專利名稱：用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法和裝置。更尤其地，本發(fā)明涉及一種利用至少一個(gè)擠出機(jī)用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法和裝置，所得彈性體組合物主要，但不是唯一地，預(yù)期用于生產(chǎn)輪胎。
通常，彈性體組合物(以下也稱作″橡膠混合物″)的生產(chǎn)利用密煉機(jī)，通常地具有兩個(gè)相反旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的Banbury混合器而間歇進(jìn)行，所述混合器產(chǎn)生充分混合作用以塑煉橡膠成分并在其中引入和充分分散其它成分如填料，潤滑助劑，固化劑和輔助物質(zhì)。
使用密煉機(jī)的配混工藝產(chǎn)生許多缺陷，尤其散熱不好和因此缺乏溫度控制，這主要由于材料體積和混合器表面積之間的比率不合適。為了提高在橡膠基料中的分散作用，各種成分，和尤其填料被分批引入橡膠基料中，這些批料分布在通過冷卻和原料步驟隔離的多個(gè)混合操作中。溫度敏感成分，如交聯(lián)劑和促進(jìn)劑僅在最終混合步驟過程中在將橡膠混合物冷卻至低于預(yù)定溫度(通常低于110℃)之后加入，這樣避免過早硫化。
因此，盡管在密煉機(jī)中的配混工藝仍是橡膠工業(yè)中最廣泛使用的混合工藝，但它費(fèi)時(shí)和費(fèi)能，而且不能保證有效地控制所得彈性體組合物的特性，尤其填料在橡膠基料中的分散均勻性。各成分加入量的差異，加料時(shí)間和從混合器的出料時(shí)間，原料的起始溫度和在混合過程中材料內(nèi)的剪切力的波動都會導(dǎo)致批次間的差異。
為了克服非連續(xù)工藝的局限，橡膠工業(yè)已經(jīng)進(jìn)行許多嘗試以確立基于與常用于熱塑性聚合物材料加工類似的擠塑技術(shù)的連續(xù)配混工藝。利用擠出機(jī)進(jìn)行的連續(xù)混合工藝應(yīng)該提高橡膠混合物特性的均勻性，由于提高的表面/質(zhì)量比率而較好地進(jìn)行熱控制，并可能形成高度自動化的操作。關(guān)于該主題的概述，參見H.Ellwood的文章″連續(xù)法研究綜述″，發(fā)表于歐洲橡膠雜志，1987年3月，26-28頁。
US專利No.4,897,236公開了一種用于連續(xù)生產(chǎn)橡膠混合物的方法和裝置，其中混合物的成分在雙螺桿擠出機(jī)中加料，塑煉和勻化。所得混合物被分成第一和第二部分。第一部分被排出，同時(shí)將第二部分再循環(huán)用于進(jìn)一步勻化和與正被加料到擠出機(jī)的新鮮批料成分混合。將再循環(huán)的部分循環(huán)至在擠出機(jī)腔外部的冷卻的環(huán)狀腔并從中返回，所述環(huán)狀腔具有與擠出機(jī)內(nèi)部連通的流出和流入通道.橡膠混合物的部分再循環(huán)應(yīng)該補(bǔ)償各成分計(jì)量加入時(shí)的波動和可能發(fā)生的局部不勻。另外，再循環(huán)部分在環(huán)狀腔中的充分冷卻應(yīng)該校正升高的加工溫度，而且應(yīng)該因?yàn)闇囟认陆狄栽黾蛹羟袘?yīng)力而提高分散作用。
US專利No.5,302,635公開了一種用于連續(xù)生產(chǎn)橡膠組合物的方法和裝置。在第一步驟中，粗橡膠被連續(xù)加料到雙螺桿擠出機(jī)，與非反應(yīng)性添加劑(油和填料)一起加入并將所得混合物通過擠出機(jī)螺桿進(jìn)行塑料化和勻化。在第一步驟過程中，混合物保持在溫度100℃至160℃下。然后，在第二步驟中，所得混合物被冷卻至溫度100℃至120℃并將反應(yīng)性添加劑(尤其硫和硫化促進(jìn)劑)加料和引入該橡膠混合物中。勻化橡膠組合物隨后通過擠出機(jī)出口開口離開擠出機(jī)。
該工藝可根據(jù)不同的擠出機(jī)構(gòu)造而進(jìn)行。例如，兩個(gè)混合步驟可在具有兩個(gè)不同的在兩個(gè)不同溫度下操作的混合區(qū)的單個(gè)雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行。另外，第一步驟可在100℃-160℃下操作的第一雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行；所得基料組合物隨后直接加料到在100℃-120℃下操作的第二雙螺桿擠出機(jī)中。根據(jù)另一實(shí)施方案，該工藝可在具有兩個(gè)在擠出機(jī)外殼相互相反的端部驅(qū)動的螺桿對的單個(gè)擠出機(jī)中進(jìn)行，所述兩個(gè)螺桿對在不同的溫度下操作。
US專利No.5,158,725公開了一種用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法，包括將彈性體加料到雙螺桿擠出機(jī)；將至少一種填料，油和/或其它彈性體加料到擠出機(jī)；混合這些成分以提供一種在混合過程中保持在100℃下的Mooney粘度ML(1+4)為20至250的均相混合物；從擠出機(jī)中排出所得混合物。使用精確的容積或損量加料器將彈性體和其它成分計(jì)量至擠出機(jī)。在離開擠出機(jī)之后，配混的橡膠可擠過模頭，壓延成片材，長條或束，或可被造粒。該連續(xù)方法與本領(lǐng)域目前使用的多步間歇工藝相比不太昂貴，而且所需的人力和原料加工較少。另外，提高了所得彈性體組合物的分散作用和均勻性。
US專利No.5,262,111公開了一種在雙螺桿擠出機(jī)中用于連續(xù)生產(chǎn)橡膠組合物的方法。橡膠與加工助劑一起被加料到擠出機(jī)中并在最高120℃至180℃的溫度下塑煉。隨后，將優(yōu)選占炭黑總量40-80％的第一部分炭黑加料到受熱的擠出物中。然后，增塑油被加入擠出物中，然后將第二剩余部分的炭黑在溫度120℃至180℃下加料并引入該擠出物中。整個(gè)組合物隨后冷卻至溫度100℃至120℃，加入交聯(lián)劑，并將組合物勻化和擠出。該工藝提高了炭黑在擠出物中的分散作用，同時(shí)降低了比能量要求。
US專利No.5,626,420公開了一種連續(xù)混合工藝和裝置，其中基料彈性體和其它組分被連續(xù)計(jì)量和加入由在其中旋轉(zhuǎn)的定子和轉(zhuǎn)子組成的混合腔，優(yōu)選單螺桿擠出機(jī)中。所引入的組分在混合腔內(nèi)沿著推動和混合區(qū)域行進(jìn)。為了提高橡膠組分的分散和勻化，混合腔在至少某些混合區(qū)中的填充率低于1。為了適當(dāng)?shù)貙⒔M分，和尤其橡膠基料引入混合腔中，使用強(qiáng)制喂入裝置，如容量泵(如齒輪泵)。為了得到不同組分的精確劑量，可理想地在其中填充率等于1的混合區(qū)中加入這些組分，該區(qū)域位于填充率低于1的兩個(gè)混合區(qū)之間。
US專利No.5,374,387描述了一種使用雙螺桿擠出機(jī)用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法，它包括以下順序步驟。在擠出機(jī)的第一混合區(qū)中，彈性體材料被加入，剪切和加熱至第一操作溫度(通常130℃至220℃)，同時(shí)降低粘度。隨后彈性體材料在第二混合區(qū)中經(jīng)過，其中它與至少第一部分的增強(qiáng)填料和加工助劑一起加入，同時(shí)將橡膠混合物冷卻至第二操作溫度(通常110℃至160℃)。所得混合物隨后經(jīng)過一個(gè)可有可無的第三混合區(qū)，其中小成分化學(xué)品，如粘附促進(jìn)劑，抗臭氧劑，顏色添加劑，阻燃劑和類似物被引入橡膠混合物。優(yōu)選地，在所述第三混合區(qū)中，加入第二部分的增強(qiáng)填料和加工助劑以達(dá)到第三操作溫度(通常85℃至130℃)。然后，在第四混合區(qū)中，橡膠混合物在第四操作溫度(通常115℃至150℃)下被補(bǔ)充以硫化劑?；旌衔锪麟S后指向傳輸區(qū)(第五區(qū))，其中混合物流通過某種模頭狹縫或類似物而被擠出成所需形式。橡膠組合物的各種組分被連續(xù)和各個(gè)地計(jì)量至擠出機(jī)，優(yōu)選以顆粒材料和/或液體形式利用重量損失加料器計(jì)量。
US專利No.5,711,904公開了一種用于連續(xù)混合用硅石增強(qiáng)的彈性體組合物的方法。向雙螺桿擠出機(jī)中加入彈性體材料，隨后加入硅石和其它配混成分，包括硅石偶聯(lián)劑?？刂蒲刂鴶D出機(jī)的溫度和壓力以使硅石偶聯(lián)劑能夠與硅石和彈性體材料反應(yīng)。隨后加入固化劑和促進(jìn)劑，同時(shí)將該混合物在100℃下的Mooney粘度ML(1+4)保持在20和250之間?；旌侠^續(xù)足夠時(shí)間以充分混合固化劑和促進(jìn)劑。所得彈性體組合物隨后強(qiáng)制通過一個(gè)被安裝在擠出機(jī)出口處的合適模頭?？傮w工藝可使用單個(gè)擠出機(jī)或擠出機(jī)序列而進(jìn)行。優(yōu)選地，停留時(shí)間在第一雙螺桿擠出機(jī)中增加并隨后將組合物冷卻，粉碎和排出至第二雙螺桿擠出機(jī)，其中橡膠混合使用固化劑和其它成分而完成。不同的擠出機(jī)可以是獨(dú)立分開的實(shí)體或可相互連接以形成一個(gè)連續(xù)工藝。擠出機(jī)可以十字頭擠出機(jī)配置緊密連接，或可例如通過用于將材料從一個(gè)單元傳輸至另一單元的懸桿或傳送帶更松散地連接。
申請人已經(jīng)注意到，在利用至少一個(gè)擠出機(jī)用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法中，所得彈性體組合物可能不具有考慮到非常良好地控制在擠塑過程中所能達(dá)到的加工條件而預(yù)期的性能均勻性。
尤其是申請人已經(jīng)注意到，擠出機(jī)的混合性能受限于被引入擠出機(jī)中的溫度敏感的次要成分，因?yàn)檫@些成分需要非常嚴(yán)格的溫度控制以避免過早硫化。另外，所述溫度敏感次要成分一般被引入擠出機(jī)的對應(yīng)于其端部區(qū)域的機(jī)筒中。因此，它們沒有與所要配混的多種成分充分混合和均勻勻化。
尤其是申請人已經(jīng)注意到，從連續(xù)生產(chǎn)工藝離開的所得彈性體組合物在物理-化學(xué)性能的一致性(即均勻性)方面不令人滿意，所述性能即使在相同的生產(chǎn)活動內(nèi)也存在樣品間的差異，造成成品性能的相應(yīng)差異。
申請人已經(jīng)注意到，以上考慮內(nèi)容在應(yīng)用于所謂″次要成分″，即應(yīng)用于不同于橡膠，增強(qiáng)填料和增塑劑和為了改性和/或提高特性彈性體組合物特性而加入的那些組分時(shí)變得非常貼切。所述次要成分的一些例子是交聯(lián)劑，交聯(lián)促進(jìn)劑，交聯(lián)延遲劑，交聯(lián)活化劑，保護(hù)劑，硬化樹脂，粘附促進(jìn)劑，偶聯(lián)劑，縮合催化劑。
加入至橡膠基料的其種類和數(shù)量根據(jù)所要生產(chǎn)的彈性體組合物而變化的次要成分是尤其重要的，因?yàn)檫@些次要成分是非常多的(在單個(gè)橡膠混合物中通常至少5-15種)和以少量(一般不大于5％重量，相對于橡膠混合物的總重)使用。因此，所述次要成分非常難以實(shí)現(xiàn)非常精確的分布和均勻勻化。
申請人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，離開擠塑裝置的彈性體組合物的物理-化學(xué)性能可通過提供其中混合步驟在靜態(tài)混合器中進(jìn)行的生產(chǎn)工藝而得到優(yōu)異的均勻性。
因此，本發(fā)明的第一方面涉及一種用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法，所述方法包括步驟-將至少一種彈性體和至少一種填料計(jì)量和加料至至少一個(gè)擠出機(jī)；-利用所述擠出機(jī)將所述填料混合和分散至所述彈性體，和-使所得彈性體組合物經(jīng)過至少一個(gè)靜態(tài)混合器。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其中進(jìn)行另外的混合步驟的使所得彈性體組合物經(jīng)過靜態(tài)混合器的所述步驟有利地確保所述所得彈性體組合物的物理-化學(xué)性能的再現(xiàn)性。
按照優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明方法包括以下步驟使所得彈性體組合物從所述擠出機(jī)排出和冷卻所述組合物，然后使后者經(jīng)過靜態(tài)混合器。
優(yōu)選地，所述擠出機(jī)是雙螺桿擠出機(jī)。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明方法包括以下步驟將至少一種利用所述擠出機(jī)混合和分散到所述彈性體中的次要成分計(jì)量和加料到所述擠出機(jī)中。
優(yōu)選地，計(jì)量和加料到所述擠出機(jī)中的次要成分不包括溫度敏感次要成分。
根據(jù)另一實(shí)施方案，本發(fā)明方法包括將至少一種次要成分加入從擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物中的步驟。
優(yōu)選地，所述加入步驟在所述冷卻步驟之后進(jìn)行。
優(yōu)選地，溫度敏感次要成分被加入從擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物中。這是尤其有利的，因?yàn)閿D出機(jī)的工作條件不受溫度敏感次要成分的限制。尤其是，所述溫度敏感次要成分在混合和分散步驟過程中的不存在并不限制在擠出機(jī)內(nèi)可達(dá)到的最大溫度。
優(yōu)選地，次要成分被加料到擠出機(jī)或加入由擠出機(jī)排出的細(xì)分產(chǎn)品形式的所得彈性體組合物中。根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語″細(xì)分產(chǎn)品″是指離散顆粒形式的產(chǎn)品。優(yōu)選地，所述顆粒具有平均尺寸0.5mm至15mm，更優(yōu)選1mm至10mm，甚至更優(yōu)選3mm至7mmm。優(yōu)選地，所述顆粒是粒劑，丸粒，珠?；蛑闋钗镄问健?br> 另外，次要成分被加料到擠出機(jī)或加入由擠出機(jī)排出的粉末形式的所得彈性體組合物中。
另外，次要成分被加料到擠出機(jī)或加入由擠出機(jī)排出的液體形式的所得彈性體組合物中。
另外，次要成分被加料到擠出機(jī)或加入由擠出機(jī)排出的母料形式的所得彈性體組合物中。
有利地，所述母料可通過將至少一種次要成分和預(yù)定量的從擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物混合和分散，優(yōu)選至另一擠出機(jī)而得到。
由所述另一擠出機(jī)得到的母料可以連續(xù)帶的形式或，另外，以細(xì)分產(chǎn)品的形式得到。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明方法進(jìn)一步包括由擠出機(jī)所排出的所得彈性體組合物得到細(xì)分產(chǎn)品的步驟。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，由所述擠出機(jī)所排出的所得彈性體組合物得到細(xì)分產(chǎn)品的所述步驟在所述擠出機(jī)的排出開口處進(jìn)行，這樣擠出物直接以細(xì)分形式得到。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方案，由所述擠出機(jī)所排出的所得彈性體組合物得到細(xì)分產(chǎn)品的所述步驟在所述冷卻步驟之后進(jìn)行。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方案，本發(fā)明方法進(jìn)一步包括步驟-累積一定量的由所述擠出機(jī)所排出的所得彈性體組合物得到的所述細(xì)分產(chǎn)品，和-攪拌所述累積量的細(xì)分產(chǎn)品。
申請人已經(jīng)認(rèn)識到，通過累積和如利用轉(zhuǎn)筒攪拌一定量的細(xì)分產(chǎn)品形式的彈性體擠出物以預(yù)定時(shí)間，可補(bǔ)償在各種成分的計(jì)量步驟中的任何可能的波動以及在生產(chǎn)工藝過程中可能發(fā)生的任何局部不勻。申請人已經(jīng)注意到，所述不勻性，即上述的物理-化學(xué)性能一致性的缺乏主要是由于在計(jì)量被加入以生產(chǎn)彈性體組合物的多種成分過程中可能發(fā)生的波動。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述累積和攪拌步驟能夠機(jī)械勻化在生產(chǎn)工藝的不同時(shí)間得到的細(xì)分產(chǎn)品，這樣可有利地補(bǔ)償在計(jì)量和加料步驟過程中發(fā)生的任何可能波動。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，所述累積和攪拌步驟在由所述擠出機(jī)所排出的所得彈性體組合物得到細(xì)分產(chǎn)品的所述步驟之后進(jìn)行。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方案，累積和攪拌步驟還針對由至少一種次要成分得到的細(xì)分產(chǎn)品進(jìn)行。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方案，將至少一種次要成分加入由擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物中的步驟在所述累積和攪拌步驟之前進(jìn)行。
另外，將至少一種次要成分加入由擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物中的步驟在所述累積和攪拌步驟之后進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，連續(xù)地排出攪拌的細(xì)分產(chǎn)品。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方案，攪拌的細(xì)分產(chǎn)品的排出在攪拌步驟結(jié)束時(shí)利用至少兩個(gè)串聯(lián)排列的攪拌設(shè)備間歇進(jìn)行，這樣當(dāng)?shù)谝辉O(shè)備正在攪拌時(shí)，第二設(shè)備被加載或卸載細(xì)分產(chǎn)品。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明方法進(jìn)一步包括排出由所述靜態(tài)混合器經(jīng)過的彈性體組合物的步驟。優(yōu)選地，所述排出步驟連續(xù)進(jìn)行。另外，所述排出步驟間歇進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，所得彈性體組合物被冷卻以防過早硫化。優(yōu)選地，將從擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物通過在室溫在所述彈性體組合物轉(zhuǎn)移至相繼的操作單元過程中使其與空氣接觸而冷卻。另外，所述冷卻步驟通過使用本領(lǐng)域已知的任何冷卻設(shè)備如，例如，冷卻傳送帶，指向所得彈性體組合物的冷卻氣流，或使所述組合物進(jìn)入一個(gè)包含冷卻劑(通常水)的冷卻管而進(jìn)行和依次通過熱空氣而干燥。優(yōu)選地，所述彈性體組合物在不高于110℃的溫度下，更優(yōu)選在20℃至90℃，甚至更優(yōu)選25℃至80℃的溫度下冷卻。
本發(fā)明的第二方面涉及一種用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的裝置，所述裝置包括-至少一個(gè)雙螺桿擠出機(jī)，包括外殼和兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述外殼中的螺桿，所述外殼包括至少一個(gè)加料開口和排出開口；-至少一個(gè)計(jì)量設(shè)備，用于將至少一種彈性體和至少一種填料計(jì)量和加料到所述擠出機(jī)中，和-至少一個(gè)靜態(tài)混合器，用于使從所述擠出機(jī)的所述排出開口排出的所得彈性體組合物通過。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述靜態(tài)混合器位于所述擠出機(jī)的排出開口。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，所述靜態(tài)混合器位于所述擠出機(jī)的下游。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，所述裝置包括至少一個(gè)另外的計(jì)量設(shè)備，用于將至少一種次要成分計(jì)量和加料到所述擠出機(jī)中。優(yōu)選地，加料到擠出機(jī)中的次要成分不包括溫度敏感次要成分。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，所述裝置包括至少一個(gè)另外的計(jì)量設(shè)備，用于將至少一種次要成分計(jì)量加入從擠出機(jī)的排出開口排出的所得彈性體組合物中。優(yōu)選地，溫度敏感次要成分被加入從擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物中。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，所述裝置包括至少一個(gè)在靜態(tài)混合器上游的冷卻設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，所述裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于由從擠出機(jī)的排出開口排出的所得彈性體組合物得到細(xì)分產(chǎn)品的設(shè)備。優(yōu)選地，用于由所得彈性體組合物得到細(xì)分產(chǎn)品的所述設(shè)備位于擠出機(jī)的排出開口，這樣擠出物直接以細(xì)分形式得到。
另外，所述設(shè)備位于所述擠出機(jī)的下游。優(yōu)選地，所述設(shè)備是造粒機(jī)或開口磨機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，所述裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)攪拌設(shè)備，用于混合由擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物得到的累積細(xì)分產(chǎn)品。
優(yōu)選地，所述攪拌設(shè)備位于靜態(tài)混合器的上游。優(yōu)選地，所述攪拌設(shè)備是轉(zhuǎn)筒。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明的裝置的所述計(jì)量設(shè)備是重量分析加料器。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，彈性體組合物利用加料和泵送設(shè)備被加料到至少一個(gè)靜態(tài)混合器中。所述加料和泵送設(shè)備向所述組合物提供使其經(jīng)過靜態(tài)混合器所需的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述加料和泵送設(shè)備位于靜態(tài)混合器的上游。優(yōu)選地，所述加料和泵送設(shè)備是齒輪泵。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方案，所述加料和泵送設(shè)備位于所述靜態(tài)混合器的加料開口處。優(yōu)選地，所述加料和泵送設(shè)備是齒輪泵或單螺桿擠出機(jī)或往復(fù)螺桿，或其組合。尤其優(yōu)選的是單螺桿擠出機(jī)和齒輪泵的組合。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)位于擠出機(jī)排出開口上游的過濾體。
本發(fā)明現(xiàn)根據(jù)附圖進(jìn)一步說明，其中

圖1是用于生產(chǎn)彈性體組合物的傳統(tǒng)成套設(shè)備的示意圖，和圖2至10是本發(fā)明彈性體組合物的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備的不同實(shí)施方案的示意圖。
為了便于描述，在附圖中，相同的參考符號對應(yīng)于類似或相同的元件。
圖1給出了根據(jù)已有技術(shù)的彈性體組合物的生產(chǎn)成套設(shè)備100的示意圖。
所述生產(chǎn)成套設(shè)備100包括適用于生產(chǎn)所需彈性體組合物的連續(xù)帶(或圓條)E的擠出機(jī)110。如圖1所示意，利用加料料斗111，擠出機(jī)110被加料以用于生產(chǎn)所述所需彈性體組合物所需的配方成分，所述成分通常包含定義加上的橡膠基料物質(zhì)，增強(qiáng)填料和定義如上的次要成分。
一般，配方成分被加料到擠出機(jī)的不同區(qū)。例如，圖1給出了對應(yīng)于擠出機(jī)110的三個(gè)不同區(qū)的三個(gè)主要物流A，B，C，所述物流的數(shù)目取決于所要生產(chǎn)的彈性體組合物。
另外，一般一些配方成分被加料到擠出機(jī)不止一次，例如相同的配方成分可被加料到擠出機(jī)的兩個(gè)不同區(qū)域，這再次取決于所要生產(chǎn)的彈性體組合物。因此，圖1的每個(gè)物流A，B，C可包含一種以上的配方成分。這種情況例如是優(yōu)選在擠出機(jī)的不同區(qū)加入以提高其在橡膠基料中的分散作用的增強(qiáng)填料(如，炭黑，硅石)。
根據(jù)所述實(shí)施方案，溫度敏感次要成分在對應(yīng)于其最后加料料斗的位置加入擠出機(jī)110中。
簡單起見，圖1僅為每一物流A，B，C給出了一個(gè)計(jì)量設(shè)備112。但如果每一物流包含一種以上的配方成分，優(yōu)選每種配方成分配有專用的計(jì)量設(shè)備。這樣可有利地減少由于計(jì)量不同密度的配方成分而可能發(fā)生的計(jì)量誤差。
另外，多個(gè)不同的配方成分可利用相同的計(jì)量設(shè)備計(jì)量。
優(yōu)選地，計(jì)量設(shè)備112是損耗重量分析加料器。
一般，通常由制造商打包提供的橡膠基料物質(zhì)例如利用葉片被粉碎成具有小尺寸(約3-50mm，平均尺寸)的不規(guī)則顆粒(屑粒)，并隨后補(bǔ)充以防粘劑(如白堊，硅石，或其它粉末)以避免再附聚作用。
另外，還提供重量分析受控加料泵113以向擠出機(jī)110中加入一般被加入橡膠基料的增塑油和可能的其它液體成分，如硅石偶聯(lián)劑(如硅烷)，粘附促進(jìn)劑(如鈷鹽)，液體樹脂(如酚類樹脂)和抗返硫劑(如硅烷)。
圖1還顯示了離開擠出機(jī)110的物流D，該擠出機(jī)一般具有一個(gè)以參考符號114示意表示的脫氣單元。
優(yōu)選地，擠出機(jī)110是共旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。
參考圖1，彈性體組合物通過從擠出機(jī)模頭117中經(jīng)過而被排出擠出機(jī)110，這樣彈性體組合物以連續(xù)彈性體帶E的形式得到。
圖2給出了根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備200的第一實(shí)施方案，所述成套設(shè)備200包括例如參考圖1描述的擠出機(jī)110。
根據(jù)所述實(shí)施方案，彈性體組合物被過濾以消除任何可能的聚集體，金屬顆?；蚱渌s質(zhì)。為此，過濾體212(如絲網(wǎng)過濾器)被放在擠出機(jī)螺桿(未示)的下游。在彈性體組合物的所述過濾階段中，應(yīng)該特別小心以避免溫度升高，否則會造成彈性體組合物的過早硫化。
為了向擠出材料賦予足以經(jīng)過所述過濾體212的壓力，優(yōu)選擠出機(jī)110具有齒輪泵211。優(yōu)選地，所述齒輪泵211被放在過濾體212的上游。
優(yōu)選地，所述擠出機(jī)110是雙螺桿擠出機(jī)。優(yōu)選地，擠出機(jī)110的螺桿是共旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述共旋轉(zhuǎn)齒合雙螺桿擠出機(jī)具有L/D比率48。
根據(jù)所述實(shí)施方案，本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備200進(jìn)一步包括位于擠出機(jī)110的排出開口的靜態(tài)混合器210。根據(jù)本發(fā)明，靜態(tài)混合器210進(jìn)行勻化和混合作用以使彈性體組合物具有所需一致性的其物理-化學(xué)性能。彈性體組合物以連續(xù)彈性體帶F的形式從靜態(tài)混合器210排出。
可用于本發(fā)明方法的靜態(tài)混合器一般是本領(lǐng)域本身已知的不含活動部分的共混設(shè)備，其中共混作用通過使所要共混的彈性體組合物擠過靜態(tài)共混元件而得到。通過變換物流方向或迫使該物流經(jīng)過優(yōu)選的通道，所述共混元件進(jìn)行多次的物流細(xì)分和重組，這樣有可能在離開混合器的彈性體組合物內(nèi)得到所需的性能均勻性。靜態(tài)混合器優(yōu)選為一種被特別設(shè)計(jì)用于共混高度粘稠流體和常用于塑料的注塑工藝的設(shè)備，例如公開于專利US-5,564,827的靜態(tài)混合器。一般來說，這種混合器包括單片的靜態(tài)共混元件，也就是說沒有焊縫或接頭，這樣盡可能避免在混合器內(nèi)的任何變形和/或破裂，即使所要共混的材料是高度粘稠的和因此需要高擠塑壓力。
圖3給出了根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備300的第二實(shí)施方案，所述成套設(shè)備300包括例如參考圖1描述的擠出機(jī)110。
優(yōu)選地，將離開擠出機(jī)110的彈性體帶E在利用任何合適的設(shè)備(如，傳送帶)將其傳送至后續(xù)操作單元的過程中利用所述彈性體帶周圍的環(huán)境溫度的空氣冷卻至不高于110℃的溫度。
根據(jù)所述實(shí)施方案，本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備300進(jìn)一步包括位于擠出機(jī)110下游的靜態(tài)混合器210。靜態(tài)混合器210分別利用加料和泵送設(shè)備310和齒輪泵320加料以彈性體帶E。為了向所述彈性體組合物E賦予足以經(jīng)過靜態(tài)混合器210的壓力，所述彈性體組合物被加料至加料和泵送設(shè)備310，然后又向位于所述加料和泵送設(shè)備310的下游的齒輪泵320加料。
優(yōu)選地，所述加料和泵送設(shè)備310是特別優(yōu)選用于齒輪泵320的加料的單螺桿擠出機(jī)，因?yàn)閱温輻U擠出機(jī)不使彈性體組合物明顯增加其溫度。
最后，彈性體組合物以連續(xù)彈性體帶F的形式從靜態(tài)混合器210排出。
圖4給出了本發(fā)明連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備400的另一實(shí)施方案，其中離開擠出機(jī)110的彈性體帶E利用任何合適的設(shè)備(如，傳送帶)被傳送至研磨設(shè)備410以使彈性體帶E轉(zhuǎn)化成彈性體細(xì)分產(chǎn)品G。
優(yōu)選地，所述研磨設(shè)備410是研磨磨機(jī)或造粒機(jī)。
根據(jù)所述另一實(shí)施方案，彈性體細(xì)分產(chǎn)品G被依次加料到如以上參考圖3的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備300所公開的單螺桿擠出機(jī)310中。
圖5給出了本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備500的另一實(shí)施方案，其中得到細(xì)分形式的彈性體組合物的步驟直接在擠出機(jī)110的排出開口進(jìn)行，這樣可避免圖4的研磨設(shè)備410。
例如，根據(jù)所述另一實(shí)施方案，彈性體組合物可在擠塑步驟結(jié)束時(shí)通過提供具有穿孔模頭板510以使彈性體組合物通過的擠塑頭而造粒。
模頭板510一般配有切割裝置(在圖5中未示)，這樣彈性體組合物可以粒狀形式得到。
類似于圖4所示的生產(chǎn)成套設(shè)備400，將細(xì)分形式G的彈性體組合物如上所述依次加料到單螺桿擠出機(jī)310。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，將次要成分或其一部分(優(yōu)選溫度敏感次要成分)加入從所述至少一個(gè)擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物中。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，擠出機(jī)110被加料以橡膠基料物質(zhì)，增強(qiáng)填料和不是溫度敏感的(如交聯(lián)劑，交聯(lián)促進(jìn)劑，交聯(lián)延遲劑和交聯(lián)活化劑)和因此在操作條件下不變質(zhì)和/或造成過早硫化和/或不影響配混工藝的次要成分。
另外，將預(yù)定量的所述溫度敏感次要成分加入所述所得彈性體組合物，同時(shí)將其剩余部分直接加入擠出機(jī)中。
圖6給出了本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備600的一個(gè)實(shí)施方案，其中次要成分，或至少其一部分作為母料被加入以彈性體帶E形式從擠出機(jī)110排出的所得彈性體組合物中。在圖6中，兩種次要成分的兩種母料H，I作為本發(fā)明非限定性例子給出。
優(yōu)選地，所述母料通過將至少預(yù)定量的從擠出機(jī)110排出的所得彈性體組合物和至少一種次要成分混合和分散至另一擠出機(jī)(未示)而得到。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，每個(gè)母料包括一種次要成分。優(yōu)選地，所述次要成分是溫度敏感次要成分。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方案，每個(gè)母料包括至少兩種次要成分的混合物。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備600進(jìn)一步包括用于現(xiàn)場生產(chǎn)所述母料所需的設(shè)備。另外，所述母料的生產(chǎn)與連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備600無關(guān)。
如圖6所示，在被計(jì)量(如利用任何合適的計(jì)量設(shè)備如損耗重量分析加料器)之后，母料H，I與從擠出機(jī)110排出的彈性體帶E一起被加入單螺桿擠出機(jī)310的加料料斗且該工藝?yán)^續(xù)如上參考圖3至5所述而進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備進(jìn)一步包括攪拌設(shè)備。
具體地，圖7給出了本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備700的一個(gè)實(shí)施方案，其中將一定量的離開研磨設(shè)備410的細(xì)分產(chǎn)品G累積和在攪拌設(shè)備710內(nèi)攪拌。
優(yōu)選地，攪拌設(shè)備710是轉(zhuǎn)筒。
優(yōu)選地，攪拌步驟通過連續(xù)旋轉(zhuǎn)該累積量(如通過轉(zhuǎn)筒)而進(jìn)行，這樣在不同時(shí)間從研磨設(shè)備410中出來的細(xì)分產(chǎn)品被共混在一起。
基本部分的細(xì)分產(chǎn)品(如粒劑)在攪拌設(shè)備710中的停留時(shí)間取決于多個(gè)參數(shù)如a)攪拌設(shè)備的體積；b)細(xì)分產(chǎn)品G的流率；c)圓筒的旋轉(zhuǎn)速度，在攪拌設(shè)備是轉(zhuǎn)筒的情況下；d)攪拌設(shè)備的填充度。
例如，在攪拌設(shè)備是轉(zhuǎn)筒的情況下，細(xì)分產(chǎn)品的流速是約50kg/h至約5,000kg/h，填充度是約0.5，圓筒容積是約1m3至約5m3，和旋轉(zhuǎn)速度是約5rpm至約15rpm(如6rpm)，細(xì)分產(chǎn)品在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的停留時(shí)間優(yōu)選為5min至15min。
如圖7所示，在攪拌步驟結(jié)束時(shí)，將攪拌的細(xì)分產(chǎn)品L從攪拌設(shè)備710中排出并加料至單螺桿擠出機(jī)310。因此該工藝?yán)^續(xù)如上參考圖3至6所述而進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，圖8給出了一種連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備800，其中得到細(xì)分形式G的彈性體組合物的步驟如上參見圖5所述直接在擠出機(jī)110的排出開口處進(jìn)行。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方案，將次要成分的母料加入在攪拌設(shè)備710內(nèi)部的所得彈性體組合物(從擠出機(jī)110中排出)。
具體地，圖9給出了一種連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備900，其中細(xì)分形式的兩種次要成分的兩種母料H′，I′和以細(xì)分形式G離開擠出機(jī)110的所得彈性體組合物被加料到攪拌設(shè)備710。
圖10給出了本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備950，其中次要成分，或至少其一部分被加入在單螺桿擠出機(jī)內(nèi)部的攪拌的彈性體組合物中。
根據(jù)所述實(shí)施方案，細(xì)分形式G的彈性體組合物被拌入攪拌設(shè)備710中并隨后加入次要成分H，I中。優(yōu)選地，所述次要成分H，I如上所述是母料的形式。優(yōu)選地，所述母料被減小成細(xì)分形式。另外，所述母料以帶的形式被引入(注入)到單螺桿擠出機(jī)310中。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，一種或多種配方成分以細(xì)分形式被加料到相應(yīng)的計(jì)量設(shè)備中。
優(yōu)選次要成分以細(xì)分形式加料。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，一種或多種配方成分利用氣力傳輸線被傳送至相應(yīng)的計(jì)量設(shè)備。
如果使用氣力傳輸線，優(yōu)選至少一種次要成分以細(xì)分的自由流動形式被提供至生產(chǎn)成套設(shè)備，這對于其氣力傳輸是特別合適的。
優(yōu)選所述自由流動性能以及高尺寸規(guī)律性和穩(wěn)定性通過將所述至少一種次要成分分散在熱塑性粘結(jié)劑中而得到。
另外，熱塑性粘結(jié)劑在被引入擠出機(jī)中時(shí)不費(fèi)力地熔化，這樣用作加工助劑和明顯提高所述至少一種次要成分在橡膠基料中的分散作用，不會造成最終彈性體組合物在性能上的任何明顯變化。
可被計(jì)量和以細(xì)分形式加料到擠出機(jī)中的次要成分可例如選自(a1)交聯(lián)劑，如硫(通常為可溶結(jié)晶形式或不可溶聚合物形式，視需要分散在油相中)；硫給體(如烷基秋蘭姆二硫化物)；有機(jī)過氧化物；(a2)交聯(lián)促進(jìn)劑，如噻唑，亞磺酰胺，胍，秋蘭姆，二硫代氨基甲酸鹽，胺，黃原酸鹽；(a3)合成樹脂，如α-甲基苯乙烯樹脂，香豆素樹脂；(a4)交聯(lián)活化劑，如鋅化合物(如ZnO，ZnCO3，脂肪酸鋅鹽)；(a5)交聯(lián)延遲劑，如羧酸，鄰苯二甲酰亞胺衍生物，二苯基胺衍生物；(a6)粘附促進(jìn)劑，如六亞甲基四胺(HMT)，間苯二酚；(a7)保護(hù)劑，如芳族二胺(如N-(1，3-二甲基丁基)-N′-對-亞苯基二胺(6PPD))，二氫喹啉衍生物，咪唑衍生物；(a8)偶聯(lián)劑，如用于硅石的偶聯(lián)劑，尤其含硫可水解硅烷(如3，3′-二(三乙氧基-甲硅烷基丙基)四硫化物(TESPT))；(a9)縮合催化劑，如金屬羧酸鹽(如二月桂酸二丁基錫(DBTL))。
以上列舉僅為了說明在橡膠混合物中，尤其在用于輪胎的橡膠混合物中最常用的次要成分的某些例子而給出，因此不應(yīng)理解為對本發(fā)明范圍的限定。
根據(jù)本發(fā)明的方法可用于生產(chǎn)任何種類的彈性體，尤其用于輪胎工業(yè)的彈性體的橡膠混合物。一般，彈性體基料可選自二烯彈性體聚合物和單烯烴彈性體聚合物，或其混合物。
二烯彈性體聚合物一般是天然來源的，或可通過至少一種共軛二烯烴，視需要與至少一種不超過50％重量的單乙烯基芳烴在溶液或在乳液中的聚合反應(yīng)而得到。二烯彈性體聚合物的例子是順式-1，4-聚異戊二烯(天然或合成，優(yōu)選天然橡膠)，3，4-聚異戊二烯，聚-1，3-丁二烯(尤其是，具有15％至85％重量的1，2-聚合單元含量的高乙烯基聚-1，3-丁二烯)，聚氯丁二烯，視需要鹵化的異戊二烯/異丁烯共聚物，1，3-丁二烯/丙烯腈共聚物，1，3-丁二烯/苯乙烯共聚物，1，3-丁二烯/異戊二烯共聚物，異戊二烯/苯乙烯共聚物，異戊二烯/1，3-丁二烯/苯乙烯三元聚合物；或其混合物。
至于單烯烴彈性體聚合物，它們可選自乙烯與至少一種具有3至12個(gè)碳原子的α-烯烴，和視需要與具有4至12個(gè)碳原子的二烯的共聚物；聚異丁烯；異丁烯與至少一種二烯的共聚物。尤其優(yōu)選的是乙烯/丙烯共聚物(EPR)；乙烯/丙烯/二烯三元聚合物(EPDM)；聚異丁烯；丁基橡膠；鹵代丁基橡膠；或其混合物。
橡膠混合物進(jìn)一步包含至少一種增強(qiáng)填料，如炭黑，硅石，礬土，硅鋁酸鹽，碳酸鈣，高嶺土，二氧化鈦，或其混合物。尤其優(yōu)選的是炭黑和硅石，或其混合物。增強(qiáng)填料的量一般可以是0.1至120phr，優(yōu)選20至90phr(phr＝重量份/100重量份總彈性體基料)。
為了提高加工性能，至少一種增塑劑優(yōu)選加入橡膠混合物中。它一般選自礦物油，植物油，合成油和類似物，或其混合物，例如芳族油，環(huán)烷烴油，鄰苯二甲酸酯，大豆油，或其混合物。增塑劑的量一般可以是2至100phr，優(yōu)選5至50phr。
本發(fā)明現(xiàn)通過以下工作實(shí)施例進(jìn)一步說明。
*****
實(shí)施例1(發(fā)明)彈性體組合物根據(jù)圖4的示意生產(chǎn)工藝而制成。
所述彈性體組合物通過使用天然橡膠(NR)和丁二烯橡膠(BR)作為彈性體基料，和炭黑作為增強(qiáng)填料而制成。
彈性體組合物的配方以下在表1中給出。
表1
術(shù)語″phr″表示重量份/100重量份總橡膠。
天然橡膠和丁二烯橡膠利用具有旋轉(zhuǎn)葉片的兩個(gè)磨機(jī)以具有平均顆粒尺寸約1cm的粒劑形式而得到。
為了防止再附聚作用，將兩種橡膠的所得粒劑用硅石涂加粉末。
接著，兩種橡膠的粒劑進(jìn)行機(jī)械共混并將這兩種不同的橡膠的共混粒劑加料到具有圓柱體直徑58mm和L/D比率48的共旋轉(zhuǎn)齒合雙螺桿擠出機(jī)的第一加料料斗(主料斗)。
所述共混粒劑至雙螺桿擠出機(jī)的加料利用重量分析加料器而進(jìn)行。
粉末形式的次要成分在雙螺桿擠出機(jī)的不同的區(qū)加入。
約50％重量的增強(qiáng)填料，即炭黑與?；南鹉z一起利用專用重量分析加料器被加料到雙螺桿擠出機(jī)的第一加料料斗。
將剩余部分的炭黑以及氧化鋅，蠟和硬脂酸利用不同的專用重量分析加料器，即用于每種成分的重量分析加料器加料到雙螺桿擠出機(jī)的第二加料料斗。
不可溶硫，N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰亞胺(PVI)和N-叔丁基巰基苯并噻唑基亞磺酰胺(TBBS)，即固化劑利用專用重量分析加料器被加料到雙螺桿擠出機(jī)的另一加料料斗。
抗氧化劑6PPD以熔融狀態(tài)利用重量分析受控加料泵注入。
為了確定通過加料重量分析體系引入生產(chǎn)工藝的重量誤差，每個(gè)重量分析加料器配有一個(gè)在線電子控制設(shè)備以測定和顯示配方成分的瞬間流動。如果需要，所述控制通過作用于重量分析加料器的加料機(jī)構(gòu)而能夠校正瞬間流動。
擠出的彈性體組合物是具有寬度約10cm和厚度約2cm的連續(xù)帶形式。
所述帶被加料到具有旋轉(zhuǎn)葉片的磨機(jī)中以使所述帶造粒，這樣得到具有平均顆粒尺寸約1cm的彈性體粒劑。
生產(chǎn)出100kg粒狀形式的彈性體組合物并用硅石涂加粉末以防再附聚作用。
隨后，所述粒劑量被加料到具有圓柱體直徑50mm和L/D比率12的單螺桿擠出機(jī)。
單螺桿擠出機(jī)實(shí)施用于將彈性體組合物加料到靜態(tài)混合器(SulzerSMK-X DN 30，由Sulzer Chemtech Ltd.生產(chǎn))的步驟，以使離開所述單螺桿擠出機(jī)的擠出物勻化。
離開靜態(tài)混合器的彈性體組合物處于溫度約130℃和是具有直徑約3cm的圓條形式。
由所述圓條得到八個(gè)樣品(每個(gè)樣品為具有長度約25mm和直徑約14mm的圓柱形)并在170℃下進(jìn)行固化步驟10分鐘。
隨后測試所述樣品以評估以下性能在100℃下的Mooney粘度ML(1+4)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 289/1；機(jī)械性能(100％模量，300％模量，斷裂應(yīng)力，斷裂伸長率)，根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)37；動態(tài)彈性性能，和在23℃和100℃下的硬度，IRHD度，根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)48。
表2記錄了試驗(yàn)樣品的每種性能的算術(shù)平均值。
動態(tài)彈性性能使用動態(tài)Instron設(shè)備以壓縮模式根據(jù)以下方法測定。將相對起始長度被壓縮-預(yù)加載最高10％的縱向變形并在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持在預(yù)定的溫度(70℃或23℃)下的每個(gè)樣品經(jīng)受100Hz頻率的動態(tài)正弦應(yīng)變，該應(yīng)變具有相對預(yù)負(fù)荷下的長度為土3.33％的振幅。動態(tài)彈性性能以動態(tài)彈性模量(E′)和tanδ(損耗因數(shù))值表示。tanδ值被計(jì)算為粘性模量(E″)和彈性模量(E′)之間的比率，兩者都按照以上動態(tài)測量法而確定。
申請人針對上述樣品計(jì)算出每種測試性能的均方根偏差(σ)和分散系數(shù)(V)以量化測量值相對平均值的分散性。
表2
其中分散系數(shù)V計(jì)算如下
V=σx‾----(1)]]>或V%=100*σx‾----(2)]]>其中x是所有樣品的性能的測量值x的算術(shù)平均，即x‾=1NΣi=1Nxi----(3)]]>N是已被考慮的樣品的總數(shù)；和σ是計(jì)算如下的均方根偏差σ=Σi=1N(xi-x‾)2N-1----(5)]]>因?yàn)榉稚⑾禂?shù)V與均方根偏差σ成正比，V的值越大，σ的值越大，即中心對應(yīng)于平均值x的Gaussian曲線的振幅越大。當(dāng)然，V的值越大，所測定的物理-化學(xué)性能在樣品間的不一致性越大。
*****實(shí)施例2(發(fā)明)實(shí)施例1的彈性體組合物在圖7所示的那種連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備中加工。
所述彈性體組合物進(jìn)行與實(shí)施例1相同的生產(chǎn)步驟和相同的操作條件，只是將以粒狀形式離開磨機(jī)的彈性體組合物加料到轉(zhuǎn)筒。
生產(chǎn)出100kg粒狀形式的彈性體組合物并用硅石涂加粉末以防再附聚作用。
然后，將所述粒劑量加料到具有容量1,500升的所述轉(zhuǎn)筒中并在旋轉(zhuǎn)速度約25rpm下攪拌10分鐘以勻化造粒的擠出物。
在攪拌步驟結(jié)束時(shí)，停止轉(zhuǎn)筒并將排出的粒劑加料到與靜態(tài)混合器連接的單螺桿擠出機(jī)，如實(shí)施例1所述。
類似于實(shí)施例1，離開靜態(tài)混合器的所得彈性體組合物是直徑約3cm的，處于溫度約130℃下的圓條形式。
由所述圓條得到八個(gè)樣品(每個(gè)樣品為具有長度約25mm和直徑約14mm的圓柱形)并在170℃下進(jìn)行固化步驟10分鐘。
然后測試所述樣品以評估上述性能(如實(shí)施例1所述)，其結(jié)果在表3中給出。
表3記錄了試驗(yàn)樣品的每種性能的算術(shù)平均值。
表3
*****實(shí)施例3(發(fā)明)彈性體組合物根據(jù)圖9的示意生產(chǎn)工藝而制成。
所述彈性體組合物通過使用天然橡膠(NR)和丁二烯橡膠(BR)作為彈性體基料，和炭黑作為增強(qiáng)填料而制成。
彈性體組合物的配方以下在表4中給出。
表4
如實(shí)施例1所述，將在共混之后以粒劑形式得到的天然橡膠和丁二烯橡膠加料到具有圓柱體直徑58mm和L/D比率48的共旋轉(zhuǎn)齒合雙螺桿擠出機(jī)的第一加料料斗(主料斗)。
表4中所示的次要成分以粉末形式在雙螺桿擠出機(jī)的不同的區(qū)加入。
約50％重量的增強(qiáng)填料，即炭黑與?；南鹉z一起加料到第一加料料斗，同時(shí)將剩余部分的炭黑以及氧化鋅，蠟和硬脂酸加料到雙螺桿擠出機(jī)的第二加料料斗。
抗氧化劑6PPD以熔融狀態(tài)利用重量分析受控加料泵注入。
不可溶硫，N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰亞胺(PVI)和N-叔丁基巰基苯并噻唑基亞磺酰胺(TBBS)，即固化劑沒有在雙螺桿擠出機(jī)的內(nèi)部加工并利用具有表5和6所給出的組成的兩種母料加入離開雙螺桿擠出機(jī)的所得彈性體組合物中。
表4
此外，角度(θ)和距離(D)從鋼水流出孔的軌跡求出。這種情況下首先用把關(guān)于鋼水流出軌跡的水力學(xué)模型試驗(yàn)中的結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析得到的下述(14)式求解。其中在(14)式中，y為把浸入式水口流出孔作為原點(diǎn)的垂直方向距離(m)、x為把浸入式水口流出孔作為原點(diǎn)的水平方向距離(m)、α為浸入式水口的流出角度(deg)、S為平均流出孔直徑(m)、a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2、為其值示于表4的常數(shù)，G1和G2為用下述(15)式確定的數(shù)值。其中在(15)式中，QL為單位時(shí)間的鋼水注入量(m3/秒)、Qg為向鋼水流出孔噴吹的Ar氣量(Nm3/秒)、ζ1、ζ2、ξ11、ξ12、ξ13、ξ14、ξ21、ξ22、ξ23、ξ24為常數(shù)，其值示于表4。
y＝(a1+b1α+c1S+d1αS)G1x2-(a2+b2α+c2S+d2αS)G2x(14)Gi=exp(-ζi·QLξi1·Qgξi2·Sξi3·(90-α)ξi4)---(15)]]>(14)式得到的鋼水流出軌跡的x＝W/2位置的微分值求出角度(θ)，根據(jù)(14)式得到的鋼水流出軌跡的x＝W/2位置的y值求出距離(D)。把這些計(jì)算方法表示在下面的(16)式和(17)式中。其中(17)式中的h為從結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面到流出孔上端的距離(m)。
θ=Arctan(-dydx|x=w/2)---(16)]]>D＝y(tǒng)|x＝w/2+h (17)
由所述圓條得到五個(gè)樣品(每個(gè)樣品為具有長度約25mm和直徑約14mm的圓柱形)并在170℃下進(jìn)行固化步驟10分鐘。
然后測試所述樣品以評估上述性能，其結(jié)果在表7中給出。
表7記錄了試驗(yàn)樣品的每種性能的算術(shù)平均值。
表7
實(shí)施例4(對比)將實(shí)施例1的彈性體組合物計(jì)量并加料到根據(jù)圖1所示的連續(xù)生產(chǎn)成套設(shè)備的共旋轉(zhuǎn)齒合雙螺桿擠出機(jī)。
所述彈性體組合物通過使用天然橡膠(NR)和丁二烯橡膠(BR)作為彈性體基料，和炭黑作為增強(qiáng)填料而制成。
天然橡膠和丁二烯橡膠利用具有旋轉(zhuǎn)葉片的兩個(gè)磨機(jī)以具有平均顆粒尺寸約1cm的粒劑形式而得到。
為了防止再附聚作用，將兩種橡膠的所得粒劑用硅石涂加粉末。
接著，兩種橡膠的粒劑進(jìn)行機(jī)械共混并將這兩種不同的橡膠的共混粒劑加料到具有圓柱體直徑58mm和L/D比率48的共旋轉(zhuǎn)齒合雙螺桿擠出機(jī)的第一加料料斗(主要料斗)。
所述共混粒劑至雙螺桿擠出機(jī)的加料利用重量分析加料器而進(jìn)行。
粉末形式的次要成分在雙螺桿擠出機(jī)的不同的區(qū)加入。
約50％重量的增強(qiáng)填料，即炭黑與造粒橡膠一起利用專用重量分析加料器被加料到雙螺桿擠出機(jī)的第一加料料斗。
將剩余部分的炭黑以及氧化鋅，蠟和硬脂酸利用不同的專用重量分析加料器，即用于每種成分的重量分析加料器加料到雙螺桿擠出機(jī)的第二加料料斗。
不可溶硫，N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰亞胺(PVI)和N-叔丁基巰基苯并噻唑基亞磺酰胺(TBBS)，即固化劑利用專用重量分析加料器被加料到雙螺桿擠出機(jī)的另一加料料斗。
抗氧化劑6PPD以熔融狀態(tài)利用重量分析受控加料泵注入。
擠出的彈性體組合物是具有寬度約10cm和厚度約2cm的連續(xù)帶形式。擠出物的溫度是約126℃。
由所述帶得到十個(gè)樣品，在170℃下進(jìn)行固化10min并測試以評估其物理-化學(xué)性能。
結(jié)果在表8中給出。
表8
*****通過比較表2，3，7和8中所記錄的值可以看出，使用本發(fā)明生產(chǎn)工藝得到的彈性體樣品相對所測物理-化學(xué)性能的分散系數(shù)V明顯低于使用傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝得到的彈性體樣品的相應(yīng)的分散系數(shù)V。
如上所述，分散系數(shù)V可被明顯降低，這是特別有利的，因?yàn)榉浅５偷姆稚⑾禂?shù)意味著由本發(fā)明生產(chǎn)工藝得到的彈性體組合物的物理-化學(xué)性能在整個(gè)生產(chǎn)活動過程中是基本上一致的。
這意味著，由相同的配方在生產(chǎn)工藝的不同時(shí)刻得到的彈性體制品預(yù)期具有性能的均勻性以及高質(zhì)量一致性，這樣可確保屬于相同生產(chǎn)活動的產(chǎn)品之間具有基本上相同的性質(zhì)。
另外，如果與具有兩個(gè)雙螺桿擠出機(jī)的已有技術(shù)連續(xù)工藝相比，按照本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)工藝在所得彈性體組合物的物理-化學(xué)性能的分散性方面產(chǎn)生良好的結(jié)果，因此在進(jìn)行時(shí)有利地不太昂貴和不太復(fù)雜。
權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法，包括步驟-將至少一種彈性體和至少一種填料計(jì)量和加料至至少一個(gè)擠出機(jī)(110)；-利用所述擠出機(jī)(110)將所述填料混合和分散至所述彈性體，和-使所得彈性體組合物經(jīng)過至少一個(gè)靜態(tài)混合器(210)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括從所述擠出機(jī)(110)排出所述所得彈性體組合物的步驟，所述排出步驟在所述經(jīng)過步驟之前進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括冷卻從所述擠出機(jī)(110)排出的所述所得彈性體組合物的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述所得彈性體組合物被冷卻至不高于110℃的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述溫度是20℃至90℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將至少一種次要成分計(jì)量和加料到所述擠出機(jī)(110)中的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述次要成分不包括溫度敏感次要成分。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步包括將所述至少一種次要成分利用所述擠出機(jī)(110)混合和分散到所述彈性體中的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括將至少一種次要成分加入從所述擠出機(jī)(110)中排出的所述所得彈性體組合物中的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或9的方法，其中所述至少一種次要成分包括至少一種溫度敏感次要成分。
11.根據(jù)權(quán)利要求6或9的方法，其中所述至少一種次要成分是細(xì)分產(chǎn)品的形式。
12.根據(jù)權(quán)利要求6或9的方法，其中所述至少一種次要成分是粉末形式。
13.根據(jù)權(quán)利要求6或9的方法，其中所述至少一種次要成分是母料形式。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述母料包含所述次要成分和從所述擠出機(jī)(110)中排出的所述所得彈性體組合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其中所述母料以細(xì)分產(chǎn)品的形式得到。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括由所述擠出機(jī)(110)所排出的所述所得彈性體組合物得到細(xì)分產(chǎn)品的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述得到細(xì)分產(chǎn)品的步驟在所述擠出機(jī)(110)的排出開口處進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求16和3的方法，其中所述由所述所得彈性體組合物得到細(xì)分產(chǎn)品的步驟在所述冷卻步驟之后進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括步驟-累積一定量的由所述擠出機(jī)(110)所排出的所得彈性體組合物得到的所述細(xì)分產(chǎn)品，和-攪拌所述累積量的細(xì)分產(chǎn)品。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括步驟-累積一定量的由所述母料得到的細(xì)分產(chǎn)品，和-攪拌所述累積量。
21.根據(jù)權(quán)利要求9和19的方法，其中所述加料步驟在所述累積和攪拌步驟之前進(jìn)行。
22.根據(jù)權(quán)利要求9和19的方法，其中所述加料步驟在所述累積和攪拌步驟之后進(jìn)行。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將所述彈性體組合物從所述靜態(tài)混合器(210)排出的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述排出步驟連續(xù)進(jìn)行。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述排出步驟間歇進(jìn)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求6或9的方法，其中所述次要成分選自交聯(lián)劑，交聯(lián)促進(jìn)劑，樹脂，交聯(lián)活化劑，交聯(lián)延遲劑，粘附促進(jìn)劑，保護(hù)劑，偶聯(lián)劑，縮合催化劑。
27.一種用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的裝置(200，300，400，500，600，700，800，900，950)，包括-至少一個(gè)雙螺桿擠出機(jī)(110)，包括外殼和兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述外殼中的螺桿，所述外殼包括至少一個(gè)加料開口(111)和排出開口；-至少一個(gè)計(jì)量設(shè)備(112)，用于將至少一種彈性體和至少一種填料計(jì)量和加料到所述擠出機(jī)(110)，和-至少一個(gè)靜態(tài)混合器(210)，用于使從所述擠出機(jī)(110)的所述排出開口排出的所得彈性體組合物經(jīng)過。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中所述靜態(tài)混合器(210)位于所述擠出機(jī)(110)的所述排出開口處。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中所述靜態(tài)混合器(210)位于所述擠出機(jī)(110)的下游。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于將至少一種次要成分計(jì)量和加料到所述擠出機(jī)(110)的另外的計(jì)量設(shè)備(112)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)另外計(jì)量設(shè)備以將至少一種次要成分計(jì)量和加料到從所述排出開口中排出的所述所得彈性體組合物(E)中。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或31的裝置，其中所述次要成分包含至少一種溫度敏感次要成分。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)在所述靜態(tài)混合器(210)的上游的冷卻設(shè)備。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于由所述排出開口所排出的所述所得彈性體組合物(E)得到細(xì)分產(chǎn)品(G)的設(shè)備(410，510)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中用于得到細(xì)分產(chǎn)品(G)的所述設(shè)備(510)位于所述擠出機(jī)(110)的所述排出開口處。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的裝置，其中用于得到細(xì)分產(chǎn)品(G)的所述設(shè)備(510)是配有切割裝置的穿孔模頭板。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中用于得到細(xì)分產(chǎn)品(G)的所述設(shè)備(410)是造粒機(jī)或開口磨機(jī)。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)攪拌設(shè)備(710)，用于混合由所述擠出機(jī)(110)所排出的所述所得彈性體組合物(E)得到的累積的細(xì)分產(chǎn)品(G)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中所述攪拌設(shè)備(710)位于所述靜態(tài)混合器(210)的上游。
40.根據(jù)權(quán)利要求27或31的裝置，其中所述計(jì)量設(shè)備(112)是重量分析加料器。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中所述攪拌設(shè)備(710)是轉(zhuǎn)筒。
42.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進(jìn)一步包括位于所述靜態(tài)混合器(210)的上游的加料和泵送設(shè)備(211)。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的裝置，其中所述加料和泵送設(shè)備(211)是齒輪泵。
44.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，進(jìn)一步包括位于所述靜態(tài)混合器(210)的加料開口處的加料和泵送設(shè)備(310，320)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的裝置，其中所述加料和泵送設(shè)備(310，320)選自齒輪泵，單螺桿擠出機(jī)，往復(fù)螺桿，和其組合。
46.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)位于所述擠出機(jī)(110)的所述排出開口的上游的過濾體(212)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的方法。所述工藝包括步驟(a)將至少一種彈性體和至少一種填料計(jì)量和加料至至少一個(gè)擠出機(jī)；(b)利用所述擠出機(jī)將所述填料混合和分散至所述彈性體，和(c)使所得彈性體組合物經(jīng)過至少一個(gè)靜態(tài)混合器。另外本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)生產(chǎn)彈性體組合物的裝置，所述裝置包括至少一個(gè)靜態(tài)混合器以使從擠出機(jī)排出的所得彈性體組合物經(jīng)過。
文檔編號B29C47/00GK1638944SQ02829307
公開日2005年7月13日 申請日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者M·加利姆博蒂, C·普皮, F·羅曼尼, S·特斯蒂, E·阿爾比扎蒂 申請人:倍耐力輪胎公司