超臨界二氧化碳密煉裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是：包括二氧化碳罐，二氧化碳罐的出口端連接增壓泵的進(jìn)口端，增壓泵的出口端連接第一熱交換器的進(jìn)口端，第一熱交換器的出口端連接密煉機(jī)的進(jìn)口，密煉機(jī)的頂部出氣口連接過濾器的進(jìn)口端，過濾器的出口端連接二氧化碳?jí)嚎s器的進(jìn)口端，二氧化碳?jí)嚎s器的出口端連接第二熱交換器的進(jìn)口端，第二熱交換器的出口端連接二氧化碳罐。所述二氧化碳罐的出口端與增壓泵的進(jìn)口端之間設(shè)置第一閥門。所述增壓泵的出口端與第一熱交換器的進(jìn)口端之間設(shè)置第二閥門。所述密煉機(jī)的底部排膠口連接開煉機(jī)。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中填料尤其是白炭黑或者中超、超結(jié)構(gòu)炭黑的分散問題。
【專利說明】
超臨界二氧化碳密煉裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超臨界二氧化碳密煉裝置，尤其是一種能夠在超臨界條件下將填料和配合劑均勻地分散在橡膠基體中的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]橡膠是一種高分子材料，通常只有在補(bǔ)強(qiáng)的作用下才能發(fā)揮出優(yōu)異的物理、機(jī)械和加工性能。輪胎工業(yè)中，橡膠基體中加入納米結(jié)構(gòu)炭黑或者白炭黑可以加強(qiáng)填料一橡膠相互作用，通過硫化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化起到橡膠補(bǔ)強(qiáng)作用。具有補(bǔ)強(qiáng)作用的炭黑尤其是超結(jié)構(gòu)、中超結(jié)構(gòu)炭黑或者白炭黑通常具有很高的比表面積和結(jié)構(gòu)度，粒子之間容易團(tuán)聚形成聚集體不利于分散。聚集體的存在增加了硫化膠生熱，降低了硫化膠物理性能，最終嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能。
[0003]填料在橡膠基體中的分散一直都是密煉技術(shù)的難題。目前的密煉技術(shù)是在一定的溫度、壓力、填充系數(shù)下通過轉(zhuǎn)子的剪切力將填料混入橡膠基體并達(dá)到分散的過程。這種密煉方式的缺陷有兩個(gè):其一，橡膠屬于粘彈體，大分子鏈之間緊密纏繞，填料很難與橡膠大分子有效接觸并完成分散;其二，高比表面積和結(jié)構(gòu)度的填料之間易于形成難以破壞的聚集體。為了提高分散性，通常通過增加混煉段數(shù)提高白炭黑或者中超結(jié)構(gòu)、超結(jié)構(gòu)炭黑的分散性，這些措施在一定程度上提高了分散性，但是仍然無法有效解決分散問題。此外，過度的混煉還容易造成更多橡膠大分子鏈斷裂，降低了橡膠的物理性能。
[0004]超臨界流體是溫度、壓力超過臨界點(diǎn)的流體，其物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)溫度和壓力變化極為敏感。超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)等接近氣體;密度、溶劑化能力等則接近液體。超臨界二氧化碳成本低、具有化學(xué)反應(yīng)惰性等特點(diǎn)，其臨界條件相對(duì)緩和(臨界溫度31.TC，臨界壓力，7.38 MPa)，其溶解能力與有機(jī)溶劑甲苯接近，而甲苯能夠有效地溶脹天然橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠等。超臨界二氧化碳優(yōu)異的擴(kuò)散能力能夠大大縮短橡膠的溶脹時(shí)間。溶脹了的橡膠基體分子間距離和運(yùn)動(dòng)性大幅增加，能夠與填料充分地接觸。此外，超臨界二氧化碳優(yōu)異的溶解能力和擴(kuò)散性能能夠防止密煉過程中填料粒子之間的聚集，同時(shí)有利于填料聚集體的解聚，從而大幅提尚混煉膠的均一性以及填料尤其白炭黑或者中超結(jié)構(gòu)、超結(jié)構(gòu)炭黑的分散性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種超臨界二氧化碳密煉裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中填料尤其是白炭黑或者中超、超結(jié)構(gòu)炭黑的分散問題。
[0006]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是:包括二氧化碳罐，二氧化碳罐的出口端連接增壓栗的進(jìn)口端，增壓栗的出口端連接第一熱交換器的進(jìn)口端，第一熱交換器的出口端連接密煉機(jī)的進(jìn)口，密煉機(jī)的頂部出氣口連接過濾器的進(jìn)口端，過濾器的出口端連接二氧化碳?jí)嚎s器的進(jìn)口端，二氧化碳?jí)嚎s器的出口端連接第二熱交換器的進(jìn)口端，第二熱交換器的出口端連接二氧化碳罐。
[0007]進(jìn)一步的，所述二氧化碳罐的出口端與增壓栗的進(jìn)口端之間設(shè)置第一閥門。
[0008]進(jìn)一步的，所述增壓栗的出口端與第一熱交換器的進(jìn)口端之間設(shè)置第二閥門。
[0009]進(jìn)一步的，所述第一熱交換器的出口端與密煉機(jī)的進(jìn)口之間設(shè)置第三閥門。
[0010]進(jìn)一步的，所述密煉機(jī)的底部排膠口連接開煉機(jī)。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述密煉機(jī)的頂部出氣口與過濾器的進(jìn)口端之間設(shè)置第四閥門。
[0012]進(jìn)一步的，在所述密煉機(jī)上設(shè)有壓力控制器。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:采用綠色、可循環(huán)、臨界條件溫和的超臨界二氧化碳密煉技術(shù)主要解決中超、超結(jié)構(gòu)炭黑或者白炭黑分散問題;減少了傳統(tǒng)混煉工藝為了達(dá)到良好分散而采用的多段混煉，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，提高了混煉效率，同時(shí)獲得分散均一、穩(wěn)定高性能混煉膠。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型所述超臨界二氧化碳密煉裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0016]如圖1所示:所述超臨界二氧化碳密煉裝置包括二氧化碳罐1、增壓栗2、第一熱交換器3、密煉機(jī)4、壓力控制器5、過濾器6、二氧化碳?jí)嚎s器7、第二熱交換器8、開煉機(jī)9、第一閥門1、第二閥門11、第三閥門12、第四閥門13等。
[0017]如圖1所示，本實(shí)用新型所述超臨界二氧化碳密煉裝置，包括二氧化碳罐1，二氧化碳罐I的出口端通過管道連接第一閥門10的一端，第一閥門10的另一端通過管道連接增壓栗2的進(jìn)口端，增壓栗2的出口端通過管道連接第二閥門11的一端，第二閥門11的另一端通過管道連接第一熱交換器3的進(jìn)口端，第一熱交換器3的出口端通過管道連接第三閥門12的一端，第三閥門12的另一端通過管道連接密煉機(jī)4的進(jìn)口，密煉機(jī)4的底部排膠口連接開煉機(jī)9，密煉機(jī)4的頂部出氣口通過管道連接第四閥門13的一端，第四閥門13的另一端通過管道連接過濾器6的進(jìn)口端，過濾器6的出口端通過管道連接二氧化碳?jí)嚎s器7的進(jìn)口端，二氧化碳?jí)嚎s器7的出口端通過管道連接第二熱交換器8的進(jìn)口端，第二熱交換器8的出口端通過管道連接二氧化碳罐I。
[0018]在所述密煉機(jī)4上設(shè)有壓力控制器5。
[0019]本實(shí)用新型的工作過程為:
[0020](I) 二氧化碳通過管路由二氧化碳罐I流向增壓栗2，增壓栗2將二氧化碳?jí)毫μ岣叩脚R界壓力以上，通過第一熱交換器3保持等壓升溫過程;當(dāng)溫度、壓力達(dá)到臨界條件后，超臨界二氧化碳從密煉機(jī)4底部進(jìn)入密煉機(jī)4。
[0021 ] (2)密煉機(jī)4結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)有的密煉機(jī)結(jié)構(gòu)，密煉機(jī)的壁、轉(zhuǎn)子等材料設(shè)計(jì)要根據(jù)密煉臨界條件設(shè)計(jì)。工作狀態(tài)下，密煉機(jī)4中橡膠在超臨界二氧化碳中迅速溶脹，在轉(zhuǎn)子的密煉下與填料、配合劑(除硫化劑、促進(jìn)劑外)充分結(jié)合，并完成分散。分散完成后，超臨界二氧化碳通過第四閥門13(節(jié)流閥)減壓排出。二氧化碳排空后，在一定的上頂栓壓力下，轉(zhuǎn)子對(duì)混煉膠進(jìn)行剪切捏煉，溫度升高到設(shè)定溫度后排膠。開煉機(jī)9進(jìn)一步均勻混煉膠，擠壓、去除膠料中二氧化碳、下片、完成初煉。硫化劑和促進(jìn)劑的混入及分散則可按照傳統(tǒng)的方式在開煉機(jī)或者密煉機(jī)完成終煉。
[0022](3)通過第四閥門13(節(jié)流閥)的二氧化碳通過過濾器6除去雜質(zhì)，并經(jīng)過二氧化碳?jí)嚎s器7逐級(jí)提高壓力至臨界壓力以上液化。經(jīng)過第二熱交換器8降溫至室溫，輸送回二氧化碳觸I，完成回收。
[0023]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:采用綠色、可循環(huán)、臨界條件溫和的超臨界二氧化碳密煉技術(shù)主要解決中超、超結(jié)構(gòu)炭黑或者白炭黑分散問題;減少了傳統(tǒng)混煉工藝為了達(dá)到良好分散而采用的多段混煉，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，提高了混煉效率，同時(shí)獲得分散均一、穩(wěn)定高性能混煉膠。
[0024]本實(shí)用新型所述超臨界二氧化碳密煉裝置，適用于丁苯橡膠、順丁橡膠、天然橡膠、丁基橡膠等;適用的填料為不同比表面積、結(jié)構(gòu)度的炭黑和白炭黑。本實(shí)用新型以超臨界二氧化碳為載體，充分利用其極強(qiáng)的溶解、滲透、擴(kuò)散性能，通過對(duì)橡膠分子的溶脹、納米結(jié)構(gòu)填料的滲透兩方面增加橡膠分子與填料接觸，減少填料的聚集、提高填料的分散性，從而獲得高品質(zhì)、均一、穩(wěn)定的補(bǔ)強(qiáng)橡膠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是:包括二氧化碳罐(I)，二氧化碳罐(I)的出口端連接增壓栗(2 )的進(jìn)口端，增壓栗(2 )的出口端連接第一熱交換器(3 )的進(jìn)口端，第一熱交換器(3 )的出口端連接密煉機(jī)(4 )的進(jìn)口，密煉機(jī)(4 )的頂部出氣口連接過濾器(6 )的進(jìn)口端，過濾器(6)的出口端連接二氧化碳?jí)嚎s器(7)的進(jìn)口端，二氧化碳?jí)嚎s器(7)的出口端連接第二熱交換器(8)的進(jìn)口端，第二熱交換器(8)的出口端連接二氧化碳罐(I)。2.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是:所述二氧化碳罐(I)的出口端與增壓栗(2)的進(jìn)口端之間設(shè)置第一閥門(10)。3.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是:所述增壓栗(2)的出口端與第一熱交換器(3)的進(jìn)口端之間設(shè)置第二閥門(11)。4.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是:所述第一熱交換器(3)的出口端與密煉機(jī)(4)的進(jìn)口之間設(shè)置第三閥門(12 )。5.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是:所述密煉機(jī)(4)的底部排膠口連接開煉機(jī)(9)。6.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是:所述密煉機(jī)(4)的頂部出氣口與過濾器(6)的進(jìn)口端之間設(shè)置第四閥門(13)。7.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳密煉裝置，其特征是:在所述密煉機(jī)(4)上設(shè)有壓力控制器(5)。
【文檔編號(hào)】B29B7/74GK205601015SQ201620218999
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】趙江華, 朱健鵬, 蔣紅梅, 崔玉葉
【申請(qǐng)人】江蘇通用科技股份有限公司