CN110691678A - 用于制备旨在用于弹性体产品的复合材料的连续液体混合 - Google Patents

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Abstract

提供了根据所选的橡胶混合物配方制备复合材料的连续液体混合方法及其系统。在凝集物制备机构的预定凝集物制备区域内形成凝集物。使形成的凝集物脱水并转化成粒化材料，然后将粒化材料输送到混合机构(40)。将粒化材料计量添加至互补混合器(46)，粒化材料在混合器(46)的预定区域内受控地前进，使得对于每个区域，粒化材料的停留时间得到控制，并且在下游输送之前实现粒化材料的目标温度。复合材料以橡胶材料半成品的形式从混合器(46)排出。

Description

用于制备旨在用于弹性体产品的复合材料的连续液体混合
技术领域
本发明涉及使用连续液体混合来制备旨在用在弹性体成品和半成品中的复合材料。
背景技术
母料(masterbatch)是一种弹性体复合材料，在所述弹性体复合材料中引入配料连同其他任选添加剂(术语“弹性体母料组合物”、“母料组合物”和“母料”可互换)。母料通常用于制备橡胶组合物，例如用于制造轮胎或轮胎半成品(包括但不限于成型产品，例如胎面)。
已知通过连续液体混合来获得母料。在这种情况下，在实现弹性体复合材料时，通过凝集实现液体混合物(例如，弹性体乳液和配料浆料的混合物)向粘弹性固体的转变。凝集通过反应造成取决于进入成分的动态可变产率。许多乳液聚合中形成凝集物，形成的凝集物的类型和量取决于聚合物体系、聚合配方和技术。例如，浓缩浆料会缩短凝固时间，并且还会限制要提取和处理的水体积。存在用于制备弹性体复合材料的多种方法，这些方法的示例公开于美国专利号6,048,923和6,075,084和日本专利号JP5139610。
然后通常将母料引入捏合工具以引入硫化添加剂，从而制备最终组合物，所述最终组合物准备引入橡胶产品例如轮胎。由于在轮胎制备期间需要考虑多种类型的母料组合物，本发明有利地使连续液体混合方法适用于不连续系统。
发明内容
本发明提供了一种根据所选的橡胶混合物配方制备复合材料的连续液体混合方法。所述方法包括在凝集物制备机构的预定凝集物制备部段内形成凝集物的步骤。使凝集物脱水并且转化成粒化材料。将粒化材料输送到混合机构并且计量添加到互补混合器中。在互补混合器中的预定区域内使粒化材料受控地前进，使得对于每个区域，粒化材料的停留时间得到控制，并且在下游输送之前实现粒化材料的目标温度。从互补混合器中以橡胶材料半成品的形式排出复合材料。
混合器中的预定区域包括进料区域，在所述进料区域中将粒化材料进料至挤出机，所述挤出机使粒化材料转化成挤出物。在一些实施方案中，挤出机可以是双螺杆挤出机。干燥区域位于进料区域的下游并且终止于蒸汽提取器，所述蒸汽提取器排空从干燥区域的挤出物中提取的残留水。混合区域位于干燥区域的下游并且沿着混合器的介于蒸汽挤出机和挤出机出口之间的部分限定，混合器从所述挤出机出口排出橡胶材料半成品。
在一些实施方案中，所述方法还包括如下步骤：在添加剂计量位置处将一种或多种添加剂引入混合区域，在所述添加剂计量位置处挤出物达到引入添加剂的预定目标温度。随后在硫化剂计量位置处将一种或多种硫化剂添加至混合区域，在所述硫化剂计量位置处挤出物达到引入硫化剂的预定目标温度。对于一些这样的实施方案，设置在添加剂计量位置处的添加剂计量器实现了将一种或多种添加剂引入混合区域，并且设置在硫化剂计量位置处的硫化剂计量器实现了将一种或多种硫化剂引入混合区域。
挤出机控制挤出物的下游输送，使得挤出物在混合区域中的添加剂计量位置和硫化剂计量位置的每一者处实现最小停留时间。
凝集物制备机构的凝集物制备部段包括凝集物混合器，所述凝集物混合器与储存弹性体乳液的乳液储罐和储存浆料的浆料储罐的每一者流体连通，在所述浆料中配料颗粒分散在水中。均质化部段设置成与凝集物混合器流体连通并且位于其下游。均质化部段包括可旋转地设置在大致环形的均质化室内的具有预定长度的螺旋形的均质化搅拌器。捏合部段设置成与均质化器流体连通并且位于其下游。捏合部段包括可旋转地设置在大致环形的捏合室内的具有预定长度的大致螺旋形的捏合搅拌器。纹理化部段设置成与捏合部段流体连通并且位于其下游。纹理化部段包括可旋转地设置在纹理化室内的具有预定长度的通常螺旋形的纹理化搅拌器并且具有出口范围，凝集物制备机构从所述出口范围排出凝集物。
凝集物混合器选自如下之一：包括混合区域的凝集物混合器，在所述混合区域中使弹性体乳液的流和浆料的流接触，其中一个流进入另一个流，并且两个流在彼此接触之前都处于低压；和喷射混合器，其中将浆料加压然后通过注射排出。
对于一些实施方案，所述方法还包括在脱水机构处使凝集物脱水并且将经脱水凝集物转化成粒化材料的步骤。对于一些这样的实施方案，脱水机构包括排出经脱水凝集物的脱水设备和将经脱水凝集物转化成粒化材料的造粒装置，例如制粒机。
混合机构包括机动输送机，所述机动输送机具有至少一个用于进行称重过程的质量传感器，在所述称重过程中所述机动输送机将排出的粒化材料实时地输送到互补混合器。机动输送机实现了这样的输送顺序：在该过程中机动输送机的速度根据排出的粒化材料的重量进行调节。
在一些实施方案中，从互补混合器排出复合材料的步骤包括在挤出机出口附近设置一对辊，所述辊将挤出物形成为橡胶材料条。
在一些实施方案中，所述方法包括将复合材料输送到冷却机构的步骤。
在一些实施方案中，所述方法包括将复合材料条输送到堆叠机构的步骤，所述堆叠机构实现复合材料在至少一个板中的堆叠。
还提供了一种根据所公开的连续液体混合方法制备复合材料的系统。
通过如下详细描述，所公开的发明的其它方面将变得明显。
附图说明
通过考虑如下详细描述并且结合附图，本文公开的发明的性质和各种优点将变得更明显，附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1显示了在母料制备周期的过程中实现连续液体混合的系统的示意图。
图2显示了图1的系统的示例性凝集物制备机构的示意图。
图3显示了图2的凝集物制备机构中使用的示例性混合器的截面图。
图4显示了图1的系统的示例性混合机构的示意图以及混合机构在母料制备周期中的示例性操作条件。
具体实施方式
现在进一步参考附图，其中相同的数字表示相同的元件，图1显示了示例性凝集物制备系统10，所述凝集物制备系统10实现了根据所选的橡胶混合物配方制备复合材料的连续混合方法。系统10包括描述以全液相制备复合材料的顺序的设施。在给定的制备周期中，根据从多种弹性体混合物配方中选择的配方获得复合材料。
本文所用的术语“复合材料”表示通过所公开的发明在整个制备周期中获得的橡胶混合物。“复合材料”在本文中表示中间凝集物、粒化材料(可以是湿碎屑或干碎屑，并且可以称为“丸粒”或“定量丸粒”)、挤出物、橡胶片或橡胶条以及源自系统10的任何等效的成品或半成品。“复合材料”表示弹性体组合物、母料组合物或简称“组合物”。
仍然参考图1并且另外参考图2，系统10所设置的设施包括凝集物制备机构12，所述凝集物制备机构12具有以凝集物的形式形成母料组合物的预定制备部段。凝集物制备机构12包括配备有搅拌器14a的乳液储罐14。乳液储罐14储存弹性体乳液。弹性体选自天然橡胶、各种合成弹性体(例如，SBR、BR等)和各种弹性体共混物。
凝集物制备机构12还包括配备有搅拌器16a的浆料储罐16。浆料储罐16a储存浆料，在所述浆料中配料颗粒分散在水中。所述配料选自一种或多种已知材料，包括但不限于炭黑、二氧化硅、高岭土、白垩、合成有机配料、天然有机配料(例如，木纤维、纤维素纤维等)及其等同物和组合。
为了快速和密集的凝集，一些实施方案采用二氧化硅浓度大于>5％的分散的(结构的或球形的)含水二氧化硅。对于一些这样的实施方案，二氧化硅浓度为20％或约20％。
每个搅拌器14a、16a各自维持足以确保乳液和浆料中的颗粒分散的低湍流度，尽管能够理解搅拌器可以被等效搅拌装置代替。为了避免倾析，可以引入
Figure BDA0002293180360000051
来破碎分散液中残留的任何配料聚集体。可将
Figure BDA0002293180360000052
设置在浆料储罐16的上游或下游(例如，如本文所述和所示，设置在浆料储罐和蠕动泵16b之间)。
还参考图2以及图3，凝集物制备机构12还包括凝集物混合器18，所述凝集物混合器18与乳液储罐14和浆料储罐16的每一者流体连通。具有预定直径d的乳液导管18a连同设置在乳液导管和乳液储罐14之间的蠕动泵(或一系列泵)14b将精确体积的乳液从乳液储罐14输送到混合器18。以类似的方式，具有预定直径D的浆料导管18b连同设置在浆料导管和浆料储罐16之间的蠕动泵(或一系列泵)16b将精确体积的浆料从浆料储罐16输送到混合器18。应当理解，蠕动泵16b可以被一个或多个等效设备代替，所述等效设备包括但不限于一个或多个正排量泵(例如，偏心转子泵、隔膜泵、活塞泵等)。
相应的质量流量计14c、16c可以相对于乳液导管18a和浆料导管18b可操作地设置，从而直接测量所输送的乳液和浆料的质量和密度。每个质量流量计14c、16c可以是位于相应蠕动泵下游的科里奥利流量计，尽管能够理解科里奥利流量计可以被等效设备代替。
如图3进一步所示，混合器18接收乳液和浆料，并且进行制备和排出复合材料的连续过程，所述复合材料是弹性体配料的细分散体(或“分散体”)。本文使用的“连续”过程表示所有步骤都可以不间断进行的过程或过程的任何部分。连续过程消除了中间步骤的需要，从而维持了多种工业应用(例如，用于制备轮胎的各种橡胶混合物的制备)。申请人的已公开申请WO2017/021219记载了本文所述和所示的混合器18的示例。
混合器18包括供应部段18c，设置在供应部段下游的平行流出部段18d以及设置在供应部段和流出部段两者的更下游的混合部段18e。在凝集物制备周期的过程中，将乳液和浆料同时进料至混合部段18e。可以精确计量乳液和浆料每一者的进料速率，以保持连续流动的过程。
还参考图3，混合器18的供应部段18c接收来自乳液导管18a和浆料导管18b的进入流。沿着供应部段的会聚部分18c′，乳液导管18a将乳液从乳液储罐14输送到混合器18(参见箭头A)。在该会聚部分中，乳液导管18a穿透浆料导管18b的输送路径，所述浆料导管18b从浆料储罐16通向混合器18(参见箭头B)。乳液导管18a和浆料导管18b保持同轴，直到具有预定长度H的流出部段18d在乳液导管18a的排出范围18a′处终止。
来自乳液导管18a和浆料导管18b的进入流在混合部段18e中相互接触时保持低压。乳液导管的排出范围18a'和浆料导管的排出范围18b'共同界定了具有预定长度L的混合部段18c的边界。浆料导管18b的排出范围18b'还提供出口从而畅通无阻地通过混合器18排出复合材料。
应当理解，乳液导管18a和浆料导管18b在供应部段18c、流出部段18d和混合部段18e之间建立了保持稳定和有效凝集的关系。每个导管的长度和直径可以根据所选的配方来调节，只要在混合器18的各部段之间遵循所建立的关系即可。例如，描述的实施方案显示了浆料导管18b的内径D大于乳液导管18a的内径d。本领域技术人员将理解，在维持供应部段18c、流出部段18d和混合部段18e之间的功能关系的同时，也可以采用相反的构造(即，乳液导管18a具有更大的直径)。
如本文所述的混合器18可以被其他等效且合适的混合设备代替。适用于本文的混合器类型的示例是已知的喷射混合器，其中将浆料加压然后通过注射排出。对于使用喷射混合器的实施方案，由于可以使用混合器设计的许多已知变型，因此不必精确限定混合器内的混合部段和凝集部段的边界。
如图3所示，混合器18接收乳液和浆料并且进行制备和排出复合材料的连续过程，所述复合材料是弹性体配料的细分散体(或“分散体”)。在凝集物制备周期的过程中，将乳液和浆料同时进料至混合器18。可以精确地计量乳液和浆料每一者的进料速率从而保持连续流动过程并且避免从系统10排出时存在游离乳胶和未分散填料。本文使用的“连续”过程表示所有步骤都可以不间断进行的过程或过程的任何部分。连续过程消除了中间步骤的需要，从而维持了多种工业应用(例如，用于制备轮胎的各种橡胶混合物的制备)。
参考图2，混合器18将复合材料排放到均质化部段20，在所述均质化部段20中配料颗粒(例如二氧化硅配料)更精细地分散。均质化器可以选自各种可商购的设备，其示例为可旋转地设置在大致环形的均质化室20b内的具有预定长度的螺旋形的均质化搅拌器20a。可以理解，均质化室20b可以呈现适于实施本发明的任何截面几何形状。
均质化室20b具有与混合器18流体连通的入口范围20b'(更具体地，在其浆料导管18b的排出范围18b'处)和与凝集物制备机构12的相邻捏合部段22流体连通的相对的出口范围20b”。在均质化过程中，均质化搅拌器20a旋转从而在由其输送的复合材料和均质化室20b的内壁表面之间产生足够的摩擦。螺旋搅拌器20a相对于均质化室20b的几何形状以可控方式将复合材料推向捏合部段22。搅拌器的转速(转速由可编程电动机M20控制)决定复合材料的输送速率以及由此造成的剪切效率。在混合器18和捏合部段22之间通过均质化室20建立的流体连通通常在大气压下或接近大气压下并且通常通过重力作用维持复合材料的不间断输送。
混合器18将复合材料排放到凝集物制备机构12的捏合部段22。在捏合部段22中，示例性捏合元件包括可旋转地设置在大致环形的捏合室22b内的具有预定长度的通常螺旋形的捏合搅拌器22a。捏合室22b具有与均质化室20的相邻出口范围20b″流体连通的入口范围22b′，以及与凝集物制备机构12的相邻纹理化部段24流体连通的相对的出口范围22b″。可以理解，捏合室22b可以呈现适于实施本发明的任何截面几何形状。
为了促进捏合(即，使凝集蔓延的机械作用)同时实现复合材料向着纹理化部段24的受控前进，捏合搅拌器22a旋转以便在由其输送的复合材料和捏合室22b的内壁表面之间产生足够的摩擦。捏合搅拌器22a相对于捏合室22b的几何形状以可控方式将复合材料推向纹理化部段24。捏合搅拌器的转速(转速由可编程电动机M22控制)决定复合材料的输送速率以及由此造成的剪切效率。
仍参考图2，捏合搅拌器22a不间断地将来自捏合部段22的复合材料计量添加至凝集物制备机构12的纹理化部段24。纹理化部段24限制了脱水过程(本文参考图1进一步描述)之前的复合材料的凝集物尺寸。在纹理化部段24中，示例性纹理化元件包括可旋转地设置在纹理化室24b内的具有预定长度的通常螺旋形的纹理化搅拌器24a。纹理化室24b具有与捏合室22b的相邻出口范围22b″流体连通的入口范围24b′和相对的出口范围24b″，凝集物制备机构12从所述出口范围24b″排出凝集物形式的复合材料。应当理解，纹理化室24可以呈现适于实施本发明的任何截面几何形状。
为了促进纹理化(即，在随后的脱水过程之前限制复合材料的凝集物尺寸的机械作用)同时实现复合材料朝向从凝集物制备机构12排放的受控前进，纹理化搅拌器24a旋转从而在由其输送的复合材料和纹理化室24b的内壁表面之间产生足够的摩擦。纹理化元件24a相对于纹理化室24b的几何形状以可控方式将复合材料推向纹理化室24的出口范围24b″，并最终从凝集物制备机构12排放(参见图2的箭头C)。纹理化搅拌器的转速(转速由电动机M24控制)决定复合材料的输送速率以及由此造成的剪切效率。在将乳液和浆料不断补给至混合器18的同时，凝集物制备机构12以大致连续输出的方式实现了凝集物的排放。
再参考图1，凝集物制备机构12将复合材料(即，凝集物)输送至脱水机构28。脱水机构28包括合适的绞扭和/或干燥装置，所述绞扭和/或干燥装置和与其串联设置的造粒装置可操作地连通。合适的绞扭和/或干燥装置的示例在本文中显示为脱水设备30，所述脱水设备30绞扭凝集物从而在造粒之前降低其水含量。所产生的流出物通过脱水设备排出以进行适当的处理(参见图1的箭头D)。最佳水含量可以根据所选配方和用于实现复合材料的凝集、脱水和干燥的特定设施而变化。脱水设备30可以选自各种可商购的设备，并且应当理解，可以用其他合适的设备代替脱水设备，包括但不限于挤出机干燥器、流化床干燥器、热空气和其他烘箱干燥器及其等效物。
脱水设备30向造粒装置排出脱水的凝集物，造粒装置的一个示例显示为制粒机32，所述制粒机32将脱水的凝集物转化成潮湿丸粒(也称为“粒化材料”、“碎屑”或“丸粒”)。制粒机32可以选自各种可商购制粒设备。当从制粒机32中排出时，复合材料适合与一种或多种添加剂和硫化剂一起计量。
仍参考图1并且另外参考图4，脱水机构28通过导管34将潮湿丸粒从制粒机32输送到与之连通的混合机构40(参见图4的箭头E)。在一些实施方案中，这种输送是通过可编程气动装置(未显示)实现的，所述可编程气动装置以预定的速率计量加入丸粒。如本领域中已知的，还可以通过包括一个或多个输送带的一个或多个输送机实现输送。
混合机构40包括湿润丸粒计量添加系统，所述系统具有排料斗42和机动输送机44。非调节的螺杆输送机使得能够根据流量设定点以固定速度将丸粒排放到排料斗42。具有至少一个传感器的监控系统(未显示)可以检测以下一项或多项：丸粒输送到料斗的填充速率、料斗中丸粒的当前填充高度以及料斗中粒化材料的当前重量(例如，通过检测填充速率和当前填充高度而确定)。监控系统可以产生一个或多个指示预定填充高度和/或重量的信号。监控可以是连续的或间歇的，使得命令信号可以进行实时调整。
在混合机构40处，料斗42将全部或部分排出的粒化材料以预定剂量(即，定量丸粒)的形式排放到机动输送机44。机动输送机44包括至少一个质量传感器或等效装置，用于在将定量丸粒输送到互补混合器46之前对其进行称重。机动输送机44实现了这样的输送顺序：在该过程中机动输送机的速度根据排出的粒化材料的重量进行调节。输送机的速度因此可以根据定量丸粒的重量而加速或减速，或者可以停止输送机。例如，在称重定量丸粒时，可以根据待输送到互补混合器46的材料的所需重量(例如，根据所选配方)和以下任一项之间的等价关系来调节输送机的速度：(a)检测的材料重量，或(b)检测的连续排出的粒化材料的重量之和。在检测定量丸粒的重量时，机动输送机44核实是否与配方要求相称。通常在大气压下或接近大气压下并且通常通过重力作用来实现向互补混合器46的输送。
如果机动输送机44检测到与配方要求相称的重量，它可以将定量丸粒输送到混合器46。如果检测的重量低于配方所需的重量，机动输送机44可以将定量丸粒输送到混合器46，并且等待随后排出足以构成检测到的差异的粒化材料。如果检测的重量超过配方所需的重量，机动输送机44可以使定量丸粒前进，从而仅输送足以满足配方要求的一部分定量丸粒(例如，通过降低输送机速度以及在输送所需剂量之后停止输送机)。剩余部分可用于随后将定量丸粒输送到混合器46。
系统10的监控系统可以被设定成确保排出的每剂量粒化材料的地点和位置的可重复性。因此遵守了称重精确性。
仍参考图1和图4，机动输送机44在执行称重过程之后将排出的粒化材料输送到混合器46(参见图1和图4的箭头F)。混合器46包括多个区域46a、46b、46c，其中为每个区域规定复合材料的温度。在制备周期的过程中，还规定复合材料进入和离开每个区域的时间(“停留时间”)。通过这种手段，系统10实现了获得具有目标流变性的弹性体混合物所需的化学反应。这些性质是可变的，并且可以根据弹性体混合物的最终应用进行调节。例如，对于用于制造轮胎的混合物，所得轮胎应当表现出目标性能(例如，降低的滚动阻力、改善的耐磨损性、湿润条件和干燥条件下相当的抓地力等)。
在混合器46中指定的区域中设置有进料区域46a，混合器在所述进料区域46a中接收来自机动输送机44的粒化材料(即，定量丸粒)。可以设置诸如进料斗48的入口，所述入口将粒化材料进料至挤出机50从而转化成弹性体混合物。如本文所示和所述，挤出机50是双螺杆挤出机，其能够实现所有输送成分的受控流动和停留时间的可再现性。旋转螺杆设置在机筒内，在所述机筒内粒化材料受控地朝向混合器出口46d前进。由于连续加工，双螺杆挤出因其一致性和提高的生产率而倍受赞誉。通过将双螺杆挤出机与机动输送机44的重量计量能力配对，可以在整个制备周期中固定并维持目标进料速率。双螺杆挤出机可以表现出多种已知的螺杆构造和机筒构造，从而根据所选配方来处理各种原材料。
在进料区域46a内，挤出机50的啮合旋转以可控方式推进复合材料，所述复合材料为在离开进料区域时具有目标温度的挤出物。该目标温度通常在约120℃至约180℃的范围内，优选在约140℃至约150℃的范围内。
挤出物进入混合器46的干燥区域46b，沿着所述干燥区域46b进一步从挤出物中除去残留的水。沿着干燥区域46b，当复合材料沿着机筒输送时，机筒保持恒定的温度。干燥区域46b终止于蒸汽提取器52，所述蒸汽提取器52以预定速率排空从挤出物中提取的水(参见图4的箭头G)。蒸汽提取器52可以选自各种可商购的设备，包括但不限于具有真空的设备或用于除去水蒸汽和任何固有颗粒物的其他装置。
沿着混合器的介于蒸汽挤出机52和挤出机出口46d之间的部分限定混合区域46c。沿着混合区域46c，混合器46接收一种或多种补充弹性体和必要添加剂以及形成网状体系的补充成分。
在混合区域46c内，挤出机50使弹性体材料朝向添加剂计量器54前进，所述添加剂计量器54将一种或多种添加剂54a引入混合区域46c。添加剂计量器54设置在混合区域46c的添加剂计量位置处，在所述位置处挤出物达到引入添加剂54a的预定目标温度。所述预定温度根据所选配方进行限定。添加剂计量器54可以包括体积计量器和重量计量器的至少一者，使得可以根据所选配方的需要以液体形式和粉末形式引入添加剂54a。引入弹性体混合物的添加剂可以包括但不限于一种或多种油、一种或多种互补弹性体、再循环材料、一种或多种保护剂和一种或多种抗氧化剂。
在引入添加剂54a之后，挤出机50使添加剂计量器54下游的弹性体材料朝向硫化剂计量器56前进，所述硫化剂计量器56将一种或多种硫化剂56a引入混合区域46c。硫化剂计量器56设置在混合区域46c的硫化剂计量位置处，在所述位置处挤出物达到引入硫化剂56a的预定目标温度。所述预定温度根据所选配方进行限定。硫化剂计量器56可以包括体积计量器和重量计量器的至少一者，使得可以根据所选配方的需要以液体形式和粉末形式引入硫化剂56a。这些液体形式和粉末形式可以被引入一个或多个弹性体嵌段中。添加剂的性质(即，它是液体形式还是粉末形式)可以决定要使用的计量设备(用于粉末的称重系统、用于液体的容积泵，和用于弹性体丸粒的齿轮泵或容积泵)。在某些实施方案中，硫化剂包括硫和一种或多种促进剂中的至少一者。可以理解，如本领域普通技术人员所理解的，可以将其他硫化剂和交联剂及其补体引入混合器46。
在连续液体混合过程中，挤出机50控制挤出物的下游输送，使得挤出物在混合区域46c中的添加剂计量位置和硫化剂计量位置的每一者处实现最小停留时间。
参考图1和图4，混合器46使所得挤出物从出口范围46d排放到形成复合材料成品或半成品的装置或机构。示例性装置在此显示为一对辊60，所述辊60使复合材料形成橡胶片或橡胶材料条R，如本领域中已知的。辊60之间可以具有可调节距离从而允许产品厚度变化。
如图1所示，系统10将混合器46下游的条R输送到冷却机构62，在所述冷却机构62中充分冷却复合材料从而库存和/或进一步处理。如本文所示，可以通过分批冷却线或已知的用于将橡胶温度降低至环境温度的等效装置来进行冷却。
还参考图1，系统10将冷却的条R输送到可选的堆叠机构64，所述堆叠机构64能够接收和堆叠复合材料(例如，通过设置在其处的堆叠装置)。系统10的监控系统可以包括检测系统，所述检测系统监控橡胶材料R相对于一个或多个板P的堆叠。板P在装满时被输送从而根据材料的预定用途进行橡胶材料的存储和/或进一步处理。
现在参考图4，其描述了通过系统10进行的连续液体混合过程的示例。所有附图和数字仅作为示例提供，并且不将本发明限制为特定值。本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离所公开的发明的范围的情况下进行各种修改和变型。
实施例
·选择配方从而实现天然橡胶和二氧化硅(配入50PHR)的混合物。
·乳液储罐14将浓缩乳胶输送至凝集物混合器18，所述凝集物混合器18也接收来自浆料储罐16的浓缩浆料。
·排料斗42以50kg/h的速率将凝集物进料至混合器46的进料区域46a(位置C0)。
·挤出机50实现350rpm的速度(位置C0至C11)。
·蒸汽提取器52实现了20kg/h的蒸汽排出速率(位置C6)。
·对于所选配方，每种添加剂和硫化剂的剂量调整如下：
o添加剂计量器54引入的最大流速：10kg/h(位置C7)
o硫化剂计量器56引入的最大流速：10kg/h(位置C10)
·为了实现制备具有预期流变性的混合物的必要化学反应，在进料区域46a、干燥区域46b和混合区域46c的每一者中实现以下挤出物温度：
[表1]
Figure BDA0002293180360000131
·混合器46输送挤出物，使得挤出物在混合区域中的每个位置(位置C7至C11)实现30秒的最小停留时间。
·穿过混合区域46b，混合器46由蒸汽提取器52从挤出物中除去水含量，使得挤出物表现出约0-2％的相对湿度(位置C6至C11)。
·混合器46在排出范围46d处以30kg/h的排出速率排出橡胶材料R。橡胶材料表现出约110℃的产品温度和为0％或约0％的水含量。
系统10实现了完全液体混合，并且直接制备了复合材料成品或半成品。通过使用稳定的合成浆料经济地获得了高品质混合物，而无需在凝集前进行分散。无需通过诸如班伯里(Banbury)混合器的额外混合器进行回收，从而消除了相关的工艺成本和运输成本。
系统10允许实现得自各种橡胶混合物配方的混合物，而不需要独特的设施。通过在混合器46的入口处实现连续的重量计量添加，由于湿润凝集物丸粒的非团聚性质，遵守了所选的配方。剂量加入是可能的，因为丸粒中(即在离开制粒机32时)获得了恒定水含量。这是控制连续凝集的有益结果：由于丸粒之间存在水，因此丸粒不会团聚。因此，所公开的发明呈现了仅以液体形式使用可分散纳米填料的能力。使用同向旋转的双螺杆维持了对停留时间的控制，因此遵守了能量水平、温度水平以及添加剂和硫化剂的剂量水平。
本文使用的术语“方法”或“过程”可以包括至少通过一个电子装置或计算机装置执行的一个或多个步骤，所述电子装置或计算机装置具有用于执行进行所述步骤的指令的处理器。
术语“至少一个”和“一个或多个”可互换地使用。描述为“在a和b之间”的范围包括数值“a”和“b”。
尽管已经显示和描述了所公开的装置的特定实施方案，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、增加和修改。因此，除了所附权利要求书中所陈述的以外，不应对当前公开的发明的范围施加任何限制。

Claims (16)

1.一种根据所选的橡胶混合物配方制备复合材料的连续液体混合方法，其中所述方法包括以下步骤：
在凝集物制备机构(12)的预定凝集物制备部段内形成凝集物；
使凝集物脱水并且使脱水的凝集物转化成粒化材料；
将粒化材料输送到混合机构(40)；
将粒化材料计量添加到互补混合器(46)中；
在互补混合器(46)中的预定区域内使粒化材料受控地前进，使得对于每个区域，粒化材料的停留时间得到控制，并且在下游输送之前实现粒化材料的目标温度；和
从互补混合器(46)中以橡胶材料半成品(R)的形式排出复合材料。
2.根据权利要求1所述的连续液体混合方法，其中，所述混合器(46)中的预定区域包括：
进料区域(46a)，在所述进料区域(46a)中将粒化材料进料至挤出机(50)，所述挤出机(50)使粒化材料转化成挤出物；
干燥区域(46b)，所述干燥区域(46b)位于进料区域(46a)的下游并且终止于蒸汽提取器(52)，所述蒸汽提取器(52)排空从干燥区域的挤出物中提取的残留水；和
混合区域(46c)，所述混合区域(46c)位于干燥区域(46b)的下游并且沿着混合器(46)的介于蒸汽挤出机(52)和挤出机出口(46d)之间的部分限定，混合器(46)从所述挤出机出口(46d)排出橡胶材料半成品(R)。
3.根据权利要求2所述的连续液体混合方法，其中，所述挤出机(50)是双螺杆挤出机。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的连续液体混合方法，进一步包括如下步骤：
在添加剂计量位置处将一种或多种添加剂(54a)引入混合区域(46c)，在所述添加剂计量位置处挤出物达到引入添加剂的预定目标温度；和
随后在硫化剂计量位置处将一种或多种硫化剂(56a)添加至混合区域(46d)，在所述硫化剂计量位置处挤出物达到引入硫化剂的预定目标温度。
5.根据权利要求4所述的连续液体混合方法，其中，设置在添加剂计量位置处的添加剂计量器(52)将一种或多种添加剂(52a)引入混合区域(46c)，并且设置在硫化剂计量位置处的硫化剂计量器(54)将一种或多种硫化剂(54a)引入混合区域(46c)。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的连续液体混合方法，其中，所述挤出机(50)控制挤出物的下游输送，使得挤出物在混合区域(46c)中的添加剂计量位置和硫化剂计量位置的每一者处实现最小停留时间。
7.根据前述权利要求任一项所述的连续液体混合方法，其中，所述凝集物制备机构(12)的凝集物制备部段包括：
凝集物混合器(18)，所述凝集物混合器(18)与储存弹性体乳液的乳液储罐(14)和储存浆料的浆料储罐(16)流体连通，在所述浆料中配料颗粒分散在水中；
均质化部段(20)，所述均质化部段(20)与凝集物混合器(18)流体连通并且位于其下游，所述均质化部段(20)包括能够旋转地设置在大致环形的均质化室(20b)内的具有预定长度的螺旋形的均质化搅拌器(20a)；
捏合部段(22)，所述捏合部段(22)与均质化器(20)流体连通并且位于其下游，所述捏合部段(22)包括能够旋转地设置在大致环形的捏合室(22b)内的具有预定长度的大致螺旋形的捏合搅拌器(22a)；和
纹理化部段(24)，所述纹理化部段(24)与捏合部段(22)流体连通并且位于其下游，所述纹理化部段包括能够旋转地设置在纹理化室(24b)内的具有预定长度的通常螺旋形的纹理化搅拌器(24a)并且具有出口范围(24b″)，凝集物制备机构(12)从所述出口范围(24b″)排出凝集物。
8.根据权利要求7所述的连续液体混合方法，其中，所述凝集物混合器(18)选自如下之一：
包括混合区域(18e)的凝集物混合器，在所述混合区域(18e)中使弹性体乳液的流和浆料的流接触，其中一个流进入另一个流，并且两个流在彼此接触之前都处于低压；和
喷射混合器，其中将浆料加压然后通过注射排出。
9.根据前述权利要求任一项所述的连续液体混合方法，还包括在脱水机构(28)处使凝集物脱水并且将经脱水凝集物转化成粒化材料的步骤。
10.根据权利要求9所述的连续液体混合方法，其中，所述脱水机构(28)包括排出经脱水凝集物的脱水设备(30)和将经脱水凝集物转化成粒化材料的造粒装置(32)。
11.根据前述权利要求任一项所述的连续液体混合方法，其中，所述混合机构(40)包括机动输送机(44)，所述机动输送机(44)具有至少一个用于进行称重过程的质量传感器，在所述称重过程中所述机动输送机将排出的粒化材料实时地输送到互补混合器(46)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述机动输送机(44)实现了这样的输送顺序：在该过程中机动输送机的速度根据排出的粒化材料的重量进行调节。
13.根据前述权利要求任一项所述的连续液体混合方法，其中，从所述互补混合器(46)排出复合材料的步骤包括在挤出机出口(46d)附近设置一对辊(60)，所述辊(60)将挤出物形成为橡胶材料条(R)。
14.根据前述权利要求任一项所述的连续液体混合方法，还包括将复合材料输送到冷却机构(62)的步骤。
15.根据前述权利要求任一项所述的连续液体混合方法，还包括将复合材料条输送到堆叠机构(64)的步骤，所述堆叠机构(64)实现复合材料在至少一个板P中的堆叠。
16.一种根据权利要求1至15任一项所述的连续液体混合方法制备复合材料的系统(10)。
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