高效环保利用废旧轮胎橡胶解决农业灌溉节水难题具有重要意义。橡塑共混微孔渗灌管相比滴灌管等其他灌溉设施具有更小的地面蒸发损失、节水效果更佳、增产等优势，具有良好的发展应用前景。
王国英等(CN 1113596C)、蔡崇光等(CN 1226340C)及目前所有橡塑共混渗灌管的制备方法均为先将占原料重量比45％～79％的胶粉、多种塑料和多种添加剂在搅拌机内先进行10分钟以上的混合预热，再将混合好的物料加进最高设定温度达到145℃～210℃的挤出机等挤出装置中挤出定型。这类制备方法均采用胶粉和塑料同步处理的工艺，导致挤出成型需要相对较高的塑料占比和力学性能的下降；每个混料批次物料状态的差异和在挤出装置料斗中的进料机理也决定了制品中原料成分不均匀性，导致渗水均匀性较低；高温长时间处理胶粉会导致脱硫，造成制品气味较大；除以上制品不足外，其制备方法也存在不连续、工艺时间较长、效率低、成本较高、不利于连续化生产等缺点。
如前文所述，现有制备橡塑共混微孔渗灌管的方法中，均添加了多种添加剂，尤其发泡剂、发泡助剂最为常见，发泡剂会影响制品的力学性能，王国英等(CN 1113596C)制品拉伸强度为3.8-4.3MPa，蔡崇光等(CN 1226340C)制品拉伸强度3.5-4.0MPa。又如，添加润滑剂，在实验过程中发现会对制品的渗水性能产生影响。多种添加剂还具有易燃等性质，增加了制备过程中的安全隐患。更重要的是，化学添加剂带来了浸泡迁出化学物质造成水质污染的可能性。
发明内容：
本发明的目的在于克服目前橡塑共混微孔渗灌管制备方法中存在的工艺段不连续、时间长、效率低、制备成本高，以及渗水均匀性较低、力学性能较差和气味较大的制品性能问题，提供一种多阶挤出机造粒制备低成本高性能橡塑共混微孔渗灌管的新方法。
本发明的目的是通过以下流程来实现的：一台同向双螺杆挤出机根据机筒节数依次分为活化段、混合段、均化段，一台或两台侧喂料机与同向双螺杆挤出机活化段的最后一节机筒相连，同向双螺杆挤出机均化段机筒与切粒机头及冷却系统相连，冷却系统出料口与一台挤出定型挤出机相连；将废胶粉加入同向双螺杆挤出机喂料装置，同向双螺杆挤出机活化段机筒温度在100℃～120℃，将塑料和增容改性剂加入侧喂料机喂料装置，侧喂料机机筒温度在100℃～180℃，同向双螺杆挤出机混合段温度在120℃～160℃，均化段温度在110℃～150℃，混合好的橡塑共混熔体经由切粒机头及冷却设备造粒，制成橡塑共混粒料，再将该粒料加进挤出定型挤出机，挤出定型挤出机机筒和机头温度在120℃～170℃，整个过程中，同向双螺杆挤出机转速在50～350rpm，侧喂料机转速在10～300rpm，挤出定型挤出机转速在30～200rpm，通过转速控制时间、使物料在整套制备装置内作用2分钟～5分钟后由挤出定型挤出机的机头挤出，成型管温度在120℃～170℃，经过冷却水槽冷却至40℃以下定型，再经过牵引机和包装收卷机，得到包装好的橡塑共混微孔渗灌管成品。
所用废胶粉是载重子午线轮胎的胎面、胎侧、胎顶、胎皮胶粉或轿车轮胎胶粉中的一种或多种混合物，占原料重量比70％～85％为宜。
所用塑料是低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种混合物，占原料重量比10％～25％为宜。
所用增容改性剂是乙烯-醋酸乙烯共聚物、接枝共聚物、饱和型热塑性丁苯橡胶中的一种或多种混合物，占原料重量比5％～15％为宜。
所用同向双螺杆挤出机最好是平行同向双螺杆挤出机或锥形同向双螺杆挤出机的一种。
所用同向双螺杆挤出机螺杆直径或平均螺杆直径28mm～75mm为宜，长径比20:1～48:1为宜，其中活化段、混合段、均化段长度以机筒数量表征，最好分别为2～5节、2～8节、1～4节，每节机筒对应1个加热区，加热区5～12个为宜。
所用侧喂料机最好是单转子或双转子机器中的一种，或用两台任意组合，转子直径或平均转子直径20mm～50mm为宜，长径比8:1～24:1为宜，加热区2～6个为宜。
所用切粒机头及冷却设备最好是多孔机头模具加刀具、风冷或水冷设备的一种。
所用挤出定型挤出机最好是单螺杆挤出机或锥形异向双螺杆挤出机的一种。
所用挤出定型挤出机螺杆直径或平均螺杆直径35mm～90mm为宜，长径比8:1～36:1为宜，加热区3～10个为宜，挤出机头可采用单机头、双机头或多机头的一种。
通过对比考察现有先将胶粉和塑料、添加剂进行混合再挤出定型的橡塑共混微孔渗灌管制备方法和所得制品的性能。发现了胶粉和塑料同步处理过程和混合后再喂料挤出的工艺缺陷、矛盾和由此导致的制品性能影响。本发明打破了现有胶粉和塑料同步处理的工艺方法，通过大量对挤出机选型和组合、螺杆构型和组合、各区段温度控制、切粒机头及冷却设备的设计和组合、转速匹配控制、配方的设计和实验，实现了一种胶粉和塑料通过挤出机区别化处理并连续混合造粒挤出的制备方法，解决了制品渗水均匀性较低、力学性能较差、气味较严重的制品性能问题，也实现了连续化、高效率、低成本的生产过程。
本发明采用同向双螺杆挤出机和侧喂料机将胶粉和塑料分开处理。以相似相容原理为核心，通过在不同温度、时间条件下，螺杆对废胶粉预热剪切实现表面活化的研究，在同向双螺杆挤出机的活化段实现胶粉表面活化；通过在不同温度、时间条件下，不同增容改性剂对不同塑料表面改性的研究，在侧喂料机中实现了塑料的熔融塑化和改性；通过对混炼过程中胶粉在塑料连续相中的均匀分散研究，使得在不同工艺条件下得到得活化胶粉和改性塑料在同向双螺杆挤出机混合段实现了大量胶粉在少量塑料连续相中的均匀混合分布，显著提高了微孔渗灌管的渗水均匀性；同时，在同向双螺杆挤出机混合段混炼过程中，由于相似相容，活化后的胶粉在塑料连续相中的结合能够更紧密，形成稳固的分散相容结构，这种稳固的分散相容结构，是制品力学性能强的根本保证，同时能够提高胶粉在配方中的占比，减少塑料使用量，较高的胶粉占比可以增加微孔的数量扩大微孔的孔径，因此省去了发泡剂及其他助剂，有效降低成本并且提高了抗阻塞性能，更重要的是避免了加工过程中易燃添加剂的安全隐患和化学添加剂带来的浸泡迁出化学物质造成水质污染的可能性。混合后的橡塑共混熔体通过同向双螺杆挤出机均化段、切粒机头均匀稳定地挤出造粒，再经过冷却设备冷却，该种方法制备的橡塑共混粒料是成分均匀的粒料，解决了料斗进料机理导致的进料不均匀问题，该粒料进入挤出定型挤出机熔融塑化快速挤出定型，胶粉在整个工艺过程中相比其他工艺方法处理温度更低、时间明显缩短，不会因脱硫产生较为严重的气味，有助于输水、渗水过程中的环境安全。根据以上方法，考虑到当使用多种塑料并且其熔融温度存在较大差异时，可使用两台侧喂料机分别处理。同时，该挤出定型挤出机可以采用单机头、双机头甚至多机头共挤的方式，进一步提高了生产效率。
本发明通过以上制备方法，不仅实现了低成本高性能橡塑共混微孔渗灌管的制备，而且将胶粉和塑料、增容改性剂分别加入到喂料装置后，即可在包装收卷机处进行成品包装，再无其他操作，物料在整套装置中处理2～5分钟，实现了全过程连续化和高效化，完全适用于大规模连续化生产。
附图说明：
图1是本发明工艺路线示意图。其中，1-同向双螺杆挤出机；2-同向双螺杆挤出机喂料装置；3-侧喂料机喂料装置；4-侧喂料机；5-切粒机头及冷却设备；6-挤出定型挤出机。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述。
实施例1：同向双螺杆挤出机1选用长径比20:1、平均螺杆直径60mm锥形同向双螺杆挤出机一台；侧喂料机4选用长径比24:1、转子直径40mm单转子机器一台；切粒机头及冷却设备5选用多孔机头模具、环向刀具和水冷设备；挤出定型挤出机6选用长径比20:1、平均螺杆直径70mm锥形异向双螺杆挤出机一台，机头采用双机头。同向双螺杆挤出机1活化段机筒数量为2节，温度依次为100℃、120℃，混合段机筒数量为2节，温度依次为150℃、160℃，均化段机筒数量为1节，温度为140℃；侧喂料机4有6个加热区，温度依次为130℃、150℃、170℃、170℃、170℃、160℃；挤出定型挤出机6有6个加热区，温度依次为120℃、130℃、150℃、150℃、150℃、130℃。待温度达到设定温度并稳定后，将占原料重量比70％的废旧载重子午线轮胎胎侧胶粉加进同向双螺杆挤出机喂料装置2，将占原料重量比10％的高密度聚乙烯、15％的低密度聚乙烯和5％的乙烯-醋酸乙烯共聚物加进侧喂料机喂料装置3。依次启动挤出定型挤出机6、切粒机头及冷却设备5、同向双螺杆挤出机1、侧喂料机4，再启动同向双螺杆挤出机喂料装置2和侧喂料机喂料装置3开始进料。此时同向双螺杆挤出机1转速为150rpm，侧喂料机4转速为80rpm，挤出定型挤出机6转速为150rpm，物料在整套制备装置内作用4分钟，挤出成型管温度为150℃，经过冷却水槽冷却至30℃。
所制备的橡塑共混微孔渗灌管外径20mm，壁厚3.5mm，拉伸强度5.0MPa，地面0.05MPa进水压力下渗水量大约15L/(m×h)，渗水均匀度80％以上，在鼻子贴近橡塑共混微孔渗灌管的外壁情况下，所闻到的气味浓度明显小于市售同类产品，埋入地下通水实验表明在相同进水压力下，该橡塑共混微孔渗灌管经过长时间渗水，其渗水量的变化率比市售同类产品小20％以上，达到抗阻塞性能增强的效果。
实施例2：同向双螺杆挤出机1选用长径比36:1、螺杆直径30mm平行同向双螺杆挤出机一台；侧喂料机4选用长径比10:1、转子直径20mm双转子机器一台；切粒机头及冷却设备5选用多孔机头模具、环向刀具和风冷设备；挤出定型挤出机6选用长径比12:1、螺杆直径40mm单螺杆挤出机一台，机头采用单机头。同向双螺杆挤出机1活化段机筒数量为3节，温度依次为100℃、110℃、110℃，混合段机筒数量为5节，温度依次为130℃、140℃、145℃、145℃、140℃，排料段机筒数量为1节，温度为130℃；侧喂料机4有2个加热区，温度依次为130℃、150℃；挤出定型挤出机6有4个加热区，温度依次为120℃、140℃、140℃、130℃。待温度达到设定温度并稳定后，将占原料重量比80％的废旧载重子午线轮胎胎顶胶粉加进同向双螺杆挤出机喂料装置2，将占原料重量比12％的高密度聚乙烯、4％的马来酸酐接枝、4％的饱和型热塑性丁苯橡胶加进侧喂料机喂料装置3。依次启动挤出定型挤出机6、切粒机头及冷却设备5、同向双螺杆挤出机1、侧喂料机4，再启动同向双螺杆挤出机喂料装置2和侧喂料机喂料装置3开始进料。此时同向双螺杆挤出机1转速为240rpm，侧喂料机4转速为150rpm，挤出定型挤出机6转速为180rpm，物料在整套制备装置内作用3分钟，挤出成型管温度为140℃，经过冷却水槽冷却至30℃。
所制备的橡塑共混微孔渗灌管外径12mm，壁厚2mm，拉伸强度4.6MPa，地面0.05MPa进水压力下渗水量大约8L/(m×h)，渗水均匀度80％以上，在鼻子贴近橡塑共混微孔渗灌管的外壁情况下，所闻到的气味浓度明显小于市售同类产品，埋入地下通水实验表明在相同进水压力下，该橡塑共混微孔渗灌管经过长时间渗水，其渗水量的变化率比市售同类产品小20％以上，达到抗阻塞性能增强的效果。
实施例3：同向双螺杆挤出机1选用长径比28:1、螺杆直径75mm平行同向双螺杆挤出机一台；侧喂料机4选用长径比16:1、转子直径50mm双转子机器一台；切粒机头及冷却设备5选用多孔机头模具、环向刀具和水冷设备；挤出定型挤出机6选用长径比16:1、螺杆直径90mm单螺杆挤出机一台，机头采用多机头。同向双螺杆挤出机1活化段机筒数量为2节，温度依次为100℃、120℃，混合段机筒数量为4节，温度依次为150℃、165℃、165℃、150℃，排料段机筒数量为1节，温度为140℃；侧喂料机4有4个加热区，温度依次为140℃、170℃、180℃、170℃；挤出定型挤出机5有5个加热区，温度依次为120℃、140℃、150℃、150℃、145℃。待温度达到设定温度并稳定后，将占原料重量比30％的废旧载重子午线轮胎胎皮胶粉和55％的胎侧胶粉加进同向双螺杆挤出机喂料装置2，将占原料重量比10％的聚丙烯和5％的饱和型热塑性丁苯橡胶加进侧喂料机喂料装置3。依次启动挤出定型挤出机6、切粒机头及冷却设备5、同向双螺杆挤出机1、侧喂料机4，再启动同向双螺杆挤出机喂料装置2和侧喂料机喂料装置3开始进料。此时同向双螺杆挤出机1转速为200rpm，侧喂料机4转速为120rpm，挤出定型挤出机6转速为150rpm，物料在整套制备装置内作用3.5分钟，挤出成型管温度为150℃，经过冷却水槽冷却至30℃。
所制备的橡塑共混微孔渗灌管外径16mm，壁厚2.5mm，拉伸强度4.8MPa，地面0.05MPa进水压力下渗水量大约13L/(m×h)，渗水均匀度80％以上，在鼻子贴近橡塑共混微孔渗灌管的外壁情况下，所闻到的气味浓度明显小于市售同类产品，埋入地下通水实验表明在相同进水压力下，该橡塑共混微孔渗灌管经过长时间渗水，其渗水量的变化率比市售同类产品小20％以上，达到抗阻塞性能增强的效果。

Claims (10)

1.一种多阶挤出机造粒制备橡塑共混微孔渗灌管的方法，其特征是：一台同向双螺杆挤出机根据机筒节数依次分为活化段、混合段、均化段，一台或两台侧喂料机与同向双螺杆挤出机活化段的最后一节机筒相连，同向双螺杆挤出机均化段机筒与切粒机头及冷却系统相连，冷却系统出料口与一台挤出定型挤出机相连；将废胶粉加入同向双螺杆挤出机喂料装置，同向双螺杆挤出机活化段机筒温度在100℃～120℃，将塑料和增容改性剂加入侧喂料机喂料装置，侧喂料机机筒温度在100℃～180℃，同向双螺杆挤出机混合段温度在120℃～160℃，均化段机筒温度在110℃～150℃，混合好的橡塑共混熔体经由切粒机头及冷却设备造粒，制成橡塑共混粒料，再将该粒料加进挤出定型挤出机，挤出定型挤出机机筒和机头温度在120℃～170℃，整个过程中，同向双螺杆挤出机转速在50～350rpm，侧喂料机转速在10～300rpm，挤出定型挤出机转速在30～200rpm，通过转速控制时间、使物料在整套制备装置内作用2分钟～5分钟后由挤出定型挤出机的机头挤出，成型管温度在120℃～170℃，经过冷却水槽冷却至40℃以下定型，再经过牵引机和包装收卷机，得到包装好的橡塑共混微孔渗灌管成品；废胶粉占原料重量比为70％～85％，塑料占原料重量比为10％～25％，增容改性剂占原料重量比为5％～15％。
2.根据权利要求1的方法，其特征是所用废胶粉是载重子午线轮胎的胎面、胎侧、胎顶、胎皮胶粉或轿车轮胎胶粉中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1的方法，其特征是所用塑料是低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种混合物。
4.根据权利要求1的方法，其特征是所用增容改性剂是乙烯-醋酸乙烯共聚物、接枝共聚物、饱和型热塑性丁苯橡胶中的一种或多种混合物。
5.根据权利要求1的方法，其特征是所用同向双螺杆挤出机是平行同向双螺杆挤出机或锥形同向双螺杆挤出机中的一种。
6.根据权利要求1或5的方法，其特征是所用同向双螺杆挤出机螺杆直径或平均螺杆直径是28mm～75mm，长径比为20:1～48:1，其中活化段、混合段、均化段长度以机筒数量表征，分别为2～5节、2～8节、1～4节，每节机筒对应1个加热区，加热区为5～12个。
7.根据权利要求1的方法，其特征是所用侧喂料机为单转子或双转子机器中的一种，或用两台任意组合，转子直径或平均转子直径是20mm～50mm，长径比为8:1～24:1，加热区为2～6个。
8.根据权利要求1的方法，其特征是所用切粒机头是多孔机头模具加刀具；冷却设备是是风冷或水冷设备中的一种。
9.根据权利要求1的方法，其特征是所用挤出定型挤出机为单螺杆挤出机或锥形异向双螺杆挤出机中的一种。
10.根据权利要求1或9的方法，其特征是所用挤出定型挤出机螺杆直径或平均螺杆直径为35mm～90mm，长径比为8:1～36:1，加热区为3～10个，挤出机头采用单机头、双机头或多机头中的一种。
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