CN106273022B - 一种连续式橡胶混炼工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续式橡胶混炼工艺方法，包括连续混炼一段步骤：将称量好的配方中生胶原料中的一部分及配方中其他各体系加入到密炼机中进行混炼；混炼预定时间后，胶料直接进入异向双螺杆挤出机中进行挤出；挤出后的胶料直接进入双辊压片机中进行压片成型，获得预分散母胶；连续塑炼二段步骤：将配方中生胶原料中的剩余部分加入到连续塑炼机中进行塑炼，获得塑炼胶；连续混炼三段步骤：将所述预分散母胶及所述塑炼胶连续定量地加入连续混炼机中进行连续混炼。本发明的有益效果：硫磺在密炼机中的时间短、温度低、不会早硫，生产出的胶均匀、质量高，连续性生产，生产效率高。

Description

一种连续式橡胶混炼工艺方法
技术领域
本发明涉及橡胶加工技术领域，具体来说，涉及一种连续式橡胶混炼工艺方法。
背景技术
橡胶行业是国民经济的重要基础产业之一，它不仅为人们提供日常生活不可或缺的日用和医用等轻工橡胶产品，而且向采掘、交通、建筑、机械、电子等重工业和新兴产业提供各种橡胶制生产设备或橡胶部件，而混炼技术的好坏对橡胶加工品的质量有着决定性作用，因此，生产出低能耗、高效率、高品质的橡胶是橡胶行业不断要解决的问题。
传统的橡胶混炼方法不能实现规模化连续生产，如果要实现规模化连续生产，则需要配备多台同型号密炼机或开炼机、提供大面积停放仓库，而且整体生产线太长、耗费时间较多，且多个操作步序均需人工完成导致效率较为低下。
传统的混炼方法都是在开炼机上加硫，因为人的炼胶技术的差异使得胶料质量不稳定，不安全因素增加，而且传统的混炼工艺容易造成早硫。
现有专利技术中针对橡胶混炼工艺存在多项改进，例如，中国专利申请201510405481.9中，具体公开了一种用于线缆厂的全自动连续式橡胶混炼方法，其中硫化体系是在连续混炼机二段补充混炼中加入，并未完全真正意义上解决早硫问题。
再如，中国专利申请201410648268.6中公开了一种串联式橡胶连续混炼方法，其中，在加入密炼机中进行混炼时，先加入密炼机中进行塑炼后，在分别加入除硫磺和促进剂之外的配合剂进行混炼。上述混炼方法仅仅是针对常规橡胶混炼工艺做出的改进，不能很好的解决过硫问题，没有完全实现连续混炼。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种连续式橡胶混炼工艺方法，不仅能够实现连续化橡胶混炼生产，而且生产的胶料不会早硫，各方面性能均较为优良。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种连续式橡胶混炼工艺方法，包括连续混炼一段、连续塑炼二段及连续混炼三段，所述连续混炼一段步骤包括：将称量好的配方中生胶原料中的一部分及配方中其他各体系加入到密炼机中进行混炼；混炼预定时间后，胶料直接进入异向双螺杆挤出机中进行挤出；挤出后的胶料直接进入双辊压片机中进行压片成型，获得预分散母胶；
所述连续塑炼二段步骤包括：将配方中生胶原料中的剩余部分加入到连续塑炼机中进行塑炼，获得塑炼胶；
所述连续混炼三段步骤包括：将所述预分散母胶及所述塑炼胶连续定量地加入连续混炼机中进行连续混炼，获得混炼胶。
进一步地，胶料经所述连续混炼三段后进行出片并冷却。
进一步地，所述连续混炼一段步骤中生胶原料为配方中生胶原料的1/4，所述连续塑炼二段步骤中生胶原料为配方中生胶原料的3/4。
进一步地，所述连续混炼三段步骤中预分散母胶及所述塑炼胶的配比是通过控制双螺杆挤出机的螺杆转速、双辊压片机的辊筒转速及连续塑炼机的螺杆转速的比值为1：1：1。
优选地，所述连续混炼一段中密炼机的工艺参数为：70%填充系数，转子转速60±15r/min，温控为50±10℃，上顶栓压力0.6±0.05MPa，混炼时间为1min；双螺杆挤出机的螺杆转速为25rpm；双辊压片机的辊筒转速转速为25rpm。
优选地，所述连续混炼三段步骤中连续混炼机转子转速为25rpm，喂料段机筒温控温度为95℃，混炼段机筒温控温度为85℃，挤出段机筒温控温度为75℃，混炼机机头内部的冷却通道温度为65℃。
进一步地，所述连续混炼一段步骤中采用的是密炼挤出成型一体机，其中密炼机设置在所述异向双螺杆挤出机的上方，所述密炼机的出料口对应所述异向双螺杆挤出机的进料口；所述双辊压片机代替所述异向双螺杆挤出机的机头，所述异向双螺杆挤出机的出料口对应所述双辊压片机的入料口。
优选地，所述连续混炼一段步骤中的称量采用自动称量装置，并设置在所述密炼机的前段，分别称量配方中的生胶原料、小料、炭黑及硫化体系，称量后加入到密炼机中。
进一步地，所述所述连续混炼三段步骤中预分散母胶及塑炼胶均采用输送带输送的方式连续定量地加入连续混炼机中进行连续混炼。
优选地，所述预分散母胶通过双辊压片机排到输送带上；所述塑炼胶通过连续塑炼机的出料口排到输送带上，输送带通过电机控制实现正反转，周期性将胶料输送至连续混炼机。
本发明的有益效果：本工艺方法中硫磺在密炼机中的时间短、温度低、不会早硫，生产出的胶均匀、质量高，连续性生产，生产效率高，设备间结构紧凑，整体装置占地面积较小、投资成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述连续式橡胶混炼方法的工艺流程示意图；
图2是根据本发明实施例所述连续式橡胶混炼装置的结构原理图；
图3是根据本发明实施例所述连续混炼机的主视图；
图4是根据本发明实施例所述连续混炼机的俯视图；
图5是根据本发明实施例所述胶料性能对比实验中拉伸强度对比柱状示意图；
图6是根据本发明实施例所述胶料性能对比实验中撕裂强度对比柱状示意图；
图7是根据本发明实施例所述胶料性能对比实验中炭黑分散度对比柱状示意图。
图中：
1、自动称量***；2、密炼部分；3、双螺杆挤出部分；4、双辊压片机头；5、连续塑炼机；6、传送带；7、连续混炼机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种连续式橡胶混炼工艺方法，包括以下步骤：
（1）制备母胶：通过自动称量***称量出小料、炭黑及硫化体系，将全部的小料、炭黑、硫化体系及1/4的胶加入到密炼部分中，剪切混炼1分钟；混炼过程中温度不大于100℃，混合均匀的胶料通过密炼部分的出口排到双螺杆挤出部分的入料口，双螺杆异向旋转吃料，对胶料进行强化剪切联解，与同向双螺杆挤出机相比，异向双螺杆挤出机输送效率高、排气效果及熔融效果更好；解联捏合后的胶料通过双螺杆挤出部分的出料口经过双辊压片机头进行压片，制得母胶。双辊压片机头将母胶压片后通过传送带供给到连续混炼机的喂料口中，实现对连续混炼机的连续喂料。
其中密炼部分的工作参数为：采用70%填充系数，转子转速60±15r/min，温控为50±10℃，上顶栓压力0.6±0.05MPa ；双螺杆挤出部分的转子转速为25rpm；双辊压片机头的转速为25rpm。
（2）塑炼：将剩余3/4的胶加入连续塑炼机中，进行塑炼；通过控制双螺杆挤出机和连续塑炼机的转速进行母胶和剩余胶的配比。连续塑炼机的转速为25rpm。
（3）输送：母胶通过双辊压片机头排到输送带上，塑炼后的胶通过连续塑炼机的出料口排到输送带上，输送带通过电机控制实现正反转，周期性将胶料输送至连续混炼机。
（4）混炼：将连续塑炼机中塑炼的3/4的胶与经过双辊压片机压片的母胶输送到连续混炼机中进行混炼。连续混炼机转子转速为25rpm，喂料段机筒温控温度为95℃，混炼段机筒温控温度为85℃，挤出段机筒温控温度为75℃，混炼机机头内部的冷却通道温度为65℃。
（5）出片并冷却：连续混炼机通过调节其转子转速和温控***完成对胶料的混炼，混炼期间控制连续混炼机中的胶料温度不大于100℃，以防止胶料的硫化；混炼后的胶料经过连续混炼机挤出段实现胶料的出片；连续混炼机混炼生产出的胶料经胶片后处理装置冷却、折叠后形成胶片存贮待用。
本实施例中连续式橡胶混炼工艺方法具体在连续式橡胶混炼装置中进行，如图2-4所示，该装置主体结构包括小料称量***1、密炼部分2、双螺杆挤出部分3、双辊压片机头4、连续塑炼机5、输送带6、连续混炼机7，密炼部分2的排胶口的下方对接双螺杆挤出部分3的进料口，以实现连续式送料；双螺杆挤出部分3的机头直接接双辊压片机头4，双辊压片机头4通过传送带6与连续混炼机7上端的喂料口对接，连续塑炼机5的机头通过传送带6与连续混炼机上端的喂料口对接。
（1）本发明中进行连续混炼一段，采用的是连续式密炼机，包括最上方的小料称量***，作为主体的密炼部分，下方的双螺杆挤出部分及作为机头的双辊压片机头。
本发明中对配方中原料的称量与输送采用的是小料称量***进行手动称量或由计算机控制自动称量。小料称量***包括炭黑自动称和输送***、油料自动称和输送***、硫化体系自动称和输送***及生胶自动称和输送***。
连续式密炼机综合了密炼机的优异混合特性及双螺杆挤出机连续作业的特点。借助转子螺棱和混炼室的多重作用，对物料施以强力的挤压、剪切、搅混作用。使物料在极短的时间内在极快的速率下使能量耗散于物料中，所以它的剪切混合作用十分强烈。对于高分散混合度的物料，强烈的混合作用伴随高剪切应力，导致聚合物中的凝胶粒子和料块的迅速破碎均匀分散。
（2）本发明中对生胶（实施例中为天然橡胶）采用的是连续塑炼机进行塑炼。采用机械力进行塑炼的原理是：在机械力作用下，在低温时首先切断橡胶大分子链生成大分子自由基。若周围有氧的存在，生成的自由基会立即与氧作用，生成橡胶大分子过氧化氢物一这样阻止了橡胶自由基的重新结合，起到塑炼的效果。在温度较高时由于橡胶软化，机械力的作用明显减小，橡胶表面的氧被活化，与橡胶大分子发生氧化断裂，完成塑炼。
塑炼过程是使橡胶大分子链断裂，分子链由长变短而使分子量分布均匀化的过程。在塑炼过程中导致大分子链断裂的因素主要有两个：一是机械破坏作用；二是热氧化降解作用。低温塑炼时，主要是由于机械破坏作用，大分子在强烈的机械力作用下发生断链。高温塑炼时，热氧化降解作用占主导地位。
使用螺杆塑炼机的螺杆与机筒间的机械剪切力和高温热作用使橡胶分子链断裂，与开炼机和密炼机塑炼的差别是螺杆塑炼法中氧对生胶的作用较小。使用螺杆塑炼机塑炼时应该严格控制排胶温度在180℃以下，并注意防止出胶后胶料表面氧化作用，尽量避免产生夹生胶。
橡胶连续塑炼装置包括主机、加料机构、加热冷却***和控制***4部分，控制***连接加热冷却***、传动***和加料***，实现对塑炼机操作过程的智能化监控。
橡胶连续塑炼机采用组合式平行双转子结构，双转子向内旋转，每根转子由实现加料、塑炼、输送和挤出功能的多种元件按照相位和顺序依次安装在芯轴上，这种积木组合式结构便于制造、安装、维修，而且可以通过更换元件的种类或者位置，提高塑炼效果。连续塑炼机利用捏和块、啮合型密炼转子、剪切型密炼转子、销钉机筒、六棱柱、大导程、齿形盘等多种塑炼转子元件，对胶料进行强烈的剪切、拉伸、撕扯和挤压，使橡胶大分子链断裂，生成大分子自由基，而获得充分、均匀的塑炼效果。
因而本发明中利用连续塑炼机作为所述连续塑炼二段，采用低温塑炼，降低生胶分子量和粘度以提高其可塑性，并获适当的流动性，以满足混炼和成型进一步加工的需要。
（3）本发明中进行连续混炼三段采用的是连续混练机，连续混炼机转子由两根大小相同、结构相互对称的转子组成。在异向双转子连续混炼机运行时，两根转子呈异向、等转速且部分啮合状态旋转，以实现加料、剪切、捏炼、输送、混炼和挤出等综合功能。如图3-4所示。
连续混练机的机筒的主体结构包括四段结构和大小均相同的机筒，每段机筒的内部开设有圆形槽用于安装混炼机转子，每段机筒的内壁开设有冷却通道用于控制混炼机机筒的温度，四段机筒之间通过螺栓固定密封对接。
其中，最右端机筒的正上方开设有喂料口，喂料口边缘设置有加厚层，以防止通过螺栓与存料斗贯通式对接时穿透冷却通道，将连续密炼机与连续塑炼机获得的胶料通过输送带运送到喂料口上方进行加料。
混炼机机头的内部设有冷却通道用于控制混炼机机头的温度，混炼机机头与混炼机机筒之间通过螺栓固定密封对接，冷却通道中可根据需要选用水或油等不同冷却介质。
实施例
本实施例中采用的配方为全钢子午胎胎面胶配方，混炼方法采用本发明所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其中具体的配方表如下：
对比例
本发明中采用传统连续式混炼工艺方法作为对比，其中的具体步骤包括：
（1）采用65±3%的填充系数，以密炼机的具体型号和实施例中所述混炼胶的生产配方为根据，计算出各种物料的质量并称量后备用，设定密炼机的工作参数采用70%填充系数，转子转速60±15r/min，温控为50±10℃，上顶栓压力0.6±0.05MPa；
（2）将步骤（1）中称量的天然橡胶投入密炼机中进行35±3s的塑炼，然后再分别加入炭黑N330,氧化锌、防老剂RD、增塑剂A、硬脂酸SA进行混炼;当密炼室中的混炼胶温度达到110±3℃和120±3℃时，各上升和下降上顶栓1次，使得胶料混炼充分，当密炼室中的胶料混炼胶温度达到140±3℃，完成混炼打开下顶栓排出胶料；
（3）将排出的胶料经过现有技术中的开炼机进行多次压片后，再加入配方中所述促进剂NOBS和硫磺通过打三角包的方式使其充分混合，然后进行后续的相关工艺及测试对比。
图5为本发明涉及的连续式橡胶混炼工艺方法与传统密炼机混炼方法分别生产五组胶料对应的拉伸强度对比柱状示意图，其中横轴代表样本编号分为第1组、第2组、第3组、第4组和第5组，纵轴代表拉伸强度/MPa，黑色柱代表传统密炼机混炼方法，灰色柱代表本发明连续式橡胶混炼工艺方法。
图6为本发明涉及的连续式橡胶混炼工艺方法与传统密炼机混炼方法分别生产五组胶料对应的撕裂强度对比柱状示意图，其中横轴代表样本编号分为第1组、第2组、第3组、第4组和第5组，纵轴代表撕裂强度KN/m，黑色柱代表传统密炼机混炼方法，灰色柱代表本发明连续式橡胶混炼工艺方法。
图7为本发明涉及的连续式橡胶混炼工艺方法与传统密炼机混炼方法分别生产五组胶料对应的炭黑分散度对比柱状示意图，其中横轴代表样本编号分为第1组、第2组、第3组、第4组和第5组，纵轴代表炭黑分散度，黑色柱代表传统密炼机混炼方法，灰色柱代表本发明连续式橡胶混炼工艺方法。
从图5-7看出，本发明所述的连续式橡胶混炼工艺方法所生成的胶料性能远高于传统炼胶工艺所生产的胶料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种连续式橡胶混炼工艺方法，包括连续混炼一段、连续塑炼二段及连续混炼三段，其特征在于，
所述连续混炼一段步骤包括：将称量好的配方中生胶原料中的一部分及配方中其他各体系加入到密炼机中进行混炼；混炼预定时间后，胶料直接进入异向双螺杆挤出机中进行挤出；挤出后的胶料直接进入双辊压片机中进行压片成型，获得预分散母胶；
所述连续塑炼二段步骤包括：将配方中生胶原料中的剩余部分加入到连续塑炼机中进行塑炼，获得塑炼胶；
所述连续混炼三段步骤包括：将所述预分散母胶及所述塑炼胶连续定量地加入连续混炼机中进行连续混炼，获得混炼胶；
其中，所述连续混炼一段步骤中生胶原料为配方中生胶原料的1/4，所述连续塑炼二段步骤中生胶原料为配方中生胶原料的3/4；
所述连续混炼一段中密炼机的工艺参数为：70%填充系数，转子转速60±15r/min，温控为50±10℃，上顶栓压力0.6±0.05MPa，混炼时间为1min；
所述配方包括生胶原料、小料、炭黑及硫化体系。
2.根据权利要求1所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其特征在于，胶料经所述连续混炼三段后进行出片并冷却。
3.根据权利要求1所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其特征在于，所述连续混炼三段步骤中预分散母胶及所述塑炼胶的配比是通过控制双螺杆挤出机的螺杆转速、双辊压片机的辊筒转速及连续塑炼机的螺杆转速的比值为1：1：1。
4.根据权利要求3所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其特征在于，所述连续混炼一段中双螺杆挤出机的螺杆转速为25rpm；双辊压片机的辊筒转速转速为25rpm。
5.根据权利要求4所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其特征在于，所述连续混炼三段步骤中连续混炼机转子转速为25rpm，喂料段机筒温控温度为95℃，混炼段机筒温控温度为85℃，挤出段机筒温控温度为75℃，混炼机机头内部的冷却通道温度为65℃。
6.根据权利要求1所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其特征在于，所述连续混炼一段步骤中采用的是密炼挤出成型一体机，其中密炼机设置在所述异向双螺杆挤出机的上方，所述密炼机的出料口对应所述异向双螺杆挤出机的进料口；所述双辊压片机代替所述异向双螺杆挤出机的机头，所述异向双螺杆挤出机的出料口对应所述双辊压片机的入料口。
7.根据权利要求6所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其特征在于，所述连续混炼一段步骤中的称量采用自动称量装置，并设置在所述密炼机的前段，分别称量配方中的生胶原料、小料、炭黑及硫化体系，称量后加入到密炼机中。
8.根据权利要求1所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其特征在于，所述连续混炼三段步骤中预分散母胶及塑炼胶均采用输送带输送的方式连续定量地加入连续混炼机中进行连续混炼。
9.根据权利要求8所述的连续式橡胶混炼工艺方法，其特征在于，所述预分散母胶通过双辊压片机排到输送带上；所述塑炼胶通过连续塑炼机的出料口排到输送带上，输送带通过电机控制实现正反转，周期性将胶料输送至连续混炼机。
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