一种塑性环保胶生产方法及设备与流程

本发明涉及一种塑性环保胶生产方法及设备，特别涉及一种利用加热、剪切法实现物理脱硫的塑性环保胶生产方法及设备，属于废旧橡胶利用领域。

背景技术

废旧橡胶的来源极广，首先是废旧轮胎。中国是世界上第三大轮胎生产国，年产轮胎超过5亿只，仅次于美国和日本。据统计，2014年我国废旧轮胎产生量约为2.93亿条，达到1080万吨。全世界每年约有10亿只轮胎报废，其中能够得到翻新利用的只占15-20％。越来越多的废旧轮胎形成的“黑色污染”正在威胁着全人类的生存环境。为此，许多国家都在千方百计为废旧轮胎寻找出路。

我国废橡胶利用主要分为三大块：轮胎翻新、胶粉生产、再生胶生产。其中，发展最快的是再生胶产业，其利用的废橡胶已达到总利用量的80％。再生胶在我国废橡胶利用领域脱颖而出，必然有其存在价值：一是再生胶本身就具有良好的性价比，一些普通橡胶制品可以直接使用再生胶生产，在天然胶中掺用部分再生胶也能有效改善胶料的挤出和压延性能，且指标影响很小；二是与业内企业的努力和自律密不可分。过去谈到再生胶就必然联想到二次污染，这也是国内某些观点反对发展再生胶的原因。但通过近几年的技术革新，再生胶生产方法由原来的水油法、油法变成现在的高温动态法，其废气也实现了集中排放、处理、回收，基本实现了无污染、无公害化生产，且仍在不断改进，向着绿色环保方向迈进。

再生胶的生产方法很多，我国目前主要采用脱硫罐法、高温连续脱硫法和双螺杆挤出法。

脱硫罐法是较为成熟的再生胶生产方法，但环境污染大，国家正在治理调整。高温连续脱硫法是一新型的脱硫方法，正在研发过程中，还未进入大批量生产。双螺杆挤出法对设备材质的要求高，运行费用高，一但磨损，精密度小了产量也随之降低，产品质量也随之不好控制，目前市场上很少采纳。无论是哪种方式生产出的脱硫胶粉都得开炼机精炼后才能成为再生胶，对环境的二次污染还是很大。

由此看来，传统再生橡胶生产方法中的脱硫工序和精炼压胶工序会对环境造成严重的空气污染和水污染，而且存在着能耗高、不安全、产品质量不稳定等缺点。因此，在日益严重的环保压力和我国橡胶资源短缺的压力下，行业亟需研发一种生产过程环保、节能、安全、连续，产品性能优异且稳定的再生橡胶制备技术装备，这对于再生橡胶行业的绿色健康可持续发展以及我国橡胶产业的快速发展，具有重大的科学和社会意义。

本发明针对现有技术的缺陷，根据废橡胶制备再生橡胶不同阶段的技术原理，建立废胶粉摩擦传递、复杂传热和渗透传质的废橡胶脱硫机理，提出了一种塑性环保胶生产方法及设备。在全封闭系统下，利用加热、剪切法实现物理脱硫，制得颗粒状再生橡胶，实现从废胶粉到环保再生橡胶整个制备过程的绿色、节能、连续和高效，且制备出的再生胶物理性能良好，可广泛应用于橡胶化工、轮胎制造、交通、建筑、塑料和橡胶制品等领域，均能保持产品质量，并大幅度降低产品成本，具有广阔的市场前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种塑性环保胶生产方法及设备。在全封闭系统下，利用加热、剪切法实现物理脱硫，制得颗粒状再生橡胶，实现从废胶粉到环保再生橡胶整个制备过程的绿色、节能、连续和高效，且制备出的再生胶物理性能良好，可广泛应用于橡胶化工、轮胎制造、交通、建筑、塑料和橡胶制品等领域，均能保持产品质量，并大幅度降低产品成本，具有广阔的市场前景。

为了达到上述目的，本发明提供了一种塑性环保胶生产方法，包括以下步骤：

1)提供废旧轮胎，制造原料胶粉；

2)通过磁选，筛分并除去原料胶粉中带有钢丝粉的胶粉及钢丝；

3)向筛分后的胶粉中加入配料再生剂，一同搅拌，并进行高速剪切处理；

4)将高速剪切后的橡胶进行加热塑化处理；

5)将加热塑化后的橡胶进行反复剪切、揉搓的剪切炼胶处理；

6)将剪切炼胶后的橡胶进行造粒处理；优选的，经造粒处理后得到直径为4-5mm的胶粒；

7)将胶粒进行冷却处理；

8)将冷却后的胶粒称重，打包，得到成品再生胶。

优选的，步骤1)中所述制造原料胶粉为将废旧轮胎粉碎成20目的胶粉。

优选的，步骤3)中所述再生剂为de-link再生剂，用量为胶粉重量的2-3％。

优选的，步骤3)中所述高速剪切处理的转速为870r/min，温度为140-150℃，时间为4min。对胶粉进行高速剪切处理，能把废旧轮胎粉中原有的有害物质清理出来，使原料达到原始状态，并可以实现对橡胶的预脱硫。

优选的，步骤4)中所述加热塑化处理的塑化温度为先从220℃逐渐升温到280℃，最后缓慢降到160℃，整个塑化过程的时间为8-14min。

优选的，步骤5)中所述剪切炼胶处理的温度为150-160℃，时间为2-3min。

优选的，步骤3)至步骤7)的处理过程均在密闭状态下进行；更优选的，还包括将过程中产生的废气进行统一的收集、处理步骤。

本发明还提供了一种塑性环保胶生产设备，包括：

a)胶粉入口，用于接收废旧轮胎胶粉作为原料胶粉；

b)强磁选机，包括磁选系统和钢丝仓，用于筛分来自胶粉入口的原料胶粉并除去其中带有钢丝粉的胶粉及钢丝，得到合格胶粉；所述钢丝仓用于容置被所述强磁选机筛分出的带有钢丝粉的胶粉及钢丝；

c)料仓，用于容置被所述强磁选机筛分出的合格胶粉；

d)配料入口，用于接收再生剂；

e)配料仓，用于容置来自配料入口的再生剂；

f)称重料斗，用于对来自料仓的胶粉和来自配料仓的再生剂进行称重；优选的，所述配料仓和所述料仓的开口通过计算机控制，实现将胶粉和再生剂分别输入称重料斗，从而实现分别称重；更优选的，称重时所述再生剂的用量为胶粉重量的2-3％；

g)高速剪切混料机，包括机架、桶体、刀片机构和电机，用于使称重后的胶粉及再生剂充分混合，并实现对橡胶的清理作用以及预脱硫；

h)塑化炼胶造粒机，由加热塑化器和剪切炼胶造粒机组成，用于将经高速剪切混料后的胶粉加热塑化、剪切炼胶、造粒；其中，所述加热塑化器包括圆管、螺叶、加热装置、机架和传动机构；所述剪切炼胶造粒机包括机架、筒体、加热装置、模头和传动系统，并装有具有剪切、揉搓功能的螺叶，用于对物料进行剪切、揉搓操作；所述模头用于造粒，优选的，所述模头的直径为5mm；

i)冷却器，包括外壳、内管、喷淋管、机架和电机，用于将塑化炼胶造粒后的胶粒进行冷却；其中，所述内管的内壁焊有螺叶，所述电机带动所述内管转动，物料随所述螺叶的螺旋方向前行，所述喷淋管向内管外侧喷洒冷水，以起到冷却的作用；

j)输送带，用于输送冷却后的胶粒；

k)称重打包机，用于将胶粒称重打包；

l)用于连接各设备的输送管道。

优选的，所述加热塑化器的所述圆管依次包括两短一长的圆管管道，共三段，各段圆管管道采用外部加热，内部为常压，第一段圆管的外部温度从前到后为220℃到280℃，第二段圆管的外部温度从前到后为280℃到240℃，第三段圆管的外部温度从前到后为280℃到160℃，所述圆管的总长度为12-14m，物料在所述圆管内流动的总时间为8-14min。

优选的，所述高速剪切混料机、所述塑化炼胶造粒机和所述冷却器除进出口外，均为密闭结构；更优选的，所述高速剪切混料机和所述塑化炼胶造粒机还同时连接至废气处理装置，用于统一收集、处理废气；更优选的，所述生产设备还包括电气系统，位于整个生产设备，用于驱动生产设备得以运作；水循环系统，位于冷却器；计算机控制系统，位于整个生产设备，用于实现自动化；压缩空气系统，连接各个设备的进出口，用于控制进出口开闭的气阀门；设备监控系统；及生产岗位状态监控系统。

本发明的关键方法为高速剪切、加热塑化和剪切炼胶方法，相对的关键设备为高速剪切混料机和塑化炼胶造粒机。由于橡胶粉是弹性体，且摩擦力大、导热性差，本发明利用橡胶摩擦力大的特点，通过高速剪切混料机进行高速剪切处理，使其摩擦生热达到一定温度，同时在再生剂的催化作用下，缩短反应时间，并实现预脱硫；然后利用橡胶导热性差的特点，通过加热塑化器进行加热塑化处理，提供足够的能量让橡胶中的键断裂、塑化；然后利用橡胶是弹性体、具有回弹力的特点，通过装有具有剪切、揉搓功能的螺叶的剪切炼胶机对橡胶进行剪切炼胶处理，并将温度控制在150-160℃，进一步脱硫塑化，控制门尼黏度，使塑化后的塑化胶不易回弹，得到性能优异且稳定的本发明的成品再生胶。

其中，在加热塑化过程中，温度控制极其重要，温度过高容易焦烧，温度低了不易脱硫。三段加热便于物料回转，进入下一工位，每段加热圆管配有四组加热器，便于温度控制，温度变化冲击对脱硫起到很重要的作用，脱硫时间与温度的调控要配合才能达到最佳的脱硫效果。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)生产过程的先进性：

①环保。生产过程无任何废水排出、无废渣，废气经有效集中收集处理排放，排放量较之传统方法减少95％以上，达到并优于《环境空气排放标准》(gb3095-2012)和《大气污染物综合排放标准》(gb16297-1996)的要求。

②节能。用可实现加热、剪切的塑化炼胶造粒机取代了传统方法的高温高压反应罐和多台开放式高速精炼机，其能耗较之传统方法减少30％左右(传统方法的吨能耗≥650度/吨，而本方法的吨能耗≤500度/吨)。

③安全。本技术采用常压密闭条件下连续完成脱硫工序和降门尼工序，不存在传统高温高压反应罐的高压危险、高速开放式精炼机的人员操作危险以及有害气体对操作工人的身体危害等安全隐患。

④节省人工及场地。从废胶粉到最终产品，能够实现全过程温度、转速、加料等方法流程的自动化控制，每班仅需3人，仅为传统方法的1/4。相同产能下，占地面积为传统方法的1/3。

⑤连续、清洁。在本发明技术条件下的生产全过程均是在密闭条件下完成的，无胶粉散落，机器内部无堵料现象产生，保证了整个工作环境的清洁化。

(2)产品的先进性

①性能优异且稳定。本发明的成品再生胶不论通过何种规格的废胎橡胶制得，能够达到并超过《再生橡胶》(gb13460-2008)。采用相同品质的胶粉，产品性能优于传统高温高压动态脱硫方法及螺旋塑化机方法。连续性无工人参与的自动化生产装备方法也使产品的性能稳定性大大提高。

②应用效果优异。本发明的再生橡胶颗粒在下游应用时，较之传统块状再生胶无需经历再破碎的过程，易混炼，能耗低，可进一步降低下游企业的生产成本。

③产品多样性。产品是可按客户需求来生产。同台机组可生产不同的产品。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的设备布置结构图；

图3a和图3b分别为本发明的高速剪切混料机的主视图和右视剖面图；

图4为本发明的塑化炼胶造粒机的立体图；

图5为本发明的加热塑化器的结构图；

图6为本发明的剪切炼胶造粒机的结构图；

图7为本发明的冷却器的结构图。

具体实施方法

下面结合图1与图2，通过具体实施例，对本发明的塑性环保胶生产方法及设备进行详细说明。本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

首先，提供废旧轮胎，将其粉碎成20目的胶粉，投入胶粉入口中，随后送入强磁选机，在磁性作用下，将带有钢丝粉的胶粉及钢丝吸入并容置在钢丝仓内，合格胶粉则直接掉入并容置在料仓中。另一边，在配料入口中投入de-link再生剂，随后送入并容置在配料仓中。

然后，通过计算机控制气缸，分批打开料仓和配料仓的下方出口的气阀门，使胶粉和再生剂分批进入称重料斗内进行称重，称重后的物料送入高速剪切混料机中。在本实施例中，再生剂的用量为胶粉重量的2％。

在高速剪切混料机内(其结构如图3所示)，胶粉和再生剂在刀片机构的旋转剪切下充分混合，摩擦生热，可将废旧轮胎粉中原有的有害物质清理出来，使原料达到原始状态。同时，橡胶吸收热量后，在再生剂的催化作用以及刀片机构的不断剪切作用下，部分c-s键或s-s键断裂，实现对胶粉的预脱硫。在本实施例中，高速剪切混料机的剪切转速为870r/min，温度为150℃，物料在机体内停留时间为4min。本生产过程为在密闭环境下进行，其产生的废气经空气收集系统，被统一收集至废气处理装置进行处理。

然后，经高速剪切后的橡胶被送入塑化炼胶造粒机中(其结构如图4所示)，首先进入加热塑化器(其结构如图5所示)，在加热塑化器内，橡胶依次经过两短一长共三段的圆管加热管道，并在塑化的过程中，不断吸收热量，在部分脱硫的同时，为后续剪切炼胶的脱硫过程储存足够的能量。在本实施例中，第一段圆管的外部温度从前到后为220℃到280℃，长度为4m，物料在第一段圆管内流动时间为4min；第二段圆管的外部温度从前到后为280℃到240℃，长度为4m，物料在第二段圆管内流动时间为4min；第三段圆管的外部温度从前到后为280℃到160℃，长度为6m，物料在第三段圆管内流动时间为6min。本生产过程为在密闭环境下进行，其产生的废气经空气收集系统，被统一收集至废气处理装置进行处理。

然后，经加热塑化后的橡胶被送入剪切炼胶造粒机中(其结构如图6所示)，机内筒体中的螺叶在螺叶推进器的带动下，对橡胶进行反复的剪切、揉搓操作，进一步完成脱硫。在本实施例中，操作温度为160℃，压力为常压，物料在筒体内流动的总时间为3min。脱硫完毕的橡胶经机尾的模头挤出造粒。在本实施例中，模头的直径为5mm。本生产过程为在密闭环境下进行，其产生的废气经空气收集系统，被统一收集至废气处理装置进行处理。

然后，成型的胶粒被送入密闭冷却器中进行冷却(其结构如图7所示)，胶粒在冷却器内管中的螺叶内螺旋前行，喷淋管不断在内管外部喷洒冷水，以起到降温的作用。

最后，降温后的胶粒经输送带运输至称重打包机内进行称重、打包，最终得到本发明的成品再生胶。

实验例本发明的成品再生胶物性检测结果

根据本发明的塑性环保胶生产方法及设备，生产10批次的成品再生胶，按照《再生橡胶》(gb13460-2008)的试验方法对其分别进行物性检测，检测结果如表1所示。

表1本发明的成品再生胶物性检测结果

由表1可见，本发明成品再生胶的灰分＜15％；丙酮抽出物＜28％；密度＜1.35mg/m³；门尼黏度＜85；拉伸强度＞6.5mpa；拉断伸长率＞300％，满足《再生橡胶》(gb13460-2008)的指标要求。