專(zhuān)利名稱(chēng)：連續(xù)生產(chǎn)膠料工藝方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)生產(chǎn)膠料和其它的以聚合物為基體含有添加劑的混合料的工藝方法及實(shí)施這種方法的設(shè)備。
迄今為止還沒(méi)有或者說(shuō)僅有很少的實(shí)用方法是采用連續(xù)工藝來(lái)生產(chǎn)膠料。其原因在于膠料是由許多不同的成分組成并具有不同的配料特性和提供形式。因此目前僅限于粉末橡膠的加工采用了連續(xù)生產(chǎn)工藝。
在該種工藝中，各種材料成分從不同的位置加入螺旋擠壓機(jī)。這里所使用的擠壓機(jī)為一種單螺桿擠壓機(jī)。為了改進(jìn)對(duì)于攪抹過(guò)程不利的輸送特性并以此改善螺桿輸送的滯留作用，在這種工藝中，螺旋面上加工了孔，螺桿本身還在軸向產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)雖然可抵消配料中出現(xiàn)的波動(dòng)和某種成分的局部沉積，但也會(huì)招致一種與材料體積有關(guān)的功率消耗的局部差異。由此會(huì)引起碳黑的不均勻分散，不理想的熱量傳遞從而材料中局部出現(xiàn)不同的混合狀態(tài)。在混合過(guò)程中盡管螺桿產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)但不能使材料的軸向混合滿足要求還會(huì)出現(xiàn)上述缺點(diǎn)，至使材料混合狀態(tài)的差異不能得以消除。出于這一原因，此種工藝尤其不能用于有較高碳黑含量的膠料和非粉末狀橡膠以及天然橡膠。
通過(guò)采用另一種在成形擠壓中使用的螺桿結(jié)構(gòu)，借助于各種不同的幾何形狀和專(zhuān)門(mén)的障礙體實(shí)現(xiàn)單一的液態(tài)層的包圍，也不能使前面描述的攪抹工藝得到改善。這種特殊結(jié)構(gòu)并不能使滯留作用產(chǎn)生顯著的變化。
因此，至今在膠料的生產(chǎn)中僅僅使用了非連續(xù)的加工工藝。內(nèi)混合器是作為應(yīng)用于這個(gè)加工過(guò)程的一種所熟悉的設(shè)備。將聚合物材料添入內(nèi)混合器，并且依一定的時(shí)間間隔也將其它的混合料成分添入內(nèi)混合器，在一確定的時(shí)間內(nèi)對(duì)其加以煉制。
基于轉(zhuǎn)片的幾何形狀，在煉制過(guò)程中材料成分的分布不斷變化，從而逐漸達(dá)到一種保持不變的均勻性。其缺點(diǎn)是存在著不利的體積/表面積比，由此導(dǎo)致了較差的熱傳導(dǎo)性。譬如在加碳時(shí)由于材料的溫升過(guò)高，碳黑不能在一次操作過(guò)程中全部添入，其結(jié)果是要求數(shù)次攪抹過(guò)程。
在

圖10中表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種工藝流程圖。
在這個(gè)例子中，以一種非穩(wěn)定的過(guò)程在內(nèi)混合器(50)中實(shí)現(xiàn)橡膠材料的煉制，這期間由于溫度連續(xù)升高而出現(xiàn)不斷變更的環(huán)境條件并使煉制作用產(chǎn)生變化。
煉制結(jié)束后，在同一個(gè)不穩(wěn)定過(guò)程中還要加入填充劑、軟化劑和輔助材料，而添入絡(luò)各劑和其它的輔助材料則是在這組混合料冷卻后在另一個(gè)內(nèi)混合器中的進(jìn)一步攪抹過(guò)程中進(jìn)行的。而在下一次攪抹過(guò)程中，在盡可能低的溫度條件下添加催速劑，得到迅速反應(yīng)的最終混合料。
根據(jù)這一現(xiàn)有技術(shù)，膠料僅僅是在內(nèi)混合器中以不穩(wěn)定的過(guò)程進(jìn)行生產(chǎn)。以上提及的例子考慮的是天然橡膠混合物的制造。在進(jìn)行相應(yīng)的破碎之后，天然橡膠在內(nèi)混合器(50)中加以煉制，并為摻入其它混合成分作好準(zhǔn)備。
在具有攪抹釜作用的內(nèi)混合器中實(shí)施的攪抹過(guò)程會(huì)引起溫度的不斷升高，由此出現(xiàn)不斷變更的環(huán)境條件并使煉制作用不斷改變。
此外，由于不利的攪拌特性和較差的散熱性在材料中出現(xiàn)很大的溫度差，至使這一過(guò)程的溫度是不可控制的或者是很難實(shí)現(xiàn)溫度控制。
加入填充劑，軟化劑或許還有輔助材料是在煉制結(jié)果后的同一個(gè)不穩(wěn)定過(guò)程中進(jìn)行的。此時(shí)全部填充劑、或在填充劑含量較高時(shí)僅有一部分填充劑以及全部軟化劑加入這組混合料中。
在內(nèi)混合器中不斷變換材料分布以及隨之伴生的強(qiáng)烈的溫升會(huì)對(duì)填充劑的吸收和填充劑附聚物的分散產(chǎn)生影響。由于隨著溫度的升高，分散效果會(huì)越來(lái)越差，并且隨著填充劑成分的比例加大，溫度也會(huì)越來(lái)越快的升高，所以由于內(nèi)混合器中較差的熱傳導(dǎo)，溫度不能保持不變，由此每組混合料僅能加入有限的填充劑。
結(jié)果導(dǎo)致了在填充劑含量較大時(shí)和常見(jiàn)的高含量時(shí)，這組混合料就要在相應(yīng)的冷卻之后在內(nèi)混合器中重新進(jìn)行的非穩(wěn)定攪拌過(guò)程中繼續(xù)加工，并必須加入剩余的填充劑。為了能生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的基本混合料，往往需要4～5次攪拌過(guò)程。加工完的材料隨之進(jìn)行滾壓，并為了后續(xù)加工成條狀或顆粒狀貯存起來(lái)。
添加絡(luò)合劑是在內(nèi)混合器中的另一次非穩(wěn)定加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的，這期間與反應(yīng)速度相適應(yīng)的溫度不允許超過(guò)一個(gè)相應(yīng)的臨界值。
這一要求在特別迅速反應(yīng)的情況下也可能導(dǎo)致實(shí)行多次攪拌過(guò)程，因?yàn)榻j(luò)合劑的各種成分必須平均地分布于材料中。由此溫度會(huì)以有害的方式迅速升高。
出于以上原因，根據(jù)這一現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)一種膠料可能需要7次或8次攪拌過(guò)程，由此導(dǎo)致了需要較大的存放空間和大量的機(jī)械和人為消耗。
連續(xù)生產(chǎn)膠料的工藝方法必須滿足以下要求
-能將多個(gè)連續(xù)加工的單一過(guò)程串接起來(lái)，諸如煉制、填入碳黑、油和其它輔助材料以及絡(luò)合劑的添入攪拌等。
-具有高的表面積/體積比。
-通過(guò)控制盡可能不變的、一定的剪切載荷，得到與體積有關(guān)的功率消耗的均勻分布。
-帶有強(qiáng)烈的徑向攪拌作用和分散作用的材料的強(qiáng)迫輸送。
-為了抵消在配料、攪拌作用和分散作用方面的缺陷所引起的局部出現(xiàn)的不均勻性，每一加工步驟必須具有在攪拌釜內(nèi)一定的停留時(shí)間。
-良好的可控制性以保證質(zhì)量。
-應(yīng)有很好的傳熱環(huán)境時(shí)盡可能保持每一加工步驟后的加工溫度。
本發(fā)明的任務(wù)在于，推出一種用于生產(chǎn)均勻的橡膠基本混合料的連續(xù)加工工藝，該工藝可滿足以上的要求。在這種連續(xù)的基本混合料生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)在一次操作過(guò)程中添入全部必需的碳黑量。
各工藝步驟應(yīng)在一臺(tái)機(jī)器中實(shí)現(xiàn)，它包括-橡膠的煉制-填充劑的加入-絡(luò)合劑的添加攪拌特別是加工混合物的機(jī)器表面積相對(duì)于膠料體積應(yīng)有一個(gè)較大的比例，以改善傳熱狀況。
此外，本發(fā)明的任務(wù)還在于推出一種實(shí)現(xiàn)這種工藝的設(shè)備，特別是應(yīng)達(dá)到降低剪切能量的消耗而同時(shí)還有混合物良好的縱向攪拌。
處于再循環(huán)或循環(huán)狀態(tài)中的膠料應(yīng)同時(shí)較好地混合和均化，而不會(huì)在再循環(huán)系統(tǒng)，特別是在圓柱外殼形的環(huán)形縫隙中產(chǎn)生材料壓力的明顯提高。
因此，本發(fā)明給出了一種通過(guò)煉制，分散，配料以及填充劑，油、輔助材料和絡(luò)合劑等成分來(lái)連續(xù)生產(chǎn)一種膠料的方法，以及使添加的成分恒溫均化的方法，其特征在于，碎化的橡膠在一臺(tái)雙螺桿擠壓機(jī)中加以煉制;沿螺桿縱向從橡膠添入口起1D到10D(D＝螺桿直徑)的距離上，單獨(dú)選擇的或者組合選擇的附加材料成分，如助劑成分，填充劑成分(碳黑)，軟化劑成分，絡(luò)合劑成分等按配比添入雙螺桿擠壓機(jī);沿螺桿縱向從附加材料添入口起直到10D的距離上，有一部分混合料與剩余的材料分離，并被壓入與雙螺桿擠壓腔的入口端相連的回流腔，這一部分材料的體積可以達(dá)到輸出擠壓機(jī)的膠料量的20倍;混合料在回流腔中受到劇烈的冷卻;膠料在經(jīng)過(guò)至少2D長(zhǎng)的回流腔后，通過(guò)雙螺桿擠壓機(jī)的輸送壓力又返回到雙螺桿擠壓腔的入口端;從擠壓機(jī)輸出的膠料通過(guò)雙螺桿擠壓機(jī)末端的出料口。借助于一個(gè)控制出口開(kāi)啟截面的裝置連續(xù)的排出。
本發(fā)明還給出了一種實(shí)施上述方法的設(shè)備，它是由一部帶有同向或反向旋轉(zhuǎn)的，彼此嚙合的螺桿的雙螺桿擠壓機(jī)構(gòu)成的，它帶有兩個(gè)配備了配料裝置的填料漏斗，并帶有一個(gè)膠料出料口，該設(shè)備的特征在于，從第一個(gè)填料漏斗到第二個(gè)填料漏斗的距離(a)可達(dá)10D長(zhǎng)度(D＝螺桿直徑);在雙螺桿擠壓腔的出料口前徑向配置了向外伸向一個(gè)圓柱外殼形空腔的回流通道;圓柱外殼形空換啡撲莞思費(fèi)夠目翹宀⒂脛崤渲?，且诌|俜聰蜓由熘 D長(zhǎng)度以上;圓柱外殼形空腔的結(jié)構(gòu)可滿足調(diào)溫的要求;圓柱外殼形空腔與徑向返回到雙螺桿擠壓腔的通道相連;在雙螺桿擠壓機(jī)的出料口中配置了一個(gè)可依據(jù)雙螺桿擠壓腔內(nèi)的壓力來(lái)控制并開(kāi)啟截面的裝置。
在雙螺桿擠壓工藝中，約有60%的能量消耗在設(shè)備的入口區(qū)，由此大部分溫升是在這一范圍內(nèi)產(chǎn)生的。當(dāng)添加碳黑時(shí)碳黑應(yīng)在第一階段的煉制之后，在直接與第一階段相連的第二階段中加入(沿螺桿縱向距橡膠煉制添料口約5D的位置上)(D＝螺桿直徑)。這種聚合物基體事先進(jìn)行的煉制和溫升將導(dǎo)致迅速的碳黑吸收。
在接下來(lái)的螺桿區(qū)段上，碳黑被混合料吸收，并已開(kāi)始了附聚物的分散。
為了較好地抵消配料劑量的波動(dòng)和局部的不均勻性，從第二個(gè)進(jìn)料口順材料流動(dòng)方向以后約4D(D＝螺桿直徑)的距離上，輸送料流與徑由徑向循環(huán)通道和圓柱外殼形環(huán)形腔返回的較大的返回循環(huán)料流相混合。這股返回輸送的料流是在螺桿末端從材料流中分出并返回的。由此在這一循環(huán)系統(tǒng)的出口和入口之間重新產(chǎn)生材料分散過(guò)程。
這種類(lèi)型的混合可實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌釜作用的控制，以便在螺旋擠壓中缺乏的縱向混合作用得到補(bǔ)償，并且使碳黑或其它材料成分的確定的分散狀況得到調(diào)節(jié)。
這種反復(fù)循環(huán)過(guò)程的另一個(gè)重要的特點(diǎn)是在圓柱外殼形空腔中輸送的料流可劇烈的冷卻，這對(duì)于降低不斷提高的加工溫度是極有利的。這種冷卻導(dǎo)致了進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的料溫降低，其結(jié)果可改善煉制狀況和碳黑的分散狀況。隨著溫度的降低，粘度提高，由此會(huì)在材料中引起較高的剪應(yīng)力。當(dāng)碳黑被吸收以后，其分散效果會(huì)相應(yīng)的得到改善。
材料的回流是在一個(gè)圓柱外殼形的環(huán)形縫隙中實(shí)現(xiàn)的，這樣能夠得到高的表面積/體積比。
通過(guò)各加工階段之間的連接管路的接口管結(jié)構(gòu)，或者通過(guò)配置一個(gè)作為循環(huán)腔的單螺桿擠壓機(jī)，以及作為連接元件的毛細(xì)管，并安裝上毛細(xì)管粘度計(jì)，使得首次可實(shí)現(xiàn)天然橡膠煉制的調(diào)節(jié)，因?yàn)檎扯鹊淖兓梢粤⒓幢粶y(cè)知，并通過(guò)同時(shí)改變螺桿旋轉(zhuǎn)速度和出料口開(kāi)啟的截面(以一個(gè)可調(diào)的擋板來(lái)保持輸送料流的體積)加以補(bǔ)償。隨著不斷增加的轉(zhuǎn)數(shù)而提高的輸送功率則通過(guò)材料回流的增加而得到抵償。
在回流中良好的，通過(guò)較高的料流速度而改善的傳熱性，導(dǎo)致了加工溫度可以保持不變。
按照本發(fā)明的工藝方法具有以下優(yōu)點(diǎn)-可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的加工工藝。
-首次使天然橡膠素?zé)捴频目刂坪驼{(diào)節(jié)以及粘度的聯(lián)機(jī)測(cè)量成為可能。
-膠料僅有很小的熱負(fù)荷。
-在攪拌釜作用的基礎(chǔ)上達(dá)到了很高的均勻性。
-降低了與材料重量相關(guān)的功率消耗。
-免除了生產(chǎn)過(guò)程中膠料的中間存放。
一種主要由雙螺桿擠壓機(jī)組成、帶有兩個(gè)沿材料流動(dòng)方向間隔可達(dá)10D的，相鄰配置的進(jìn)料漏斗(用于橡膠和填充劑)(碳黑))的設(shè)備，其出料口可以關(guān)閉，以致在雙螺桿擠壓腔的出口區(qū)出現(xiàn)較高的壓力。
通過(guò)如此產(chǎn)生的材料壓力可以將與填充劑相混合的橡膠壓入循環(huán)通道系統(tǒng)。這一循環(huán)通道系統(tǒng)是由從雙螺桿擠壓腔徑向伸出的通道所組成。這些通道又通向與雙螺桿擠壓機(jī)殼體同軸的圓柱外殼形環(huán)形縫隙，或者說(shuō)回流腔中。
這個(gè)環(huán)形縫隙在一個(gè)確定的，依賴于攪拌程度的長(zhǎng)度距離上，從外部圍繞雙螺桿遞向延伸。
這個(gè)回流腔在其反向料流的末端位置通過(guò)徑向的重新通向雙螺桿擠壓腔的通道與擠壓腔相連通。由此便可在這種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)材料的回流或者說(shuō)循環(huán)，這期間回流的材料又輸入到雙螺桿擠壓腔中并與后續(xù)填入的料流在雙螺桿擠壓腔中重新混合。
這一過(guò)程可以隨意地加以重復(fù)，它依賴于雙螺桿擠壓機(jī)出峽詰目艚孛嫻拇笮『圖費(fèi)寡沽Φ拇笮?。震Q詡涓菀恢中問(wèn)降慕漣韙饔夢(mèng)四艿玫嚼硐氳幕旌獻(xiàn)刺笤 0%的混合料被輸出擠壓機(jī)，而90%的混合料則處于回流或者循環(huán)系統(tǒng)中，也就是說(shuō)處于徑向的輸出和返回通道以及圓柱外殼形的環(huán)形縫隙中。
可對(duì)圓柱外殼形的環(huán)形縫隙進(jìn)行冷卻，以控制由擠壓腔的輸送壓力引入膠料的剪切能量，這種能量雖然可促進(jìn)軸向攪拌，但也會(huì)導(dǎo)致膠料的溫度升高。
這種冷卻是通過(guò)在雙螺桿擠壓機(jī)的殼體中配置軸向冷卻孔或者通過(guò)在圓柱外殼中做出軸向的孔來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些孔與能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)的調(diào)溫裝置相連接。
一方面需要輸入剪切能量，以更好地獲得對(duì)溫度敏感的膠料的縱向攪拌效果，而另一方面又要通過(guò)劇烈的，抵消大量能量的冷卻來(lái)保證不超越膠料的苛刻的溫度負(fù)荷界限。
通過(guò)采用圓柱外殼的可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，并在其內(nèi)表面加工出溝槽，可得到一種輸送效果，由此在膠料的循環(huán)時(shí)間保持不變的情況下，在回流或者說(shuō)循環(huán)系統(tǒng)中的擠壓力可大大降低。
通過(guò)具有輸送作用的圓柱外殼的旋轉(zhuǎn)而促進(jìn)混合料在環(huán)形腔中的回流，可有效地防止對(duì)混合料有害的溫升，由此可以降低這一范圍內(nèi)的冷卻功率。
此外這種循環(huán)過(guò)程可關(guān)于時(shí)間進(jìn)行控制，也就是說(shuō)可以延緩或者加速，而不必改變雙螺桿的轉(zhuǎn)數(shù)。還可以得到一種附加的攪拌和均化效果，而不必通過(guò)在循環(huán)系統(tǒng)中壓力的提高而把更多的剪切能量帶入膠料。
通過(guò)可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱外殼內(nèi)螺旋形溝槽的形狀、也就是說(shuō)它的螺旋斜度、截面形狀和深度可以對(duì)輸料速度施加影響。這其中尤其可通過(guò)控制圓柱外殼的圓周速度來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)確定的膠料混合程度和均化程度。
本發(fā)明的實(shí)施例將參照附圖加以說(shuō)明。圖4中所示的是優(yōu)先考慮的實(shí)施例。
附圖簡(jiǎn)介如下圖1，一個(gè)概略表示的螺旋擠壓設(shè)備的縱向視圖。
圖2，圖1中“A”部的放大剖面。
圖3，圖2中沿線Ⅲ-Ⅲ的橫截面。
圖4，與圖1所示的設(shè)備類(lèi)似的另一個(gè)實(shí)施例的縱向視圖。
圖5，由圖4得出的一個(gè)局部放大剖面。
圖6，圖4或者說(shuō)圖5中直線Ⅲ-Ⅲ處的橫截面。
圖7，圓柱外殼內(nèi)表面的展開(kāi)圖。
圖8，實(shí)現(xiàn)本工藝的設(shè)備的另一種實(shí)施形式的頂視圖。
圖9，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述工藝的另一種實(shí)施形式。
圖10，一種概略表示的工藝流程圖，該圖表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)確定的工藝。
圖11，與圖2和圖5所示設(shè)備類(lèi)似的另一種實(shí)施形式，然而裝有不同的螺桿。
在圖1中表示了一種雙螺桿擠壓機(jī)1，該設(shè)備帶有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)4，兩個(gè)填料漏斗2和3，兩者以距離“a”相鄰配置。
在雙螺桿擠壓機(jī)的出口端安裝了一個(gè)控制出料口開(kāi)啟截面的，為專(zhuān)業(yè)人員所熟悉的擋板5，該擋板與一個(gè)調(diào)節(jié)儀6相連接，并根據(jù)出料口前安裝的壓力測(cè)量?jī)x7所測(cè)出的壓力值進(jìn)行控制。
雙螺桿擠壓機(jī)具有兩個(gè)彼此相嚙合的螺桿8和9，螺桿在殼體10中轉(zhuǎn)動(dòng)，并借助螺旋形的螺紋11使填入的材料幾乎全部向前輸送。雙螺桿擠壓機(jī)具有一種強(qiáng)迫輸送作用和自清潔能力，因?yàn)楫?dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺紋頂部11可互相清理，同時(shí)因與殼體內(nèi)壁之間的距離很小而沿著內(nèi)壁擦試。
從雙螺桿擠壓腔12引出的回流通道13延伸到圓柱外殼形的環(huán)形縫隙14，這個(gè)縫隙由外殼15所環(huán)抱。為了能夠使外殼的溫度調(diào)整到一定的范圍，在外殼10和15中配置了軸向的冷卻孔16和42。一臺(tái)熟知的，沒(méi)有詳細(xì)表示出的調(diào)溫裝置與冷卻孔16相連接。
圓柱外殼形的環(huán)形縫隙14遞向延伸經(jīng)回流通道17與雙螺桿擠壓腔12的入口端相通，在回流腔與擠壓腔之間配置有冷卻孔42。
碎化的橡膠借助于未表示出的配料裝置加入填料漏斗2，由螺桿8和9咬入并在第一個(gè)螺桿區(qū)段“a”中煉制，加工助劑也同時(shí)加入第一個(gè)填料漏斗2。
填充劑、或者說(shuō)碳黑從填料漏斗3加入已煉制的、并由于輸入了剪切能量而使溫度升至約60～80℃的橡膠中。此外，一些必要的軟化劑成分和其它的加工輔助材料也按配比添入漏斗3。
從漏斗3到第一個(gè)回流通道17應(yīng)保持距離“b”，這個(gè)距離不小于4D(D＝螺桿直徑)，以保證添加的材料與經(jīng)過(guò)通道17回流的料流首次混合之前能夠向漏斗3中添入足夠的配料成分。
這一返回的材料流量可以調(diào)整到直至擠壓腔內(nèi)整個(gè)材料體積的1/20，籍此便可能使材料的添加成為確定的和可控制的。
壓力測(cè)量?jī)x7在出料口18稍前的位置測(cè)量壓力，并借助于它經(jīng)一個(gè)與擋板5相連的調(diào)節(jié)儀6來(lái)控制出料口18的開(kāi)啟截面，以此來(lái)任意地調(diào)節(jié)通過(guò)環(huán)形縫隙14回流的材料流量。視所需要的最終均勻度，材料可以復(fù)次擠壓到環(huán)形縫隙中，直至得到足夠的均勻性，這期間總是有部分膠料排出，其多少可以調(diào)整到整個(gè)機(jī)器內(nèi)腔混合料體積的1/20。
當(dāng)材料從環(huán)形縫隙中通過(guò)時(shí)，可使混合料強(qiáng)烈地冷卻，這是由殼體中的冷卻道16和外殼10中的冷卻孔42實(shí)現(xiàn)的。就是在混合料的多次循環(huán)中也不會(huì)產(chǎn)生熱負(fù)荷。這種情況具有特別的意義，因?yàn)榻柚诜媳景l(fā)明的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)較高的冷卻面/材料體積比，這一點(diǎn)至今還沒(méi)有已知的設(shè)備有類(lèi)似的描述。
本發(fā)明的另一種實(shí)施形式在圖4～7中表示。
徑由徑向通道13進(jìn)入環(huán)形縫隙14的膠料受到旋轉(zhuǎn)外殼50的作用而繼續(xù)輸送。
兩個(gè)主動(dòng)齒輪56使外殼50處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，這兩個(gè)小齒輪與外殼50的外齒環(huán)相嚙合。
安裝主動(dòng)齒輪56的傳動(dòng)軸57可通過(guò)傳動(dòng)裝置60的從動(dòng)軸61來(lái)實(shí)行無(wú)級(jí)調(diào)速。此外為了在特殊情況下總能得到所需要的均化程度的膠料，傳動(dòng)裝置60的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)。
在外殼50中加工出了溝槽52，它們的結(jié)構(gòu)形狀或者可以是半圓形的，或者可以是矩形的。
溝槽是在外殼50的內(nèi)表面61上螺旋形的銑出，并具有確定的斜度，該斜度視所希望的輸送速度其角度54應(yīng)在0～90°之間選取。
在溝槽深度相同和外殼50的圓周速度不變時(shí)，傾斜角度選擇得越少，輸送速度就越慢。
如果選用軸向溝槽(未在圖中表示出)，也就是約90°配置的溝槽，那么外殼的圓周速度可大大降低，并可視外殼的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)一種很強(qiáng)烈的膠料橫向攪拌。在這種情況下輸送壓力幾乎僅僅靠雙螺桿擠壓機(jī)的擠壓力獲得了。
在同樣的溝槽52斜度的情況下，通過(guò)傳動(dòng)裝置60的換向控制而使外殼50變換轉(zhuǎn)向，可在很低的外殼轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，使大量剪切能量輸入膠料，這對(duì)于一定的具有較高熱穩(wěn)定性的膠料來(lái)說(shuō)是有很大意義的。
為使材料溫度不致超越溫度界限，外殼50和雙螺桿擠壓腔的殼體由軸向的冷卻孔16來(lái)調(diào)溫，一種未表示出的，對(duì)于專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)已熟悉的調(diào)溫裝置與這些冷卻孔相連。
如圖7中所示，入口端封閉的溝槽52a，在出口端便是開(kāi)放的52b，也就是說(shuō)以相鄰的溝槽翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的交替形式，通過(guò)溝槽52的這種結(jié)構(gòu)，使所有越過(guò)溝槽52之間的隔筋的材料在進(jìn)入回流通道17返回雙螺桿擠壓腔12之前。受到一次剪切作用。
這樣可以很迅速地實(shí)現(xiàn)膠料的均化，而在一些情況下對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱外殼50和雙螺桿擠壓腔的殼體進(jìn)行冷卻則是適宜的。
對(duì)于大多數(shù)混合過(guò)程來(lái)說(shuō)，通常首先僅僅進(jìn)行橡膠的煉制，這樣便可選用一種如圖8所示的設(shè)備。顆粒狀橡膠，或許還有必募庸じㄖ牧咸釗氳諞桓鏊莞思費(fèi)夠 0的漏斗19。
煉制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)與在圖1和圖2中所描述的工藝方法相類(lèi)似，壓力由測(cè)量?jī)x22(圖8)來(lái)確定，并籍此由與測(cè)量?jī)x22相連的調(diào)節(jié)儀32來(lái)控制出料口25。
混合料通過(guò)毛細(xì)管25進(jìn)入雙螺桿擠壓機(jī)21，在毛細(xì)管中裝入了毛細(xì)管粘度計(jì)26(測(cè)量軸向壓力梯度)。通過(guò)配置一個(gè)毛細(xì)管粘度計(jì)便可對(duì)天然橡膠的煉制過(guò)程進(jìn)行控制，因?yàn)檎扯鹊淖兓闪⒓幢粶y(cè)知，并通過(guò)同時(shí)改變螺桿轉(zhuǎn)數(shù)和出料口24給予補(bǔ)償(出料口24的變化是通過(guò)為保持輸送料流的總量而設(shè)置的可調(diào)擋板29實(shí)現(xiàn)的)。
隨著螺桿轉(zhuǎn)數(shù)的提高而增加的輸送功率可由穿過(guò)環(huán)形縫隙14的混合料回流的增加得以抵償，回流區(qū)域內(nèi)良好的熱傳導(dǎo)可重新使加工溫度保持不變。
對(duì)于圖8中所示的設(shè)備，其碳黑及油等填充材料是經(jīng)由填料漏斗27加入的，這些成分的分散是在雙螺桿擠壓機(jī)21中實(shí)現(xiàn)的，該擠壓機(jī)同樣配備了一個(gè)調(diào)節(jié)出料口28開(kāi)啟截面28的滑板29。
這個(gè)滑板29借助于一個(gè)液壓缸30，依據(jù)壓力測(cè)量?jī)x31測(cè)出的壓力值，通過(guò)調(diào)節(jié)儀32加以控制。
在圖9所示的結(jié)構(gòu)形式中，兩個(gè)螺桿擠壓機(jī)33，34并排配置。
雙螺桿擠壓機(jī)34承擔(dān)了如圖3和圖8中所示的環(huán)形縫隙14的功能。
雙螺桿擠壓機(jī)33則通過(guò)管路35與擠壓機(jī)34的作為回流腔而構(gòu)成的擠壓腔的入口端36相連接，擠壓機(jī)34又通過(guò)管路37與雙螺桿擠壓機(jī)33的入口相通。
擠壓機(jī)33具有一個(gè)用來(lái)填入碎化橡膠的第一填料口38和一個(gè)用于填充劑，軟化劑和其它加工輔助材料的填料口39。借助于驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置40使未表示出的螺桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并完成煉制、輸送和均化的工作。
同樣在這種結(jié)構(gòu)形式中可首先有一部分膠料通過(guò)出料口41的關(guān)閉而進(jìn)入回流腔，也就是說(shuō)進(jìn)入雙螺桿擠壓機(jī)34，其體積可調(diào)節(jié)到被填入的膠料體積的1/20。雙螺桿擠壓機(jī)34的同樣未表示出的螺桿承擔(dān)了混合料通過(guò)管路37的反向輸送。
在擠壓機(jī)34中同樣采用通常的、未表示出的孔對(duì)膠料進(jìn)行冷卻，這些孔與一個(gè)調(diào)溫儀相連。隨后膠料通過(guò)管路37又回到第一個(gè)雙螺桿擠壓機(jī)33中。
因?yàn)閮H有大約1/20的膠料通過(guò)出料口41連續(xù)的輸出，而有約19/20的膠料在設(shè)備中循環(huán)，因此便可達(dá)到一種很強(qiáng)烈的縱向和橫向攪拌以及各種成分的充分分散。同時(shí)因?yàn)樵跀D壓機(jī)34中通過(guò)殼體的冷卻以及擠壓機(jī)螺桿的內(nèi)冷卻而提供了較大的冷卻面積，所以不會(huì)導(dǎo)致熱負(fù)荷的出現(xiàn)。
在圖11所示的結(jié)構(gòu)形式中，采用了另一種擠壓機(jī)螺桿形狀。在“b”段范圍內(nèi)螺桿8、9與在圖1中這一范圍的螺桿相比具有螺旋斜度更大的螺紋，籍此能夠影響輸送速度。在“b”段的末端螺桿上設(shè)置了一個(gè)凸起結(jié)構(gòu)47，該凸起部位47和圓柱內(nèi)殼之間僅有相對(duì)較小的縫隙。當(dāng)材料越過(guò)凸起部分47時(shí)便會(huì)得到劇烈的剪切和均化效果。
雙螺桿擠壓機(jī)螺桿8，9的螺紋根直徑在“b”段已變大，這樣螺紋深度45便相應(yīng)減小。通過(guò)這個(gè)措施可以使材料壓力提高，進(jìn)而提高對(duì)經(jīng)過(guò)凸起部分47的材料的剪切。
為了進(jìn)一步提高剪切效果，也能夠在螺桿8，9的末端設(shè)置另一個(gè)凸起結(jié)構(gòu)44，由此同樣可促使混合料較迅速的均化。
根據(jù)本發(fā)明，特別在兩臺(tái)串接的雙螺桿擠壓機(jī)(圖8)中實(shí)現(xiàn)，各個(gè)加工步驟-煉制，添加填加劑和輔助材料以及添加絡(luò)合劑，由于可調(diào)節(jié)每臺(tái)擠壓機(jī)的攪拌釜作用以及強(qiáng)烈的冷卻效果，使擠壓機(jī)可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由此也可消除額外出現(xiàn)的高溫。
在實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工過(guò)程的單螺桿-攪拌擠壓機(jī)中可以加入催速劑，以便可能立即進(jìn)行后續(xù)加工或者在適當(dāng)?shù)睦鋮s后生產(chǎn)簡(jiǎn)單的帶料。
與圖10中所示的工藝流程圖相比較，不難看出，按照本發(fā)明所描述的工藝方法和為此而使用的設(shè)備可以滿足在說(shuō)明書(shū)第11頁(yè)中所提出的要求。
有關(guān)的符號(hào)表1＝雙螺桿擠壓機(jī)2＝填料漏斗3＝填料漏斗4＝驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置5＝擋板6＝調(diào)節(jié)儀7＝壓力測(cè)量?jī)x8＝螺桿9＝螺桿10＝雙螺桿擠壓機(jī)殼體11＝螺桿螺紋12＝雙螺桿擠壓腔13＝回流通道14＝圓柱外殼形的環(huán)形縫隙15＝外殼16＝冷卻孔17＝回流通道18＝出料口19＝填料漏斗20＝雙螺桿擠壓機(jī)21＝雙螺桿擠壓機(jī)22＝壓力測(cè)量?jī)x23＝調(diào)節(jié)儀24＝出料口
25＝毛細(xì)管26＝毛細(xì)管粘度計(jì)27＝填料漏斗28＝出料口29＝滑動(dòng)擋板30＝液壓缸31＝壓力測(cè)量?jī)x32＝調(diào)節(jié)儀33＝雙螺桿擠壓機(jī)34＝雙螺桿擠壓機(jī)35＝管道36＝雙螺桿擠壓機(jī)34的入口端37＝管道38＝填料口39＝填料口40＝驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置41＝出料口42＝銷(xiāo)釘44＝凸起結(jié)構(gòu)45＝螺紋深度46＝螺紋的螺旋斜度47＝凸起結(jié)構(gòu)50＝內(nèi)混合器51＝圓柱外殼內(nèi)表面52＝溝槽
53＝材料逆流箭頭54＝傾斜角度55＝外齒圈56＝主動(dòng)齒輪57＝驅(qū)動(dòng)軸59＝垂直線60＝傳動(dòng)裝置61＝從動(dòng)軸
權(quán)利要求
1.通過(guò)煉制，分散、配料以及添加填充劑、油、輔助材料和絡(luò)合劑等成分來(lái)連續(xù)生產(chǎn)一種膠料的方法，以及使添加的成分恒溫均化的方法，其特征在于，碎化的橡膠在一臺(tái)雙螺桿擠壓機(jī)中加以煉制，沿螺桿縱向從橡膠添入口起1D到10D(D=螺桿直徑)的距離上，單獨(dú)選擇的或者組合選擇的附加材料成分，如助劑成分、填充劑成分(碳黑)、軟化劑成分、絡(luò)各劑成分等按配比添入雙螺桿擠壓機(jī)；沿螺桿縱向從附加材料添入口起直到10D的距離上，有一部分混合料與剩余的材料分離，并被壓入與雙螺桿擠壓腔的入口端相連的回流腔，這一部分材料的體積可以達(dá)到輸出擠壓機(jī)的膠料量的20倍；混合料在回流腔中受到劇烈的冷卻；膠料在經(jīng)過(guò)至少2D長(zhǎng)的回流腔后，通過(guò)雙螺桿擠壓機(jī)的輸送壓力又返回到雙螺桿擠壓腔的入口端；從擠壓機(jī)輸出的膠料通過(guò)雙螺桿擠壓機(jī)末端的出料口，借助于一個(gè)控制出口開(kāi)啟截面的裝置連續(xù)的排出。
2.一種實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的設(shè)備，它是由一部帶有同向或反向旋轉(zhuǎn)的、彼此嚙合的螺桿的雙螺桿擠壓機(jī)構(gòu)成，它帶有兩個(gè)配備了配料裝置的填料漏斗，并帶有一個(gè)膠料出料口，該設(shè)備的特征在于，從第一個(gè)填料漏斗(2)到第二個(gè)填料漏斗(3)的距離(a)可達(dá)10D長(zhǎng)度(D＝螺桿直徑)在雙螺桿擠壓腔(12)的出料口(18)前徑向配置了向外伸向一個(gè)圓柱外殼形空腔(14)的回流通道(13);圓柱外殼形空腔(14)環(huán)繞雙螺桿擠壓機(jī)的殼體并與之同軸配置，且至少反向延伸至2D長(zhǎng)度以上;圓柱外殼形空腔(14)的結(jié)構(gòu)可滿足調(diào)溫的要求(16，42);圓柱外殼形空腔(14)與徑向返回到雙螺桿擠壓腔的通道(17)相連;在雙螺桿擠壓機(jī)(1)的出料口(18)中配置了一個(gè)可依據(jù)雙螺桿擠壓腔內(nèi)的壓力來(lái)控制開(kāi)啟截面的裝置(5，6，7，29，30，32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，圓柱外殼形回流腔(14)的外壁是由一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)并可驅(qū)動(dòng)的圓柱體外殼(50)構(gòu)成的;圓柱外殼(50)的內(nèi)表面(51)加工出螺旋形、其截面為半圓形或矩形的溝槽(52);螺旋形溝槽(52)具有一種可對(duì)回流(53)材料的輸送產(chǎn)生作用的螺旋斜度(54);還配置了徑向的從圓柱外殼形空腔(14)返回到雙螺桿擠壓腔(12)的通道(17);在雙螺桿擠壓機(jī)的出料口(18)安裝了依據(jù)雙螺桿擠壓腔內(nèi)的壓力來(lái)控制開(kāi)啟截面的裝置(5，6，7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，圓柱體外殼(50)具有外齒環(huán)(55)，主動(dòng)齒輪(56)與外齒環(huán)相嚙合，主動(dòng)齒輪(56)的傳動(dòng)軸(57)與一個(gè)傳動(dòng)裝置(60)和驅(qū)動(dòng)裝置相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4所述的設(shè)備，其特征在于，與軸(57)相連的傳動(dòng)裝置(60)具有一個(gè)無(wú)級(jí)調(diào)速的從動(dòng)軸(61);從動(dòng)軸(61)的結(jié)構(gòu)可使其實(shí)現(xiàn)右向旋轉(zhuǎn)和左向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，溝槽(52)軸向平行于螺桿軸(8，9)配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，溝槽(52)相對(duì)于一條垂直線(59)以0～90°的斜角范圍配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，并排配置的螺旋形溝槽(52)交替的在入口端(52a)呈封閉的形式，并在出口端(52b)呈開(kāi)放的形式;相鄰的溝槽則在入口端呈開(kāi)放的形式(52c)，并在出口端(52d)呈封閉的形式，并排的位于溝槽(52)之間的隔筋交替的具有不同的高度。
9.一種實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的設(shè)備，其特征在于，為膠料循環(huán)而設(shè)置的回流腔構(gòu)成了第二個(gè)可冷卻的擠壓機(jī)(34)，它的入口端(36)經(jīng)過(guò)連接管(35)與雙螺桿擠壓腔的回流通道的回流出口相接，它的出料口則經(jīng)過(guò)連接管(37)與雙螺桿擠壓腔的回流通道的回流入口相接。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，出料口(18，24)和/或者連接管(37)采用毛細(xì)管(25)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部裝入了毛細(xì)管粘度計(jì)(26)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10所述的設(shè)備，其特征在于，螺桿(圖11)在其進(jìn)料段和配料段上相對(duì)于均化段來(lái)說(shuō)具有較小的螺紋深度(45)和/或者較小的螺旋角度(46)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11所述的設(shè)備，其特征在于，在使材料成分均化的區(qū)段(b)上，螺桿(8，9)具有可施加剪切作用的部分，如凸起結(jié)構(gòu)(47)，剪切螺紋或類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至12所述的設(shè)備，其特征在于，在螺桿的末端和/或者均勻化區(qū)段(b)的末端配置了沒(méi)有螺紋的可施加剪切作用的凸起結(jié)構(gòu)(44)。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，可調(diào)節(jié)的銷(xiāo)釘(43)從外部徑向伸入空腔14。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種工藝方法和設(shè)備。用這種工藝和設(shè)備能夠連續(xù)生產(chǎn)一種用來(lái)加工諸如汽車(chē)輪胎等產(chǎn)物的膠料。
文檔編號(hào)B29C47/10GK1031964SQ88106349
公開(kāi)日1989年3月29日 申請(qǐng)日期1988年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月2日
發(fā)明者諾伯特·來(lái)比格, 曼夫利德·迪恩斯特 申請(qǐng)人:海爾曼·拜爾斯托夫機(jī)械股份公司