用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法

《用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法》涉及一种用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法，属于废橡胶循环利用领域。

随着世界经济的高速发展，中国已经成为世界上最大的橡胶消耗国，同时也是世界上最大的废旧橡胶产生国，中国原料橡胶资源非常短缺，2014年仅天然橡胶就进口420万吨，橡胶供求相当矛盾。而再生橡胶作为橡胶原料的有效补充，已经成为不可或缺的第三大橡胶原料体系，因此，废旧橡胶的循环利用对中国橡胶工业的发展具有非常重要的意义。

随着中国环保政策的推行，传统低端落后的生产设备、工艺已经处于淘汰现状。2015年前再生胶行业中再生胶粉的精炼捏练加工大多采用传统的“三机一线”或“四机一线”的精炼出片方式，得到加工性能和力学性能优异的再生胶；但是这种间歇式的生产方式自动化程度低、劳动强度大、生产效率低、开放式生产烟气排放严重扥，技术低端且存在严重的安全隐患。因此，保证再生胶粉密闭、连续自动化的精炼捏练成型，可以改善再生胶的性能，同时提高生产效率，保证生产环境及工人安全，是废旧橡胶循环利用的关键技术和研究重点。

图1挤压输送段简易示意图

图2剪切元件示意图

图3剪切、输送螺纹元件示意图

图4反向螺纹元件示意图

图5密炼螺纹元件示意图

图6强力剪切螺纹元件示意图

图7《用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法》的一种螺杆形式示意图

图8单螺杆、双螺杆与多螺杆啮合对比示意图

其中，1、1’、1”为输送螺纹元件，2、2’、2”为剪切螺纹元件，3为反向螺纹元件，4为密炼螺纹元件，5为强力剪切螺纹元件，6为啮合区。

2020年7月14日，《用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法》获得第二十一届中国专利奖优秀奖。

一种用于再生橡胶粉精炼的螺杆，包括挤压输送段、剪切段及剪切输送段；

挤压输送段依次包括第一输送螺纹元件1、第二输送螺纹元件1’、第三输送螺纹元件1”，三种输送螺纹元件的螺距关系如下：第一输送螺纹元件1螺距P1＞第二输送螺纹元件1’螺距P2＞第三输送螺纹元件1”螺距P3，输送螺纹元件之间设置至少一个第一剪切螺纹元件2；

剪切段包括至少一个第二剪切螺纹元件2’和第四输送螺纹元件，还可任选的与反向螺纹元件3、密炼螺纹元件4、强力剪切螺纹元件5进行任意组合，第四输送螺纹元件螺距P4≤P3；

剪切输送段由至少一个第三剪切螺纹元件2”与第五输送螺纹元件相间串联组成，第五输送螺纹元件螺距P5≤P4；

第二剪切螺纹元件2’、第三剪切螺纹元件2”与第一剪切螺纹元件2相同或不同。

P2：P1=1/5-1/2，P3：P2=1/5-1/2。

强力剪切段为90°/60°/45°剪切螺纹元件的任意组合。

一种对再生橡胶粉进行精炼成型的多螺杆挤出装置，采用上述螺杆进行同向/异向平行结构、品字结构或圆筒结构的排布。

一种对再生橡胶粉进行再生的系统，包括计量喂料系统、剪切系统、冷却系统及制冷系统；所述剪切系统采用上述多螺杆挤出装置；所述计量喂料系统为锥双螺杆喂料装置。

所述制冷系统为冷水机。

所述冷却系统位于多螺杆挤出机机筒外部。

采用上述系统对再生橡胶粉精炼的方法，包括如下步骤：

1）0-80℃的再生胶粉通过计量喂料系统，由喂料频率与喂料电流控制，进行衡量物料的喂料；

2）物料经过多螺杆挤出机精炼、成型，制备粒状再生橡胶；

3）各区温度由冷却系统及制冷系统保持在0-100℃。

用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法专利目的

为了解决2015年12月之前的技术中出现的缺点，《用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法》第一个目的是提供一种用于再生橡胶粉精炼的螺杆，包括挤压输送段、剪切段及剪切输送段；挤压输送段依次包括第一输送螺纹元件、第二输送螺纹元件、第三输送螺纹元件，三种输送螺纹元件的螺距关系如下：第一输送螺纹元件螺距P1＞第二输送螺纹元件螺距P2＞第三输送螺纹元件螺距P3，输送螺纹元件之间设置至少一个第一剪切螺纹元件；其中第一输送螺纹元件为大螺距螺纹元件，利于粉状再生胶粉输送进入到螺杆挤出机内部，经过第一剪切螺纹元件一定程度的剪切，再进入小螺距的第二输送螺纹元件，对粉状松散物料进行挤压，再依次使用第一剪切元件、更小螺距的第三输送螺纹元件，往复作用，使粉状再生胶粉挤压精密，有利于下道剪切段的强力剪切；P2：P1=1/5-1/2，P3：P2=1/5-1/2。输送螺纹元件的螺距每节以1/5-1/2的程度逐渐减小，中间添加剪切元件，更有利于快速挤压粉状再生胶粉。剪切段包括至少一个第二剪切螺纹元件和第四输送螺纹元件，还可任选的与反向螺纹元件、密炼螺纹元件、强力剪切螺纹元件进行任意组合，第四输送螺纹元件螺距P4≤P3；反向螺纹元件为输送螺纹元件具有将部分物料施加反向的作用力，使物料重新返回前端元件中与后续的物料同时作用，起到混合的效果，这样有利于物料混合及剪切的均匀性；密炼螺纹元件可保持一定剪切力的同时，增加密炼混合作用，提高剪切段混合、剪切作用；强力剪切螺纹元件为多个强力剪切元件串联而成（90°/60°/45°），可持续保持对物料的剪切，保证螺杆对再生物料的精炼、捏练作用，有效降低物料门尼粘度，增加可塑性与加工性。反向螺纹、密炼螺纹组合能有效提高胶料在挤出机中和混合、密炼作用，混合均匀，提高胶料自粘性，有利于强力剪切螺纹对胶料的高效剪切、捏练的作用，并且由于具有高效的混合功能，使胶料可得到均匀稳定的剪切，质量更佳稳定，如此三者结合，效果更佳。剪切输送段由至少一个第三剪切螺纹元件与第五输送螺纹元件相间串联组成，第五输送螺纹元件螺距P5≤P4；剪切螺纹实现对前端物料的补充剪切，逐渐降低门尼粘度，提高胶料的塑性，由输送螺纹持续稳定向下段输送物料，往复多次，实现机头物料衡量均匀供给，使产品成型尺寸稳定，质量可靠。第二剪切螺纹元件、第三剪切螺纹元件与第一剪切螺纹元件相同或不同。

《用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法》的第二个目的是提供一种对再生橡胶粉进行精炼成型的多螺杆挤出装置，采用上述螺杆进行同向/异向平行结构、品字结构或圆筒结构的排布。通过对传统工艺作用的分解，采用不同形式的螺纹元件实现再生胶粉密闭、连续精炼成型，有效避免了传统开放式生产技术污染严重、劳动效率低强度大及自动化程度低等缺点。多螺杆与单、双螺杆比较，具有啮合区多，产能大的优点。多螺杆啮合区多，每增加一条螺杆啮合区即可得到大于1的功效，从而实现胶料强力三维剪切，在相同长径比的情况下大大提高螺杆对胶料的剪切、捏练功效，提高生产效率，减少设备造价及厂房投资。

《用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法》的第三个目的是提供一种对再生橡胶粉进行精炼的系统，包括计量喂料系统、剪切系统、冷却系统及制冷系统；所述剪切系统采用如权利要求4所述的多螺杆挤出装置；所述计量喂料系统为锥双螺杆喂料装置。优选的是：所述制冷系统为冷水机。优选的是：所述冷却系统位于多螺杆挤出机机筒外部。

《用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法》的第四个目的是提供采用上述系统对再生橡胶粉精炼的方法，包括如下步骤：

1）0-80℃的再生胶粉通过计量喂料系统，由喂料频率与喂料电流控制，进行衡量物料的喂料；

2）物料经过多螺杆挤出机精炼、成型，制备粒状再生橡胶；

3）各区温度由冷却系统及制冷系统保持在0-100℃。

用于再生橡胶粉精炼成型的多螺杆挤出装置及精炼方法有益效果

1）采用密闭式挤出机替代开放式精炼机对再生胶粉进行精炼、捏练加工成型，提高产线自动化科技水平，有效避免开放式加工的污染难题，同时降低劳动定员及劳动强度；

2）采用啮合效果好的多螺杆结构，产生1 1≥2的功效，实现对再生胶粉三维强力剪切，在同等长径比条件下与单双螺杆相比，可大大提高生产效率，同时产品质量；

3）采用输送螺纹元件、剪切螺纹元件、反向螺纹元件、密炼螺纹元件及强力剪切螺纹元件进行组合，达到最优排布，有效避免胶料剪切不均匀造成质量波动、剪切不够造成门尼粘度过高、剪切过度造成胶料主链断裂严重从而降低性能等，实现对再生胶粉的最佳精炼、捏练处理，提高再生胶的加工性能。

1.一种用于再生橡胶粉精炼的螺杆，其特征在于：包括挤压输送段、剪切段及剪切输送段；

挤压输送段依次包括第一输送螺纹元件、第二输送螺纹元件、第三输送螺纹元件，三种输送螺纹元件的螺距关系如下：第一输送螺纹元件螺距P1＞第二输送螺纹元件螺距P2＞第三输送螺纹元件螺距P3，输送螺纹元件之间设置至少一个第一剪切螺纹元件；

剪切段包括至少一个第二剪切螺纹元件和第四输送螺纹元件，还可任选的与反向螺纹元件、密炼螺纹元件、强力剪切螺纹元件进行任意组合，第四输送螺纹元件螺距P4≤P3；

剪切输送段由至少一个第三剪切螺纹元件与第五输送螺纹元件相间串联组成，第五输送螺纹元件螺距P5≤P4；

第二剪切螺纹元件、第三剪切螺纹元件与第一剪切螺纹元件相同或不同。

2.根据权利要求1所述的一种用于再生橡胶粉精炼的螺杆，其特征在于：P2：P1=1/5-1/2，P3：P2=1/5-1/2。

3.根据权利要求2所述的一种用于再生橡胶粉精炼的螺杆，其特征在于：强力剪切段为90°/60°/45°剪切螺纹元件的任意组合。

4.一种对再生橡胶粉进行精炼成型的多螺杆挤出装置，其特征在于：采用如权利要求1-3任一所述螺杆进行同向/异向平行结构、品字结构或圆筒结构的排布。

5.一种对再生橡胶粉进行精炼的系统，其特征在于：包括计量喂料系统、剪切系统、冷却系统及制冷系统；所述剪切系统采用如权利要求4所述的多螺杆挤出装置；所述计量喂料系统为锥双螺杆喂料装置。

6.根据权利要求5所述的一种对再生橡胶粉进行精炼的系统，其特征在于：所述制冷系统为冷水机。

7.根据权利要求6所述的一种对再生橡胶粉进行精炼的系统，其特征在于：所述冷却系统位于多螺杆挤出机机筒外部。

8.采用如权利要求5-7任一所述系统对再生橡胶粉精炼的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）0-80℃的再生胶粉通过计量喂料系统，由喂料频率与喂料电流控制，进行衡量物料的喂料；

2）物料经过多螺杆挤出机精炼、成型，制备粒状再生橡胶；

3）各区温度由冷却系统及制冷系统保持在0-100℃。

根据对镁质量的要求，可以采用不同的精炼方法。镁的精炼方法主要有镁熔剂精炼、镁沉降精炼、镁真空蒸馏精炼和镁添加难熔金属精炼等。前两种方法主要是脱除粗镁中的非金属氧化物和铁等杂质。后两种方法主要除去金属杂质，用于生产高纯镁。镁精炼产出的精镁通称商品镁 。

炉外精炼的方法多达几十种，这些方法各有特点。究竞选择哪一种方法，首先应针对各厂的具体情况。所处理品种的要求和其他相关条件、如质量、成本、建设费用等而定，可参考表中所列几种主要精炼工艺的效果，选定所需的处理工艺方法与设备。

究竟采用哪种炉外精炼法，取决于工厂条件和对产品质量的要求，以建立不同的生产工艺流程。

对于与电炉或超高功率电炉相匹配的连铸机，选择钢包精炼时，应满足合金比高的产品质量要求，如不锈钢采用电炉－AOD炉－连铸；电－VOD炉－连铸工艺。

对于与大型转炉相匹配的板坯、大方坯、圆坯连铸机，要求提供优质钢水，生产无缺陷铸坯，如采用转炉－RH－连铸，转炉－RH KPI－连铸工艺。在生产超低碳钢（碳小于0.0015%）或超低硫钢（硫小于0.001%）时，可采用LF炉与真空处理并用工艺，以达到最佳效果。考虑到节省投资也可采用CAS－OB精炼炉工艺。

对于与小型转炉相配合以生产普碳钢为主的小方坯、矩形坯连铸机，一般采用钢包吹氩或钢包喂丝技术，基本上能满足连铸工艺和铸坯质量的要求。