CN110154359A - 一种采用同向双螺杆挤出精炼和细化再生胶的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用同向双螺杆挤出机连续低温塑化和细化再生胶的方法,属废旧橡胶循环再生利用领域。将40℃~50℃的脱硫胶粉通过料斗加入到挤出机内,在同向双螺杆挤出机高速转动下往前输送胶粉,同时在挤出机的螺杆和机筒内通入5℃~15℃循环冷却水,在低温条件下,可达到降低脱硫胶粉的门尼粘度,减小胶粉内大分子的粒径,打碎分子内无机填料颗粒,从而提高再生胶的细度。由于同向双螺杆挤出机对物料具有强大的拉伸、混合和输送作用,加上利用两根螺杆之间以及螺杆与机筒之间的微小间隙形成强大的剪切作用,不仅降低脱硫胶粉门尼粘度使其流动性提高,而且使再生胶内部分子变得小而均匀。该发明不仅能够降低脱硫胶粉门尼粘度,而且能够细化再生胶。
Description
技术领域:
本发明涉及一种提高再生胶细化程度,降低脱硫胶粉门尼粘度的新装置和方法,特别涉及采用同向双螺杆挤出机连续低温挤出精炼和改善再生胶细度,属于废旧橡胶循环再利用领域。
背景技术:
橡胶是我国重大的战略资源之一,我国每年需要大量进口橡胶。同时,废轮胎是工业有害固体废弃物的一种,其回收利用是一个世界性的难题,根据2015年数据统计,我国废旧轮胎每年的产生量已1200万吨,而回收使用量仅550万吨,循环回收率只有大约46%。
再生胶生产过程是将废旧橡胶制品先经过破碎制成胶粉,再经过脱硫再生、精炼等物理化学过程,使其从弹性状态变为具有一定粘性和塑性的状态。将再生胶应用于橡胶制品中,可以有效地缓解废轮胎积累和橡胶资源短缺带来的环境和资源问题。传统的生产工艺会严重污染环境,该污染主要来源于脱硫工序和精炼工序。在脱硫工序中,经过高温高压动态脱硫罐的一系列反应,在排料过程中,会产生大量具有恶臭味的液体与有毒气体,导致严重的水污染和空气污染;在精炼工序中,多台高速剪切的双辊精炼机在开放式的中高温环境下工作,导致严重的烟气污染。同时,开炼机生产的效率低下,生产过程不连续,人力成本高,对人体健康有危害。
螺杆挤出机连续精炼挤出制备再生胶是行业推广的生产方式,这种方式清洁、连续、环保,且对脱硫胶粉具有很强的剪切和拉伸作用,能够有效的降低脱硫胶粉的门尼粘度,提高再生胶的加工性能。行业内很多企业均开始研发、设计和使用螺杆挤出机,以此代替精炼机,但是目前仍然存在着很多问题,比如挤出过程不稳定、门尼粘度降低幅度小,因脱硫不均造成的胶粉内部大分子粒径差别大,细化程度低等问题。针对以上问题,本发明优化设计了挤出机的螺杆参数和构型,改善了脱硫胶粉的挤出流道,对其施加更高的剪切作用和拉伸作用,更大程度地破坏胶粉内部大分子和打碎残余的无机硬质填料颗粒,提高再生胶细化程度和降低门尼粘度。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种同向双螺杆挤出机,能够在低温条件下,大幅度降低脱硫胶粉的门尼粘度,特别是相对于其他设备,能够减小胶体内大分子的粒径,打碎分子内无机填料和硬质颗粒,提高再生胶的细化程度。
一种采用同向双螺杆挤出精炼和细化再生胶的方法,其生产过程为将温度为40℃~50℃的脱硫胶粉加入料斗内,启动双螺杆主机开始进料,并打开挤出机芯轴和机筒的冷却水阀门,通入5℃~15℃循环冷却水,使脱硫胶粉在低温环境下进行剪切精炼。由于脱硫胶粉受到剪切作用会产生大量的热量,在通入冷却循环水后,通过控制水路的阀门大小,使挤出机每节机筒的温度低于65℃。脱硫胶粉挤出机内连续精炼1min~3min后由从出口挤出颗粒状再生胶,物料温度在95℃~110℃,经过冷却装置冷却至40℃,得到所制备的颗粒再生胶。
所使用的原料是由废旧载重子午线轮胎的全胎、胎顶、胎皮胶粉中的一种或多种混合物,胶粉目数在20~40目之间为宜,经过高温脱硫后产生的脱硫胶粉,温度为40℃~50℃,门尼粘度值为80~170。
所使用的同向双螺杆挤出机的构成:两根相互啮合的同向双螺杆平行放置于机筒内,双螺杆的螺槽与机筒内表面之间的空隙构成了脱硫胶粉流动的流道。双螺杆左端与变速箱相连,变速箱通过联轴器与电机相连。在双螺杆芯轴和每节机筒上开有冷却水进口和冷却水出口,同时在每节机筒下方连接热电偶来测量温度。在挤出机上方安装一个料斗,右端为物料的出口。上述整套装置由底座支撑。
所使用的双螺杆是两根全啮合平行放置的同向旋转的螺杆,直径是75mm~120mm,长径比是20:1~48:1。双螺杆之间的间隙为1mm~1.2mm,螺杆与机筒的间隙为1mm~1.5mm。
螺杆由多种类型的螺纹元件排列组合而成,所使用的双螺杆的螺纹元件有正向输送元件,反向输送元件,不同厚度的啮合块以及齿形盘。
对市场上精炼设备的流场分布进行数值模拟,研究其剪切速率场、剪切应力场以及粘度场的分布情况,并分析了精炼机制备再生胶产品的力学性能和加工性能。通过对比不同的长径比、螺杆构型和流道形状在物料精炼过程中剪切速率场、剪切应力场以及粘度场的差异,在此基础上,本发明结合橡胶在精炼过程中的受力情况,对螺杆的设计进行了优化,主要体现在螺杆的混炼段增加了啮合块的个数,在螺杆的出料口安装了一对齿形盘原件。同时为了能进一步细化再生胶,减小胶体的大分子粒径,破碎残余的填料颗粒,本发明改变了双螺杆之间的间隙和螺杆与机筒的间隙,优化了物料的挤出流道。
本发明所使用的同向双螺杆挤出机可以在再生胶生产线中使用,与原材料计量输送、脱硫、多级精炼和冷却构成自动化生产线,也可以单独作为精炼设备使用。生产过程具有连续化、自动化和清洁化的特点,大量节省了人力。再生胶产品最终呈颗粒状,不仅有利于胶体的降温,也提高了贮存的安全性。
本发明制备的再生胶相比脱硫胶粉下降了60~70门尼粘度,精炼效果优异。再生胶颗粒外表面光洁,且将再生胶产品做成橡胶止水带,样品表面光滑平整,截面紧致而密实,几乎无缺陷存在。脱硫胶粉在螺杆高速转动的过程中受到强大的剪切力,彻底破坏再生胶中的等填料网络引起的硬质结构,并打开内部较大分子链,保证了再生胶的颗粒小而均匀。
本发明制备的再生胶门尼粘度反弹小,力学性能稳定。传统精炼机生产的再生胶呈块状,在下游混炼时先打开再生胶块,能耗高。由于本产品呈颗粒状,可以直接进行混炼,大量节约了能耗与人力成本。脱硫胶粉在密闭低温的环境中经过精炼后转变为再生胶,消除了有毒臭味气体与液体的污染,改善了工作环境。
附图说明
图1为同向双螺杆挤出机结构示意图。
1三相异步电动机,2联轴器,3变速箱,4螺杆,5料斗,6机筒,7排气口,8螺杆冷却水进出口,9出料口,10热电偶,11机筒冷却水进口,12机筒冷却水出口,13分水器,14底座。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步阐述。
同向双啮合双螺杆4平行放置在机筒6中,双螺杆4与变速箱3相连,变速箱3通过联轴器2与三相异步电动机1相连,双螺杆芯轴与机筒内部开设了冷却水通道,其中,双螺杆芯轴与螺杆冷却水进出口8相连,机筒外装有机筒冷却水进口11和机筒冷却水出口12。机筒外部安装了分水器13,与冷却水进出口相连。机筒开设有脱硫胶粉进口与颗粒状再生胶出口,脱硫胶粉进口上安置有料斗5,颗粒状再生胶出口与出料口9相连。以上整套装置安放在底座14上,构成本发明同向双螺杆挤出机。
实施例1:将废旧全胎脱硫胶粉(门尼:140,温度40℃~50℃)加入到料斗5中,启动同向双螺杆挤出机(D=120mm,长径比48:1)的电机1,转速为40r/min,低速旋转,使物料慢慢进入挤出机。挤出机双螺杆分为物料输送段、预剪切段、强剪切段和降温输送段。待物料从挤出机出料口9出料时,缓慢将螺杆转速提升至150r/min,并打开挤出机的螺杆冷却水进出口8,机筒冷却水进口11和机筒冷却水出口12,使8℃~10℃的冷却水在挤出机中循环流动。通过控制螺杆冷却水进出口8,机筒冷却水进口11和机筒冷却水出口12阀门的大小,使机筒的温度控制在65℃以下,尽量保证脱硫胶粉在低温的环境下剪切精炼。在150r/min的转速下,物料在40s~60s之后从出料口挤出,形状为颗粒状,温度为95℃~110℃。经检测门尼粘度为72,拉伸强度为10MPa,断裂伸长率为400%。在橡胶止水带生产中,将此再生胶经过混炼和硫化之后的产品表面光滑平整,横截面紧致密实,说明再生胶在精炼过程中塑化均匀。
实施例2:将本设备用于制备高强力颗粒再生胶产品,所用原料为废旧载重子午胎分割出的胎皮部分磨成的胶粉,将此胶粉与芳烃油按照6:1的比例混合后制备成脱硫胶粉(门尼:170,温度40℃~50℃)。启动同向双螺杆挤出机(D=112mm,长径比32:1)的电机1,转速为40r/min,使物料慢慢进入挤出机,并打开挤出机的螺杆冷却水进出口8,机筒冷却水进口11和机筒冷却水出口12,使8℃~10℃的冷却水在挤出机中循环流动。待物料从挤出机出料口9出料时,缓慢将螺杆转速提升至150r/min。通过控制螺杆冷却水进出口8,机筒冷却水进口11和机筒冷却水出口12阀门的大小,将机筒内部的热量通过冷却水排出,使机筒的温度控制在65℃以下,尽量保证脱硫胶粉在低温的环境下剪切精炼。物料在40s~60s之后从出料口挤出,形状为颗粒状,温度为95℃~110℃。经检测门尼粘度为88,拉伸强度为14MPa,断裂伸长率为420%。产品为高强力的再生胶颗粒,主要用于载重轮胎等橡胶制品中,成品内部及表面密实,说明胶体颗粒精细且均匀。
以上具体实施方式所述,仅为用以说明本发明的实例,而并非限制本发明所描述的技术方案;因此,尽管参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明,但是,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离本发明提出的保护范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种采用同向双螺杆挤出机连续低温塑化和细化再生胶的方法,其特征是:将两根全啮合同向双螺杆以下简称为双螺杆平行放置在机筒内;双螺杆与变速箱相连,变速箱通过联轴器与驱动电机相连;机筒开设有脱硫胶粉进口与颗粒状再生胶出口,其中脱硫胶粉出口上设有料斗来存放物料;双螺杆芯轴内部和机筒内部设置冷却水通道,机筒外侧设置机筒夹套,夹套设置冷却水进口和冷却水出口,便于冷却水在精炼设备内部循环降温;在每个机筒底部安装热电偶测温;以上所述的整套设备固定在底座上。
2.根据权利要求1的方法,其特征是原料为温度40℃~50℃,门尼粘度值80~170的脱硫胶粉。
3.根据权利要求1的方法,其特征是同向双螺杆挤出机的直径是75mm~120mm,长径比是20:1~48:1,双螺杆之间的间隙为1mm~1.2mm,螺杆与机筒的间隙为1.0mm~1.5mm。
4.应用权利要求1的方法时,其特征是在启动主机后,将40℃~50℃的脱硫胶粉加入到同向双螺杆挤出机内,同时打开挤出机芯轴和机筒冷却水阀门,在其内部通入5℃~15℃循环冷却水,使脱硫胶粉在低温的环境下进行剪切拉伸;由于脱硫胶粉在精炼过程中会产生大量的热量,在通入冷却水后,通过控制水路的阀门,使挤出机每节机筒的温度均低于65℃;脱硫胶粉在挤出机内连续精炼1min~3min后由从出口挤出颗粒状再生胶,物料温度在95℃~110℃,经过冷却装置冷却至40℃以下,得到所制备的再生胶。
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