CN115052726A - 用于混合弹性体材料的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于混合弹性体材料的机器，其包括混合单元(100)和驱动单元(20)，该混合单元包括：混合腔室(110)，该混合腔室布置在驱动单元(20)的下游；排出腔室(120)，该排出腔室布置在所述混合腔室(110)的下游，它朝向上游与该混合腔室连通，并设置有用于排出混合物的开口(121)；一对相互穿透且反向旋转的圆锥形转子(131、132)，该对圆锥形转子分别向上游与驱动单元(20)连接，且它们的顶点位于排出腔室(120)的嘴部(121)处；各转子包括相对于另一转子镜像反转的相应供给器螺杆(131a、132a)；其中，混合腔室(110)有朝向外部的至少一个开口(110a)，用于使混合腔室(110)保持与外部环境连接，以便保证它的内部压力保持在基本大气压值，且它包括检测装置(300)，该检测装置布置和设置成检测在排出腔室(120)内部的混合物存在，并发射用于表示在排出腔室(120)内部存在(310a)或不存在(310b)混合物的至少一个信号，以便在混合步骤中通过驱动单元(20)而使得转子(131、132)的旋转方向至少一次反转，并因此使得混合物沿轴向方向离开/朝向混合腔室和朝向/离开排出腔室的前进运动方向至少一次反转，以便使混合保持只在混合腔室(110)内部有效。

Description

用于混合弹性体材料的装置和方法

本发明涉及一种用于混合弹性体材料的机器，该机器有在环境压力下操作的混合腔室。

在涉及生产基于橡胶和/或塑料的化合物的技术领域中已知需要进行弹性体材料的混合，通过该弹性体材料的混合，使用合适的方法，不同种类(例如橡胶、矿物填料、树脂、各种添加剂)且彼此不同和分离的几种原材料(成分)转化成均质产品--所谓的“化合物”—它包含在该方法开始时引入的所有基础组分。

还已知在混合处理过程中通常发生的作用可以总结如下：

将成分结合至聚合物基质中；

分散，即从颗粒的团块转变成集合体；这基本上是减小引入聚合物基质中的填料(例如炭黑)的尺寸；

所有主要材料进行分布/均质化。

还已知所有这些作用取决于通过混合机器的运动表面(圆筒体、螺杆、转子)的运动而给予要处理材料的运动范围(速度和压力)。特别是，已知尽管分散取决于运动范围的特征，例如切割力和变形梯度，但是各种成分在聚合物基质中的分布取决于速度范围的效率，即能够在不产生混合物的停滞点或区域(在该停滞点或区域处有压力峰值)的情况下使混合物运动。

不过，在混合高粘性材料的处理过程中要解决的一个主要问题是需要控制混合物的温度，该温度必须保持在特定限度内，以便防止引发不希望的降解或预交联反应。

在涉及在所谓封闭腔室中混合的那些技术中，更多地产生更高温度，因为处理在相对较高压力下进行。

在混合过程中温度不希望地升高也发生在通过通常称为“倾卸式挤出机”类型的机器来进行的混合过程中，即所谓的圆锥形、相互穿透、反向旋转双螺杆挤出机，其中，用于混合物的排出/出口的机器的排出/出口区必须是：

-在第一混合步骤中关闭，以便允许成分和正在形成的混合物再循环，这使得该成分和混合物抵靠用于关闭排出开口的关闭门而前进；以及

-然后通过所述门而沿轴向方向打开，以便能够排出混合物。

这种机器的示例例如从US2007/0159916中已知。不过，在封闭腔室内的混合导致混合物温度的不受控制和不希望地升高，从而导致上述缺点。

从WO2017-093849中已知封闭腔室混合的另一示例，该文献介绍了一种用于生产弹性体化合物的方法，它包括：

-将至少10phr的二氧化硅增强填料和至少一种硅烷偶联剂与弹性体聚合物一起供给至分批混合器中，该分批混合器包括容纳在混合腔室内的一对转子和布置在该转子上方的活塞；

-在分批混合器内混合弹性体聚合物、二氧化硅增强填料和硅烷偶联剂，以便获得一批中间混合物；

-将该批中间混合物从分批混合器供给至双螺杆圆锥形混合器，该双螺杆圆锥形混合器有混合腔室，该混合腔室设置有进口嘴部和出口嘴部，第一腔室部分靠近出口嘴部(排出腔室)，并布置在第二腔室部分的下游，该第二腔室部分设置有：所述进口嘴部；两个反向旋转的圆锥形螺杆，这两个圆锥形螺杆朝向出口嘴部会聚；以及门，该门设计成采取用于关闭和打开出口嘴部的构造；

-在门关闭的情况下在双螺杆圆锥形混合器内混合所述中间混合物，同时将温度控制成保持在135℃和145℃之间，以便获得所述弹性体化合物(108)；

-从打开的出口嘴部排出弹性体化合物。

在根据WO2017-093849的方法中，混合几乎完全在双螺杆混合器腔室的、靠近关闭出口嘴部的部分内进行，该双螺杆混合器腔室有沿第一旋转方向旋转的圆锥形螺杆，以便将混合物推靠在关闭出口嘴部的门上。

双螺杆圆锥形混合器内的压力大于环境压力，因为混合器与分批混合器的出口密封连接，在分批混合器的内部由于活塞的作用而压力较高，出口嘴部关闭，且温度必须保持较高(135-145℃)，以使得至少50％的硅烷偶联剂与在双螺杆圆锥形混合器内的增强填料反应。

为了提高混合，该文献提出短暂地反转圆锥形螺杆的旋转方向，不过混合物不会离开靠近封闭出口嘴部的混合腔室部分。

在WO2017-093849中，为了使温度保持在所希望的范围内，在腔室内测量温度，并基于该测量而沿混合物朝向出口嘴部和抵靠关闭门的前进运动方向调节圆锥形螺杆的旋转速度。

因此，提出的技术问题是提供通常称为“倾卸式挤出机”类型的混合机器，它能够混合弹性体材料，而并不改变它们的特性或只是有限地改变它们的特性，特别是能够使混合物的温度保持控制，从而防止它在混合过程中不希望的增加。

关于这个问题，还需要该机器具有较小尺寸，生产和装配容易且便宜，并还能够很容易地在任何用户位置安装。

根据本发明，这些结果通过根据权利要求1的特征的、用于混合基于弹性体的材料的机器而获得。

因此，根据本发明的、用于混合弹性体材料的机器包括混合单元和驱动单元，该混合单元包括：

-混合腔室，该混合腔室布置在驱动单元的下游；

-排出腔室，该排出腔室布置在混合腔室的下游，它朝向上游与该混合腔室连通，并设置有用于排出混合物的开口；

-一对相互穿透且反向旋转的圆锥形转子，该对圆锥形转子分别向上游与驱动单元连接，且它们的顶点位于排出腔室的排出嘴部处；各转子包括相对于另一转子镜像反转的相应供给器螺杆。

根据本发明的机器的特征在于，混合腔室有朝向外部的至少一个开口，用于使它与外部环境保持连接，以便保证它的内部压力基本保持在大气压值，且该机器包括检测装置，该检测装置布置和设置成检测在排出腔室内部的混合物存在，并发射至少一个信号，用于表示在排出腔室内部的混合物存在或不存在；基于表示混合物存在或不存在的信号，机器设置成在混合步骤中通过驱动单元来执行转子的旋转方向的至少一次反转，并因此执行混合物沿轴向方向离开/朝向混合腔室和朝向/离开排出腔室的前进运动方向的至少一次反转，以便使混合保持只在混合腔室内部有效，该混合腔室的内部压力基本上处于大气压值。

通过这种构造，混合的成分基本总是保持在混合腔室内部，该混合腔室朝向外部开口，并因此在基本大气压下，不会引起混合物的压力和/或温度的不希望增加，从而避免了对混合物的破坏作用，例如改变填料的化学-物理特征和/或所述混合物的预交联；而且获得了最佳的混合程度。因此，通过根据本发明的机器能够以简单方式获得高质量的混合物。

而且，有利的是，机器不需要用于关闭排出嘴部的门(推动混合物抵靠该门)，因此排出嘴部可以在混合过程中保持打开，使得更容易保持混合腔室内部的环境压力，并因此保持混合物的质量，同时导致机器的结构和构造简化。

优选是，检测装置布置在排出腔室内部，在用于与混合腔室连接的区域附近。

混合腔室和排出腔室优选是截头圆锥形，并轴向连接在一起。

根据优选实施例，设置了用于装载要混合的成分的装载开口，所述开口优选是用于使得混合腔室与外部环境连接的所述至少一个连接开口中的一个。

驱动单元可以包括：至少一个马达，该马达有轴，该轴用于使得两个转子中的一个运动；以及传动装置，该传动装置设计成使得驱动轴的旋转方向反转，并与两个转子中的另一个连接。

机器优选是包括控制装置，用于控制和驱动机器的运动部件，该控制装置设计成执行它的自动操作；所述控制装置可以特别设置成响应在混合步骤中由检测装置发射的、表示在排出腔室内部存在或不存在混合物的信号而自动地向驱动单元发送用于使转子的旋转方向反转的命令。所述反转命令优选是在发射表示在排出腔室内部存在(或最终不存在)混合物的信号之后立即发送，和/或在发射表示在排出腔室内部不存在(或最终存在)混合物的信号后的预定时间间隔Δt之后发送。

控制装置还可以设置成将机器的操作模式从混合模式转换至排出模式，其中，保持转子的旋转方向，以便使混合物从混合腔室朝向排出腔室运动，并通过排出嘴部而轴向排出。

优选是，盖可运动至关闭或打开位置，以便在混合物轴向排出的过程中关闭混合腔室。

本发明还涉及一种根据权利要求12的特征的混合方法。

用于通过根据本发明的机器来混合弹性体材料的这种方法包括以下步骤：

-向混合腔室供给要混合的成分，以便获得混合物；

-通过转子的供给器螺杆来混合成分，该供给器螺杆以能够使混合物沿轴向方向从上游运动至下游的相应旋转方向而旋转，即从混合腔室朝向用于排出混合物的排出腔室运动；

-通过排出腔室和混合物排出开口而排出混合物。

有利的是，在混合步骤中，混合腔室通过朝向外部的至少一个开口而保持与外部环境连接，以便保证它的内部压力保持在基本大气压值，且响应由布置和设置成检测在排出腔室内部的混合物存在的检测装置发射的、表示排出腔室内部存在或不存在混合物的信号，通过由驱动单元执行转子的旋转方向的至少一个反转，并因此执行混合物沿轴向方向离开/朝向混合腔室和朝向/离开排出腔室的前进运动方向的至少一个反转，从而使混合物的混合只在混合腔室内部保持有效。

优选是，混合步骤包括以下步骤：

-)使转子沿相应旋转方向开始旋转，以使得混合物沿轴向方向从上游P运动至下游A，即朝向用于排出混合物的腔室运动；

-)通过检测装置来检测在排出腔室内部的材料存在；

-发射表示混合物存在的相应信号；

-)使转子的旋转方向反转，以使得混合物从下游运动至上游，并因此从排出腔室运动至混合腔室，以便排空排出腔室；

-)由检测装置发射表示排出腔室内部不存在混合物的信号；

-)使转子的旋转方向反转，转子以正方向旋转来旋转，从而使混合物从上游P运动至下游A，并因此从混合腔室朝向排出腔室运动；

-)重复混合步骤，从而使得供给器螺杆沿两个旋转方向反转，直到混合完成。

优选是，混合物排出步骤包括以下步骤：

-使转子沿旋转方向来旋转，以使得混合物从混合腔室朝向排出腔室运动，直到排出开口；

-通过排出开口而轴向排出混合物；

其中，独立于在排出腔室内部的材料的检测和/或表示在排出腔室内部的混合物存在的信号的发射，保持所述旋转方向，检测装置优选是在所述排出步骤中停用。

根据优选实施例，在混合步骤中，控制和驱动装置响应由检测装置发射的、用于表示在排出腔室内部存在或不存在混合物的信号而自动地向驱动单元发送用于使转子的旋转方向反转的命令；和/或使得机器的操作模式从混合模式转换至排出模式，以便执行所述排出步骤，优选是在预定混合时间之后。

转子的旋转方向的反转可以在发射表示在排出腔室内部不存在或存在混合物的信号后的预定时间间隔Δt之后开始。

通过下面对参考附图提供的本发明主题实施例的非限制示例的说明，将获得其它细节，在附图中：

图1：表示了根据本发明的机器的侧视图；

图2：表示了根据图1的机器的俯视图；

图3：表示了根据图1的机器实施例的第一示例在混合过程中从上方看的局部剖视图，其中材料朝向前部部分轴向运动；

图4：表示了根据图3的机器在混合过程中从上方看的局部剖视图，其中材料朝向后部部分轴向运动；

图5：表示了根据图1的机器实施例的第二示例在混合过程中从上方看的局部剖视图，其中材料朝向前部部分轴向运动；

图6：表示了根据图5的机器在混合过程中从上方看的局部剖视图，其中材料朝向后部部分轴向运动；以及

图7：表示了根据本发明的机器的多种操作步骤的示意图。

如图1中所示，只是为了更简单的说明而没有限制意思，假设了参考轴线，该参考轴线有与机器的纵向延伸范围相对应的纵向方向X-X；还假设了前部部分A或下游部分以及后部部分P或上游部分，该前部部分A或下游部分对应于混合物离开的部分，该后部部分P或上游部分与前部部分相对，根据本发明的机器在它的总体构造中属于“倾卸式挤出机”的一般类别，它基本包括：

-用于功能单元的支承基座10；

-混合单元100；

-驱动单元20，该驱动单元20包括至少一个马达21，该马达21的轴21a与传动装置22连接，该传动装置22设计成使驱动轴21a的旋转方向反转，如下面将更清楚所示。

混合单元100包括：

-混合腔室110，优选是截头圆锥形，该混合腔室110布置在驱动单元20的下游；

-用于排出混合物的排出腔室120，该排出腔室120再优选是截头圆锥形，布置在混合腔室110的下游，并设置有用于沿轴向方向排出混合物的开口121，该排出腔室120布置在机器的前部部分“A”中，且上游部分与混合腔室机械连接，它沿轴向方向通过相应开口122而与混合腔室连通。

优选是(图1)，混合腔室110有用于装载要混合的原材料的开口123；

-一对相互穿透的圆锥形转子131、132，该对圆锥形转子131、132分别与驱动单元20连接，且它们的顶点在排出腔室120的嘴部121处；各转子包括相对于另一转子镜像反转(具有相反的盘绕方向)的相应供给器螺杆131a、132a。

两个转子131、132中的一个132保持马达20的旋转方向，而另一转子131接收来自传动装置22的运动，从而沿与第一转子相反的方向旋转；因此，两个转子131、132总是反向旋转。

通常，假定转子的正方向旋转RPM+使得混合物从上游P前进运动至下游A(图3、5)，负向旋转RPM-使得混合物从下游A朝向上游P前进运动(图4、6)。

还设想两个转子可以各自由相关马达来操作，独立于另一马达，但是通过同步装置来连接，该同步装置设计成保证正确旋转和防止供给器螺杆碰撞。

有利的是，混合腔室110沿径向方向有至少一个开口110a，该开口110a形成在它的侧表面的指向上的部分中，并设计成保持混合腔室与外部连接，因此它内部的压力处于基本大气压值。

开口110a和用于装载原材料的开口123可以重合(图1)。

相反，排出腔室有径向封闭表面，只有用于沿轴向方向排出获得的混合物的前部开口121。

有利的是，前部排出开口121可以总是朝向外部或下游装置开口，用于关闭排出腔室120的门并不必需，也不是很有用，因为混合总是只在大气压下在上游混合腔室110内发生。

与已知机器相比，获得了进一步的简化和改进，因为不存在用于关闭排出开口的装置将帮助保持在混合腔室内在大气压下混合，从而提高了获得的混合物的质量，且不需要用于打开和关闭排出腔室的复杂自动系统。

根据本发明，设想用于检测在所述腔室120内部的混合物存在的装置300布置在排出腔室120的进口处，即在轴向靠近混合腔室110的区域中；优选是，所述装置通过压力传感器310来实现，该压力传感器310例如与用于显示检测压力的当前值的显示装置(未示出)连接。

发现适用于发射表示在排出腔室内部的材料存在的信号的压力值阈值可以例如在1和5巴之间。

显然，本领域技术人员可以选择适用于检测在排出腔室内部的混合物存在的替代和合适检测装置(例如光学装置)。

优选是，机器设置有用于控制和驱动机器的运动部件的装置500，该装置设计成执行它的自动操作；用于检测在排出腔室内部的混合物存在的装置300特别与控制和驱动装置500连接。这种构造是优选，但是本领域技术人员应当清楚，下面所述机器的操作也可以响应由检测装置发射的信号而手动控制。

根据本发明，用于检测在排出腔室内部的混合物存在的装置300设计成当混合物存在于排出腔室120内部时发射第一逻辑信号310a，用于表示在排出腔室内部的材料存在，该第一逻辑信号设计成使得两个转子131、132的旋转方向反转，所述反转能够通过控制单元500来执行或由操作人员手动执行。

相同检测装置300优选是设计成还在排出腔室通过转子的作用而排空(在从RPM+到RPM-的运动在先前反向之后)时发射第二逻辑信号310b。

参考图3、4，该图3、4表示了根据本发明的机器第一实施例，该机器的操作能够如下控制(图7)：

-通过供给器嘴部来装载成分；优选是，转子静止，直到装载结束的时间t1；

-沿相应正方向RPM+(图3)旋转的转子131、132操作能够使混合物沿轴向方向从上游“P”运动至下游“A”，即朝向混合物排出腔室120运动；

-处理的(混合物)成分进入排出腔室120中将使得由传感器310检测的、腔室内部的压力增加(t2)；

-通过传感器310向控制单元500发送表示混合物存在的相应第一逻辑信号310a；

-通过控制单元500而使得两个转子131、132(图4)的旋转方向反转-通常假设为负RPM；

-由于转子的旋转方向反转而使得混合物从下游A至上游P移动(t3-t2)；

-由转子的旋转方向反转而使得排出腔室120排空，因此降低排出腔室内部的压力；

-由压力传感器310发射表示腔室120是空(不存在混合物)的第二逻辑信号310b；

-使转子的旋转方向重新反转(图3)，这倾向于将混合物再次朝向排出腔室120轴向推动(t4-t3)；

-在混合物进入排出腔室120内时，发生新的压力增加(t4)，该压力增加由传感器310来检测，该传感器310发射表示混合物存在的新信号310a，基于该新信号310a，将执行旋转RPM-的反转，以使得混合物沿轴向方向朝向后部或上游部分P返回，从而重新排空排出腔室120；

-继续进行混合，重复混合物离开/朝向混合腔室110以及朝向/离开排出腔室120的轴向运动(tn-t4)，其中，由传感器310检测在排出腔室内部的压力增加/减小，并发射表示混合物的存在或不存在的相应逻辑信号310a、310b，能够执行转子131、132的旋转方向反转，以便使混合物沿轴向方向的运动反向。

转子的旋转方向的反转使得排出腔室保持基本没有混合物，并给予处理的材料(包含和分配/均化作用所需的)运动范围(用于产生合适混合物所需)。

一旦获得混合物(tn)，用于检测在排出腔室120内部的混合物存在的传感器300停用，从而中断旋转反转的循环，并使它们保持沿正方向RPM+恒定，以便使混合物沿轴向方向从混合腔室110朝向排出腔室120前进，在该排出腔室120内部，混合物受到转子的推力，直到它沿轴向方向从嘴部121完全离开，且循环结束(Fc)。显然，由传感器发射的信号可以替代地在排出步骤中简单地忽略或停用。

转换至排出模式优选是由控制单元500自动地执行，例如在预定的混合时间之后，但是也可以手动执行，例如在操作人员评估混合物的混合状态之后。

通过该操作循环，成分在混合腔室110内部始终保持在混合状态，该混合腔室110朝向外部开口，因此处于基本大气压下，混合腔室不会引起不希望的温度升高，从而避免对混合物的破坏作用，例如改变填料的化学物理特征和/或混合物预交联。

在上述工作条件下，还在测试中确定了获得最佳混合程度，同时保证混合物的高质量。

优选是，旋转方向的一个或多个重新反转在由传感器310发射信号后的预定时间间隔Δt之后开始，特别是在表示不存在混合物的信号310b后。可以根据处理的混合物的类型来选择时间间隔Δt≥0，特别推荐Δt>0的值，特别是大于混合物到达后壁125所需的时间的值。

为了混合某些类型的混合物，实际上优选是使混合物长时间(Δt>>0)推靠在后壁125上，这导致所谓的“回流”反应，它倾向于给予沿轴向方向从上游至下游的运动分量，与从下游至上游的运动方向相反，由供给器螺杆的旋转来确定。

因此，这样获得的混合物的运动范围由三个运动组成，即：

第一运动：周向，由转子的旋转来产生；

第二运动：由供给器螺杆的形状产生的主轴向流动；

第三运动：由壁125的阻力产生的回流，它与主轴向流动相反，倾向于使正在形成的混合物沿下游方向流回。

在任何情况下，沿上游方向朝向后壁推动混合物将产生重要的技术效果：在供给器螺杆旋转(在沿下游方向推动混合物的情况下)过程中留在混合腔室的后部部分内的任何混合材料(橡胶或附加成分，特别是粒料形式)与混合物接触，并因此包含于其中，因此导致成分完全包含于混合物中，并使机器清洁。

图5、6表示了根据本发明的机器的第二实施例，其中，与图3、4中所示相同的参考标号用于相应部件，该机器包括转子131、132的两个供给器螺杆131a、132a的延伸方向的反转；这导致机器的操作完全类似于上述操作，但是对于混合物的相同优选轴向运动方向，转子的旋转方向相反。

尽管未示出，但是还设想能够为机器设置盖，该盖能够运动，以便打开/关闭混合腔室110的顶部外部朝向的开口110a、123，从而在混合过程中保持开口打开，以便保持低压和低温，而相反在排出步骤中关闭，以便产生内部压力增加以及从上游至下游的轴向推力增加，以便有利于执行排出作用。

本发明还涉及一种用于通过混合机器来混合基于塑料和/或橡胶的混合物的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供混合机器，该混合机器包括至少一个混合腔室和排出腔室，该混合腔室和排出腔室沿混合物从混合腔室至排出腔室的轴向运动方向彼此连通，以及

b)一对相互穿透且反向旋转的圆锥形辊131、132，该对圆锥形辊131、132在所述腔室内部延伸；

c)向机器供给要混合的成分，以便获得混合物；

d)在相应旋转方向RPM+情况下开始转子的旋转，以使得混合物沿轴向方向从上游P运动至下游A，即朝向用于排出混合物的腔室运动；

e)通过插入排出腔室内部的传感器装置来检测在排出腔室内部的材料存在；

f)将相应第一逻辑信号310a发送给控制单元500；

g)通过控制单元500来反转两个转子131、132的旋转方向RPM-；

h)反转混合物的运动，该混合物从下游A运动至上游P；

i)排空排出腔室120；

j)通过检测传感器310来发射表示不存在混合物和排出腔室120排空的第二不同逻辑信号310b；

k)反转转子的旋转方向RPM+，重新反转混合物沿朝着排出腔室120的方向从上游P至下游A的运动；

l)重复步骤a)至k)直到混合完成；

m)可选地，用于检测在排出腔室内部的材料存在的传感器停用；

n)保持转子的旋转方向RPM+能够通过推力来使得混合物朝向排出腔室运动，以便有利于混合物的排出；

o)通过机器的排出嘴部来排出混合物；

p)对于用于混合新批次成分的新循环，恢复初始条件。

实验测试

下面的实验测试在根据本发明的机器中进行，该机器具有如上面参考图1-4所述的结构和构造。用于检测在排出腔室120内部的混合物存在的装置包括压力传感器，该压力传感器布置在排出腔室内部，并设置成当检测到检测压力阈值(阈值Pcs)时发送表示在排出腔室内部存在混合物的信号，且当检测的压力值低于所述阈值Pcs时发送表示在排出腔室内部不存在混合物的信号。

具有正号的速度“v+”的旋转表示供给器螺杆的正方向旋转，对应于混合物从上游至下游的前进方向，而负速度“v-”表示供给器螺杆的相反旋转方向以及混合物从下游至上游的前进运动方向。

测试1

将40kg硅橡胶和480g过氧化物1.2phr(成颗粒形式的交联剂)供给至混合腔室中用于混合它们。在装载之前测量进入混合腔室的橡胶的温度(Temp-rubber In)，得到大约25℃的温度。机器设置有以下参数：阈值Pcs＝5巴，Δt＝180"(秒)

表1表示了在处理过程中在不同时刻由机器执行的不同操作步骤。

表1

结果

使用热探针在不同点测量从排出腔室抽取的混合物的温度(Temp-mixture out)。温度Temp-mixture out总是低于35℃，建立极限值用于通过测试。

在抽取的混合物的10个样品上测量流变特性。10个样品的变异系数(标准变异系数/平均值)小于3％。

目视检查混合腔室，注意到在混合腔室内部没有留下过氧化物颗粒。

测试2

50kg硅橡胶100phr与500g蓝色颜料1phr混合。

橡胶的温度Temp-rubber测量为25℃。

机器设置有阈值Pcs＝2bar，Δt＝60”

表2表示了在处理过程中在不同时刻由机器执行的不同操作步骤。

表2

结果

使用热探针在不同点测量从排出腔室抽取的混合物的温度(Temp-mixture out)。温度Temp-mixture out总是低于35℃，建立极限值用于通过测试。

视觉评估混合物颜色的均匀性。颜色均匀分布，没有着色区。

因此，显然清楚怎样利用根据本发明的机器和方法而能够在低压、基本环境压力和非常低温度下和/或在混合物的温度没有不希望升高的情况下进行混合物的处理，同时提高获得的混合物的质量；另外，控制和确定材料流动方向的可能性能够保证适合获得所有成分的令人满意混合和/或完全混合的运动范围。

尽管结合本发明实施方式的多个实施例和多个优选示例进行了介绍，但是应当理解，本专利的保护范围只由下面的权利要求来确定。

Claims (17)

1.用于混合弹性体材料的机器，包括：

-混合单元(100)

-驱动单元(20)，

所述混合单元包括：

-混合腔室(110)，所述混合腔室布置在驱动单元(20)的下游；

-排出腔室(120)，所述排出腔室布置在所述混合腔室(110)的下游，排出腔室朝向上游与所述混合腔室连通，并设置有用于排出混合物的排出开口(121)；

-一对相互穿入且反向旋转的圆锥形辊(131、132)，所述一对圆锥形辊分别在上游与驱动单元(20)连接，且它们的顶点位于排出腔室(120)的排出开口(121)处；各转子包括相对于另一转子镜像反向的相应供给器螺杆(131a、132a)。

其特征在于：

混合腔室(110)具有朝向外部的至少一个开口(110a)，所述开口用于使混合腔室保持与外部环境连接，以便保证它的内部压力保持在基本大气压值，

所述机器包括检测装置(300)，所述检测装置布置和设置成检测混合物在排出腔室(120)内部的存在性，并发射用于表示在排出腔室(120)内部存在(310a)或不存在(310b)混合物的至少一个信号；以及

基于表示混合物存在或不存在的信号，所述机器设置成在混合步骤中通过驱动单元(20)而使得转子(131、132)的旋转方向至少一次反转，并因此使得混合物沿轴向方向离开/朝向混合腔室和朝向/离开排出腔室的前进运动方向至少一次反转，以便使混合保持只在混合腔室(110)内部有效。

2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于：检测装置(300)布置在排出腔室(120)内部、在用于与混合腔室连接的区域附近。

3.根据权利要求1或2所述的机器，其特征在于：混合腔室(110)和排出腔室(120)是截头圆锥形的，并沿轴向连接在一起。

4.根据权利要求1、2或3所述的机器，其特征在于：所述机器包括装载开口(123)，用于装载要混合的成分。

5.根据权利要求4所述的机器，其特征在于：所述装载开口(123)是用于使混合腔室与外部环境连接的所述至少一个开口(110a)中的一个。

6.根据前述任意一项权利要求所述的机器，其特征在于：所述驱动单元(20)包括至少一个马达(21)，所述马达具有驱动轴(21a)和传动装置(22)，所述驱动轴用于使两个转子中的一个(131、132)运动，所述传动装置设计成使驱动轴(21a)的旋转方向反转，并与两个转子中的另一个(132、131)连接。

7.根据前述任意一项权利要求所述的机器，其特征在于：所述机器包括用于控制和驱动机器的运动部件的控制装置(500)，所述控制装置设计成执行其自动操作。

8.根据前述权利要求所述的机器，其特征在于：所述控制装置(500)设置成响应在混合步骤中由检测装置(300)发射的、表示在排出腔室内部存在(310a)或不存在(310b)混合物的信号而自动地向驱动单元(20)发送用于使转子(131、132)的旋转方向反转的命令，其中优选是，在发射表示在排出腔室(120)内部存在(310a)或不存在混合物的信号之后立即发送所述反转命令，和/或特别是在发射表示在排出腔室(120)内部不存在混合物的信号后的预定时间间隔(Δt)之后发送所述反转命令。

9.根据权利要求7或8所述的机器，其特征在于：所述控制装置(500)设置成使得机器的操作模式从混合模式转换至排出模式，在所述排出模式中，保持转子的旋转方向(RPM+)，以便使混合物从混合腔室朝向排出腔室(120)运动，并通过排出嘴部(122)而轴向排出。

10.根据前述任意一项权利要求所述的机器，其特征在于：所述机器包括盖，所述盖能够运动至关闭位置或打开位置，以便在混合物的轴向排出过程中关闭混合腔室(110)，所述盖特别布置成关闭与外部环境连通的开口和/或装载开口。

11.根据前述任意一项权利要求所述的机器，其特征在于：用于排出混合物的排出开口总是朝向外部环境打开，特别是没有设置用于关闭所述排出开口的装置。

12.一种用于通过根据前述任意一项权利要求所述的机器来混合弹性体材料的方法，所述方法包括以下步骤：

-向混合腔室供给要混合的成分，以便获得混合物；

-通过转子(131、132)的供给器螺杆(131a、132a)来混合所述成分，所述供给器螺杆以相应旋转方向(RPM+)来旋转，所述旋转方向能够使混合物沿轴向方向从上游(P)运动至下游(A)，即从混合腔室朝向排出腔室(120)运动，用于排出混合物；

-通过排出腔室(120)和混合物排出开口来排出混合物；

其特征在于，在混合步骤中，混合腔室(110)通过朝向外部的至少一个开口(110a)而保持与外部环境连接，以便保证混合腔室的内部压力保持在基本大气压值；

其中，在混合步骤中，响应由检测装置(300)发射的用于表示在排出腔室(120)内部存在(310a)或不存在(310b)混合物的信号，通过由驱动单元(20)执行转子(131、132)的旋转方向的至少一次反转，并因此执行混合物沿轴向方向离开/朝向混合腔室和朝向/离开排出腔室的前进运动方向的至少一次反转，从而使得混合物的混合只在混合腔室(110)内部保持有效，所述检测装置布置和设置成检测混合物在排出腔室(120)内的存在性。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：混合步骤包括以下步骤：

a.开始转子沿相应旋转方向(RPM+)的旋转，以使得混合物沿轴向方向从上游(P)运动至下游(A)，即朝向排出腔室(120)运动，用于排出混合物；

b.通过检测装置(300)来检测材料在排出腔室(120)内部的存在性；

c.发射表示混合物存在的相应信号(310a)；

d.使转子的旋转方向(RPM+)反转，以使得混合物从下游(A)运动至上游(P)，并因此从排出腔室(120)运动至混合腔室，因此使排出腔室(120)排空；

e.由所述检测装置(300)发射表示在排出腔室(120)内部不存在混合物的信号(310b)；

f.使转子的旋转方向(RPM-)反转，所述转子以设计成使混合物从上游(P)运动至下游(A)并因此从混合腔室运动至排出腔室(120)的旋转方向(RPM+)旋转；

g.重复步骤b)至h)，直到混合完成。

14.根据权利要求12或13中任意一项所述的方法，其中，混合物排出步骤包括以下步骤：

-开始转子沿旋转方向(RPM+)的旋转，所述旋转方向能够使混合物从混合腔室朝向排出腔室(120)运动直到排出开口；

-通过排出开口(122)而轴向排出混合物；

其中，独立于检测排出腔室内的材料和/或发射表示在排出腔室内部存在混合物的相应信号(310a)而保持所述旋转方向，所述检测装置(300)优选是在所述排出步骤中停用。

15.根据权利要求12至14中任意一项所述的方法，其中：在混合步骤中，响应由检测装置(300)发射的、用于表示在排出腔室内部存在(310a)或不存在(310b)混合物的信号，控制和驱动装置(500)自动地向驱动单元(20)发送用于使转子(131、132)的旋转方向反转的命令；和/或

控制和驱动装置(500)使机器的操作模式从混合模式转换至排出模式，以便执行所述排出步骤，优选是在预定混合时间之后执行所述排出步骤。

16.根据权利要求12至15中任意一项所述的方法，其中：在由检测装置(310)发射的、表示在排出腔室内部不存在(310b)或存在混合物的信号后，转子(131、132)的旋转方向(RPM+)的反转在信号发射之后立即开始，或者在信号发射后的预定时间间隔(Δt)之后开始。

17.根据权利要求12-16中任意一项所述的方法，其特征在于：成分的装载通过顶部装载开口(100)来进行，和/或在排出步骤中关闭朝向外部的开口，特别是关闭装载开口。

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