橡膠顆粒輸送技術(shù)

橡膠顆粒輸送技術(shù)

隨著中國橡膠工業(yè)的快速發(fā)展，橡膠產(chǎn)品日益增多。我國一直采用傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)再生膠,但目前國內(nèi)再生膠市場不景氣,難以消化日益增多的廢橡膠制品。發(fā)達國家現(xiàn)已不生產(chǎn)再生膠,而是把廢橡膠制品制成不同細度的膠粉,在相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用。近幾年,我國也開始利用廢橡膠制品生產(chǎn)膠粉,由于技術(shù)、裝備和生產(chǎn)成本等問題,目前大多只能生產(chǎn)60目以下的膠粉,粉末粒度和性能遠遠不能滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需求。開發(fā)超細膠料的生產(chǎn)技術(shù)、裝備和開拓其應(yīng)用領(lǐng)域是橡膠工業(yè)十分關(guān)注的課題。本項目開發(fā)超細膠粉常溫生產(chǎn)技術(shù),其中包括3個關(guān)鍵因素:橡膠顆粒輸送、橡膠顆粒剪切撕裂和超細膠粉的分級與收集。本文主要介紹橡膠顆粒的輸送。1裂裂溫度對超細膠粉的制備根據(jù)橡膠顆粒剪切撕裂原理,將橡膠顆粒的輸送、壓實和剪切撕裂過程設(shè)計成在3個不同裝置中完成,同時對橡膠顆粒運動及其在剪切撕裂過程中產(chǎn)生的熱量采用水冷卻和風冷卻裝置進行冷卻,然后對膠粉進行分級處理,制得超細膠粉。其生產(chǎn)工藝路線見圖1。2橡膠長距離輸送2.1料道的溫度和壓力對料輸送的影響在輸送橡膠顆粒時須將其適度壓實,過度壓實和輸送壓力過高會導致橡膠顆粒在高溫高壓下結(jié)塊,影響其正常輸送且增大輸送功率。最初設(shè)計的輸送裝置采用橡膠擠出機普通結(jié)構(gòu)螺桿,并裝上流道機頭,試驗結(jié)果表明,這對橡膠顆粒的輸送產(chǎn)生了不利影響:(1)輸送橡膠顆粒過程中產(chǎn)生的摩擦阻力較大,因此摩擦生熱較大,致使物料的溫度很高;(2)螺桿螺槽內(nèi)、螺桿頭部和機頭料道內(nèi)建立的壓力過高,使橡膠顆粒在較高溫度和壓力下結(jié)塊,導致物料不能輸送;(3)螺桿頭與機頭區(qū)域內(nèi)的橡膠顆粒不能分流到機頭的料道中,易形成“死料”,使輸送阻力增大,壓力升高,而高壓易使機頭產(chǎn)生變形。(4)輸送功率大,而且難以實現(xiàn)橡膠顆粒的正常輸送。為確定順利輸送橡膠顆粒所需的壓力,進行了橡膠顆粒壓實壓力與堆積密度的關(guān)系試驗。具體方法是,利用自制的橡膠顆粒壓實壓力與堆積密度關(guān)系試驗裝置,選用粒徑分別為5,3,2,0.8和0.4mm的橡膠顆粒,在萬能材料試驗機上進行測試,結(jié)果見表1和圖2。從表1可以看出,不同粒徑橡膠顆粒的壓實堆積密度基本相近。從圖2可以看出,橡膠顆粒在自重條件下的堆積密度約為0.4Mg·m-3,隨著施加壓力的增大,顆粒的堆積密度增大,當施加的壓力超過2MPa時,橡膠顆粒的堆積密度基本保持不變,也就是說橡膠粒子之間基本壓實。因此,在橡膠顆粒輸送階段建立的輸送壓力為2～3MPa就能滿足橡膠顆粒壓實的要求。2.2料道內(nèi)物料輸送模型由輸送裝置輸送的橡膠顆粒必須通過機頭的料道才能到達剪切撕裂裝置的剪切撕裂區(qū)域,而橡膠顆粒在一定壓力下通過機頭料道時產(chǎn)生的阻力是很大的,若料道長度過大,則物料與料道壁面產(chǎn)生的阻力會明顯增大,使料道內(nèi)物料壓力增大,物料結(jié)塊而不能進入剪切撕裂區(qū)域。因此,料道的長度越小越好。為了設(shè)計出合理的機頭料道尺寸,建立了機頭料道內(nèi)物料輸送模型,如圖3所示,其中料道入口的壓力為P1,出口壓力為P2,料道壁面與物料產(chǎn)生的總摩擦阻力為F,料道直徑為D,料道長度為L,物料與料道壁面的摩擦因數(shù)(f)是常量。假設(shè)流道的橡膠顆粒已壓實,且認為物料傳遞壓力沿料道長度方向呈線性分布,在垂直于長度方向的直徑區(qū)域內(nèi)壓力相等,是一個等壓面。則料道壁面與物料產(chǎn)生的總摩擦阻力為:F=fP1+P22LDπF=fΡ1+Ρ22LDπ(1)因橡膠顆粒被壓實,根據(jù)物料動態(tài)平衡原理,則:F+P2πD24=P1πD24F+Ρ2πD24=Ρ1πD24(2)由式(1)和(2)可以得到:L=D(P1?P2)2f(P1+P2)L=D(Ρ1-Ρ2)2f(Ρ1+Ρ2)(3)設(shè)P2=0,則料道的最大長度是:L=D2fL=D2f(4)2.3桿頭輸送裝置依據(jù)輸送裝置與剪切撕裂裝置之間的機頭料道必須盡可能短以及橡膠顆粒輸送時在螺桿和過渡料道內(nèi)建立的壓力不宜過高的原則,設(shè)計和制造了一臺PFR-Φ120雙頭螺紋螺桿和特殊結(jié)構(gòu)螺桿頭輸送裝置。設(shè)計原則是:(1)送料螺桿采用無壓縮比的雙頭螺紋螺桿和特殊結(jié)構(gòu)的螺桿頭,螺桿的送料長度為3～5個螺距;(2)在保證機頭力學性能的情況下,盡可能縮短過渡料道的長度;(3)在送料螺桿和料筒內(nèi)均設(shè)計冷卻水道,以防止物料輸送時產(chǎn)生摩擦熱積聚;(4)螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)計成無級調(diào)速,轉(zhuǎn)速范圍為0～100r·min-1,以確保螺桿的輸送產(chǎn)量與剪切撕裂裝置的產(chǎn)量匹配。試驗結(jié)果表明,橡膠顆粒輸送順利,物料不結(jié)塊,過渡料道內(nèi)料流暢通,物料溫度不高,并能連續(xù)為橡膠顆粒剪切撕裂裝置提供物料。3頭料道允許的長度(1)橡膠顆粒輸送時所建立的壓力為2～3MPa就能滿足壓實的要求;(2)機頭料道允許的長度與料道直徑及橡膠