生产轮胎的方法和装置的制造方法
【专利说明】
[00011 本申请是基于申请号为200880132649.1、申请日为2008年12月23日、发明名称为 "生产轮胎的方法和装置"的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及生产轮胎的方法和装置。本发明也涉及生产弹性体胶料的方法和装 置。
[0003] 更具体地，本发明涉及生产轮胎的方法和装置，其中在制造一种或多种轮胎结构 元件中使用的至少一种弹性体胶料，是通过在至少一个分批混炼器件中进行的至少一个混 炼步骤和在多轴连续混炼器件中进行的至少一个混炼步骤生产的。
【背景技术】
[0004] 通常，在轮胎制造中使用的弹性体胶料的生产，是通过分批混炼器件分批进行的， 例如，密炼机，如具有两个逆向旋转转子Banbury'?混炼机，其中所述逆向旋转转子发挥 强烈的混炼作用以粉碎所述弹性聚合物，并且将通常存在于弹性体胶料中的其它组分，例 如增强填料、润滑助剂、硫化剂和其它添加剂引入并充分地分散在其中。
[0005] 使用分批混炼器件生产弹性体胶料显示出许多缺点，特别是差的热耗散和因此不 足的温度控制，主要由于材料体积和混炼机表面面积之间的不合适的比例。为了改进在弹 性聚合物中的分散性，通常将所述不同的组分，特别是所述增强填料，分批地分配在通过冷 却和储存步骤分开的多个混炼操作中引入到所述弹性聚合物中。通常，温度敏感的组分，例 如交联剂和促进剂，仅仅在最终混炼步骤期间加入，在所述弹性体胶料冷却到低于预定的 温度(通常低于110°C)之后加入，以避免过早的交联（"焦烧"现象）。
[0006] 因此，使用分批混炼器件生产弹性体胶料，尽管在轮胎工业中仍然是最广泛使用 的生产方法，但是耗时且耗能，并且不能保证有效地控制得到的弹性体胶料的性能，特别是 在增强填料在所述弹性聚合物中的分散均匀性方面。单独组分的添加量、添加时间和从混 炼机中排放的时间、原材料的起始温度和混炼期间所述材料内部剪切力的波动的变化，都 导致批次之间的变化。
[0007] 为了克服上述公开的分批式工艺的局限，橡胶工业已经做了许多尝试来构建基于 挤出技术的生产方法，类似于通常在热塑性聚合物材料加工中采用的那些。
[0008] 例如，美国专利US 4，897，236公开了连续地生产橡胶混合物的方法和装置，其中 将所述混合物的组分在双螺杆挤出机中进料、素炼并均化。将所得到的混合物分成第一和 第二部分。排出第一部分，同时再循环第二部分用于进一步均化并与待进料到所述挤出机 中的组分的新鲜批料混炼。所述再循环的部分被循环到所述挤出机腔室外部冷却的环形腔 室并返回，所述环形腔室具有与所述挤出机内部相通的流出和流入通道。
[0009] 美国专利US 5，626,420公开了连续混炼方法和装置，其中基础弹性体和其它组分 连续地计量并引入到由定子和在其中旋转的转子形成的混炼室，优选单螺杆挤出机。引入 的组分在混炼室中沿着推进和混炼区域前进。为了改进所述橡胶组分的分散性和均质性， 所述混炼室的填充比率在至少某些混炼区低于1。为了合适地将所述组分特别是所述橡胶 基料引入到所述混炼室，使用了强制喂料的手段，例如容积栗(例如齿轮栗）。
[0010] 美国专利申请US 2004/0094862公开了具有至少两个轴的多轴挤出机，用于混炼 和/或模塑与填料交错的弹性体，特别是与至少软化剂和/或添加剂交错的橡胶。所述挤出 机沿产品传输方向接连包括下列构成:进料区，所述弹性体和软化剂和/或添加剂计量进入 其中；具有至少一个捏合元件的素炼/塑化区，所述弹性体和软化剂和/或添加剂被转移到 其中成为可流动的、内聚的混合物;具有至少一个额外的捏合元件的分散区，在其中所述弹 性体中的填料被粉碎和分配；以及具有梳齿的捏合元件和具有壳体内壁的挤出机，且其中 在所述捏合元件的梳齿和所述挤出机的壳体内壁之间存在具有间隙宽度Z为所述捏合元件 直径D的约I/100到约I/10的间隙。在一个实施方案中，所述多轴挤出机是环形挤出机。
[0011] PCT专利申请号WO 03/009989公开了通过至少一个挤出机连续生产弹性体组合物 的方法和装置，其中次要组分以细分产品的形式使用。所述产品包括所述次要组分中至少 一种分散在热塑性接合剂中并通过气动输送线输送到定量装置以准确计量并连续地进料 到所述挤出机中。
【发明内容】
[0012] 本申请人注意到通过使用分批混炼器件制备的用于轮胎的弹性体胶料的质量可 能不令人满意:特别是，可能得到在不同的批次之间的机械性能变化，且增强填料的分散性 有时候可能差。
[0013] -般地，为了提高所述增强填料的分散性，会增加混炼步骤的数目。然而，增加分 批混炼器件中混炼步骤的数目，可能产生许多缺点，例如，对弹性聚合物的损害，恶化所述 弹性体胶料的机械性能，所述弹性体胶料的过早交联（"焦烧"现象）。
[0014] 另一方面，已经证明使用连续混炼器件代替分批混炼器件可以得到高质量的弹性 体胶料。然而，通过连续混炼器件生产弹性体胶料最关键的方面之一，例如，双螺杆挤出机， 是所述弹性体胶料的所有组分进入连续混炼器件的进料系统。事实上，必须处理(例如，造 粒、粒化、细分等)所述组分并且精确地计量以进料到所述连续混炼器件中。由于这些原因， 应该提供复杂的进料系统，其引起总的生产加工时间的增加和涉及到的设备要求的容积的 增加:这导致了总的生产成本的大幅增加。
[0015] 本申请人已经发现，在降低复杂性的配混装置中，通过使用具有至少一个在至少 一个分批混炼器件中进行的混炼步骤和在至少一个连续混炼器件中进行的至少一个混炼 步骤生产弹性体胶料，可以得到高质量的弹性体胶料。
[0016] 特别地，已经发现所得到的弹性体胶料显示了增强填料显著提高的分散性，和改 进的机械性能(静态和动态两者）。也证明了所述得到的弹性体胶料在机械性能方面得到的 结果具有重要的可重复性。
[0017] 然而，出现了另一个问题:分批混炼器件和连续混炼器件在最大生产量方面是非 常不同的机器。尽管分批混炼器件能够以不低于1000-2000kg/h 〇Ur优选更多的生产量(具 有许多批次)生产弹性体胶料，但是一般的连续混炼机例如双螺杆挤出机几乎不能达到这 样的生产弹性体胶料的生产量。不同于热塑性胶料，弹性体胶料不具有熔点，是热敏性的且 由于焦烧现象和/或热反应的发生，当使用高螺杆转速，和/或高剪切速率，和/或高能量以 提高生产量时易于降解。这归因于通过在所述螺杆和螺杆通道壁之间有限的空间中捏合作 用产生的热，以及在双螺杆口模出口处产生的压力，特别是在使用固定模头时。这些缺陷显 著地发生，即使对于具有中等粘度(例如，从至少50-60门尼粘度ML(l+4)，在100°C )的弹性 体胶料，即它们适用于基本上所有的在轮胎领域通常使用的弹性体胶料。
[0018] 这强烈地限制了通过通常的连续混炼机生产弹性体胶料可达到的生产量。例如， 已经发现具有螺杆直径为40mm的双螺杆挤出机一般可以达到低于40-50kg/h 〇Ur的粘性弹 性体胶料的生产量，即至少低于通过分批混炼器件可得到的一般生产量的50倍。双螺杆挤 出机尺寸的增加并没有引起在得到的生产量方面显著的改进:例如，已经发现增加双螺杆 挤出机的螺杆直径至约90mm，引起粘弹性胶料的生产量大约为200-250kg/h 〇Ur，即至少比 通过分批混炼器件可得到的一般生产量低5-10倍。在这个方面，也考虑到螺杆直径的增加 通常伴随所述双螺杆挤出机的长度的相关的增加，以及所述机器的复杂性和成本的增加， 特别是由于要求的用于旋转大型机器中使用的螺杆的动力。
[0019] 因而本申请人已理解，为了提供适合于加工具有高质量和高生产量的粘弹性体胶 料的配混装置，以顺应一般的轮胎生产装置的要求，应当提供至少一个分批混炼器件与至 少一个具有许多轴(例如，具有十二个基本上设置形成一圈的同向旋转螺杆的环形挤出机） 的多轴连续混炼器件的结合。
[0020] 已经发现许多轴允许将连续混炼器件的生产量提高到可与分批混炼器件的生产 量相匹配的值，而不需要将螺杆转速，和/或剪切速率，和/或螺杆直径增加到可以引起所述 胶料焦烧的值。此外，已经证实在分批混炼器件制备和随后地在多轴连续混炼器件中加工 的胶料的品质优等。另外，即使具有低的螺杆直径的机器，也可以得到想要的生产量，这样 所述多轴连续混炼器件的长度也可以保持足够低，是得益于许多平行混炼螺杆进行的加 工。除了所述多轴连续混炼器件降低的长度，包含至少一个分批混炼器件和至少一个多轴 连续混炼器件的配混装置不需要用于连续混炼器件进料的复杂的进料系统，这样可以有利 地包含配混装置的总的尺寸。这是很大的优点，当所述配混装置是整个轮胎生产装置的一 部分时，这里进一步为与配混相关的设备提供了许多设备和空间，例如适合于制备半成品 的设备，制造未硫化轮胎(green tyre)的机器，硫化压机，轮胎质量控制区域等。
[0021 ]对于本申请说明书和随后的权利要求的目的，所述术语"分批混炼器件"是指一种 混炼器件，进入其中的所述弹性体胶料的组分是周期性地按照预先确定的量(分批)进料并 且混炼预定的时间以得到所述弹性体胶料。在所述混炼步骤结束时，将得到的弹性体胶料 完全从所述混炼器件中排出。
[0022] 对于本申请说明书和随后的权利要求的目的，所述术语"连续混炼器件"是指一种 混炼器件，进入其中的被加工以得到弹性体胶料的材料是连续地进料(除了由于维持或改 变弹性体胶料配方而使混炼器件可能的停止以外），并且所述弹性体胶料以连续物流的形 式从中排出，与所述分批混炼器件的周期性进料/排料相反。
[0023] 根据第一方面，本发明涉及制造轮胎的方法，包括：
[0024] -提供至少一种可交联的弹性体胶料；
[0025] -制造所述轮胎的多个结构元件，其中所述多个结构元件中的至少一个结构元件 包含所述至少一种可交联的弹性体胶料；
[0026] -使用所述的多个结构元件制造未硫化轮胎；
[0027] -对所述未硫化轮胎进行模塑和交联以得到成品轮胎；
[0028] 其中所述至少一种可交联的弹性体胶料的提供包括：
[0029] -将至少一种弹性聚合物和至少一种增强填料进料到包括至少一个分批混炼器件 的混炼设备中；
[0030] -在所述混炼设备中，将所述至少一种增强填料混炼并分散到所述至少一种弹性 聚合物中，以获得第一弹性体胶料；
[0031 ]-将所述第一弹性体胶料从所述混炼设备中排出；
[0032] -将所述第一弹性体胶料进料到至少一个多轴连续混炼器件中，所述多轴连续混 炼器件包括至少六个旋转螺杆；
[0033] -将所述第一弹性体胶料混炼进入所述至少一个多轴连续混炼器件中，以获得第 二弹性体胶料。
[0034] 根据另一个方面，本发明涉及制造轮胎的装置，包括：
[0035] -适合于生产至少一种可交联的弹性体胶料的混炼装置；
[0036] -至少一个适合于使用多个结构元件制造未硫化轮胎的生产机器；
[0037] -至少一个适合于制备所述多个结构元件的至少一个结构元件的设备，其中所述 的至少一个结构元件包含所述至少一种可交联的弹性体胶料；
[0038] -至少一个适合于模塑和交联所述未硫化轮胶以得到成品轮胎的硫化压机；
[0039]其中所述混炼装置包括：
[0040] -包括至少一个分批混炼器件的混炼设备，所述混炼设备适合于生产第一弹性体 胶料；
[0041] -至少一个多轴连续混炼器件，所述多轴连续混炼器件包含至少六个旋转螺杆，所 述多轴连续混炼器件适合于接收所述第一弹性体胶料并生产第二弹性体胶料。
[0042] 根据进一步的方面，本发明涉及生产弹性体胶料的方法，包括：
[0043] -将至少一种弹性聚合物和至少一种增强填料进料到包括至少一个分批混炼器件 的混炼设备中；