用于混炼和加工橡胶的设备和方法与流程

本公开整体涉及一种用于混炼和加工橡胶的设备和方法。

背景技术：

1、在当前橡胶混炼工艺中，在进行进一步的混炼步骤和后续最终加工之前，需要冷却橡胶批料或橡胶混合物。

2、一般来讲，由于橡胶混合物的温度变化难以控制，单个密炼机不能一次执行所有混炼步骤以生产最终的橡胶批料。因此，在每个混炼步骤之后必须冷却橡胶混合物，通过水冷和风冷在低温下散热。特别地，橡胶混合物必须在专用冷却隧道（批料冷却装置）中冷却。因此，通常需要多于一个的混炼步骤来完成最终产品。

3、ep 4058262 a1涉及一种连续混炼工艺。然而，在连续混炼工艺中，难以实现与由密炼机实现的生产率水平相比类似的生产率水平。

4、de 4407144 a1涉及一种使用第一密炼机和第二密炼机的混炼设备，其中添加附加的冷橡胶以降低橡胶混合物的温度。然而，仅两种不同橡胶混合物的分散就需要时间来实现最终混合物的均匀温度。

5、ep 1382425 a2涉及一种具有两个混炼腔室的混炼设备，其中可将冷却剂添加到第二混炼腔室中。

6、为了改进当前橡胶混炼工艺，需要新的设备和方法来提供用于加工橡胶的更高效和加速的混炼和冷却工艺。

技术实现思路

1、上述目的通过本公开的用于混炼和加工橡胶的设备和方法来实现。本发明提出了将多个（例如，至少两个）混炼机（例如，密炼机）串联连接，其中至少一个混炼机设置有用于进料预混橡胶的装置（例如，侧向橡胶进料器）和用于进料冷却流体的装置，以实现所加工橡胶混合物的快速温度调节。

2、根据第一方面，本发明提供了一种用于混炼和加工橡胶的设备。该设备包括用于混炼第一橡胶混合物的装置，其中第一橡胶混合物具有第一温度；以及用于混炼第二橡胶混合物的装置，其中第二橡胶混合物具有第二温度。用于混炼第二橡胶混合物的装置进一步包括：用于接收第一橡胶混合物或第三橡胶混合物中的至少一者的装置，其中第三橡胶混合物基于第一橡胶混合物；用于将预混橡胶进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的装置，其中预混橡胶具有等于或低于第一橡胶混合物的第一温度的温度；以及用于将冷却流体进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的装置，其中冷却流体具有等于或低于第一橡胶混合物的第一温度的温度。

3、包括多于一个用于混炼橡胶混合物的装置（例如，用于混炼第一橡胶混合物的装置和用于混炼第二橡胶混合物的装置）的设备，允许由用于混炼第一橡胶混合物的装置混炼的第一橡胶混合物可被转移至用于混炼第二橡胶混合物的装置，并且由用于混炼第二橡胶混合物的装置进一步加工。

4、提供用于进料预混橡胶的装置和用于将冷却流体进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的装置，允许在混炼第二橡胶混合物之前添加冷橡胶和/或水。以此方式，可将橡胶批料冷却到期望的温度水平。例如，一系列连接的混炼机，其中至少一个混炼机包括用于进料预混橡胶和冷却流体的装置，允许将所有成分添加到胶料中，而不用在每个混炼步骤之后执行单独的橡胶冷却（例如，在冷却隧道中）。

5、进料冷预混橡胶与将冷却流体进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室一起的组合将进一步加速橡胶混合物的冷却过程。以此方式，混炼系统的产能将增加，并且混炼橡胶所需的总能量将减少。特别地，在各种冷却步骤期间不会耗散不必要的热量，从而提供了更高效和可持续的混炼工艺。

6、在一个示例中，用于混炼第一或第二橡胶混合物的装置可以是密炼机。

7、在一个示例中，用于进料预混橡胶的装置可以是橡胶定量给料系统。

8、在一个示例中，橡胶定量给料系统可包括板料装载机、研磨材料的定量给料系统或挤出机。

9、在另一示例中，用于进料预混橡胶的装置可被配置为将冷橡胶或预热橡胶进料至所加工（例如，第一）橡胶混合物。例如，预混橡胶可在另一密炼机中预混和/或可从橡胶缓冲输送机接收。

10、在一个示例中，被进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的预混橡胶的温度或冷却流体的温度可低于120℃，优选低于100℃。因此，（由用于混炼第二橡胶混合物的装置混炼的）（第二）橡胶混合物的（第二）温度将快速降低至低于130℃，优选低于120℃。

11、根据第二方面，该设备可进一步包括用于混炼第三橡胶混合物的装置，其中第三橡胶混合物可具有第三温度。

12、根据另一方面，用于混炼第三橡胶混合物的装置可布置在用于混炼第一橡胶混合物的装置与用于混炼第二橡胶混合物的装置之间。

13、这种布置允许橡胶由一系列混炼装置混炼。特别地，橡胶首先由用于混炼第一橡胶混合物的装置混炼，其次由用于混炼第三橡胶混合物的装置混炼，最后由用于混炼第二橡胶混合物的装置混炼。

14、根据优选方面，用于混炼第二橡胶混合物的装置可以是用于混炼最终橡胶混合物的装置。

15、在一个示例中，用于混炼第三橡胶混合物的装置可以是中间混炼机。

16、根据第三方面，用于混炼第一、第二或第三橡胶混合物的装置可包括容纳在腔室内部的至少一个旋转螺杆。

17、根据另一方面，该设备可进一步包括用于将附加组分进料至用于混炼第一橡胶混合物的装置的腔室的装置。

18、根据另一方面，该设备可进一步包括用于将附加组分进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的装置。

19、例如，用于将附加组分进料至用于混炼第一或第二橡胶混合物的装置的腔室的装置可以是粉末或化学品定量给料系统。

20、根据另一方面，用于混炼第三橡胶混合物的装置可进一步包括用于将预混橡胶进料至用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室的装置。

21、根据另一方面，预混橡胶可具有等于或低于第一橡胶混合物的第一温度的温度。

22、根据另一方面，该设备可进一步包括用于将冷却流体进料至用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室的装置。

23、根据另一方面，冷却流体可具有等于或低于第一橡胶混合物的第一温度的温度。

24、根据另一方面，该设备可进一步包括用于将附加组分进料至用于混炼第三橡胶混合物的装置的装置。

25、例如，用于将附加组分进料至用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室的装置可以是粉末或化学品定量给料系统。

26、根据另一方面，用于将附加组分进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的装置可被适配为当第二橡胶混合物的温度低于预定义值时，将一种或多种固化体系进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室。

27、例如，预定义值可以是130℃，优选120℃。

28、当橡胶混合物的温度低于预定义值时，将一种或多种固化体系进料至用于混炼橡胶混合物的装置的腔室是有益的。当橡胶混合物的温度低于预定义值（例如，低于130℃，或优选低于120℃）时分散固化体系或固化化学品，防止在混炼期间开始固化反应。因此，可获得均一化的最终混合物。

29、根据另一方面，用于将附加组分进料至用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室的装置可被适配为当第三橡胶混合物的温度低于预定义值时，将一种或多种固化体系进料至用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室。

30、根据另一方面，用于将附加组分进料至用于混炼第二（例如，最终）橡胶混合物的装置的腔室的装置可被适配为当第二（例如，最终）橡胶混合物的温度低于预定义值时，将硫、过氧化物或另一反应性交联材料进料至用于混炼第二（例如，最终）橡胶混合物的装置的腔室。

31、在一个示例中，预定义值可以是130℃，优选120℃。

32、当橡胶混合物低于预定义值（例如，低于130℃，或优选低于120℃）时分散固化体系或固化化学品，防止在混炼期间开始固化反应。因此，可获得均一化的最终混合物。

33、例如，在将附加组分（例如，添加剂）与冷却流体和预混橡胶一起进料至用于混炼橡胶混合物的装置的腔室的情况下，每当混合物的温度将下降至低于140℃并且优选低于130℃时，可添加交联剂如硫以防止焦烧。因此，可优化混炼时间和分散。

34、根据另一方面，用于进料附加组分的装置可被适配为当第一或第三橡胶混合物的温度低于预定义值时，将一种或多种固化体系进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室。

35、在一个示例中，预定义值可以是130℃，并且优选120℃。

36、根据另一方面，冷却流体可进一步包括液氮、液态二氧化碳（liquid carbonanhydride）或水中的至少一者。

37、根据另一方面，该设备可进一步包括用于向用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室施加真空的装置。

38、通过向用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室施加真空，可减少在冷却期间和/或在混炼机中的任何反应期间产生的过量挥发物（例如，由冷却流体的蒸发产生的气体，或作为反应副产物产生的气体）。减少或除去过量挥发物是有益的，因为它降低了所生产的橡胶混合物的孔隙率水平。

39、根据另一方面，用于向用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室施加真空的装置可被适配为在将冷却流体进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室之后，向用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室施加真空。

40、通过向用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室施加真空，可减少由冷却流体的蒸发产生的气体。减少或除去所产生的气体是有益的，因为它降低了所生产的橡胶混合物的孔隙率水平。

41、根据另一方面，该设备可进一步包括用于向用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室施加真空的装置。

42、根据另一方面，用于向用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室施加真空的装置可被适配为在将冷却流体进料至用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室之后，向用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室施加真空。

43、根据另一方面，用于将冷却流体进料至用于混炼第二或第三橡胶混合物的装置的腔室的装置可被适配为将冷却流体喷洒在用于混炼第二或第三橡胶混合物的装置的腔室内部。

44、将冷却流体喷洒在用于混炼橡胶混合物的装置的腔室内部，允许在混炼过程期间均匀地骤冷橡胶混合物的表面。

45、此外，进料冷预混橡胶与通过将冷却流体喷洒在混炼腔室内部来进料冷却流体的组合进一步加速所加工橡胶混合物的冷却。

46、根据另一方面，用于混炼第一、第二或第三橡胶混合物的装置可包括密炼机、双辊开炼机或双螺杆挤出混炼机中的一者。例如，密炼机可以是切向式密炼机或啮合式密炼机。

47、根据另一方面，用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的体积可大于用于混炼第一或第三橡胶混合物的装置的腔室的体积。

48、根据另一方面，用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的体积可比用于混炼先前（例如，第一或第三）橡胶混合物的装置的腔室的体积大至少5%。

49、根据另一方面，用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室的体积可比用于混炼先前（例如，第一或第三）橡胶混合物的装置的腔室的体积大20%至75%。

50、根据另一方面，用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室的体积可大于用于混炼先前（例如，第一）橡胶混合物的装置的腔室的体积。

51、根据另一方面，用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室的体积可比用于混炼先前（例如，第一）橡胶混合物的装置的腔室的体积大至少5%。

52、根据另一方面，用于混炼第三橡胶混合物的装置的腔室的体积可比用于混炼先前（例如，第一）橡胶混合物的装置的腔室的体积大20%至75%。

53、根据另一方面，本发明提供了一种用于混炼和加工橡胶的方法。该方法包括：由用于混炼第一橡胶混合物的装置混炼第一橡胶混合物，其中该第一橡胶混合物具有第一温度。由用于混炼第二橡胶混合物的装置混炼第二橡胶混合物，其中该第二橡胶混合物具有第二温度。混炼第二橡胶混合物包括：由用于混炼第二橡胶混合物的装置接收第一橡胶混合物或第三橡胶混合物中的至少一者，其中第三橡胶混合物基于第一橡胶混合物；将预混橡胶进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室，其中预混橡胶具有等于或低于第一橡胶混合物的第一温度的温度；以及将冷却流体进料至用于混炼第二橡胶混合物的装置的腔室，其中冷却流体具有等于或低于第一橡胶混合物的第一温度的温度。