CN117261161A - 橡胶过滤排气混炼一体设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼胶技术领域，提供橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，包括喂料挤出机、齿轮泵、滤胶板、混炼机构及真空泵。本发明通过滤胶板将橡胶块挤成橡胶条，在此过程中通过真空泵进行第一次排气，在螺杆对橡胶条切断使胶条称为胶丝时对橡胶进行第二次排气。胶料在混炼机构内会受到螺杆的压力和剪切力，起到塑化混炼胶的作用，这样会减少齿轮泵压力，防止齿轮泵出现憋死情况。过滤板对胶条起到过滤作用，降低胶料内的杂质；在二次排气时，螺杆将胶条再次切断，使胶条成为胶丝并压实排出的过程促进了填料在胶料内的分散，它将胶料挤成细丝的时间更短、排气效率更高、分散效果更好，并且更能保证胶料的均匀性，提高了胶料的品质。

Description

橡胶过滤排气混炼一体设备及方法

技术领域

本发明涉及炼胶技术领域，具体涉及橡胶过滤排气混炼一体设备及方法。

背景技术

橡胶加工过程包括塑炼、混炼、挤出、成型和硫化等基本工序，每个工序针对橡胶制品的形状和性能要求均不一样，需要以其他操作来实现它的形状和性能要求。为了使各种填料和小料能在橡胶内分散均匀，橡胶要先经过开炼机塑炼使其变软，增加塑性；然后通过混炼将炭黑及各种橡胶助剂与橡胶均匀混合，混炼后的橡胶与填料的混合物称为胶料；混炼之后的胶料经过开炼制成胶片，为下一步工序做准备；再通过挤出机将胶料再次混炼来促进填料在胶料内的分散以及将胶料内的气体或者小分子物质排出，最后将其挤出成型为半成品；最后经过硫化将具有一定塑性的胶料制成高弹性的硫化胶。

橡胶挤出是生产高质量橡胶产品质量的关键工艺之一，在提高轮胎和橡胶制品的质量上起着非常重要的作用。为了满足不同的橡胶的不同挤出需求，橡胶挤出机开发出了很种变种，比如热喂料挤出机、冷喂料挤出机、冷喂料排气挤出机、销钉冷喂料挤出机等。

挤出机的性能对橡胶的品质具有重要的影响，因为胶料内的空气、水分、低分子物质等不仅会影响制品的物理机械性能，还会在橡胶制品表面或内部出现气泡、缝隙和鼓起等缺陷，严重影响混炼胶的物理机械和其他性能，并且随着人们对挤出产品的产量和质量越来越高，所以对排气挤出机提出了更高的要求。

传统的排气挤出机存在挤出波动、冒料等现象，导致其不能实现对橡胶的彻底排气，这不仅会影响橡胶产品质量，且其产量受到自身的限制等原因，不能实现大规模的产出，影响橡胶的连续化生产，以及促进填料在橡胶内的分散和减少胶料内的杂质等问题。

基于此，设计出一套不会发生挤出波动、冒料问题、提升填料的分散、减少胶料内的杂质、产量大的排气挤出设备成为亟待解决的问题。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，其包括喂料挤出机、齿轮泵、滤胶板、混炼机构及真空泵，其中：

喂料挤出机设置于齿轮泵的喂料口处，通过喂料挤出机产生压力挤出胶料，使胶料持续喂入齿轮泵；

喂入齿轮泵的胶料经齿轮泵增压挤出；

混炼机构设置于齿轮泵的出口处，混炼机构包括机筒及设置于机筒内腔的螺杆；

所述机筒连接于齿轮泵的出口，机筒与齿轮泵出口的连接处安装有滤胶板；

所述滤胶板设置有若干过滤孔，胶料经齿轮泵增压挤出至过滤孔，过滤孔对胶料进行过滤并切割成若干橡胶条；

橡胶条进入机筒后，经螺杆旋转切割成胶丝；

机筒设置有与内腔连通的排气阀，排气阀通过管路连接真空泵，胶料在过滤孔切割、螺杆切割后胶料中的可挥发性小分子物质、水分、气体会被真空泵极易吸出。

优选的方案中，所述滤胶孔为圆形结构，沿滤胶板的中心向四周辐射分布。

优选的方案中，所述螺杆包括转轴及设置于转轴上的螺旋切割刀片。且螺杆为螺旋切割刀片、转轴宽度沿胶料挤出方向逐渐变窄的锥形结构。

优选的方案中，所述喂料挤出机、齿轮泵、混炼机构、真空泵均设置有独立的驱动机构。

橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，其包括如下的步骤：

S1、将胶块投入喂料挤出机，设置喂料挤出机的转速设置为6-12rpm，并将设备温度设置为60-100℃，将胶块塑化，增压后喂入齿轮泵；

S2、设置齿轮泵的转速为20-25rpm，喂入齿轮泵的胶料经齿轮泵增压挤出至滤胶板；

S3、滤胶板将胶料过滤、挤出为橡胶条，在此过程中，真空泵工作，将切割过程产生的小分子物质、水分、气体吸出；

S4、将混炼机构的螺杆的转速调整为13-17rpm，通过螺杆的切割刀片将滤胶板切割出的橡胶条切割为胶丝，在这个过程中胶料中的小分子物质、水分、气体再次经真空泵排出，胶丝在螺杆的作用下，胶丝逐步被压实并排出。

本发明所达到的有益效果为：

第一、本发明通过齿轮泵对胶料进行增压，通过滤胶板将橡胶块挤成橡胶条，在此过程中通过真空泵进行第一次排气，在螺杆对橡胶条切断使胶条称为胶丝时对橡胶进行第二次排气。在齿轮泵将胶料挤成胶条的过程中，过滤板对胶条起到过滤作用，从而降低胶料内的杂质；在二次排气时，螺杆将胶条再次切断，使胶条成为胶丝并压实排出的过程促进了填料在胶料内的分散，它将胶料挤成细丝的时间更短、排气效率更高，并且更能保证胶料的均匀性，提高了胶料的品质；同时，胶料在混炼机构内会受到螺杆的压力和剪切力，起到塑化混炼胶的作用，这样会减少齿轮泵压力，防止齿轮泵出现憋死情况。

第二、螺杆为螺旋切割刀片、转轴宽度沿胶料挤出方向逐渐变窄的锥形结构，降低了冒料或者压力波动等问题。

第三、齿轮泵与排气部分均是独立驱动，即不论齿轮泵挤出多少胶条，排气部分都可以进行排气和压实，这样它的产量在理论上可以无限的进行增加，虽然受限于齿轮泵产量的限制，但是它的产量也要远大于普通排气挤出机。

附图说明

图1是本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备立体结构示意图；

图2是本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备主视结构示意图；

图3是图2的剖视结构示意图；

图4是齿轮泵与混炼机构结构示意图

图5是图4沿排气阀位置的剖视图；

图6是齿轮泵、滤胶板及螺杆的结构示意图；

图7是齿轮泵内部、滤胶板及螺杆的结构示意图；

图8是实施例1中S150挤出胶料的分散图；

图9是实施例1中橡胶过滤排气混炼一体设备挤出胶料的分散图。

图中标号：

1、喂料挤出机；2、齿轮泵；3、滤胶板；4、混炼机构；41、机筒；42、螺杆；5、排气阀。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。

参照图1-图7，本发明提供橡胶过滤排气混炼一体设备包括喂料挤出机1、齿轮泵2、滤胶板3、混炼机构4及真空泵，其中喂料挤出机1设置于齿轮泵2的喂料口处，通过喂料挤出机1产生压力挤出胶料，使胶料持续喂入齿轮泵2；喂入齿轮泵2的胶料经齿轮泵2增压挤出；混炼机构4设置于齿轮泵2的出口处，混炼机构4包括机筒41及设置于机筒41内腔的螺杆42；螺杆42包括转轴及设置于转轴上的螺旋切割刀片，且螺杆42为螺旋切割刀片、转轴宽度沿胶料挤出方向逐渐变窄的锥形结构，可降低冒料或者压力波动等问题。

机筒41连接于齿轮泵2的出口，机筒41与齿轮泵2出口的连接处安装有滤胶板3；所述滤胶板3设置有若干过滤孔，胶料经齿轮泵2增压挤出至过滤孔，过滤孔对胶料进行过滤并切割成若干橡胶条；所述滤胶孔可设置为圆形结构，沿滤胶板3的中心向四周辐射分布，便于更好地过滤胶料中的杂质，使挤出的胶条更均匀。

橡胶条进入机筒41后，经螺杆42旋转切割成胶丝；机筒41设置有与内腔连通的排气阀5，排气阀5通过管路连接真空泵，胶料在切割过程产生的小分子物质、水分、气体由真空泵吸出。

从图1中可以看出，喂料挤出机1、齿轮泵2、混炼机构4、真空泵均设置有独立的驱动电机，不论齿轮泵2挤出多少胶条，排气部分都可以进行排气和压实，这样它的产量在理论上可以无限的进行增加，虽然受限于齿轮泵2产量的限制，但是它的产量也要远大于普通排气挤出机。

橡胶过滤排气混炼一体设备在使用时，按如下的步骤进行：

S1、将胶块投入喂料挤出机1，设置喂料挤出机1的转速设置为6-12rpm，并将设备温度设置为60-100℃，将胶块塑化，增压后喂入齿轮泵2；

S2、设置齿轮泵2的转速为20-25rpm，喂入齿轮泵2的胶料经齿轮泵2增压挤出至滤胶板3；

S3、滤胶板3将胶料过滤、挤出为橡胶条，在此过程中，真空泵工作，将切割过程产生的小分子物质、水分、气体吸出；

S4、将混炼机构4的螺杆42的转速调整为13-17rpm，通过螺杆42的切割刀片将滤胶板3切割出的橡胶条切割为胶丝，在这个过程中胶料中的小分子物质、水分、气体再次经真空泵排出，胶丝在螺杆42的作用下，胶丝逐步被压实并排出。

实施例1：

为了验证本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备及方法的效果，本实施例采用昆山某制造商生产的单螺杆42挤出机S150(无排气功能)与本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备进行对比，具体实验条件如下：

1、胶料：采用在天然胶白炭黑配方中添加了白炭黑和si69来增加胶料的物理机械性能，以满足大部分的使用场景。2、S150的运行参数：挤出机的转速设置为7rpm，并将设备温度设置为70℃；齿轮泵2的转速设置为23rpm；3、本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备的运行参数：挤出机的转速设置为7rpm，并将设备温度设置为70℃；齿轮泵2的转速设置为23rpm；混炼机构4的螺杆42的转速调整为15rpm。4、运行时间：20分钟。

实验结束后，分别对两台设备挤出的胶料进行性能检测，结果如表1-表3所示。从白炭黑配方胶料物理机械性能对比的表1中可以看出，

从表1可以看到，本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备的白炭黑配方的胶料拉伸强度达到18.95MPa、撕裂强度达到58.43MPa，相比于S150的胶料，分别提升了7.5％和2.8％。

从上述可以得出，经过排气后的胶料的物理机械性能有提升，而且本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备的胶料比S150的胶料在邵氏硬度、100％定伸应力、300％定伸应力上提升的更大，这说明本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备不仅可以对胶料进行排气，而且还有助于促进胶料的分散，分散后的胶料经过压实后重新组合时形成了更多的物理节点，胶料的强度提高，相反，无排气装置的S150的胶料分散不是那么均匀，胶料内整条分子链的取向也不完全，所以相对于本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备内排气的胶料性能就会差一些。

表1S150挤出胶料与本发明挤出胶料的物理机械性能

在橡胶中M300％/M100％的数值大小，近似代表了填料和小料在橡胶内分散的程度，数值越大，分散程度越高，越小，分散程度越低。从表1中可以看出，本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备挤出胶料的比值高，表明填料在胶料内的补强能力增加，这说明它的分散性好，这进一步的验证了本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备兼具分散的效果。

表2S150挤出胶料与本发明挤出胶料的密度

在这里为了保证胶料密度的均匀性，从胶料的7个地方分别取样，测出不同样品的密度，然后取其平均值。从表2中可以看出，虽然本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备挤出胶料的密度要低于理论密度，但是相比较于S150的胶料约有5％的提升，这说明本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备的排气性能十分优越。

表3S150挤出胶料与本发明挤出胶料的分散度

从图8、图9和表3均可看出，图8、图9中的白点为炭黑的反光，白点越大，说明炭黑在胶料内的分散不均匀，从图中可以看出，本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备挤出胶料内的白点要比S150的胶料要小的多，并且从表3中可以看出，本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备挤出胶料的分散度要比S150胶料的分散度高约9.3％，这说明经过本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备排气的胶料分散度会有显著的提升，这是因为被挤成细胶条的胶料再次经过排气螺杆42的切断，在这个过程中胶料得到补充混炼，填料再次得到分散，所以经过它排气胶料的分散度会再次提升，也就进一步的增加了它的分散度，这综合影响了本发明的橡胶过滤排气混炼一体设备挤出胶料的分散度要高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，其特征在于，其包括喂料挤出机(1)、齿轮泵(2)、滤胶板(3)、混炼机构(4)及真空泵，其中：

喂料挤出机(1)设置于齿轮泵(2)的喂料口处，通过喂料挤出机(1)产生压力挤出胶料，使胶料持续喂入齿轮泵(2)；

喂入齿轮泵(2)的胶料经齿轮泵(2)增压挤出；

混炼机构(4)设置于齿轮泵(2)的出口处，混炼机构(4)包括机筒(41)及设置于机筒(41)内腔的螺杆(42)；

所述机筒(41)连接于齿轮泵(2)的出口，机筒(41)与齿轮泵(2)出口的连接处安装有滤胶板(3)；

所述滤胶板(3)设置有若干过滤孔，胶料经齿轮泵(2)增压挤出至过滤孔，过滤孔对胶料进行过滤并切割成若干橡胶条；

橡胶条进入机筒(41)后，经螺杆(42)旋转切割成胶丝；

机筒(41)设置有与内腔连通的排气阀(5)，排气阀(5)通过管路连接真空泵。

2.根据权利要求1所述的橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，其特征在于：所述滤胶孔为圆形结构，沿滤胶板(3)的中心向四周辐射分布。

3.根据权利要求1所述的橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，其特征在于：所述螺杆(42)包括转轴及设置于转轴上的螺旋切割刀片。

4.根据权利要求3所述的橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，其特征在于：所述螺杆(42)为螺旋切割刀片、转轴宽度沿胶料挤出方向逐渐变窄的锥形结构。

5.根据权利要求1所述的橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，其特征在于：所述喂料挤出机(1)、齿轮泵(2)、混炼机构(4)、真空泵均设置有独立的驱动机构。

6.根据权利要求1所述的橡胶过滤排气混炼一体设备及方法，其特征在于，其包括如下的步骤：

S1、将胶块投入喂料挤出机(1)，设置喂料挤出机(1)的转速设置为6-12rpm，并将设备温度设置为60-100℃，将胶块塑化，增压后喂入齿轮泵(2)；

S2、设置齿轮泵(2)的转速为20-25rpm，喂入齿轮泵(2)的胶料经齿轮泵(2)增压挤出至滤胶板(3)；

S3、滤胶板(3)将胶料过滤、挤出为橡胶条，在此过程中，真空泵工作，将切割过程产生的小分子物质、水分、气体吸出；

S4、将混炼机构(4)的螺杆(42)的转速调整为13-17rpm，通过螺杆(42)的切割刀片将滤胶板(3)切割出的橡胶条切割为胶丝，在这个过程中胶料中的小分子物质、水分、气体再次经真空泵排出，胶丝在螺杆(42)的作用下，胶丝逐步被压实并排出。