CN112118946B - 用于从弹性体配混物挤出复合型材的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤出装置(1)，其通过共挤出基于弹性体配混物制造例如胎面(200)的复合成型元件的条带，所述挤出装置(1)包括向挤出机头(2)供给弹性体配混物的多个挤出机(10、20、30、40、50、60)。根据本发明，挤出机头从至少一个阿基米德螺杆挤出机(10、20)接收占该装置的总体积产量的2％和25％之间的比例的弹性体配混物，并从正位移挤出机(30、40、50、60)接收弹性体配混物的剩余部分。

Description

用于从弹性体配混物挤出复合型材的装置和方法

技术领域

本发明涉及旨在制造轮胎的弹性体配混物的挤出领域。更具体地，本发明涉及基于弹性配混物制造共挤出的复合成型元件，例如，轮胎胎面。

背景技术

以已知的方式，通过使用连接到共用的挤出机头的多个挤出机共挤出弹性体配混物，从而以复合成型元件的形式生产轮胎胎面，其中大部分弹性体配混物具有不同的组成。以已知的方式，挤出机由固定的圆柱状主体或机筒形成，并且在其内部存在阿基米德螺杆，所述阿基米德螺杆与机筒的纵向轴线同轴，并被驱动围绕该轴线旋转。挤出机的目的为均质化引入其中的橡胶配混物，并将所述橡胶配混物推向挤出机头的出口模具。在复合产品的情况下，出口模具接收并排排列并在出口之前会聚在一起的具有不同组成的多种弹性体配混物。模具包括出口孔，所述出口孔的几何形状决定共挤出的橡胶条带的轮廓。该轮廓可以在与旋转辊或固定壁协作的固定成型叶片之间限定。

为了使用共挤出制造胎面，通常是每种类型的弹性体配混物(类型意指所述配混物的组成)使用一个挤出机，并根据所挤出的配混物的体积选择挤出机的尺寸(挤出螺杆的直径)。例如，在如下的胎面的情况下，其中所述胎面旨在行驶的外部占体积的80％，并向所述胎面加入约占体积的15％的子层和共占剩余的5％的两个侧边缘，通常使用三个挤出机：较大的第一挤出机、用于子层的第二挤出机和较小的第三挤出机，所述第一挤出机的螺杆直径为250mm，所述第二挤出机的螺杆直径为200mm，所述第三挤出机的直径为120mm。

如今寻求通过使用复合程度更高的胎面来改善轮胎性能，所述胎面包含更多数量的组件，例如多达七个的不同的组件，其中各个组件之间的体积比例变化很大。每个组件都有其自身明确定义的性质，例如，位于成型条带外侧的胎面部分包括具有良好的滚动阻力性质且包含二氧化硅的弹性体组合物，所述胎面部分由具有减震性质且具有不同组成的弹性体的条带支撑，其中较小的导电弹性体配混物的条带插入到前述两个条带中，所有这些组件均由子层和侧边缘支撑，所述子层对沿径向位于生胎内侧的组件具有良好的粘合性质，所述侧边缘由与前述配混物不同的配混物制成，或甚至由包含混合边料的配混物制成。因此，由于每种配混物都具有彼此不同的性质，为了制造该复合胎面，显然需要增加挤出机的数量。在复合胎面的情况下，难以控制离开挤出模具的产品的几何形状，因为每个路径(每个挤出机)都校准至其自身的操作参数(特别是所供应的流量和压力方面)，然而，由于混合物流经共用的模具，因此这些参数会随着供给至其它路径的挤出机的参数而变化。这一方面导致装置投入使用所需要的时间相当长，另一方面导致混合边料形式的废料由于被混合而难以再利用。

为了缓解该问题，申请人名下的专利申请WO2017/109419提出了一种使用包含具有配对齿廓的啮合型螺杆螺纹的正位移反向旋转双螺杆挤出机制造胎面的挤出装置。当在装置的每个路径中使用这种正位移双螺杆挤出机时，可以从挤出操作的开始阶段就控制产品的流量，从而控制产品的几何形状。尽管该操作令人满意，但是已经发现，当路径的数量较多(例如，大于4)时，这种装置就变得较为复杂。

发明内容

本发明的一个目的为克服本文所述的缺点，并提出了一种具有优化且经济的结构的挤出装置，同时能够获得高质量的共挤出产品。

该目的通过本发明来实现，本发明提出了一种挤出装置，其通过共挤出基于弹性体配混物制造成型元件的条带(例如胎面)，所述挤出装置包括向挤出机头供给弹性体配混物的多个挤出机，其特征在于，挤出机头从至少一个阿基米德螺杆挤出机接收占装置的总体积产量的2％和25％之间的比例的弹性体配混物，并从正位移挤出机接收剩余部分。

装置的总体积产量意指在给定的时间间隔内通过挤出机头(所述挤出机头包括出口模具)的材料的体积。以可变的比例构成产品的多种不同的配混物(每种配混物都具有特定的物理化学性质)包含在复合胎面的组成中。相对于胎面的总体积，这些产品中的每一种所占据的体积随所选择的配方而变化。根据本发明，直接从阿基米德螺杆挤出机向挤出机头供给涉及较小比例的挤出机头的体积产量，优选小于总体积的25％，所述阿基米德螺杆挤出机不是正位移挤出机。所述装置还包括正位移挤出机，以直接向挤出机头供给大部分的同一机头的弹性体配混物的体积产量，特别是占所述机头的总体积产量的至多75％的剩余体积。

对于装置的紧凑结构，这能够从装置的开始阶段就获得对产量的快速控制。实际上，与总体积产量相比，非正位移路径的体积产量较低，并且即使来自非正位移路径的产量发生变化，该变化也可以忽略不计，因此能够获得具有正确尺寸的挤出条带，并且从运行的开始阶段就如此。此外，由于非正位移挤出机包括数量相当少的组件(与正位移挤出机相比)，因此其具有更简单的结构并占用更少的空间，并且由于非正位移挤出机与挤出机供给的低产量有直接联系，因此其具有较小标称尺寸(挤出螺杆的直径和长度)。

优选地，阿基米德螺杆挤出机的螺杆的螺纹较浅，并且具有较短的节距，所述螺纹的高度小于螺杆直径值的0.2倍，所述节距的值小于螺杆直径值的1.5倍。这种具有优化的几何结构的挤出机能够更好地控制产量。

还优选地，阿基米德螺杆挤出机的螺杆的长度大于其直径值的8倍。这能够获得稳定的产量，并因此能够更好地控制产量。

有利地，正位移挤出机为包含具有配对齿廓的啮合型螺杆螺纹的正位移反向旋转双螺杆挤出机。这种正位移挤出机确保受控且随时间恒定的产量，同时具有使其与共挤出装置兼容的紧凑性。

优选地，挤出机头包括用于将来自挤出机的弹性体配混物分配到出口模具的管道，并且阿基米德螺杆挤出机通过管道连接至出口模具，阿基米德螺杆挤出机的所述管道的长度小于其它挤出机的分配管道的长度。连接出口模具与阿基米德螺杆挤出机的分配管道更细(其截面面积远小于正位移路径的截面面积)，并且其靠近出口的位置能够降低阿基米德螺杆挤出机必须施加的推力压力值，从而能够优化压降。

有利地，分配管道在基本上与来自所述挤出机的弹性体配混物的流体流动的方向垂直的方向中延伸。该解决方案能够在两个组件之间实现更好的内聚力，并避免两个组件之间的界面的任何问题。

优选地，相对于穿过模具的出口孔的对称平面，挤出机设置在机头的两侧。该解决方案能够更好地平衡来自各个挤出机的流体。

有利地，挤出机头直接连接至挤出机，而在两者之间不存在任何弹性体配混物的传输管道。因此，每个挤出机的螺杆的端部基本到达挤出机头中相应的入口孔，这显著降低了压降。因此，剩余的体积可用于在挤出机头中形成比现有技术的挤出机的入口管道更宽的入口管道，从而能够降低配混物的加热程度，并增加机器的生产力。

优选地，阿基米德螺杆挤出机是相同的，正位移挤出机彼此相同。因此，装置的维护更加容易。

有利地，挤出机头包括并排设置的多个可拆卸板的组件。这种包括可拆卸板的结构能够获得具有简化和柔性结构的挤出机头。

本发明的目的还通过一种制造成型元件的条带的方法实现，所述方法用于使用包括多个挤出机的装置通过共挤出基于弹性体配混物来制造成型元件的条带(例如胎面)，所述挤出机向挤出机头供给弹性体配混物，其特征在于，来自至少一个阿基米德螺杆挤出机且占装置的总体积产量的2％和25％之间的比例和来自正位移挤出机的剩余部分同时通过挤出机头。

附图说明

通过以下附图支持的说明书的剩余部分，将更好的理解本发明：

-图1为使用本发明的装置获得的胎面的一个示例的立体图；

-图2为本发明的挤出装置的示意性立体图；

-图3为图2的装置的纵向截面的示意图。

在各个附图中，相同或相似的元件带有相同的附图标记。因此不对其进行系统性的重复描述。

具体实施方式

图1示出了复合成型元件的条带200，例如轮胎的胎面，其由多种弹性体配混物制成，以形成胎面的各个组件A、B、C、D、E和F。各个组件均来自属于挤出装置1(图2)的多个挤出机10、20、30、40、50和60，这些配混物在共用的挤出机头2中彼此会聚，以通过共挤出制造复合成型元件的条带200。在图1的示例中，复合成型元件的条带200为轮胎的胎面。其包括子层A、位于子层A上方的相邻层B、以及外层C。两个端部成型元件D使外层C完整，所述端部成型元件D另外包括两个导电插入件E。最后，通过两个侧边缘F完成组装。

作为示例，这种形成胎面的弹性体配混物为基于用于形成胎面组件的弹性体或橡胶的配混物，例如：由100％的天然橡胶制成的第一材料用于形成子层A，然后由100％的合成橡胶(例如包含二氧化硅)制成的第二材料用于形成胎面的外层C，不包含二氧化硅但是具有吸收性质的第三材料用于形成中间层B，随后，例如由天然/合成橡胶(包含20％至80％的天然橡胶)的配混物制成的第四材料和第五材料用于形成端部D和侧边缘F，第六材料E为包含天然/合成橡胶和炭黑的混合物的导电配混物。

根据本发明，本发明的挤出装置的挤出机头2从阿基米德螺杆挤出机类型的非正位移挤出机10和20接收占装置的总体积产量的2％和25％之间的比例的弹性体配混物，并从正位移挤出机30、40、50和60接收剩余部分。阿基米德螺杆挤出机10、20包括螺杆，所述螺杆在与螺杆同轴的机筒内旋转，并由齿轮马达单元旋转地驱动。与正位移挤出机30、40、50和60相比，阿基米德螺杆挤出机的体积更加紧凑，结构更加简单。此外，复合胎面由极小体积的产品制成，特别是图1示出的胎面的导电插入件E和侧翼F。与胎面所有组件的体积相比，这些组件的体积(换言之，合并组件A至F的成型元件的条带200内的组件E和F的体积部分)所占的比例介于2％和25％之间。因此，与条带的总体积相比，该体积部分非常小。现在，考虑到占据条带大部分体积(在75％和98％之间)的组件由产量受到精确控制的正位移挤出机提供，因此，供应组件E和F的挤出机的产量的变化不会导致复合成型元件的条带200的总体积发生非常显著的变化。然后，获得挤出装置1，所述挤出装置1紧凑且体积较小，同时能够获得尺寸相当精确的共挤出的成型元件的条带。

根据本发明的一个有利的方面，以这样的方式确定阿基米德螺杆挤出机10、20的尺寸，即其输送量尽可能地保持恒定。如图2和图3所示，挤出机10、20包括螺杆15、25，所述螺杆15、25在机筒16、26内围绕轴线11、21旋转，并由齿轮马达单元(未示出)驱动。设计螺杆15、25的尺寸使得其螺杆螺纹较浅，并使得螺杆的节距相当短。因此，每个螺杆15、25的螺杆螺纹具有小于螺杆直径的0.2倍的高度和较短的节距，所述节距优选小于螺杆直径的1.5倍。选择每个螺杆15、25的长度，使其大于螺杆直径的8倍。

图2示出了本发明的挤出装置1，所述挤出装置1包括多个挤出机10、20、30、40、50、60，其用于在共用的挤出机头2中通过共挤出制造成型产品。所获得的成型产品为胎面200，并且包括由来自不同挤出机的弹性体材料生产的多个组件(在示出的示例中为6个组件)。示意性地示出了挤出机10、20、30、40、50、60，并且仅描绘了它们各自的螺杆，但是应当理解，以众所周知的方式，每个挤出机的螺杆在机筒内旋转，所述机筒装配有弹性体配混物的进料入口和通向挤出机头2的出口。挤出机10和20为前述阿基米德螺杆类型的挤出机，而挤出机30、40、50和60为包含具有配对齿廓的啮合型螺杆螺纹的正位移反向旋转双螺杆挤出机。每个正位移挤出机包括两个平行的螺杆，所述螺杆在8字形截面的机筒内沿相反的方向旋转，从而与所述机筒的内壁形成C形密封室。每个正位移挤出机均通过进料挤出机70、80、90、100进料，其为阿基米德螺杆类型的挤出机，每个挤出机的轴线71、81、91、101垂直于正位移挤出机螺杆各自的轴线31、41、51、61。这种正位移挤出机为申请人名下的专利申请WO2017/109419中描

述的类型。

挤出机10、20、30、40、50、60设置在挤出机头2的两侧，并且螺杆10、20的纵向轴线和每个正位移挤出机30、40、50、60的中心轴线(中心轴线意指平行于双螺杆挤出机的螺杆的纵向轴线并穿过所述挤出机的排出口的中心的轴线)位于胎面200的对称平面P中。当产品为对称产品时，对称平面P为穿过条带的重心的垂直平面，或在不对称产品的情况下，对称平面P为通过其惯性中心的垂直平面。位于挤出机头两侧的挤出机意指通过设置在垂直于对称平面P并穿过挤出机头2的中心的垂直平面的两侧而彼此面对的挤出机。这种设置能够平衡流经挤出机头的各个挤出机的流量。在一个变体(附图中未示出)中，各个挤出机设置在挤出机头2的两侧，而其各自的纵向轴线未铺设在对称平面P中。在另一个变体中，某些挤出机设置在挤出机头2的侧面，或甚至在其出口模具部件的相反部分中。

在操作中，当向每个挤出机供给弹性体配混物时，由挤出机10、20、30、40、50和60挤出的各种配混物沿着为此目的而提供的分配管道流入挤出机头2中，而不发生混合并会聚到赋予产品(在该情况下为胎面200)最终形状的模具3中。

在附图所示的示例中，设置挤出机10、20、30、40、50、60使其纵向轴线11、21、31、41、51、61彼此平行，并垂直于挤出机头2的侧壁22，23，三个挤出机10、30和50位于挤出机头的垂直中平面的右侧，另外三个20、40和60位于该平面的左侧。右侧的挤出机和左侧的挤出机彼此面对；其成对地位于同一高度处，其纵向轴线位于同一平面内。然而，右侧的挤出机也可以设置在与左侧的挤出机不同的高度处。在一个变体中，挤出机的纵向轴线不平行，而是彼此成一定角度，两个相邻的挤出机的纵向轴线所形成的角度可以与其它两个相邻的挤出机的纵向轴线所形成的角度不同。在另一个变体中，可以设想右侧的挤出机的数量与位于机头左侧的挤出机的数量不同。

挤出机头2由多个板的堆叠组成，在图5所示的示例中为6个：2a、2b、2c、2d、2e、2f彼此平行，并平行于挤出机头的侧壁22，23且垂直于挤出机10、20、30、40、50、60的纵向轴线。板2a至2f的长度等于或略小于机头的侧壁22，23的长度，并在它们之间限定了横向分配管道5a、5b、5c、5d、5e，其将来自该装置的挤出机的弹性体配混物运送至出口模具3。板2a至2f是可拆卸的并固定在一起，并且例如通过螺丝固定(未示出)附接至挤出机头的侧壁。图2的装置能够制造图1的六组件的胎面200。

在图3所示的示例中，挤出机头包括挤出机40和50共用的分配管道5d。

根据本发明的一个有利的方面，挤出机头2是可更换的，并直接连接至挤出机10、20、30、40、50、60，而在两者之间不存在任何弹性体配混物的传输管道。因此，通过安装合适的挤出机头，然后根据将获得的产品的几何形状操作挤出机来作出使两个挤出机彼此协作的选择。通过调节挤出机螺杆的旋转速度来调节输送至模具的产品的量。此外，挤出机10、20、30、40、50、60直接输送至挤出机头2，从而极大地限制了压降。

根据本发明的另一个有利的方面，阿基米德螺杆挤出机10、20彼此相同，正位移挤出机30、40、50、60彼此相同。因此，装置的维护更加容易。

此外，“彼此面对”设置是有利的，因为这减小了三维机床装备(特别是挤出机头)的尺寸，从而提供更好的人体工程学，同时能够减轻所述三维机床装备的重量。

在操作中，选择了能够通过共挤出源自挤出机10、20、30、40、50、60的弹性体配混物并基于具有不同组成的多种弹性体配混物制造复合胎面200的安装有模具3的挤出机头2，并将其并入装置1中为此目的而提供的支撑件中。使用快速装配装置(附图中未示出)在适当的位置锁定挤出机头。挤出操作得以进行。

可以设想本发明的其它变体和实施方案而不偏离其权利要求的范围。

因此，可以在挤出机头的两侧或甚至在挤出机头的其它面上设置6个以上的挤出机，所述其它面一方面未指定用于配混物朝向挤出模具的出口，另一方面未指定用于机头的抓取部以使其可以在周围移动，挤出机中的至少两个使用不同的配混物，而另一些则使用同一种弹性体配混物。

此外，可以使用其它类型的正位移挤出机，例如，齿轮泵或活塞泵类型的正位移挤出机。

Claims (13)

1.一种挤出装置（1），其通过共挤出基于弹性体配混物制造复合成型元件的条带，所述挤出装置（1）包括向挤出机头（2）供给弹性体配混物的多个挤出机（10、20、30、40、50、60），其特征在于，所述挤出机头从至少一个阿基米德螺杆挤出机（10、20）接收占该装置的总体积产量的2%和25%之间的比例的弹性体配混物，并从多个正位移挤出机（30、40、50、60）接收剩余部分。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述复合成型元件的条带为胎面（200）。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，所述阿基米德螺杆挤出机（10、20）的螺杆的螺纹较浅，并且具有较短的节距，所述螺纹的高度小于螺杆直径值的0.2倍，所述节距的值小于螺杆直径值的1.5倍。

4.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，所述阿基米德螺杆挤出机（10、20）的螺杆长度大于螺杆直径值的8倍。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，所述正位移挤出机（30、40、50、60）为包含具有配对齿廓的啮合型螺杆螺纹的正位移反向旋转双螺杆挤出机。

6.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，所述挤出机头包括用于将来自挤出机的弹性体配混物分配到出口模具的分配管道，并且阿基米德螺杆挤出机（10、20）通过管道连接至出口模具，所述阿基米德螺杆挤出机的管道的长度小于正位移挤出机（30、40、50、60）的分配管道的长度。

7.根据权利要求6所述的装置（1），其特征在于，分配管道在基本上与来自所述挤出机的弹性体配混物的流体流动的方向垂直的方向中延伸。

8.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，相对于穿过模具（3 ）的出口孔的对称平面（P），多个挤出机（10、20、30、40、50、60）设置在机头的两侧。

9.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，所述挤出机头（2）直接连接至多个挤出机（10、20、30、40、50、60），并且在两者之间不存在弹性体配混物的传输管道。

10.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，阿基米德螺杆挤出机（10、20）是相同的，正位移挤出机（30、40、50、60）是相同的。

11.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，所述挤出机头（2）包括并排设置的多个可拆卸板的集合。

12.一种制造成型元件的条带的方法，其使用包括多个挤出机（10、20、30、40、50、60）的装置通过共挤出基于弹性体配混物来制造成型元件的条带，所述挤出机（10、20、30、40、50、60）向挤出机头（2）供给弹性体配混物，其特征在于，来自至少一个阿基米德螺杆挤出机（10、20）的占该装置的总体积产量的2%和25%之间的比例的弹性体配混物和来自多个正位移挤出机（30、40、50、60）的剩余部分同时通过挤出机头。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，制造的成型元件的条带为胎面（200）。

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