CN109263006B - 一种多阶混合机连续高效制备低成本高性能橡塑共混微孔渗灌管的方法 - Google Patents

一种多阶混合机连续高效制备低成本高性能橡塑共混微孔渗灌管的方法 Download PDF

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Abstract

一种制备橡塑共混微孔渗灌管的装置及方法，属于废旧橡胶循环再利用领域。利用三台高速混合机、一台低速混合机、一台喂料机、一台挤出定型挤出机、冷却水槽等，经过1号高速混合机预热活化的胶粉和经过2号高速混合机预热的塑料和增容改性剂在3号高速混合机混合后，进入低速混合机保温储存，低速混合机通过喂料机连续定量地给挤出定型挤出机供料挤出，冷却定型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，以及传统单台混合机间歇性混料带来的不连续、制品渗水均匀性较差的问题，还节省了添加剂。具有低成本、力学性能增强、气味小、抗阻塞等优点。

Description

一种多阶混合机连续高效制备低成本高性能橡塑共混微孔渗 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，尤其涉及一种多阶混合机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、效率低、成本较高、不利于规模化生产等缺点。
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、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，提供一种多阶混合机连续高效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：1号高速混合机和2号高速混合机的排料口分别和3号高速混合机的进料口相连，3号高速混合机的排料口与低速混合机进料口相连，低速混合机排料口与喂料机相连，喂料机与挤出定型挤出机相连；将废胶粉加入1号高速混合机，1号高速混合机混合时间在2～4分钟，将塑料和增容改性剂加入2号高速混合机，2号高速混合机混料时间在8～10分钟，1号高速混合机和2号高速混合机混合好后，同时向3号高速混合机排料，3号高速混合机混料时间在1～2分钟，混合好的物料温度大约在100～120℃，再进入低速混合机储存保温，低速混合机内的物料通过喂料机连续定量地进入挤出定型挤出机，挤出定型挤出机机筒和机头温度在120℃～170℃，转速在30～200rpm，物料在挤出定型挤出机内熔融塑化并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。
所用三台高速混合机有效容积最好在100～600L，均需要带有搅拌桨叶，搅拌速度最好在250～750rpm，可带有通导热介质的夹套。
所用低速混合机有效容积最好在600～2000L，需要带有搅拌桨叶，搅拌速度最好在5～40rpm，可带有通导热介质的夹套。
所用喂料机最好是单转子或双转子输送机中的一种。
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12:1～36:1为宜，加热区4～10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取出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，通过大量对混合机选型和组合、搅拌桨叶构型和组合、各混合机混料时间控制、配方的设计和实验，实现了一种胶粉和塑料通过不同混合机区别化处理并能够连续喂料挤出的制备方法，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。
本发明采用两台高速混合机将胶粉和塑料分开处理。以相似相容原理为核心，通过在不同搅拌速度、不同混合时间条件下，搅拌桨叶对胶粉预热剪切实现表面活化的研究，在1号高速混合机内实现胶粉表面活化；通过在不同搅拌速度、不同混合时间条件下，不同增容改性剂对不同塑料表面改性所需的温度条件的研究，在2号高速混合机内实现了塑料和增容改性剂的预热和混合；通过在不同搅拌速度、不同混合时间条件下，对混合过程中活化胶粉、塑料和增容改性剂之间混合均匀程度的研究，在3号高速混合机内实现了少量塑料和增容改性剂在大量胶粉中的均匀混合分布，并且在低速混合机的持续搅拌下，能够通过喂料机将这种均匀分布的物料连续定量地输送到挤出定型挤出机中，显著提高了微孔渗灌管的渗水均匀性；同时，由于相似相容，在熔融塑化过程中，活化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。混合后的物料通过喂料机连续定量地进入挤出定型挤出机，在温度较低的挤出定型挤出机中快速挤出定型，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，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、增容剂分别加入到1号和2号高速混合机后，即可在包装收卷机处进行成品包装，再无其他操作，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。如果在1号和2号高速混合机前采用自动化上料系统，生产效率会进一步提升。
附图说明：
图1是本发明工艺路线示意图。其中，1-1号高速混合机；2-2号高速混合机；3-3号高速混合机；4-低速混合机；5-喂料机；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1：1号高速混合机1有效容积400L，单桨叶，搅拌速度250rpm；2号高速混合机2有效容积300L，双桨叶，搅拌速度350rpm；3号高速搅拌机3有效容积600L，双桨叶，搅拌速度350rpm；低速混合机4有效容积1200L，单桨叶，搅拌速度40rpm；喂料机5选用单转子输送机一台；挤出定型挤出机6选用长径比36:1、平均螺杆直径50mm锥形异向双螺杆挤出机一台，机头采用双机头。挤出定型挤出机6有10个加热区，温度依次为120℃、140℃、140℃、150℃、150℃、150℃、150℃、140℃、130℃、130℃，待温度达到设定温度并稳定后，将占原料重量比70％废旧载重子午线轮胎胎侧胶粉加进1号高速混合机1，将占原料重量比10％高密度聚乙烯、15％聚乙烯和5％乙烯-醋酸乙烯共聚物加进2号高速混合机2。先启动2号高速混合机2，混合8分钟后，再启动1号高速混合机1，1号高速混合机1和2号高速混合机2继续混合2分钟后，将1号混合机1和2号高速混合机2内的物料同时排入到3号高速混合机3内，混合2分钟后物料温度大约为110℃，再排料至低速混合机4，物料进入低速混合机4后，喂料机5即可开始给挤出定型挤出机6连续定量喂料，挤出定型挤出机6转速为150rpm，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2：1号高速混合机1有效容积300L，单桨叶，搅拌速度350rpm；2号高速混合机2有效容积200L，双桨叶，搅拌速度750rpm；3号高速搅拌机3有效容积500L，双桨叶，搅拌速度750rpm；低速混合机4有效容积1000L，单桨叶，搅拌速度20rpm；喂料机5选用双转子输送机一台；挤出定型挤出机6选用长径比12:1、螺杆直径35mm单螺杆挤出机一台，机头采用单机头。挤出定型挤出机6有4个加热区，温度依次为130℃、140℃、160℃、150℃，待温度达到设定温度并稳定后，将占原料重量比80％废旧载重子午线轮胎胎顶胶粉加进1号高速混合机1，将占原料重量比12％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2号高速混合机2。先启动2号高速混合机2，混合7分钟后，再启动1号高速混合机1，1号高速混合机1和2号高速混合机2继续混合3分钟后，将1号混合机1和2号高速混合机2内的物料排入到3号高速混合机3内，混合2分钟后物料温度大约为120℃，再排料至低速混合机4，物料进入低速混合机4后，喂料机5即可开始给挤出定型挤出机6连续定量喂料，挤出定型挤出机6转速为180rpm，挤出成型管温度为160℃，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3：1号高速混合机1有效容积400L，双桨叶，搅拌速度500rpm；2号高速混合机2有效容积300L，双桨叶，搅拌速度750rpm；3号高速搅拌机3有效容积600L，双桨叶，搅拌速度750rpm；低速混合机4有效容积2000L，单桨叶，搅拌速度35rpm；喂料机5选用双转子输送机一台；挤出定型挤出机6选用长径比24:1、螺杆直径90mm单螺杆挤出机一台，机头采用多机头。挤出定型挤出机6有7个加热区，温度依次为130℃、140℃、150℃、170℃、170℃、160℃、150℃，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1号高速混合机1，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2号高速混合机2。先启动2号高速混合机2，混合5分钟后，再启动1号高速混合机1，1号高速混合机1和2号高速混合机2继续混合4分钟后，将1号混合机1和2号高速混合机2内的物料排入到3号高速混合机3内，混合2分钟后物料温度大约为120℃，再排料至低速混合机4，物料进入低速混合机4后，喂料机5即可开始给挤出定型挤出机6连续定量喂料，挤出定型挤出机6转速为130rpm，挤出成型管温度为170℃，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 (9)

1.一种多阶混合机连续高效制备低成本高性能橡塑共混微孔渗灌管的方法，其特征是：1号高速混合机和2号高速混合机的排料口分别和3号高速混合机的进料口相连，3号高速混合机的排料口与低速混合机进料口相连，低速混合机排料口与喂料机相连，喂料机与挤出定型挤出机相连；将废胶粉加入1号高速混合机，1号高速混合机混合时间在2～4分钟，将塑料和增容改性剂加入2号高速混合机，2号高速混合机混料时间在8～10分钟，1号高速混合机和2号高速混合机混合好后，同时向3号高速混合机排料，3号高速混合机混料时间在1～2分钟，混合好的物料温度在100～120℃，再进入低速混合机储存保温，低速混合机内的物料通过喂料机连续定量地进入挤出定型挤出机，挤出定型挤出机机筒和机头温度在120℃～170℃，转速在30～200rpm，物料在挤出定型挤出机内熔融塑化并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。
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，占原料重量比为70％～85％。
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，占原料重量比为10％～25％。
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，占原料重量比为5％～15％。
5.根据权利要求1的方法，其特征是所用三台高速混合机有效容积在100～600L，均带有搅拌桨叶，搅拌速度在250～750rpm，带有通导热介质的夹套。
6.根据权利要求1的方法，其特征是所用低速混合机有效容积在600～2000L，带有搅拌桨叶，搅拌速度在5～40rpm，带有通导热介质的夹套。
7.根据权利要求1的方法，其特征是所用喂料机为单转子或双转子输送机中的一种。
8.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。
9.根据权利要求1或8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12:1～36:1，加热区为4～10个，挤出机头采用单机头、双机头或多机头的一种。
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