本发明一般而言涉及橡胶混合物的制备和由所述橡胶混合物制成的车辆轮胎。更具体地，本发明涉及通过选择性地进行制备工序来完成橡胶混合物的制备。
背景技术：
在轮胎制造中，需要轮胎具有各种性能(例如降低的滚动阻力、改进的耐磨性、湿润条件下和干燥条件下相当的抓地性、估计的里程等)。因此轮胎由各种橡胶配混物制成，橡胶配混物的性质对轮胎本身的操作具有决定性意义。例如，专利fr2978370公开了一种方法，其中最终温度在短时间内升高至极高水平，明显降低了材料内部的能量耗散现象。专利us4840491公开了通过形成厚度不超过3mm的片材从而控制门尼值的方法。专利us2009/0238027公开了使用设备混合具有稳定粘度的橡胶的方法。
为了保证适销轮胎具有期望性能，可以从各种橡胶混合物中选择一种橡胶配混物，所述各种橡胶混合物各自具有以不同含量混合的各种成分并且源自各种制备工序。根据期望的特征，所述工序可以进行一次、两次或甚至是数次。
尽管在轮胎制备过程中设想了多种橡胶配混物，仍然可以选择优化实施设备使其本身适用于橡胶混合物制备工序的选择。因此能够实现最佳生产率同时保持获得各种橡胶性质。
技术实现要素：
本发明提供用于制备具有期望性质的橡胶混合物的系统。所述系统包括一系列橡胶混合物制备装置，所述橡胶混合物制备装置限定橡胶混合物制备的单道次工序和多道次工序。每个橡胶混合物制备装置允许进行至少一次橡胶混合物制备过程。所述系统还包括输送设备，根据为了制备具有期望性质的橡胶混合物所选择的橡胶混合物制法，所述输送设备将橡胶混合物依次运送到至少一个橡胶混合物制备装置。一系列橡胶混合物制备装置包括至少一个进行混合和冷却过程的混合和冷却装置。所述混合和冷却装置具有至少一个开放式混合器和至少一个喷射系统，所述开放式混合器具有一对圆筒，所述圆筒将橡胶混合物转变成连续片材，所述喷射系统具有一个或多个喷射轨道，所述喷射轨道设置在上喷射站和下喷射站的每一者处。每个喷射轨道与用于供应水和空气的供应源连通，该供应源以预定的水流速和预定的空气压力将水和空气供应至一个或多个喷嘴。至少一个吸气系统被设置成包括一个或多个吸气罩，所述吸气罩设置在每个喷射轨道的下游。每个吸气罩与用于以预定的空气流速供应空气的供应源连通。在混合和冷却过程中，混合和冷却装置喷射连续片材并且排出包含蒸发水的空气从而在补充混合过程之前以目标温度值和目标水含量值制备橡胶混合物。
对于本发明的一些实施方案，所述橡胶混合物制备装置包括至少一个初始混合装置和一个或多个橡胶混合物制备装置，所述初始混合装置进行初始混合过程。所述橡胶混合物制备装置包括至少一个终端装置和至少一个补充混合装置，所述终端装置进行终端过程，所述补充混合装置进行补充混合过程。
对于本发明的一些实施方案，所述初始混合装置包括至少一个具有腔室的密闭式混合器，所述密闭式混合器具有预定的填充体积从而在初始混合过程中接收和混合弹性体材料与一种或多种初始成分。所述补充混合装置包括至少一个具有腔室的无冲压混合器(ramlessmixer)，所述无冲压混合器具有的预定填充体积约为密闭式混合器的预定填充体积的两倍，所述腔室接收和混合橡胶混合物与一种或多种补充成分。
对于本发明的一些实施方案，所述初始混合过程包括制备温度不超过180℃的橡胶混合物；并且所述补充混合过程包括制备温度不超过110℃的橡胶混合物。
对于本发明一些实施方案，橡胶混合物的目标温度值为约70℃，并且橡胶混合物的目标水含量值不超过橡胶混合物的约0.20重量％。
对于本发明的一些实施方案，输送设备包括输送装置，所述输送装置被构造成将橡胶混合物选择性地输送至预先选择的橡胶混合物制备装置。所述输送装置包括：任选的排空站，所述排空站包括喷射轨道和吸气罩；可伸缩传送器，所述可伸缩传送器允许选择性地输送至补充混合装置或终端装置；和传送器，所述传送器选择性地输送至终端装置。在一些实施方案中，可伸缩传送器被设置成用于进行补充混合过程，橡胶混合物从所述补充混合过程输送至终端装置。在一些实施方案中，可伸缩传送器被设置成输送至终端装置而不进行补充混合工序。
对于本发明的一些实施方案，终端装置包括一个或多个用于进行终端过程的成型、取样、加工、冷却和装载设备。
所述系统通过使用单道次工序的制法或使用多道次工序的制法制备橡胶混合物而无需分离的设备。
本发明还提供根据选择的橡胶混合制法通过一个或多个工序选择性地制备橡胶混合物的方法。所述方法包括：提供本文描述的系统；根据选择的橡胶混合物制法将橡胶混合物依次运送到至少一个橡胶混合物制备装置；并且将橡胶混合物选择性地输送至预先选择的橡胶混合物装置。
通过如下详细描述，本文公开的发明的其它方面将变得明显。
附图说明
通过考虑如下详细描述并且结合附图，本文公开的发明的性质和各种优点将变得明显，附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1显示了根据本发明的示例性橡胶制备过程制备橡胶混合物的示例性系统的示意图。
图2显示了图1的系统使用的示例性冷却装置和示例性排空站的示意图。
图3显示了示例性单道次橡胶制备工序过程中的图1的系统。
图4和图5显示了示例性多道次橡胶制备工序的各个连续道次和最终道次过程中的图1的系统。
具体实施方式
下面将参考附图中所示的一个或多个实施例，对本发明的实施方案进行具体描述。每个实施例仅作为说明而不限制本发明。公开技术方面所选择的组合对应于本发明的多个不同的实施方案。本领域技术人员将理解可以在本发明中进行各种修改和改变而不偏离本发明的范围或精神。例如，一个实施方案中的一部分显示或描述的特征或步骤可以与一个或多个其它实施方案组合使用从而获得至少一个另外的实施方案。此外，一些特征可以更换成文中未具体说明但是执行相同或相似功能的相似设备或特征。因此，本发明旨在覆盖所述修改和改变，只要它们落入所附权利要求及其等效物的范围内。
现在进一步参考附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，图1显示了用于制备被引入一个或多个车辆轮胎的一个或多个橡胶产品的示例性系统10。设想系统10能够制备具有由所得轮胎的性质决定的可变且可定制性质的橡胶混合物。本文使用的术语“轮胎”包括但不限于用于轻型车辆、客运车辆、运动车辆(包括重型卡车)、休闲车辆(包括但不限于自行车、摩托车、atv等)、农业车辆、军用车辆、工业车辆、采矿车辆和工程机械的轮胎。还应理解本发明制备的产品包括整体胎面和局部胎面(正如已知的翻新胎面过程中所使用的)。
所述系统10包括一系列橡胶混合物制备装置，所述橡胶混合制备装置共同限定橡胶混合物制备的一个或多个工序。每个橡胶制备装置允许进行至少一次橡胶混合物制备过程。获得橡胶混合物，然后根据各种橡胶混合物制法将其运送至一个或多个橡胶制备装置。系统10允许依次进行橡胶制备过程直至所得橡胶具有期望的性质，所述性质可以根据橡胶混合物的制法变化和适应。
可以选择性地通过仅进行一次的制备工序(下文称为“单道次”工序)或进行两次或多次的制备工序(下文称为“多道次”工序)获得在给定混合周期中制备所选择的橡胶混合物。多道次工序可以在最终道次之前包括贯穿系统至少一部分的一个或多个连续道次。因此可以在通过单道次工序或多道次工序制备的多种橡胶混合物制法中选择预定制法制造橡胶混合物。
不仅通过为了给定橡胶混合物所选择的成分而且通过成分的引入顺序和任何中间步骤对橡胶混合物的性质进行控制。由于系统10无论是进行多道次工序还是单道次工序其构造保持不变，因此能够对适用于制造轮胎的橡胶混合物制法进行大面积选择。在该意义上，所述系统允许由使用单道次工序的制法或使用多道次工序的制法制备橡胶混合物而无需分离的设备。
仍然参考图1，在系统10设置的橡胶制备装置中，进行初始混合过程的是初始混合装置20。混合装置20包括至少一个密闭式混合器22，所述密闭式混合器22包括具有预定填充体积的腔室24。密闭式混合器22包括一个或多个混合叶片(未显示)，所述混合叶片保证橡胶成分渗入弹性体基质。密闭式混合器22可以选自各种市售获得的混合器。
在单道次工序和多道次工序的在初始混合装置20处进行的初始步骤a中(参见图1和图3至图5)，密闭式混合器22接收弹性体材料27(例如天然橡胶、合成弹性体及其组合和等效物)和一种或多种橡胶成分，例如一种或多种执行剂29、保护剂31和增强填料33。根据轮胎的期望性质，橡胶成分可以包括变化量的一种或多种炭黑或二氧化硅。应理解可以将除了硫化(例如交联)成分之外的其它橡胶成分引入密闭式混合器22，所述硫化(例如交联)成分随后引入。
在单道次工序和多道次工序的同样在初始混合装置20处进行的之后的步骤b中(参见图1和3至5)，密闭式混合器22混合弹性体材料和橡胶成分从而获得橡胶混合物。初始混合过程使用本领域已知的一般混合技术。在一些过程中，在不超过180℃的温度下进行混合。
仍然参考图1并且进一步参考图2，从初始混合装置20获得的橡胶混合物108被传送至混合和冷却装置100从而进行冷却过程。混合和冷却装置100是包括具有一对圆筒110的至少一个开放式混合器的橡胶制备装置。每个圆筒110具有旋转轴并且圆筒以相互对立方式设置使得旋转轴彼此平行。圆筒110可以具有相同的直径和长度从而在连续混合周期的过程中保证其均匀和可重复的性能。正如本领域已知的，一个或两个圆筒110可以具有并入其中的流体或同等冷却装置。在初始混合装置20处进行初始混合过程之后，系统10将圆筒110之间的橡胶混合物108转变成具有选定厚度和宽度的连续片材112。
混合和冷却装置100还包括至少一个上喷射站102和下喷射站104，所述上喷射站102和下喷射站104均并入喷水的喷射系统和吸气系统。喷射系统包括一个或多个各自的喷射轨道124、126，所述喷射轨道124、126设置在上喷射站和下喷射站的每一者处。每个喷射轨道与供水源和供气源连通，所述供水源和供气源以预定的水流速将水和空气供应至一个或多个喷嘴。吸气系统包括一个或多个各自的吸气罩134、136，所述吸气罩134、136设置在每个轨道的下游。每个吸气罩与供气源连通从而吸气。通过轨道124、126加水供应了具有水分的环境空气。包含蒸发水的空气进行吸气从而避免在橡胶混合物中引入水。轨道和吸气罩的每个组合充当关卡从而在整个制备线路上优化橡胶混合物108的冷却。
在混合和冷却装置100处进行的单道次工序和多道次工序的步骤c中(参见图1和3至5)，圆筒110将橡胶混合物108转变成连续片材112，然后连续片材112根据预定路径循环。预定路径包括一个或多个连续传送装置(例如一个或多个传送带或等效输送器)。对于图2所示的混合和冷却装置100的实施例，预定路径至少部分地由设置在上喷射站102的连续带114和设置在下喷射站104的另一个连续带116形成。带114、116至少通过上方滚轴118和具有更大相对直径的下方滚轴120驱动。正如本领域已知的，一个或多个辅助滚轴122可以对带114、116进行补充。尽管带114、116被描述为分离的输送设备，也可以使用一个连续带替代它们。
在步骤c的过程中，橡胶混合物108通过带114以一定方向输送从而在上喷射站102处进行处理。带114在圆筒110之间输送橡胶混合物108从而形成连续片材112。带116在一定方向上输送片材从而在下喷射站104处进行处理。基于橡胶混合物108的独特性质，每个喷射轨道124、126以预定流速喷水并且每个各自的吸气罩134、136吸气。通过轨道124、126加水装载了具有水分的环境空气并且促进混合过程中的排热。吸气的目的是限制冷凝因此避免在橡胶混合物108中引入过多的水。每个斜坡和吸气罩的组合因此充当关卡从而在开始之后的橡胶制备过程之前优化橡胶混合物的冷却和均质化。
每个轨道124、126应当被构造成提供由选择的橡胶混合物的混合制法所决定的水流速。在一些过程中，预定的水流速可以为约70升/小时至约400升/小时。相似地，每个吸气罩134、136应当被构造成提供由选择的橡胶混合物制法所决定的预定的空气流速。在一些过程中，选择的吸气水平为约5000m3/小时至约30000m3/小时。
水和吸气的流速可以改变，只要在加入交联成分之前传递的流速能够赋予橡胶混合物目标温度值和目标水含量值。例如，如果经过一段时间之后，橡胶混合物的温度大于期望的目标温度，可以将水流速(例如由轨道124或轨道126传递)调节至比低温传递速度更高的速度。在一些过程中，橡胶混合物的目标温度为约70℃，在该温度下可以获得过程的可预测性和可再现性。在一些过程中，目标水含量不超过橡胶混合物的约0.20质量％。
水流速的调节可以单独进行或者与空气流速的调节(例如通过吸气罩134或吸气罩136)组合进行。由于随着时间进行成功调节，可以重复所述调节从而保证任何橡胶混合物的水含量限制于目标值。在随后加入硫化成分之前保证该值。
再次参考图1，连续片材112被输送至输送装置200，所述输送装置200将片材112选择性地输送至预先选择的橡胶混合物制备装置。输送装置200包括任选的排空站206，所述排空站206具有喷射系统和吸气系统从而实现上文关于混合和冷却装置100所述的辅助冷却过程。如图2进一步所示，排空站206包括至少一个具有喷嘴的喷射轨道224，所述喷嘴被设置成以预定的水流速喷射片材112。轨道224包括与上文关于轨道124、126所述的相似构造。至少一个吸气罩226位于喷射轨道224的下游并且具有与上文关于吸气罩134、136所述的相似构造。吸气罩226被设置成在轨道226喷射之后进行吸气。
当排空站206对片材进行额外冷却时，轨道224在片材上喷水从而通过吸气罩226进行排空。在排空站206处进行的冷却过程保证了橡胶混合物具有足够的温度和水含量从而以单道次工序或多道次工序进行后续过程。换言之，片材具有适合进行后续过程的性质，无论所述过程是单道次工序的一部分还是多道次工序的一部分。
在步骤d中，对于在输送装置200的水平处进行的单道次工序和多道次工序(参见图1和图3至图5)，输送设备(例如排空带240)将片材112从混合和冷却装置100朝向在输送装置200的水平处可用的可伸缩传送器250或传送器252输送。在一些工序中，片材112在进行后续工序之前维持在输送装置200的水平处。橡胶混合物朝向预先选择的橡胶混合物制备装置的工序方向取决于所选择的橡胶混合物。通过这种方式，系统10实现了单道次工序和多道次工序两者的优点同时允许在两者之间进行选择。
预先选择的橡胶混合物制备装置选自补充混合装置300和终端装置400，所述补充混合装置300进行补充混合过程，所述终端装置400进行至少一个终端过程。补充混合装置300实现单道次工序和多道次工序并且包括至少一个具有腔室304的无冲压混合器302，所述无冲压混合器302具有预定的填充体积。在一些实施方案中，混合器302的填充体积约为设置在初始混合装置20处的密闭式混合器22的填充体积的两倍。正如本领域已知的，无冲压混合器302包括一个或多个混合叶片(未显示)并且选自市售获得的混合器。
用于单道次工序和多道次工序的终端装置400包括用于进行终端过程的装置。该终端过程可以选自橡胶混合物的成型、取样、加工、冷却、装载和储存。如果需要的话，安装成进行终端过程的装置可以与其它终端装置组合。
进一步参考图3、图4和图5，可伸缩传送器250可以被设置成选择性地输送至补充混合装置300或者选择性地输送至终端装置400。在单道次工序的步骤d的过程中(参见图3)，可伸缩传送器250朝向排空带240延伸从而允许朝向补充混合装置300连续地传送片材112。在所述工序中，可伸缩传送器250单独或与其它传送器组合地派送橡胶混合物从而进行补充混合过程。
进一步参考图4，在多道次工序的步骤d中，特别是在一个或多个连续道次(即最后一个道次之前的工序道次)中，可伸缩传送器250从排空带240撤离从而将片材112不中断地传送至终端装置400。传送器252绕过补充混合装置300并且将片材112直接输送至终端装置400从而进行选择性输送。因此单道次工序或多道次工序之间的选择决定了可伸缩传送器250是否被设置成绕过补充混合装置。
系统10在单道次工序和多道次工序中都消除了不一致混合物。虽然所述过程减少了任何浪费可能性，在不一致材料的情况下(例如由于混合过程的故障)，所述系统可以避免材料到达补充混合装置300。因此，避免了额外的能量浪费和时间浪费同时保持了不同橡胶混合物制备工序的优点。
再次参考图5，在多道次工序的步骤d的过程中，特别是在其最后一个道次的过程中，可伸缩传送器250朝向排空带240延伸从而朝向补充混合装置300不间断地输送片材112。在该阶段，橡胶混合物已经被输送至终端装置400并且经受终端过程。在一些多道次工序(在最后一个道次之前具有连续道次)中，橡胶混合物在初始混合装置20处返回至另一个工序的开端(例如从图4的步骤b开始)。在一些多道次工序中，一种或多种橡胶混合物能够到达终端装置400。可以在之后道次的过程中提取和组合所述一种或多种混合物(例如通过从图4的步骤b开始)。对于所述工序，排空站206进行进一步的冷却步骤从而在补充混合过程中引入硫化成分之前保证任何橡胶混合物的水含量和温度限制于目标值。
在补充混合装置300处进行的单道次工序的步骤e(参见图3)和多道次工序的最后一个道次(参见图5)中，混合器302接收一种或多种形成交联体系的补充成分(例如交联成分或硫化成分)和任何补充弹性体和必要添加剂(例如额外的弹性体和/或回收材料309、保护剂311和交联剂313)。在一些过程中，补充成分包括硫和一种或多种促进剂的至少一种。应理解也可以将其它补充成分引入混合器302。
在补充混合装置300处进行的单道次工序的步骤f(参见图3)和多道次工序的最后一个道次(参见图5)中，混合器302进行补充混合过程。在该过程中，混合器302混合片材112与补充成分从而实现所有成分的混合。在将片材112传送至补充混合器时，橡胶混合物已经达到目标温度值和目标水含量值。
在补充混合过程中，以本领域已知方式(例如通过调节混合器302的混合叶片的速度，通过使用低填充系数等)控制橡胶混合物的温度。在一些方法中，在将橡胶传送至终端装置400之前，腔室304内的混合物的温度调节成不超过110℃。
在终端装置400处进行的单道次工序(参见图3)和多道次工序(参见图4和图5)的步骤g中，可以以本领域已知方式进行终端过程。对于单道次工序，通过补充混合装置300完成补充混合过程之后进行步骤g(参见图3的步骤g)。对于多道次工序，在装置100处进行混合和冷却过程之后进行步骤g并且不在补充混合装置300处进行补充混合过程(即从排空站206输送片材112之后)(示于图4)。对于多道次工序，在补充混合装置300处完成补充混合过程之后重复步骤g(示于图5的步骤g)。
因此，在多道次工序的过程中并且在其最后一个道次之前，片材112被输送至终端装置400但是片材不经过混合器302。绕开补充混合装置避免了橡胶混合物被可能留在腔室304内的交联残留污染。尽管有意选择补充成分进行有效交联，对于橡胶混合物需要额外加工的制法来说完美地避免了交联残留的污染(例如在终端装置400、混合和冷却装置100和任选排空站206的一者或多者处)。
系统10包括输送设备，所述输送设备将橡胶混合物依次运送至一个或多个橡胶混合物制备装置。本文使用的术语“输送设备”或“传送器”表示一个或多个输送设备或传送器，例如带114、116、240、输送装置200、可伸缩传送器250和等效物以及补充输送设备和传送器。应理解输送设备不限于连续带，出于该目的可以使用其它传送器而不偏离本发明的范围。对于过程中的至少一个工序，输送可以是“连续的”(即不中断的)并且可以在一个或多个连续工序中连续循环。
本发明设想提供橡胶混合物制备装置，其中根据选择的橡胶混合物制法(例如通过一个或多个控制器)选择性地进行橡胶混合物制备过程。这些橡胶混合物制备装置的实施例可以遵循编程工序。例如，可以使用针对多种橡胶混合物建立的数据对中央控制中心230(图2中显示)进行编程，每种橡胶混合物具有独特的混合周期曲线(mixingcycleprofile)(例如单道次工序或多道次工序)。其它数据可以包括至少一个递送至每个喷射轨道的预定的水流速、递送至每个吸气罩的空气流速、一定时间之后橡胶混合物的目标温度和橡胶混合物的目标水含量。
可以任选使用一种或多种传感器和/或传感器类型，包括但不限于环境传感器(例如在开始混合周期之前感测大气条件例如温度、压力和/或湿度)和验证传感器(例如感测与禁止工序的偏差)。通过这种方式，本文公开的发明能够在轮胎制造方面制备更大量且更多样的橡胶混合物。
一种轮胎可能得益于性质受单道次橡胶制备工序影响的橡胶，而另一种轮胎可能得益于性质受多道次橡胶制备工序影响的橡胶。相当的成分可以用于两种工序并且因此能够在适应各种其它未公开过程的装置上进行制造。所述装置可以合并其它有利的橡胶混合处理过程而不损坏所得橡胶混合物的品质以及最终产品的性能。
应理解所选择的单道次或多道次工序中的一个或多个步骤可以在给定的时间进行固定的时间段。为了支持生产力的模块化，可以在公共设施上安装一个或多个系统并且某些步骤在装置之间交错开始(例如在同一个设施内，可以在一个系统进行冷却过程之后在预定的等待时间之内开始另一个系统的冷却过程)。本发明同样设想相同系统中一个或多个步骤或过程的平衡。在同一个工序中，一个或多个步骤的开始时间可以相对于另一个步骤的开始时间交错。一个或多个步骤可以在后续步骤开始时结束或者可以持续进行直至后续进行的步骤结束。
本文描述的各种技术中的至少一些技术可以连同硬件或软件或(如果希望的话)连同硬件和软件的组合一起实施。例如，可以使用电信号处理功能进行功率计算和功率调节的任何方面，包括连同计算机设备(包括移动网络设备)一起进行，所述计算机设备包括硬件、软件或(如果合适的话)硬件和软件的组合。处理功能可以对应于包括一个或多个处理设备的任何类型的计算机设备。计算机设备可以包括任何类型的计算机、计算机系统或其它可编程电子设备，包括客户端计算机、服务器计算机、便携式计算机(包括笔记本电脑和平板电脑)、手持式计算机、移动电话(包括智能电话)、游戏设备、集中控制器、近场通信设备、具有至少部分使用云服务执行的应用的设备，或其任何组合和/或任何等效物(包括非接触式设备)。此外，计算机设备可以使用一个或多个网络计算机(例如集群式计算机系统或其它分布式计算机系统)实施。网络可以是lan、wan、san、无线网、细胞网络、无线电链路、光链路和/或因特网，尽管网络不限于这些网络选择。服务器可以进一步被构造成便于至少一个本文描述的模块和一个或多个计算机设备之间的通讯。
本文公开的尺寸和数值不限于指定计量单位。例如，用英制单位表示的尺寸被理解为包括用公制单位和其它单位表示的等效尺寸(例如公开的“1英寸”的尺寸旨在表示“2.5cm”的等效尺寸)。
本文使用的术语“方法”或“过程”可以包括至少通过一个电子装置或计算机装置执行的一个或多个步骤，所述电子装置或计算机装置具有用于执行进行所述步骤的指令的处理器。
术语“至少一个”和“一个或多个”可互换地使用。描述的在“a和b之间”的范围包括数值“a”和“b”。
虽然已经说明和描述了公开装置的具体实施方案，应理解可以进行各种变化、增加和修改而不偏离本公开的精神和范围。因此，除了所附权利要求书中所述之外，本文公开的发明的范围不受限制。