CN110722703A - 一种橡胶低温连续混炼生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于橡胶加工方法技术领域，具体涉及一种橡胶低温连续混炼生产方法，根据低温混炼原理，连续化混炼生产物理机械性能优良的橡胶，依据橡胶的低温混炼原理设计了包括低温母炼、喂料、低温终炼和过滤步骤的橡胶混炼方法，将生胶投入密炼机中进行母炼，然后用挤出机进行降温和连续压片，再在混炼机中进行低温补充混炼，最后用滤胶机进行过滤和成型，实现高品质、高效率的混炼胶生产；其高温混炼对橡胶大分子链的过度破坏，混炼胶物理机械性能高，去除了终炼胶内部的结块和杂质，提高混炼胶的性能和均匀性，硫化体系在混炼机中分散好，均匀性高，不会产生大量热量，能够有效防止早硫现象发生。

Description

一种橡胶低温连续混炼生产方法
技术领域：
本发明属于橡胶加工方法技术领域，涉及一种橡胶低温连续混炼生产方法，根据低温混炼原理，连续化混炼生产物理机械性能优良的橡胶。
背景技术：
实现高效率、低耗能地大规模生产高质量橡胶制品是橡胶行业现阶段亟待解决的重要问题。混炼是橡胶加工中最为关键也是必须的过程，同时更是能耗最高的环节。混炼质量的好坏最终决定了橡胶成品质量的优劣和使用寿命，基于此，对于混炼环节的研究与改进始终是橡胶加工工业关注的焦点。
传统的密炼机多段法属于高温炼胶，密炼机在150-160℃下排胶。这种方法不仅无法实现规模化连续生产，造成了生产效率和能源的损失，还会使橡胶分子链在高温下发生大量的氧化断裂，降低制品的物理机械性能。此外，利用密炼机进行橡胶的终炼时，由于橡胶剪切生热大，并且密炼机对混炼温度的控制能力弱，很容易发生早硫现象。
中国专利200910256550.9公开的一种低温混炼胶料的生产方法，设置有一台用于低温混炼和排料的密炼机，在密炼机下方依次连接有，一台用于接胶降温和混炼的1#开炼机，用于补充低温混炼和加硫混炼、包括至少2台并联连接的开炼机的开炼机组，以及，一台连接后续胶片冷却生产线的8#开炼机，胶料在密炼机中投胶混炼，达到工艺要求温度后被排到1#开炼机进行捣胶降温，再经过输送装置被输送到开炼机组中的1台开炼机中进行补充混炼，补充混炼后的胶料被输送至8#开炼机进行下片处理，开炼机组中的其它开炼机接收1#开炼机输送来的胶料后，采用相同的补充混炼并依次汇集到8#开炼机进行下片处理，将称量好的由炭黑、油料和除终炼胶药品以外的其它配合剂、生胶组成的固体粉料加入密炼机中，以进行逆混式混炼；对于配方中不含有白炭黑和硅烷偶联剂的胶料，控制密炼机的排胶温度在130-135℃之间；对于配方中含有白炭黑和硅烷偶联剂的胶料，控制密炼机的排胶温度在140-145℃之间；其中1号开炼机负责降温，2#-7#开炼机上加入硫化体系，8#开炼机进行下片，在一定程度上提高了生产效率，但设备数量多，占地面积大，对自动化控制系统要求高，并未真正实现真正意义上的连续化混炼。因此，研发一种橡胶低温连续混炼生产方法，具有很高的社会意义及实用价值。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种橡胶低温连续混炼生产方法，根据低温混炼原理，实现物理机械性能优良的橡胶的连续化混炼生产。
为了实现上述目的，本发明涉及的橡胶低温连续混炼生产方法是在橡胶低温连续混炼生产装置上实现的，具体工艺过程包括低温母炼、喂料、低温终炼和过滤共四个步骤：
(1)低温母炼：将生胶投入密炼机中塑炼30s，再投入填料进行母炼，当混炼温度达到130±2℃(炭黑配方)或150±2℃(白炭黑配方)时排胶，得到母炼胶；
(2)喂料：母炼胶顺料斗进入到挤出机中进行降温后，被输送至挤出机机头处，挤出机机头将母炼胶连续挤出成形状均一的胶条；
(3)低温终炼：胶条进入混炼机，同时，失重秤将设定质量的硫化体系投入混炼机，胶条和硫化体系在混炼机中进行低温终炼，在转子的均化和强分散作用下，硫化体系实现均匀分布，填料得到进一步的分散，得到终炼胶；
(4)过滤：终炼胶进入滤胶机，滤胶机对终炼胶进行连续过滤和成型，去除终炼胶内部的结块和杂质，连续的生产出终炼胶片。
本发明涉及的橡胶低温连续混炼生产装置的主体结构包括密炼机、料斗、挤出机、混炼机、失重称和滤胶机；密炼机通过料斗与挤出机连接，挤出机的下方设置有混炼机，挤出机机头对应混料机喂料口，混炼机喂料口处设置有失重称，混炼机与滤胶机连接。
本发明涉及的挤出机为中国专利201821008303.8涉及的一种新型双螺杆橡胶过滤挤出机；混炼机的转子为双转子结构，两个转子异向平行啮合，内向旋转，对粘弹性橡胶材料产生较大的拖曳、挤压、拉伸作用，避免胶料打滑，实现稳定吃料，能够保证配比的准确性，同时能够使左右转子受力均衡；滤胶机为齿轮泵式橡胶滤胶机，能够降低胶料的压力，减少低温终炼时的生热，进而降低终炼胶的混炼温度，防止发生早硫现象。
本发明涉及的转子分为强化分散区、混合分布区和排气均化区；强化分散区包括变导程双头喂料段、分散混合段、第一输送段和组合捏合段；混合分布区包括第二输送段、大导程螺纹段、第三输送段和变螺距开槽分布段；排气均化区包括排气段、偏心辊筒段和挤出段。
本发明步骤(1)涉及的密炼机的冷却水温度为30±5℃，转速为40±3rpm，上顶栓压力为0.6±0.05MPa；填料是按照设定比例混合的氧化锌、硬脂酸、增塑剂和防老剂的混合物；炭黑配方是补强材料全部为炭黑的橡胶配方；白炭黑配方是补强材料中包含设定质量白炭黑的橡胶配方。
本发明步骤(2)涉及的挤出机的冷却水温度为70±5℃(炭黑配方)或50±5℃(白炭黑配方)，挤出机机头处的胶料温度为90℃，挤出机的转速与混炼机的转速相匹配，使得混炼机能够稳定吃料。
本发明步骤(3)涉及的混炼机的转速为20-40rpm，强化分散区的温度为70±5℃，混合分布区的温度为60±5℃，排气均化区的温度为50±5℃；硫化体系为按照设定比例混合的促进剂和硫磺的混合物。
本发明与现有技术相比，依据橡胶的低温混炼原理设计了包括低温母炼、喂料、低温终炼和过滤步骤的橡胶混炼方法，将生胶投入密炼机中进行母炼，然后用挤出机进行降温和连续压片，再在混炼机中进行低温补充混炼，最后用滤胶机进行过滤和成型，实现高品质、高效率的混炼胶生产；其高温混炼对橡胶大分子链的过度破坏，混炼胶物理机械性能高，去除了终炼胶内部的结块和杂质，提高混炼胶的性能和均匀性，硫化体系在混炼机中分散好，均匀性高，不会产生大量热量，能够有效防止早硫现象发生。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程框图。
图2为本发明涉及的橡胶低温连续混炼生产装置的主体结构原理示意图。
图3为本发明涉及的转子的主体结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例涉及的橡胶低温连续混炼生产方法是在橡胶低温连续混炼生产装置上实现的，具体工艺过程包括低温母炼、喂料、低温终炼和过滤共四个步骤：
(1)低温母炼：将生胶投入密炼机1中塑炼30s，再投入填料进行母炼，密炼机1的冷却水温度为30℃，转速为40rpm，上顶栓压力为0.6MPa，当混炼温度达到130℃时排胶，得到母炼胶；
(2)喂料：母炼胶顺料斗2进入到挤出机3中进行降温后，被输送至挤出机机头8处，挤出机机头8将母炼胶连续挤出成形状均一的胶条，挤出机3的冷却水温度为70℃，挤出机机头8处的胶料温度为90℃；
(3)低温终炼：胶条进入混炼机4，同时，失重秤5将设定质量的硫化体系投入混炼机4，混炼机4的转速为30rpm，强化分散区的温度为70℃，混合分布区的温度为60℃，排气均化区的温度为50℃，胶条和硫化体系在混炼机4中进行低温终炼，在转子11的均化和强分散作用下，硫化体系实现均匀分布，填料得到进一步的分散，得到温度为90-100℃的终炼胶；
(4)过滤：终炼胶进入滤胶机6，滤胶机6对终炼胶进行连续过滤和成型，去除终炼胶内部的结块和杂质，连续的生产出终炼胶片。
本实施例涉及的橡胶低温连续混炼生产装置的主体结构包括密炼机1、料斗2、挤出机3、混炼机4、失重称5和滤胶机6；密炼机1通过料斗2与挤出机3连接，挤出机3的下方设置有混炼机4，挤出机机头8对应混料机喂料口9，混炼机喂料口9处设置有失重称5，混炼机4与滤胶机6连接。
本实施例涉及的混炼机4的转子11为双转子结构；转子11分为强化分散区、混合分布区和排气均化区；强化分散区包括变导程双头喂料段12、分散混合段13、第一输送段14和组合捏合段15；混合分布区包括第二输送段16、大导程螺纹段17、第三输送段18和变螺距开槽分布段19；排气均化区包括排气段20、偏心辊筒段21和挤出段22。
本实施例涉及的变导程双头喂料段12为双头螺纹，导程由38mm渐变为22mm，能够实现快速吃料和建立输送压力；分散混合段13由两条开槽长棱和两条短棱组成，一条长棱和一条短棱分布在一端，另外一条长棱和一条短棱对称分布在另一端，长棱上设置有变深度和变间隙的齿槽，棱峰处齿槽深，两边齿槽浅，齿槽的间距由端部向棱峰延伸方向逐渐减小，齿槽的密度随着胶料周向流动速度的增大而增加，增加了胶料的泄露流，在减少剪切升温的同时提高胶料的均一性；第一输送段14、第二输送段16和第三输送段18均为为单头变螺距螺纹，螺距由14mm变为10mm，能够建立正向输送压力；组合捏合段15由7块二头捏合盘构成，旋向依次为反-正-正-直-正-反-反，错列角依次为正向30°-30°-90°-90°-30°-30°，其中，两侧的6块斜棱捏合盘的厚度为5mm，中间的1块直棱捏合盘厚度为20mm，正向捏合盘与反向捏合盘组合，延长了胶料的停留时间，建立了正向输送压力，加强了分散作用；大导程螺纹段17由长度比为3:1的大导程双头正旋螺纹和大导程双头反旋螺纹组成，工作时，大导程螺纹段17表面与混炼腔内壁之间形成的楔形区域使胶料在圆周方向上流动，同时，正旋螺纹和反旋螺纹的冲突使胶料产生轴向往复运动，在混炼腔之间产生推挤、交叉流动和卷折变形，促进胶料的分布混合，胶料在大导程螺纹段17不受剪切作用，生热少；变螺距开槽分布段19为变螺距单头螺纹，螺距由14mm变为10mm，并在垂直于螺棱的方向上开设6条沟槽，促进胶料的分布混合；排气段20的螺距由10mm突变为16mm再变回10mm，通过螺距的变化先建立正向高压，再使胶料突然进入低充满度区域，使胶料暴露自由表面排出气体，最后逐渐增压提高充实度；偏心辊筒段21的主体是偏心辊筒，偏心辊筒表面分布有1条正旋突棱和2条直棱，将偏心辊筒表面分隔出3个容腔，转子11旋转时，容腔体积发生周期性变化、正旋突棱与直棱间的容腔体积在轴向上变化，形成拉伸流场，促进填料的分散，不会产生大量的热；挤出段22为变螺距单头螺纹，螺距由14mm变为10mm，使胶料逐步充满并稳定挤出。

Claims (8)

1.一种橡胶低温连续混炼生产方法，其特征在于是在橡胶低温连续混炼生产装置上实现的，具体工艺过程包括低温母炼、喂料、低温终炼和过滤共四个步骤：
(1)低温母炼：将生胶投入密炼机中塑炼30s，再投入填料进行母炼，当混炼温度达到130±2℃或150±2℃时排胶，得到母炼胶；
(2)喂料：母炼胶顺料斗进入到挤出机中进行降温后，被输送至挤出机机头处，挤出机机头将母炼胶连续挤出成形状均一的胶条；
(3)低温终炼：胶条进入混炼机，同时，失重秤将设定质量的硫化体系投入混炼机，胶条和硫化体系在混炼机中进行低温终炼，在转子的均化和强分散作用下，硫化体系实现均匀分布，填料得到进一步的分散，得到终炼胶；
(4)过滤：终炼胶进入滤胶机，滤胶机对终炼胶进行连续过滤和成型，去除终炼胶内部的结块和杂质，连续的生产出终炼胶片。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶低温连续混炼生产方法，其特征在于橡胶低温连续混炼生产装置的主体结构包括密炼机、料斗、挤出机、混炼机、失重称和滤胶机；密炼机通过料斗与挤出机连接，挤出机的下方设置有混炼机，挤出机机头对应混炼机喂料口，混炼机喂料口处设置有失重称，混炼机与滤胶机连接。
3.根据权利要求1所述的一种橡胶低温连续混炼生产方法，其特征在于密炼机的冷却水温度为30±5℃，转速为40±3rpm，上顶栓压力为0.6±0.05MPa；填料是按照设定比例混合的氧化锌、硬脂酸、增塑剂和防老剂的混合物；炭黑配方是补强材料全部为炭黑的橡胶配方；白炭黑配方是补强材料中包含设定质量白炭黑的橡胶配方。
4.根据权利要求1所述的一种橡胶低温连续混炼生产方法，其特征在于挤出机的冷却水温度为70±5℃或50±5℃，挤出机机头处的胶料温度为90℃，挤出机的转速与混炼机的转速相匹配，使得混炼机能够稳定吃料。
5.根据权利要求1所述的一种橡胶低温连续混炼生产方法，其特征在于混炼机的转速为20-40rpm，强化分散区的温度为70±5℃，混合分布区的温度为60±5℃，排气均化区的温度为50±5℃；硫化体系为按照设定比例混合的促进剂和硫磺的混合物。
6.根据权利要求2所述的一种橡胶低温连续混炼生产方法，其特征在于混炼机的转子为双转子结构；转子分为强化分散区、混合分布区和排气均化区；强化分散区包括变导程双头喂料段、分散混合段、第一输送段和组合捏合段；混合分布区包括第二输送段、大导程螺纹段、第三输送段和变螺距开槽分布段；排气均化区包括排气段、偏心辊筒段和挤出段。
7.根据权利要求2所述的一种橡胶低温连续混炼生产方法，其特征在于挤出机为新型双螺杆橡胶过滤挤出机；混炼机的转子为双转子结构，两个转子异向平行啮合，内向旋转，对粘弹性橡胶材料产生拖曳、挤压、拉伸作用，使左右转子受力均衡；滤胶机为齿轮泵式橡胶滤胶机。
8.根据权利要求6所述的一种橡胶低温连续混炼生产方法，其特征在于变导程双头喂料段为双头螺纹，导程由38mm渐变为22mm；分散混合段由两条开槽长棱和两条短棱组成，一条长棱和一条短棱分布在一端，另外一条长棱和一条短棱对称分布在另一端，长棱上设置有变深度和变间隙的齿槽，棱峰处齿槽深，两边齿槽浅，齿槽的间距由端部向棱峰延伸方向逐渐减小，齿槽的密度随着胶料周向流动速度的增大而增加，增加胶料的泄露流；第一输送段、第二输送段和第三输送段均为为单头变螺距螺纹，螺距由14mm变为10mm；组合捏合段由7块二头捏合盘构成，旋向依次为反-正-正-直-正-反-反，错列角依次为正向30°-30°-90°-90°-30°-30°，其中，两侧的6块斜棱捏合盘的厚度为5mm，中间的1块直棱捏合盘厚度为20mm，正向捏合盘与反向捏合盘组合；大导程螺纹段由长度比为3:1的大导程双头正旋螺纹和大导程双头反旋螺纹组成，工作时，大导程螺纹段表面与混炼腔内壁之间形成的楔形区域使胶料在圆周方向上流动，同时，正旋螺纹和反旋螺纹的冲突使胶料产生轴向往复运动，在混炼腔之间产生推挤、交叉流动和卷折变形；变螺距开槽分布段为变螺距单头螺纹，螺距由14mm变为10mm，并在垂直于螺棱的方向上开设6条沟槽；排气段的螺距由10mm突变为16mm再变回10mm；偏心辊筒段的主体是偏心辊筒，偏心辊筒表面分布有1条正旋突棱和2条直棱，将偏心辊筒表面分隔出3个容腔，转子旋转时，容腔体积发生周期性变化、正旋突棱与直棱间的容腔体积在轴向上变化，形成拉伸流场；挤出段为变螺距单头螺纹，螺距由14mm变为10mm。
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