[發(fā)明專利]一種面向高填充白炭黑原位改性混煉的連續(xù)擠出裝置及方法

有效

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• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102825674A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 張立群;魏征;吳友平;任冬云;伍社毛;馬建華
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B29B7/38
• 分類號: B29B7/38;B29C47/92;B29C47/60
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域：

本發(fā)明涉及橡膠復合材料的加工裝置和技術工藝領域，具體涉及一種面向高填充白炭黑原位改性混煉的連續(xù)擠出裝置及方法。

背景技術：

白炭黑與炭黑一樣，是橡膠材料最重要的補強填料之一。近年來，隨著“綠色輪胎”的出現(xiàn)和推廣，白炭黑補強的橡膠材料引起了學術和工業(yè)界的廣泛重視。與目前所廣泛使用的炭黑補強橡膠材料相比，采用白炭黑補強的橡膠材料具有更加優(yōu)異的動態(tài)性能，能夠降低油耗并提高輪胎的抗?jié)窕阅堋２煌谔亢诘姆菢O性石墨化微晶表面，白炭黑表面具有很強的極性和氫鍵形成能力，導致其與非極性的烴類橡膠之間的相互作用非常弱。因此，橡膠工業(yè)中往往使用硅烷偶聯(lián)劑對白炭黑表面進行有機化改性，偶聯(lián)劑通過硅烷化反應與白炭黑表面結合，在降低填料-填料相互作用的同時增加填料與橡膠基體間的相互作用，從而實現(xiàn)白炭黑補強膠料動態(tài)性能的改善。

密煉機是目前橡膠加工工藝中十分簡便和高效的混煉系統(tǒng)，隨著近期國內(nèi)新型“綠色輪胎”工業(yè)化量產(chǎn)的實現(xiàn)，完全采用高用量白炭黑填充橡膠膠料的密煉機混煉技術已非實驗性操作。然而，這一密煉機混煉過程卻由于白炭黑與硅烷偶聯(lián)劑的硅烷化反應而變得十分復雜。一方面，硅烷偶聯(lián)劑與白炭黑間的硅烷化反應需要在較高且相對穩(wěn)定的反應溫度下進行，以確保硅烷化反應有高的反應效率；另一方面，硅烷化反應需要較長的反應時間以保證白炭黑表面的充分改性。對于密煉機混煉技術，要同時實現(xiàn)上述兩方面的工藝要求是十分困難的。這是因為未充分改性的白炭黑混煉膠的加工粘度過大，而大型密煉機的傳散熱效果不佳，大容量膠料在密煉機較大的剪切力作用下，會導致膠料溫度迅速上升而使得溫度難以有效控制，在這種情況下，若保持較長的混煉時間必然會導致膠料過度氧化降解的發(fā)生。為了避免這一狀況，工業(yè)生產(chǎn)中常采用密煉機多段混煉（6~8段）工藝，即通過高溫下短時間的混煉來防止膠料溫升過快，通過多次混煉以達到充分硅烷化反應的目的。但是，這種多段混煉的方法不僅加大了工藝控制難度，而且由于每一段混煉時膠料的升降溫過程而大大延長了整個膠料的混煉時間，生產(chǎn)效率低下。

因此，為高填充白炭黑補強膠料尋找一種更加簡單且高效的新型混煉加工工藝對整個橡膠工業(yè)的發(fā)展意義重大。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提供一種面向高填充白炭黑原位改性混煉的連續(xù)擠出裝置及方法。

考慮到在聚合物加工裝備中，螺桿擠出機的連續(xù)化程度高，傳散熱的效果好，溫度可控性強，故提出了一種采用密煉+螺桿擠出機原位混煉改性的工藝方法。又考慮到膠料在螺桿擠出機中的停留時間較短而可能不能滿足原位反應時間需要的事實，故提出了串聯(lián)螺桿擠出機的思路。

本發(fā)明所提出的面向高填充白炭黑原位改性混煉的連續(xù)擠出裝置，整個裝置由一組密煉機組和1~10套螺桿擠出機組組合搭配而成；其中每一套螺桿擠出機組由1臺螺桿擠出機或2~10臺通過機頭側向首尾對接的螺桿擠出機串聯(lián)而成。整套裝置組成及排列如圖1所示。

為避免混煉膠在螺桿擠出過程中因剪切過大而造成焦燒，本發(fā)明所述螺桿擠出機為單螺桿擠出機或異向平行雙螺桿擠出機。螺桿的長徑比為10~40，直徑為100~300?mm。所選螺桿擠出機組的套數(shù)和串聯(lián)螺桿擠出機的臺數(shù)根據(jù)密煉機的容積和螺桿擠出機的參數(shù)進行匹配。

一種面向高填充白炭黑原位改性混煉的連續(xù)擠出方法，將質量分數(shù)為100?份的生膠、60~100份的白炭黑、2~12份偶聯(lián)劑、防老劑、增塑劑和硫化促進劑經(jīng)密煉機混煉3~5分鐘后排料，排出的混煉膠首先通過密煉機組的大口錐形雙螺桿擠出機擠出膠料，然后經(jīng)過密煉機組的壓延機出片并同時被分割為多條尺寸相同的連續(xù)膠條，其中膠條的數(shù)量與串聯(lián)的螺桿擠出機組的套數(shù)相同，最后將膠條喂入與之對應的螺桿擠出機組中并被連續(xù)擠出為混煉膠膠條，擠出溫度為140~160^oC，膠料在每一套串聯(lián)螺桿擠出機組中的停留時間與密煉機排料時間保持一致。

本發(fā)明所述生膠為天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）和順丁橡膠（BR）的一種或多種并用。

本發(fā)明提出的面向高填充白炭黑原位改性混煉的連續(xù)擠出裝置及方法與單一使用密煉機的多段混煉工藝相比具有以下優(yōu)勢：

（1）采用多階螺桿擠出機的連續(xù)擠出代替密煉機的多段混煉，利用了螺桿擠出機比密煉機更好的控溫性，使經(jīng)密煉機一次混煉后的膠料能夠在螺桿擠出機中處于恒定的溫度下進行硅烷偶聯(lián)劑對白炭黑表面的原位改性處理；