[发明专利]用于聚合物粉碎挤压的方法和设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及通过粉碎挤压将聚合物材料变形成碎粒。更具体地，本发明涉及用于生产颗粒状变形聚合物的挤压方法和设备，该颗粒状变形聚合物具有对下游工业使用更加有用的最终脱硫表面区域。具体地，本发明涉及粉碎挤压方法和设备，其利用在此描述的可变进料螺杆转矩和可变主螺杆速度的特定结合连同挤压机筒体和挤压机主螺杆的联合温度控制。

虽然参考诸如旧轮胎和旧橡胶传送带之类的使用寿命结束的橡胶产品的处理将便于描述本发明，但是本发明不限于该应用，并且可被用于处理其它类型的废弃聚合物材料。

其中在此使用的术语“废弃”聚合物材料旨在宽泛地解释，例如，指不再需要用于其初始应用的聚合物材料或其从工业过程中作为过量物或副产品产生的聚合物材料。

其中在此使用的术语“碎粒”是指尺寸为几厘米和更小的颗粒状材料。

背景技术

贯穿该说明书的讨论是由于发明人的认识和/或发明人对某个相关领域的问题的识别而产生。而且，在该说明书中对诸如文献、设备、行为或知识之类的材料的任何讨论都被包括以根据发明人的知识和经验解释本发明的背景，并且因此，任何这种讨论不应当被看作是承认任何材料构成澳大利亚或别的地方的现有技术基础的一部分或相关领域的公知常识。

聚合物材料包含宽范围的聚合物，包括天然橡胶共聚物和合成橡胶，诸如SBR(丁苯橡胶)和丁二烯橡胶、氰基橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶以及聚硫橡胶。各种各样的其它有机的和无机的化学物质也被添加到诸如轮胎和橡胶传送带的聚合物产品，包括硫化剂、促进剂、抑制剂、颜料、填料、增强剂、软化剂、抗氧化剂和干燥剂。

本文描述的粉碎挤压工艺可被用于对所述废弃聚合物材料进行有效的再加工，由此发明人的认识使与本发明的权利要求书有关的挤压能够具体用于精确地定制最终的挤压颗粒状聚合物材料，以更加有用的颗粒尺寸和相关表面区域适合更下游的增值工艺的需求，以使所述废弃聚合物材料能够在工业中更多利用。

通过挤压粉碎

在废弃聚合物材料可对下游工业使用变的更为有利之前，其必须通过诸如粉碎的方法被减小为小尺寸颗粒。聚合物的粉碎技术通常依靠根据聚合物在特定的温度下对聚合物施加压缩剪切力的螺旋挤压机。

基于该方法，使用可实现粉碎的挤压机对废弃聚合物材料进行固态剪切挤压粉碎已由本发明提出，所述发明还更加有效地并且有利地导致所述废弃聚合物材料同步的最终变形和表面脱硫。

与使用挤压机进行粉碎相关的一个主要问题是控制在粉碎区中由于压缩和剪切作用而产生的大量热量。

此外，需要优化粉碎挤压机和粉碎挤压工艺，其可提供定制为适合下游工业工艺需求的产品。

挤压概述

已知挤压机挤压进料，施加压力直到其从该挤压机喷出。有许多不同的挤压设备的变型，但是最典型地，其包括用于容纳和供给原材料的料斗和用于施加压力的液压或机械驱动装置。大多数挤压机包括用于成形挤压的最终产品的模具。

用于施加压力的装置通常包括由电动机提供动力的单螺旋推运器或双螺旋推运器，或者由液压驱动的夯锤。通常用于挤压机的螺杆包括单螺纹计量螺杆、单分离型螺杆、双分离型螺杆、可变螺距螺纹(variable pitch flight)、多头螺纹(multi-start flight)、带槽螺纹(slotted flight)和诸如用于排气挤压机的两级螺杆。

挤压工艺通常被描述为“热”、“温”或“冷”：

◆热挤压在高温下进行以防止材料加工硬化并且使其易于推动材料，尤其是如果其通过模具。

◆温挤压在高于室温但低于材料的再结晶温度下进行。其通常用于实现所需的力、延展性和最终的挤压特性之间的平衡。

◆冷挤压在室温或接近室温下执行。冷挤压比热挤压具有一定的优势，包括没有材料氧化、更精确的公差和良好的表面光洁度。

硫化和脱硫

硫化是将硫加入到聚合物中以提供在制造的聚合物产品中期望的性能的热化学工艺。其是用于通过添加硫将橡胶或相关聚合物转化为更加耐用的材料的化学工艺。其尤其广泛地用在轮胎和橡胶传送带的生产中。

通常，为了能够再利用来自制造的聚合物产品的聚合物材料，首先需要回收该聚合物。回收的主要步骤是脱硫。