專利名稱：連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法與設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法與設備。更具體地說，本發(fā)明涉及至少使用一臺擠壓機連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法與設備，產(chǎn)出的彈性混合物主要用于，但不僅僅用于，生產(chǎn)輪胎。
背景技術：
按照傳統(tǒng)方法，生產(chǎn)彈性混合物(以下亦稱橡膠混合物)是用內(nèi)部混煉器斷續(xù)進行的，通常是用具有兩個相對轉(zhuǎn)動的滾筒的密閉式混煉器斷續(xù)進行的，所述兩個相對轉(zhuǎn)動的滾筒強烈混煉，以素煉橡膠成分并在其中混入及完全散開諸如填料、潤滑劑、固化劑和輔助材料之類的其它成分。
用內(nèi)部混煉器的混煉方法顯現(xiàn)許多缺點，特別是，主要因為材料體積與混煉器表面積之比不適當，所以散熱差，從而難以控制溫度。為了改善橡膠基內(nèi)的散布，各種成分，特別是填料，要分批地混入橡膠基，在由冷卻與裝料步驟隔開的多個混煉作業(yè)中予以散布。諸如交聯(lián)劑、加速劑之類的熱敏成分只能在橡膠混合物冷卻到低于預定溫度(通常在110攝氏度以下)后的最后混煉步驟中加入，以免過早硫化。
因此，用內(nèi)部混煉器的混煉法雖然在橡膠業(yè)內(nèi)仍然是最廣泛使用的混煉方法，可是既費時又耗能，并且不能保證有效控制產(chǎn)出的彈性混合物的性能，特別是，填料不能均勻散布到橡膠基內(nèi)。加入的各成分的量的變化、加入和退出混煉器的時機、原料的初始溫度和混煉期間材料內(nèi)剪切力的變化都會引起批與批之間的不同。
為了克服斷續(xù)方法的缺點，橡膠業(yè)界已經(jīng)根據(jù)類似處理熱塑聚合材料通常使用的擠壓法作了許多創(chuàng)立連續(xù)混煉法的嘗試。用擠壓器進行的連續(xù)混煉法會提高橡膠混合物性能中的均勻度，由于表面與質(zhì)量之比提高而熱控制得以改善，并可能開發(fā)出高度自動化的作業(yè)方法。要概括地了解這方面的情況，請看埃爾伍德發(fā)表于《歐洲橡膠雜志》1987年3月出版的26-28頁題為《連續(xù)開發(fā)的故事》一文。
US4,897,236號美國專利透露了一種連續(xù)生產(chǎn)橡膠混合物的方法與設備，使用這種方法與設備時把混合物的各種成分加入雙螺旋擠壓器內(nèi)并在其內(nèi)素煉攪勻。產(chǎn)出的混合物分為第一部分和第二部分。第一部分排出，而第二部分則進行再循環(huán)與新加入擠壓器批次的各成分進一步攪勻混煉。進入再循環(huán)的部分循環(huán)到擠壓器外部的冷卻環(huán)形室并從該室返回，所述環(huán)形室有與擠壓器室聯(lián)通的流出與流入通道。橡膠混合物的部分再循環(huán)會補償可能發(fā)生的成分計量波動與局部不均勻。而且，再循環(huán)部分在環(huán)形室的劇烈冷卻會制止加工溫度的上升，并由于溫度下降剪應力增加而會提高散布作用。
US5,302,635號美國專利披露了連續(xù)生產(chǎn)橡膠混合物的一種方法與設備。在第一步里，把生橡膠連續(xù)投入雙螺旋擠壓器，添加不起反應的添加劑(油和填料)，產(chǎn)出的混合物為擠壓器的螺桿所塑煉并攪勻。在所述第一步期間，混合物保持于100到160攝氏度的溫度。然后，在第二步，把產(chǎn)出的混合物冷卻到100到120攝氏度并把活性添加劑(特別是硫磺和硫化加速劑)加入并使之包含于橡膠混合物內(nèi)。然后，攪勻的橡膠混合物通過擠壓器出口離開擠壓器。
這種方法可以根據(jù)不同的擠壓器的結(jié)構使用。例如，兩個混煉步驟可以在具有兩個不同的混煉區(qū)在兩種不同溫度下作業(yè)的一個雙螺旋擠壓器內(nèi)進行。另外，第一步可以在作業(yè)溫度為100到160攝氏度的第一雙螺旋擠壓器內(nèi)進行；然后，把產(chǎn)出的基底混合物直接投入作業(yè)溫度為100到120攝氏度的第二雙螺旋擠壓器內(nèi)。根據(jù)另一實施例，這種方法可以使用于具有兩個作業(yè)溫度不同的螺桿對，在擠壓器相對的兩端驅(qū)動的一個擠壓器。
US5,158,725號美國專利披露了一種連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法，這種方法包括把彈性物供入雙螺旋擠壓器；把至少一種填料，油和/或其它彈性物供入擠壓器；對各種成分進行混煉以提供在混煉期間在100攝氏度下穆尼粘滯度ML(1+4)保持在20到250之間的均勻混合物；把產(chǎn)出的混合物從擠壓器內(nèi)排出。使用精確計量體積或重量損失的投料器計量供入擠壓器內(nèi)的彈性物和其它成分。橡膠混合物離開擠壓器后可以通過模具或輪壓機擠壓成片、條或索，或者可以制成丸狀。這種連續(xù)的方法比業(yè)界目前使用的多步分批方法開支少，需要的人力少，材料搬運少。而且，產(chǎn)出的彈性混合物在散布均勻度上得到提高。
US5,262,111號美國專利透露了一種用雙螺旋擠壓器連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法。把橡膠與加工輔料一起加入雙螺旋擠壓器并素煉到120到180攝氏度。然后，把第一部分碳黑，優(yōu)選方案為占碳黑總量的40-80％，供入已加熱的壓出物。之后，再在把剩下的那部分碳黑加入之前把增塑油加入壓出物，并在120到180攝氏度的溫度下混入所述壓出物。然后再把所有壓出物冷卻到100到120攝氏度，加入交聯(lián)劑，把混合物攪勻并擠壓。這種方法會改善碳黑的散布同時又會減少單位能耗。
US5,626,420號美國專利披露了一種連續(xù)混煉的方法與設備，使用這種方法與設備時連續(xù)投配基體彈性體和其它成分并引入混煉室，所述混煉室由固定部和在其內(nèi)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動部組成，按優(yōu)選方案為一個單螺旋擠壓器。引入的各種成分在混煉室內(nèi)沿推進區(qū)和混煉區(qū)的方向前進。為了提高橡膠各成分的散布均勻度，混煉室內(nèi)至少某些混煉區(qū)的裝料速率要低于1。為了穩(wěn)妥地把各種成分，特別是橡膠基引入混煉室，要使用諸如容積泵(例如，齒輪泵)之類的壓力進料裝置。為了各成分的劑量準確，可能需要在兩個進料速率低于1的混煉區(qū)之間的進料速率等于1的混煉區(qū)給料。
US5,374,387號美國專利說明了一種使用雙螺旋擠壓器連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法。這種方法包括以下順序的步驟。把彈性材料加入擠壓器的第一混煉區(qū)剪切并加熱到第一作業(yè)溫度(一般為130到220攝氏度)，同時降低粘滯度。然后，把彈性材料轉(zhuǎn)移到第二混煉區(qū)，至少加入增強填料和加工輔料的第一部分，同時把橡膠混合物冷卻到第二作業(yè)溫度(一般為110到160攝氏度)。然后把產(chǎn)出的混合物轉(zhuǎn)移到任選的第三混煉區(qū)，把諸如粘著促進劑、抗臭氧劑、顏色添加劑和防火劑之類的少量化合物組分加入橡膠混合物。按照優(yōu)選方案，在所述第三混煉區(qū)加入加強填料和加工輔料的第二部分，從而達到第三作業(yè)溫度(一般為85到130攝氏度)。然后橡膠混合物在第四混煉區(qū)在第四作業(yè)溫度(一般為115到150攝氏度)下添加硫化劑。之后，所述混合材料流流經(jīng)輸送區(qū)(第五區(qū))，通過某種模具槽或類似的裝置把所述混合材料流擠壓成所需的形狀。加入擠壓器的橡膠混合物的各種成分用失重送料器，按優(yōu)選方案，在微粒形式和/或液態(tài)下連續(xù)地各別地計量。
US5,711,904號美國專利披露了一種連續(xù)混煉用硅土增強的彈性混合物的方法。把彈性材料加入雙螺旋擠壓器，然后再把硅土和包括硅土聯(lián)接劑在內(nèi)的其它組分加入。沿擠壓器的溫度與壓力控制到能使硅土聯(lián)接劑與硅土和彈性材料作出反應。然后加入固化劑和加速劑，同時把在100攝氏度的混合物的穆尼粘滯度ML(1+4)保持在20與250之間。所述混煉繼續(xù)一段時間，足以使固化劑和加速劑徹底混合。然后迫使產(chǎn)出的彈性混合物經(jīng)過安裝于擠壓器出口的適當模具。整個過程可以使用一個或一系列擠壓器完成。按照優(yōu)選方案，增加在第一雙螺旋擠壓器內(nèi)的滯留時間，然后使混合物冷卻、研碎并排入第二雙螺旋擠壓器，在此擠壓器內(nèi)所述混合物與固化劑和其它組分一起混煉成橡膠混合物。各個不同的擠壓器可以是分開的獨立實體，也可以互相連接，形成一個連續(xù)的流程。各個擠壓器可以緊密連接于一個十字頭擠壓器架內(nèi)，也可以較松散地連接，例如，通過鐵絲網(wǎng)或帶子把材料從一個部分傳送到另一個部分。
本申請人注意到使用至少一個擠壓器連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物時，因為要計及擠壓期間非常好地控制加工條件，產(chǎn)出的彈性混合物的性能可能不穩(wěn)定。
換言之，本申請人發(fā)現(xiàn)用現(xiàn)有工藝連續(xù)生產(chǎn)的彈性混合物在物理化學性能的穩(wěn)定性上不令人滿意，所述性能在各樣品之間不同，甚至在同一生產(chǎn)周期內(nèi)也不一樣。
因為上述同一生產(chǎn)周期內(nèi)性能不一引起成品性能相應不一，這種情況特別重要。
本申請人發(fā)覺上述不穩(wěn)定主要是由于生產(chǎn)彈性混合物時加入的許多組分計量不穩(wěn)定造成的。
特別是本申請人注意到加入的配方組分的量即使變化很小也可能引起成品彈性混合物性能的顯著變化。
上述問題在涉及所謂“少量組分”，即，那些不同于橡膠、加強填料和增塑劑，加入以改變和或提高彈性混合物性能的成分時特別有意義。所述少量組分包括硫化劑、硫化加速劑、阻滯劑、防護劑、硬化樹脂。
橡膠基的少量組分的種類和量根據(jù)所要生產(chǎn)的彈性混合物而有所不同，它們的加入特別關鍵，因為所述少量組分的種類繁多(通常在一種彈性混合物中至少有5-15種)且用量很少(一般不多于橡膠總重量的5％)。因此，很準確地計量所述少量組分相當難以實現(xiàn)。
而且，本申請人還發(fā)現(xiàn)計量系統(tǒng)在復雜過程中發(fā)生的任何不穩(wěn)定都不可能在擠壓步驟中克服，因為彈性混合物各單元部分滯留時間的分布寬度不足以用機械方法使生產(chǎn)過程不同時候產(chǎn)生的不同單元部分均勻。
本申請人從上述感覺開始，發(fā)現(xiàn)有可能在擠壓階段下游方向為生產(chǎn)過程提供一個攪拌步驟補償計量系統(tǒng)產(chǎn)生的供料速率誤差(即，補償各配方組分測出的流速值與規(guī)定的值之間的偏差)。
更詳細地說，本申請人發(fā)現(xiàn)產(chǎn)出的彈性混合物物理化學性能的上述穩(wěn)定可以通過把彈性擠壓物再變?yōu)楦毜漠a(chǎn)品的辦法實現(xiàn)，把所述更細的產(chǎn)品大量積累起來并將其攪拌一段時間足以補償計量步驟中任何可能的不穩(wěn)定以及生產(chǎn)過程中發(fā)生的局部不均勻。
本申請人發(fā)現(xiàn)所述積累與攪拌步驟可以使生產(chǎn)過程不同時間生產(chǎn)的更細的產(chǎn)品用機械的辦法使之均勻從而計量步驟中發(fā)生的不穩(wěn)定可以順利得到補償。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明在第一方面涉及一種連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法，所述方法包括以下步驟—計量至少一種彈性物，至少一種填料，至少一種少量組分；
—把所述至少一種彈性物，至少一種填料，至少一種少量組分投入至少一個擠壓器；—用所述至少一個擠壓器把至少一種填料、至少一種少量組分混煉并散布于所述至少一種彈性物內(nèi)；—從所述至少一個擠壓器排出的產(chǎn)出彈性混合物中獲取更細的產(chǎn)品；—積累大量所述更細的產(chǎn)品；—對所述積累的大量更細的產(chǎn)品進行攪拌。
根據(jù)本發(fā)明，“更細的產(chǎn)品”一語指的是離散顆粒產(chǎn)品。按照優(yōu)選方案，所述顆粒的平均邊長為從0.5mm到15mm，優(yōu)選地為從1mm到10mm，更優(yōu)選地為從3mm到7mm更好。按照優(yōu)選方案，所述顆粒為粒狀、丸狀、小球狀或珍珠狀。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明的方法包括兩個混煉與散布步驟，從而從第一混煉與散布步驟(在第一擠壓器內(nèi)進行)生產(chǎn)出沒有溫度敏感的少量組分的中間橡膠混合物，然后，與溫度敏感的少量組分一起轉(zhuǎn)入第二混煉與散布步驟(在第二擠壓器內(nèi)進行)以生產(chǎn)出完成的橡膠混合物(即，完成的彈性混合物)。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，在所述第一混煉與散布步驟之后對更細的中間橡膠混合物實施積累與攪拌步驟。
根據(jù)另一實施例，積累與攪拌步驟在所述第二混煉與散布步驟之后對更細的完成橡膠混合物進行。
根據(jù)另一實施例，本發(fā)明的方法包括兩個混煉與散布步驟以及兩個積累與攪拌步驟，從而各個混煉與散布步驟之后都有相應的積累與攪拌步驟。
本發(fā)明在第二方面涉及一種連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的設備，所述設備包括—至少一個包括殼的擠壓器，至少一個安裝于所述殼內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)螺桿，所述殼包括至少一個進料開口和至少一個排出開口；—至少一個第一計量裝置，用于計量至少一種彈性物和一種填料并將其通過所述至少一個進料開口加入所述至少一個擠壓器；—至少一個第二計量裝置，用于計量至少一種少量組分并將其加入所述至少一個擠壓器；—至少一個從所述排出開口獲取產(chǎn)出彈性混合物的更細產(chǎn)品的裝置；—至少一個用于混煉所述積累的更細產(chǎn)品的積累與混煉裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，獲取更細產(chǎn)品的裝置位于所述至少一個擠壓器的排出開口從而可以直接獲取更細形狀的擠壓物。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，排出攪拌過的更細產(chǎn)品是連續(xù)進行的。
根據(jù)另一優(yōu)選實施例，排出攪拌過的更細產(chǎn)品是在攪拌步驟結(jié)束時用至少兩個串聯(lián)的攪拌裝置分批進行的，從而在第一攪拌裝置攪拌的同時第二攪拌裝置裝入或排出更細產(chǎn)品。
根據(jù)另一優(yōu)選實施例，本發(fā)明的設備至少有兩個擠壓器，第一擠壓器對沒有熱敏少量組分的中間橡膠混合物進行混煉與散布，而第二擠壓器則對所述中間橡膠混合物與熱敏少量組分一起進行混煉與散布以獲得完成的彈性混合物。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明的攪拌裝置位于所述第一擠壓器的下游方向。
根據(jù)另一優(yōu)選實施例，本發(fā)明的攪拌裝置位于所述第二擠壓器的下游方向。
根據(jù)另一優(yōu)選實施例，本發(fā)明的設備包括兩個攪拌裝置，第一攪拌裝置位于所述第一擠壓器的下游方向，第二攪拌裝置位于所述第二擠壓器的下游方向。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述設備的所述至少一個第一計量裝置和至少一個第二計量裝置是重力進料器。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述至少一個獲取更細產(chǎn)品的裝置是制粒器或敞開式研磨器。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述至少一個攪拌裝置是旋轉(zhuǎn)筒。


現(xiàn)在參照附圖進一步說明本發(fā)明，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的設備的示意圖；圖2是圖1的連續(xù)生產(chǎn)設備另一實施例的示意圖；圖3-5是本發(fā)明生產(chǎn)中間彈性混合物的連續(xù)生產(chǎn)設備另外實施例的示意圖。
具體實施例方式
為了說明簡單起見，在附圖中相同或類似的部件使用相同的注記。
圖1示出的是根據(jù)本發(fā)明連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的生產(chǎn)設備100第一根據(jù)所述第一實施例，生產(chǎn)設備100包括適于生產(chǎn)所需彈性混合物連續(xù)條E的擠壓器110；適于把所述連續(xù)條E變?yōu)楦毊a(chǎn)品F的研磨裝置120；對所述更細狀態(tài)的彈性混合物F攪拌的攪拌裝置130。
正如圖1示意地示出的那樣，擠壓器110用進料斗111收進生產(chǎn)所需彈性混合物必須的配方組分，所述組分一般包括本說明書下面規(guī)定的橡膠基礎材料、加強填料和少量組分。
配方組分一般投入所述擠壓器的不同區(qū)域。例如，圖1示出了3個主要的材料流A、B、C，相應于擠壓器110的3個不同區(qū)域，所述材料流的數(shù)目決定于所生產(chǎn)的彈性混合物。
而且，一般地說，有些配方組分不只供入一次，例如，同一配方組分可以投入擠壓器的不同區(qū)域，這也決定于所生產(chǎn)的彈性混合物。因此。圖1的各個材料流A、B、C可以包括不只一種配方組分。例如，加強填料(例如，碳黑、硅土)就是這樣，按照優(yōu)選方案，這些填料投入擠壓器的不同區(qū)域從而改善其在橡膠基內(nèi)的散布。
為了簡單起見，圖1示出各材料流A、B、C有一個計量裝置112。然而，在各個材料流包括不只一種配方組分的情況下，按優(yōu)選方案，要為各種配方組分提供一個專用計量裝置。這樣，由于計量各種不同比重的配方組分可能產(chǎn)生的計量誤差就可順利減少。
另外，若干不同的配方組分也可以用同一個計量裝置。
按優(yōu)選方案，計量裝置112是一種失重重力進料器。
一般地說，橡膠基礎材料，通常由制造商成包地提供，例如用刀片粉碎為不規(guī)則的小時(平均邊長為大約3-50mm)顆粒(屑粒)，然后添加抗粘劑(例如，白堊、硅土或其它粉末)以避免重新結(jié)塊。
此外，還安裝重力控制給料泵以便把增塑油和其它可能的液體組分，例如，硅土聯(lián)接劑(例如，硅烷)和粘附促進劑(例如，鈷鹽)，供入擠壓器110，所述液體組分是一般加入橡膠基中的。
圖1還示出了從擠壓器110排出的材料流D。所述擠壓器一般安裝脫氣裝置，用標號114注記。
按優(yōu)選方案，所述擠壓器110是共同旋轉(zhuǎn)的雙螺旋擠壓器。
按優(yōu)選方案，彈性混合物在離開擠壓器110之前要進行過濾以清除任何可能的聚集物、金屬顆?；蚱渌s質(zhì)。為了達到這一目的，在擠壓器螺桿(未示出)的下游方向放置過濾體115(例如，過濾網(wǎng))。
為了對擠壓材料施加足夠的壓力使之通過所述過濾體115，按優(yōu)選方案，擠壓器110安裝齒輪泵116。按優(yōu)選方案，所述齒輪泵116置于過濾體的上游方向。
參看圖1，從擠壓器110排出的彈性混合物通過擠壓器模具117以便獲得具有連續(xù)彈性條E形狀的彈性混合物。
根據(jù)圖1所示的本發(fā)明的實施例，彈性條E用適當?shù)难b置(例如，傳送帶)送到研磨裝置120，所述研磨裝置把彈性條E變成更細的彈性產(chǎn)品F。
按照優(yōu)選方案，所述研磨裝置是磨碎機或制粒器。
按照優(yōu)選方案，所述更細的產(chǎn)品F要經(jīng)過冷卻步驟。
參看圖1所示的實施例，根據(jù)本發(fā)明連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的設備100還包括以更細的產(chǎn)品F為進料的攪拌裝置130。
按照優(yōu)選方案，所述攪拌裝置130是旋轉(zhuǎn)筒。
根據(jù)本發(fā)明，從研磨裝置120出來的大量的更細產(chǎn)品F在攪拌裝置120內(nèi)積累并攪拌。
按照優(yōu)選方案，所述攪拌步驟是用連續(xù)旋轉(zhuǎn)所積累的大量更細產(chǎn)品的辦法進行的(例如，通過旋轉(zhuǎn)所述筒)，從而不同時間從研磨裝置120出來的更細產(chǎn)品混合在一起。
更細產(chǎn)品(例如，顆粒)的單元部分在攪拌裝置內(nèi)的滯留時間決定于許多參數(shù)，例如a)攪拌裝置的容積；b)更細產(chǎn)品F的流速；c)筒的轉(zhuǎn)速，如果所述攪拌裝置是旋轉(zhuǎn)筒；d)攪拌裝置裝料的多少。
例如，在攪拌裝置是旋轉(zhuǎn)筒的情況下，更細產(chǎn)品的流速為大約50千克/小時到5,000千克/小時，攪拌裝置裝料大約二分之一，筒的容積大約為1-5立方米，旋轉(zhuǎn)速度每分鐘大約為5-15轉(zhuǎn)(例如，每分鐘6轉(zhuǎn))，優(yōu)選方案為更細產(chǎn)品在旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)滯留時間在5-15分鐘的范圍內(nèi)。
如圖1內(nèi)所示，在攪拌步驟結(jié)束時攪拌過的更細產(chǎn)品G從攪拌裝置130內(nèi)排出。
圖2繪制的是本發(fā)明連續(xù)生產(chǎn)設備的另一實施例200，根據(jù)此實施例獲取更細形狀的彈性混合物這一步驟直接在擠壓器110的排出開口進行，從而圖1的研磨裝置120可以取消。
例如，根據(jù)所述實施例，在擠壓頭安裝多孔模板210，使彈性混合物通過該板就可以在擠壓步驟結(jié)束時使彈性混合物成為顆粒。
所述模板210一般配備切割裝置(圖2中未示出)從而可以獲得顆粒狀的彈性混合物。
為了對擠壓的材料施加的壓力足以使之穿過所述模板210，在擠壓器螺桿的下游方向為擠壓器110安裝齒輪泵116。
按照優(yōu)選方案，彈性混合物在穿過所述模板210之前用位于所述齒輪泵116下游方向的過濾體115(例如，過濾網(wǎng))過濾。
與圖1內(nèi)所示的生產(chǎn)設備100類似，更細的彈性混合物F供入攪拌裝置130從而獲得攪拌過的更細產(chǎn)品G。
根據(jù)圖3內(nèi)示意示出的本發(fā)明的另一實施例，連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的設備300包括生產(chǎn)中間彈性混合物的第一擠壓器110和用所述中間彈性混合物生產(chǎn)最終可固化的彈性混合物的第二擠壓器320。
根據(jù)所述另一實施例，中間彈性混合物是通過給第一擠壓器110供送橡膠基礎材料、加強填料和非溫度敏感的少量組分而獲得的，因而，不會分解并/或不會在工作狀況下過早硫化并或不會干擾混合過程。
一般地說，所述非溫度敏感的少量組分是除了交聯(lián)劑、交聯(lián)加速劑、交聯(lián)阻滯劑、交聯(lián)活化劑以外的所有少量組分。
例如，可能妨礙所述第一擠壓器110內(nèi)第一混煉與散布步驟可能發(fā)生反應的那些少量組分應避免向第一擠壓器110供送。例如，在用硅土填充橡膠混合物的情況下，不可在所述第一步驟添加鋅衍生物(例如，氧化鋅)和氨基化合物，因為這些物質(zhì)會妨礙聯(lián)接劑與硅土之間的硅烷化反應。
正如參照圖2所作的說明那樣，中間彈性混合物在離開第一擠壓器之前用位于擠壓器螺桿(未示出)下游方向的過濾體115(例如，過濾網(wǎng))過濾。
為了給擠壓材料施加足以使之通過所述過濾體115的壓力，在所述過濾體115的上游方向為第一擠壓器110安裝齒輪泵116。
從第一擠壓器出來的中間彈性混合物，正如參照圖2的實施例的說明那樣，通過在擠壓頭安裝多孔模板210，而變?yōu)楦毊a(chǎn)品H。
根據(jù)示于圖3的所述另一實施例，生產(chǎn)設備300還包括以更細形狀的中間彈性混合物H為進料的攪拌裝置130。
因此，把攪拌裝置130的輸出物，即，攪拌過的中間彈性混合物供入第二擠壓器320，所述第二擠壓器還供以溫度敏感的少量組分。
所述中間彈性混合物可以用任何現(xiàn)有方法從第一擠壓器輸送到第二擠壓器。
按照優(yōu)選方案，所述中間彈性混合物在上述輸送過程中冷卻以免在第二擠壓器320內(nèi)的第二混煉與散布步驟中橡膠過早硫化。
攪拌過的粒狀中間彈性混合物I，例如，用傳送帶，送到失重重力進料器212，所述進料器212對其進行計量并經(jīng)進料斗211送到第二擠壓器320。
制成彈性混合物必需的少量組分，即，諸如交聯(lián)劑、交聯(lián)加速劑和阻滯劑、活化劑之類的溫度敏感的少量組分用重力進料器212計量并經(jīng)一個或數(shù)個進料斗211供入擠壓器320。
按照優(yōu)選方案，各少量組分用專用的重力進料器單獨計量。
如同參照第一擠壓器110所作的說明那樣，第二擠壓器320也可以安裝重力控制進料泵113把附加的增塑油或諸如液態(tài)樹脂(例如，酚醛樹脂)和抗返原劑(例如，硅烷)之類的其它液態(tài)組分投入第二擠壓器320。
與上面說明的各實施例類似，完成的彈性混合物可以用過濾體115有選擇地過濾以清除任何可能的聚集物、金屬微?；蚱渌s質(zhì)。
優(yōu)選方案是在所述過濾裝置115的上游方向安裝齒輪泵116。在所述完成的彈性混合物的這一可選擇的過濾階段應特別注意避免溫度上升，因為這可能使彈性混合物過早硫化。
根據(jù)圖3內(nèi)示出的所述另一實施例，第二擠壓器320的頭部安裝多孔模板210，從而可以獲得更細形狀的最終的彈性混合物的。
根據(jù)又一實施例(未示出)，與圖1內(nèi)示意示出的生產(chǎn)設備類似，完成的彈性混合物是穿過擠壓器模具從第二擠壓器320排出的，從而可以獲得連續(xù)條形的彈性混合物。
根據(jù)圖4內(nèi)示出的根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)設備400的另一實施例，把根據(jù)圖3的示意圖獲得的顆粒形完成的彈性混合物L投入攪拌裝置130，從而獲得更細形狀的完成的彈性混合物M。
根據(jù)圖5內(nèi)示出的根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)設備500的另一實施例，把從第一擠壓器110出來的更細形狀的中間彈性混合物H直接投入第二擠壓器320，在兩個擠壓器110、320之間不安裝攪拌裝置130。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，更細形狀的一種或數(shù)種配方組分是投入各自的計量裝置的。
優(yōu)選方案是各少量組分以更細形狀送入計量裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種或數(shù)種配方組分是用氣動傳送線送到各自的計量裝置的。
使用氣動傳送線時，優(yōu)選方案是至少有一種少量組分以特別適合氣動轉(zhuǎn)送的更細的自由流動形狀供給所述生產(chǎn)設備的。
按照優(yōu)選方案，所述自由流動性能以及尺寸的高度均勻性和高度穩(wěn)定性是通過把所述至少一種少量組分散布于熱塑粘合劑內(nèi)獲得的。
而且，所述熱塑粘合劑在投入擠壓器后易于融化從而起幫助加工及顯著改善所述至少一種少量組分散布于橡膠基內(nèi)的作用，不使最終彈性混合物在性能上有任何重大改變。
可以計量并以更細形狀投入擠壓器的少量組分，例如，可以從以下材料中選擇(a1)交聯(lián)劑，例如硫(通常為可溶晶態(tài)或不可溶聚合態(tài)，可選擇地散布于油相中)，施主硫(例如，二硫化烷基秋蘭姆)，有機過氧化物；(a2)交聯(lián)加速劑，例如噻唑，亞磺酰胺，胍，秋蘭姆，二硫代氨基甲酸酯，胺，黃原酸鹽；(a3)合成樹脂，例如α-甲基苯乙烯樹脂，氧茚樹脂；(a4)交聯(lián)活化劑，例如，鋅化合物(例如氧化鋅、碳酸鋅、脂肪酸鋅鹽)；(a5)交聯(lián)阻滯劑，例如羧酸，酞酰亞胺衍生物，二苯胺衍生物；(a6)粘附促進劑，例如烏洛托品(HMT)，resocinol；(a7)防護劑，例如芳香二胺(例如，N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基對苯二胺(6PPD))，二氫喹啉衍生物，咪唑衍生物；(a8)連接劑，例如硅土連接劑，特別是含硫可水解硅烷(例如，3，3’雙(三乙氧基-甲硅烷基丙基)四硫化物(TESPT))；(a9)冷凝觸媒，例如，金屬羰化物(例如，二月硅酸二丁錫(DBTL))。
上面所列各項只是用于說明使用于橡膠混合物特別是輪胎用橡膠混合物的最普通的少量組分的一些例子，沒有限定本發(fā)明范圍的意思。
可以使用根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)任何種類的彈性橡膠混合物，特別是，輪胎業(yè)使用的。彈性基一般可以從二烯烴彈性聚合物、單烯烴彈性聚合物和這兩者的混合物中選擇。
二烯烴彈性聚合物一般是天然產(chǎn)品，或者用聚合的辦法獲得，溶解的或乳化的，至少有一共軛二烯烴，任選地帶有不超過50％重量的至少一種1-丁烯-芳烴。二烯烴彈性聚合物有順式-1，4聚異戊二烯(天然的或合成的，優(yōu)選方案為天然橡膠)；3，4-聚異戊二烯；聚-1，3丁二烯(特別是內(nèi)含1，2聚合單位重量占15％到85％的高乙烯聚-1，3丁二烯)；氯丁橡膠；可選擇的有鹵化異戊二烯/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/苯乙烯共聚物；或上述材料的混合物。
至于單烯烴彈性聚合物，則可以選自乙烯與至少一個具有3到12個碳原子的α烯烴，可選擇地與具有4到12個碳原子的二烯烴的共聚物；聚異丁烯；異丁烯與至少一個二烯烴的共聚物。特別優(yōu)選的是乙烯/丙烯共聚物(EPR)；乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)；聚異丁烯；丁基橡膠；鹵化丁基橡膠；或上述材料的混合物。
橡膠混合物還包含至少一種填料，例如碳黑；硅土；氧化鋁；鋁硅酸鹽；碳酸鈣；高嶺土；二氧化鈦，或上述材料的混合物。特別優(yōu)選的是，碳黑、硅土或這兩者的混合物。加強填料的重量一般可以為彈性基總重量的0.1-120％，優(yōu)選方案為20-90％。
按照優(yōu)選方案，為了提高成型性能，在橡膠混合物中至少添加一種增塑劑。增塑劑一般選自礦物油、植物油、合成油等等，或上述油的混合物，例如芳香油；環(huán)烷油；鄰苯二甲酸酯；豆油；或上述油的混合物。增塑劑重量為彈性基總重量的2-100％，優(yōu)選方案為5-50％。
現(xiàn)在用以下的工作實例進一步說明本發(fā)明。
例1(發(fā)明)根據(jù)圖1的連續(xù)生產(chǎn)方法生產(chǎn)彈性混合物。
所述彈性混合物是用天然橡膠和聚丁橡膠作彈性基體，用碳黑作加強填料生產(chǎn)出來的。
所述彈性混合物的配方用下面的表1報告。
表1

“phr”表示與橡膠總重量的百分比。
用安裝刀片的兩臺研磨機研磨得到的天然橡膠和聚丁橡膠為顆粒狀，平均邊長大約1cm。
為了防止再結(jié)塊，給獲得的兩種橡膠的顆粒摻了硅土。
對兩種不同橡膠的顆粒不斷進行機械混合；把混合完的兩種不同橡膠的顆粒投入互相咬合共同旋轉(zhuǎn)的雙螺旋擠壓器的第一進料斗(主進料斗)。所述擠壓器的圓筒直徑為58mm，長與直徑之比為48∶1。
所述混合過的顆粒是用重力進料器投入雙螺旋擠壓器的。
各種粉狀少量組分投入雙螺旋擠壓器的不同區(qū)域。
加強填料，即，碳黑的重量的50％與橡膠顆粒一起用專用的重力進料器送入雙螺旋擠壓器的第一進料斗。
碳黑的剩余部分以及氧化鋅、蠟和硬脂酸用不同的專用重力進料器，即，各組分的重力進料器加入雙螺旋擠壓器的第二進料斗。
不溶解硫、N-環(huán)己基thiophtaloimide(PVI)和N-特丁基硫醇苯并噻唑次磺酰胺(TBBS)，即，固化劑，用各個專用重力進料器加入雙螺旋擠壓器的另一進料斗。
融化狀態(tài)的抗氧化劑(6PPD)用重力控制送料泵注入。
為了決定重力進料系統(tǒng)引入生產(chǎn)過程的物料重量誤差，各個重力進料器都安裝在線電子控制裝置，測定并顯示配方組分的瞬時流量。如果必要，所述控制裝置可以操縱重力進料器的進料機構糾正瞬時流量。
本申請人從控制裝置測定的各配方組分的值計算出了各流量值對規(guī)定值的偏差范圍。
所述計算的結(jié)果列于表2內(nèi)。
表2

其中，偏差系數(shù)的計算如下V=σx‾---(1)]]>或V%=100×σx‾----(2)]]>其中x是所有樣品組性能x所有測定值的算術平均數(shù)，即x‾=1NΣi=1Nxi]]>2N是已經(jīng)測定的樣品組的總數(shù)；3σ是均方根偏差，計算方法如下σ=Σi=1N(xi-x‾)2N-1]]>因為偏差系數(shù)V與均方根偏差σ成正比，所以V的值越大，σ的值也越大，即，以相應的X平均值為中心的高斯曲線幅度也越大。當然，V的值越大，用進料系統(tǒng)投入生產(chǎn)過程的物料重量的誤差也越大。
如表2所示，偏差系數(shù)V的值最大的是少量組分(添加劑+固化劑)，因此所述組分的重力進料系統(tǒng)特別關鍵。擠壓的彈性混合物是連續(xù)的長條，寬大約10cm，厚大約2cm。
所述長條投入裝有旋轉(zhuǎn)刀片的研磨機從而使所述長條變?yōu)槠骄叽鐬?cm的彈性顆粒。
生產(chǎn)出了100千克顆粒狀彈性混合物，為了防止重新結(jié)塊摻入了硅土。
把所述量的顆粒不斷地投入容量為1500升的旋轉(zhuǎn)筒并以每分鐘25轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速攪拌10分鐘，把顆粒狀擠壓物攪勻。
攪拌步驟結(jié)束時旋轉(zhuǎn)筒停止轉(zhuǎn)動并排出攪拌物。在排出步驟中共收集7組顆粒樣品(每組樣品500克重)并裝入敞開式研磨機內(nèi)以便獲得長條形彈性混合物。
有些樣品組從所述長條獲得并投入10分鐘170攝氏度的固化步驟。接著對所述樣品進行檢測，以測定下列性能—根據(jù)ISO 289/1標準100攝氏度時穆尼粘滯度ML(1＝4)；—根據(jù)ISO標準37的機械性能(100％模數(shù)、300％模數(shù)、斷裂應力、斷裂伸長)；—動態(tài)彈性性能；—根據(jù)ISO標準48溫度為23到100攝氏度的國際橡膠硬度數(shù)。
表3內(nèi)報告的是檢測的各樣品組的各項性能的算術平均值。
動態(tài)彈性性能用動力英斯特朗(Instron)裝置在壓縮狀態(tài)下根據(jù)以下方法測定。把上述交聯(lián)材料的筒形(長25mm，直徑14mm)檢測物預負荷壓縮到為原長度的90％，然后經(jīng)受頻率100赫茲，幅度為預負荷下長度的±3.33％的動力正弦拉伸壓縮，并在整個檢測期間保持于預定溫度(70或23攝氏度)。動態(tài)彈性性能用動力彈性模數(shù)(E’)和介質(zhì)損耗角正切(損耗系數(shù))值表示。介質(zhì)損耗角正切值為粘滯模數(shù)(E”)與彈性模數(shù)(E’)之比，這兩者都經(jīng)上述檢測決定。
為了用平均值量化各測定值的偏差，本申請人參照上述樣品組計算出了檢驗的各項性能的均方根偏差σ和偏差系數(shù)V。
表3

*****例2(比較)用與例1同樣的生產(chǎn)步驟同樣的作業(yè)條件計量例1的彈性混合物并將其投入共同旋轉(zhuǎn)的雙螺旋擠壓器。
與例1類似，彈性混合物擠壓成連續(xù)的條形，從其中獲取7組樣品，投入固化并進行檢驗以測定上述性能。
因此，例2的步驟與例1步驟的不同在于從擠壓器出來的彈性混合物條沒有研細，沒有引入攪拌裝置。
表4報告其結(jié)果。
表4

比較表3與表4內(nèi)報告的各項值可以指出用本發(fā)明的生產(chǎn)方法獲得的樣品測定的物理化學性能相對的偏差系數(shù)比用傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，即，沒有根據(jù)本發(fā)明安裝的積累與攪拌裝置，獲得的樣品相對應的偏差系數(shù)小。
如上所述，可以顯著減少偏差系數(shù)具有特別的優(yōu)點，因為偏差系數(shù)很小意味著根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)方法生產(chǎn)的彈性混合物的物理化學性能在整個生產(chǎn)周期中基本穩(wěn)定。
這意味著生產(chǎn)過程不同時刻用同一配方生產(chǎn)的彈性體產(chǎn)品可望性能一致，從而可以保證同一生產(chǎn)周期內(nèi)的產(chǎn)品性能一樣。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于在生產(chǎn)彈性混合物的過程中有至少一套攪拌裝置可以避免生產(chǎn)廢品，甚至在配方改變時也可避免，因為所述廢品可以順利再利用。
權利要求
1.一種連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法，它包括以下步驟—計量至少一種彈性物，至少一種填料，至少一種少量組分；—把所述至少一種彈性物，至少一種填料，至少一種少量組分投入至少一個擠壓器；—用所述至少一個擠壓器把所述至少一種填料、至少一種少量組分混煉和散布到所述至少一種彈性物內(nèi)；—從所述至少一個擠壓器排出的產(chǎn)出彈性混合物中獲取更細的產(chǎn)品；—積累一定量所述更細的產(chǎn)品；—對所述積累的一定量更細的產(chǎn)品進行攪拌。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征為第一混煉和散布步驟與第二混煉和散布步驟分別用第一與第二擠壓器實施。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征為積累一定量所述更細產(chǎn)品并對所述積累的大量更細產(chǎn)品攪拌的步驟是在所述第一混煉和散布步驟的下游方向?qū)嵤┑摹?br> 4.根據(jù)權利要求2的方法，其特征為積累一定量所述更細產(chǎn)品并對所述積累的一定量更細產(chǎn)品攪拌的步驟是在所述第二混煉和散布步驟的下游方向?qū)嵤┑摹?br> 5.根據(jù)權利要求1的方法，其特征為實施積累一定量所述更細產(chǎn)品并對所述積累的一定量更細產(chǎn)品攪拌的第一和第二步驟。
6.根據(jù)權利要求5的方法，其特征為所述第一積累一定量所述更細產(chǎn)品并對所述積累的一定量更細產(chǎn)品攪拌的步驟在第一混煉和散布步驟的下游方向?qū)嵤?br> 7.根據(jù)權利要求5的方法，其特征為所述第二積累一定量所述更細產(chǎn)品并對所述積累的一定量更細產(chǎn)品攪拌的步驟在第二混煉和散布步驟的下游方向?qū)嵤?br> 8.根據(jù)權利要求1的方法，其特征為還包括排出攪拌過的更細產(chǎn)品的步驟。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其特征為所述排出步驟連續(xù)進行。
10.根據(jù)權利要求8的方法，其特征為所述排出步驟分批進行。
11.根據(jù)權利要求1的方法，其特征為所述至少一種少量組分選自交聯(lián)劑；交聯(lián)加速劑；合成樹脂；交聯(lián)活化劑；交聯(lián)阻滯劑；粘附促進劑；防護劑；聯(lián)接劑；凝聚催化劑。
12.一種連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的設備，包括—至少一個包括殼的擠壓器(110、320)，至少一個安裝于所述殼內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)螺桿，所述殼包括至少一個進料開口(111)和一個排出開口；—至少一個第一計量裝置(112)，用于計量至少一種彈性物和一種填料并將其通過所述至少一個進料開口(111)加入所述至少一個擠壓器(110、320)；—至少一個第二計量裝置(112)，用于計量至少一種少量組分并將其加入所述至少一個擠壓器(110、320)；—至少一個從所述排出開口獲取產(chǎn)出彈性混合物的更細產(chǎn)品(F)的裝置(120、210)；—至少一個用于混煉所述積累的更細產(chǎn)品(F)的積累與攪拌裝置(130)。
13.根據(jù)權利要求12的設備，其特征為所述至少一個獲取更細產(chǎn)品的裝置(120、210)位于所述至少一個擠壓器(110、320)的所述排出開口。
14.根據(jù)權利要求13的設備，其特征為所述至少一個獲取更細產(chǎn)品的裝置(120、210)是設有切割工具的多孔模板(117)。
15.根據(jù)權利要求12的設備，其特征為所述至少一個獲取更細產(chǎn)品的裝置(120、210)是制粒器或敞開式研磨器。
16.根據(jù)權利要求12的設備，其特征為包括第一擠壓器(110)和第二擠壓器(320)，所述第一擠壓器(110)生產(chǎn)不包含溫度敏感的少量組分的中間橡膠混合物，所述第二擠壓器(320)生產(chǎn)包括所述溫度敏感的少量組分的完成的橡膠混合物。
17.根據(jù)權利要求16的設備，其特征為所述至少一個對積累的更細產(chǎn)品混煉的積累與攪拌裝置(130)位于所述第一擠壓器(110)的下游方向。
18.根據(jù)權利要求16的設備，其特征為所述至少一個對積累的更細產(chǎn)品混煉的積累與攪拌裝置(130)位于所述第二擠壓器(320)的下游方向。
19.根據(jù)權利要求12的設備，它包括對積累的更細產(chǎn)品混煉的第一積累與攪拌裝置(130)和第二積累與攪拌裝置(130)。
20.根據(jù)權利要求19的設備，其特征為對積累的更細產(chǎn)品混煉的所述第一積累與攪拌裝置(130)位于第一擠壓器(110)的下游方向。
21.根據(jù)權利要求19的設備，其特征為對積累的更細產(chǎn)品混煉的所述第二積累與攪拌裝置(130)位于第二擠壓器(320)的下游方向。
22.根據(jù)權利要求12的設備，其特征為所述至少一個第一計量裝置(112)和所述至少一個第二計量裝置(112)是重力進料器。
23.根據(jù)權利要求12的設備，其特征為所述至少一個積累與攪拌裝置(130)是旋轉(zhuǎn)筒。
24.根據(jù)權利要求12的設備，它還包括至少一個過濾從所述至少一個擠壓器(110、320)排出的彈性混合物的過濾體(115)。
全文摘要
本發(fā)明涉及連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的方法。所述方法包括以下步驟a)計量至少一種彈性物，至少一種填料，至少一種少量組分；b)把所述至少一種彈性物，至少一種填料，至少一種少量組分投入至少一個擠壓器；c)用所述至少一個擠壓器把所述至少一種填料、至少一種少量組分混煉并散布到所述至少一種彈性物內(nèi)；d)從所述至少一個擠壓器排出的產(chǎn)出彈性混合物中獲取更細的產(chǎn)品；e)積累大量所述更細的產(chǎn)品；f)對所述積累的大量更細的產(chǎn)品進行攪拌。而且，本發(fā)明還涉及連續(xù)生產(chǎn)彈性混合物的設備。所述設備包括a)至少一個擠壓器；b)至少一個計量裝置；c)至少一個從產(chǎn)出的彈性混合物獲取更細產(chǎn)品的裝置；d)至少一個對積累的更細產(chǎn)品混煉的積累與攪拌裝置。
文檔編號C08J3/20GK1604836SQ02825364
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月4日 優(yōu)先權日2001年12月19日
發(fā)明者雷納托·卡雷塔, 毛里齊奧·加林貝蒂, 克里斯蒂亞諾·普皮, 切薩雷·阿穆里, 斯特凡諾·泰斯蒂, 弗朗切斯科·羅馬尼 申請人:倍耐力輪胎公司