[发明专利]利用连续液体混合来捏合弹性体复合材料

说明书

提供一种在凝集物制备周期的过程中实现复合材料在预定的凝集物制备区域内的连续受控的前进的系统(10)。还提供了一种在制备弹性体母料组合物的过程中实现复合材料在预定的凝集物制备区域内的连续受控的前进的方法。

技术领域

本发明涉及在制备弹性体母料组合物的过程中使复合材料在预定的凝集物制备区域内连续受控地前进。控制复合材料在每个凝集物制备区域中的停留时间，从而在将复合材料输送到随后的凝集物制备区域之前实现渐进式凝集。

背景技术

母料(或母料组合物)是一种弹性体复合材料，在所述弹性体复合材料中引入配料连同其他任选添加剂。母料通常用于制备橡胶组合物，例如用于制造轮胎或轮胎半成品(包括但不限于成型产品，例如胎面)。存在用于制备母料的多种方法，这些方法的示例公开于美国专利号6,048,923和6,075,084以及日本专利号JP5139610。

在以液相(水或溶剂)实现橡胶混合物时，存在从液相弹性体(例如乳液或乳胶、溶液)形成母料的阶段。在该阶段的过程中，弹性体合意地显示配料颗粒(有机或无机)在弹性体基质中的纳米分布。这种纳米分布通常由凝集物反应器、混合器或使液相弹性体与液体和配料的混合物(以下称为“浆料”)结合的等效装置产生。随后将配料固定在弹性体基质中，并且该阶段对应于两种液体之间的“凝集”状态。

一些母料制备过程依赖于均质凝集的原理，其中在由相似的单分散胶体颗粒组成的悬浮液中发生聚集。对于这样的过程，即使当配料已经精细磨碎(例如，尺寸＜100nm)时，也不能保证配料的纳米分布。配料通常被基质的凝集捕获，并且自由配料表现出随后重新絮凝的趋势。

在由不同的胶体颗粒组成的悬浮液中聚集时发生异质凝集。异质凝集是具有不同特征(例如，尺寸、化学组成、配料等)的颗粒之间的凝集过程，所述过程导致团簇聚集，随后导致固体结构或凝胶状结构。异质凝集可以通过带相反电荷的颗粒之间的相互作用造成和/或通过剪切引起。

为了既维持迅速凝集又维持连续过程，所公开的发明提供了适合利用异质凝集原理的设施。由于在轮胎制备过程中考虑了多种类型的母料组合物，本发明根据凝集反应的进展调节了已建立的凝集物制备区域的结构。

发明内容

本发明提供了一种系统，所述系统能够在凝集物制备周期的过程中实现复合材料在预定的凝集物制备区域内的连续受控的前进。所述系统包括乳液储存机构，所述乳液储存机构具有配备有搅拌器的乳液储罐，所述乳液储罐储存弹性体乳液。所述系统还包括浆料储存机构，所述浆料储存机构具有配备有搅拌器的浆料储罐，所述浆料储罐储存包含配料颗粒水溶液的浆料。所述系统中设置有混合机构，所述混合机构具有与乳液储罐和浆料储罐的每一者流体连通的混合器，所述混合器在其混合区域中使弹性体乳液的流与浆料的流接触，其中一个流进入另一个流，并且两个流在彼此接触之前都处于低压。连续捏合机构接收来自混合机构的复合材料并将复合材料输送通过每个凝集物制备区域，从而在将复合材料输送至随后的凝集物制备区域之前控制复合材料在每个凝集物制备区域中的停留时间。

凝集物制备区域包括均质化区域，所述均质化区域具有均质化器，所述均质化器具有预定长度的螺旋均质化搅拌器。螺旋均质化搅拌器可旋转地设置在均质化室内，所述均质化室具有在混合器和均质化器之间建立流体连通的入口范围以及在均质化器和捏合区域之间建立流体连通的相对的出口范围。

凝集物制备区域还包括捏合区域，所述捏合区域具有预定长度的捏合和输送搅拌器。捏合和输送搅拌器可旋转地设置在捏合室内，所述捏合室具有邻近均质化室的出口范围设置的入口范围以及靠近绞扭区域的入口的相对的出口范围。捏合和输送搅拌器具有促进捏合区域中的互补过程的输送部段和捏合部段。

凝集物制备区域还包括绞扭区域，所述绞扭区域包括具有预定长度的绞扭搅拌器。绞扭搅拌器可旋转地设置在绞扭室内，所述绞扭室具有靠近捏合室的出口范围设置的入口范围以及以凝集物形式排出复合材料的相对的出口范围。绞扭搅拌器包括促进绞扭区域中的互补过程的纹理化部段和绞扭部段的每一者。