搜索
全自动一次法节能炼胶新技术的开发与应用汇报人：完成单位：二零一三年六月汇报内容一、立项背景及总体思路二、主要技术内容及创新点三、经济技术指标的先进性四、知识产权及第三方评价五、应用推广及经济社会效益六、推动行业科技进步作用七、主要完成人及贡献一、立项背景及总体思路轮胎是国家重要战略资源，约占橡胶总消费量的60%。中国是世界轮胎生产大国和最大的产业集中地，中国轮胎的产量已居世界第一。由于产品质量、能耗成本和生产效率等问题，使我国无法成为轮胎制造强国。特别在目前严峻的国际经济和技术壁垒形势下，提高整体技术水平，构成了行业可持续发展和实现制造业强国的战略问题。立项背景轮胎制造由炼胶工艺和加工工艺两大部分组成，就加工工艺而言，多年来我国通过引进和消化已达到或接近国际先进水平，而对炼胶工艺而言则差距较大。炼胶工艺主要涉及满足各种特殊要求的胶料和轮胎胎面，特别是胎面胶体现了应具有耐磨、抗湿滑和低生热与低滚动阻力。因此行业公认炼胶工艺决定轮胎质量的最关键因素，对其严格保密与封锁，它构成一个国家轮胎行业技术水平的代表性标志。一、立项背景及总体思路立项背景国内外轮胎行业基本均采用高温多段炼胶工艺。橡胶中加入功能材料采用混炼方式使其分散均匀化，为避免橡胶热分解和焦烧与后续加工产生喷霜，采用以160度为上限的反复高温多段混炼工艺。由于工艺未产生根本性的改变，其固有的间歇多段次生产高温降解与能耗高和均匀分散与效能发挥差的技术缺陷，构成了行业产品性能有待提高和生产过程能耗高两大共性关键核心技术瓶颈。一、立项背景及总体思路立项背景一、立项背景及总体思路总体思路总体研究思路：深入研究应用基础理论，开发新炼胶工艺技术与装备和创新集成控制技术，解决产品性能和生产能耗的行业共性关键核心技术难题，实现大规模产业化，以提升我国轮胎行业整体技术水平。开发与制造：冷态碎胶均匀混合系统、串联式连续密炼机混炼系统、开炼机串并联总成专用下辅机系统、输送导胶系统、精确添加智能控制五大系统。实现炼胶工艺的自动低温混炼与最终加硫终炼过程一次性完成。一、立项背景及总体思路总体思路传统工艺流程图本项目工艺流程图全自动一次法节能炼胶新技术体系特点：在攻克四大核心关键技术基础上，由多台开炼机串、并联组合成专用下辅机系统、输送导胶系统和硫磺自动称量、输送和加料系统三大部分构成了新技术体系。将密炼机排下母胶后的多段混炼过程和终炼加硫过程一次性完成，形成了拥有完全自主知识产权的新技术体系。二、主要技术内容及创新点创新点1对混炼机理进行了深入研究，在分子水平上对橡胶-功能材料和功能材料-功能材料相互作用与理化特性进行了研究，探明了胶料结合胶含量和避免填料“有效体积”增大的作用机制，为低温混炼提供理论依据。创新点1：国家发明专利：ZL200610171068.1ZL200810139112.XZL200810238512.6二、主要技术内容及创新点橡胶与功能材料分别以C=C、Si-OH、-COOH为主要官能团，采用分子动力学模拟方法，研究橡胶-功能材料和功能材料-功能材料相互作用与微观结构、填充网络的分散构型与稳定性和打开与重建性能，研究功能材料的功能完善机制。分子动力学模拟采用OPLS-AA/AMBER力场为基础的全原子力场，模拟条件在NPT系统下运用leap-frog算法求解，时间步长为1fs，截断半径为1.2nm；相互作用采用particlemeshEwald方法计算，在包含7308个原子周期性边界条件矩形盒中以最速下降法进行能量最小化。创新点1二、主要技术内容及创新点模拟结果表明：在代表氢键类型氢键的强度和构型研究中，胺基属“一重氢键”结合能最低，该氢键最不稳定而容易发生断裂；而酰胺基属“三重氢键”，依靠其接近“共价键”的结合能而稳定性极强。表面改性接枝酰胺基的填料与橡胶结合稳定，极有效地增强了聚合体结合胶份额，避免了填料聚集包裹橡胶所产生的填料“有效体积”增大，为低温混炼提供了理论依据；采用控制填料表面改性接枝酰胺基与胺基的比例来控制“打开与重建能力部分与保持不变部分比例”，从而有效控制胶料tanδ关键技术指标。创新点1二、主要技术内容及创新点依据上述基础理论研究结果，采用表面改性接枝酰胺基的填料与橡胶稳定结合和控制填料表面接枝酰胺基和胺基比例，配套开发与集成创新了工艺设备与自动控制技术。上述结果使结合胶含量提高，填料有效体积减少；微观分散提高二个级别；tanδ值0℃高于传统工艺，而60℃则低于传统工艺；轮胎硫化后硫化程度分布更均匀；低滚动阻力、抗湿滑性能和耐磨性能显著提高。创新点1二、主要技术内容及创新点模拟聚合体结合胶模拟分散形貌原工艺分散新工艺分散子口护胶胎肩垫胶胎面胶上图为调整后四种胶料的硫化程度分布成品实测胶料滞后性能对比成品实测胶料动态弹性模量对比内衬层胶创新点1二、主要技术内容及创新点开发了冷态碎胶均匀混合技术，取代传统橡胶烘胶工艺，为企业年产250万套高性能卡客车子午胎降低蒸汽能耗2.5万吨/年。国家发明专利：ZL200710116413.6ZL200710116414.0ZL200710116416.X创新点2：创新点2二、主要技术内容及创新点原胶属于含有结晶体的大块橡胶，未烘前具有很大的硬度，同时又具有较强的弹性和塑性，极大的增加了破碎的难度，传统炼胶通常将常温原胶经过50-72小时加热到表面70℃、胶芯温度达35℃以上，然后投入密炼机混炼，此过程消耗大量的蒸汽能源。创新点2二、主要技术内容及创新点创新点2二、主要技术内容及创新点开发冷态碎胶均匀混合技术并开发设计与制造了一种复合结构的转动滚刀，并在转动滚刀两侧的机体上固定长条形的左固定刀、右固定刀，共同完成胶料的冷态破碎。该装置成功解决了冷态破碎的问题，同时满足工艺流程中对批次混合的需求。开发了串联式连续混炼技术并研制双工位密炼机工业装置，实现恒温炼胶，提高白炭黑及配合剂分散。开发了一次法多机自动开炼式低温混炼工艺技术，取代了原反复加热冷却密炼机炼胶工艺，较传统工艺提高生产效率200%以上，能耗降低27%。创新点3：国家发明专利：ZL200710116412.1ZL200710116415.5创新点3二、主要技术内容及创新点传统密炼机将原有的单工位密炼机变为特殊设计的上工位与下工位结合的密炼机。下工位密炼机精确控制温升，实现了恒温炼胶，偶联反应充分完全。创新点3二、主要技术内容及创新点串联密炼机本项目开炼机炼胶工艺示意图开发与创新集成了包括液压调距、变频调速等内容的机电一体化系统控制技术。实现了温度控制选择范围为70-90℃的一次法多机自动低温混炼工艺。创新点3二、主要技术内容及创新点开炼机自动炼胶系统图串联密炼机创新点3二、主要技术内容及创新点国家实用新型专利：开发输送导胶系统，配合开炼机使翻胶、导胶、送胶、加硫和控温由自动化设备控制完成。开发了预分散助剂母胶粒开炼机自动投料技术及工艺设备，解决了配料精度和分散均匀性难题，同时实现了生产过程的环保化。创新点4：创新点4ZL200720159755.1ZL200720159757.0ZL200720159756.6二、主要技术内容及创新点自动翻胶导胶装置是由冷却辊筒、翻胶夹持皮带、气动涨紧装置、气动纠偏等五个装置组成，使胶料在70-90度下进行混炼。多台开炼机串并联在一起，使胶料有序的进入开炼机中进行混炼，最后输送到出片压片机进行出片。创新点4二、主要技术内容及创新点针对混炼过程中硫磺等粉尘飞扬问题，开发了药剂的预分散造粒和自动称量与输送系统，配合炼胶消烟味装置，解决了药剂的均匀分散和生产环保化问题。创新点4二、主要技术内容及创新点药品称量、输送和加药系统示意图硫磺自动称量、自动输送、加硫系统本项目工艺与国内外不同工艺节能降耗对比表：工艺系统工艺分解合计耗电（kwh/kg）全过程总耗能折合kg标煤/吨传统炼胶系统三段混炼0.37931100米其林MQL法0.3044860本系统一步法0.3064870与国内外传统工艺比较节能20%以上；与国际最先进米其林公司能耗水平相当。节能降耗达到世界先进水平。三、经济技术指标的先进性节能降耗对比与国内传统工艺胶料性能对比：胶料炭黑分散均匀度明显提高，动态力学性能提高8%，耐磨性能提高7.2%，减少了摩擦能量损失和滚动阻力，有效延长了使用寿命。胶料性能对比三、经济技术指标的先进性本工艺与国内外传统工艺轮胎产品性能对比：国家里程试验组轮胎装车路试结果表：2011年在湖北地区进行了轮胎装车路试测评，国家里程试验组轮胎装车路试评价认为，经花纹深度、行驶里程、累计磨耗和平均磨耗系统测试，表明该技术生产轮胎耐磨性能较国内外各品牌轮胎均有所提高，轮胎耐磨性能较国内品牌提高20%，较国外品牌提高10%以上。产品性能对比三、经济技术指标的先进性应用该炼胶工艺生产的轮胎同时降低了滚动阻力，提高了节油效率。产品在全球权威轮胎检测机构SMITHER实验室，测试滚动阻力较原产品降低20%以上，预计降低油耗4.5%以上。轮胎滚阻测试组报告产品性能对比三、经济技术指标的先进性该技术体系的应用同时提高了生产效率和资源利用效率，单个胶料生产时间由9分钟缩短至3分钟，提高生产效率200%以上，应用新技术达到同样生产能力节省厂房投资50%。低温炼胶系统碎胶系统自动称量投放系统效率与投资对比三、经济技术指标的先进性中国石油和化学工业联合会组织鉴定评价：2010年5月“该项目获得多项国家发明专利，具有完全自主知识产权，整体技术达到国际先进水平。该项目对推动我国橡胶加工行业技术进步并提高国际市场竞争力起到重要支撑作用，是轮胎行业实现节能减排、低碳经济的重大技术突破。”鉴定评价：四、知识产权及第三方评价鉴定评价查新报告：查新评价：“关于本项目的原胶冷态碎胶喂料、串联式混炼、多台单机并联式一次法炼胶设备及工艺技术，国外未见三项技术的报道。国内除本项目委托单位外未见相同工艺及设备的报道。”四、知识产权及第三方评价查新报告轮胎滚动阻力检测报告：检测报告全球权威轮胎检测莱茵测试后表明：轮胎滚阻系数：5.04N/kNSMARTWAY认证标准要求：≤6.2N/kN轮胎滚阻通过美国环保署SMARTWAY认证。四、知识产权及第三方评价检测报告轮胎湿滑检测报告：检测报告全球权威轮胎检测机构荷兰RDW测试中心测试表明：轮胎湿滑指数：1.20，轮胎湿滑性能通过欧盟轮胎标签法规要求。四、知识产权及第三方评价检测报告“该项目密炼机、密炼机主机、辅助设备等耗电设施的用电单耗（kwh/kg）可较传统工艺下降20%以上。”能源监察监测站检测报告四、知识产权及第三方评价检测报告用户评价：“磨耗、节油、轮胎翻新及使用寿命等方面性能在国内外同类产品中均处于领先水平，轮胎质量优异。”中国重汽集团评价：轮胎最高单耗达到19000km/mm，耐磨度提高9%，节油3%。四、知识产权及第三方评价用户评价用户评价：“新技术制造高性能子午胎在降低滚动阻力、节省车辆行驶油耗等方面性能在国内外同类产品中均处于领先水平，轮胎性能优异，获得我中心认可。”中国一汽评价：轮胎行驶路线长春-海南，采用此技术轮胎节油4.3%。四、知识产权及第三方评价用户评价用户评价：新技术制造的高性能子午胎在提高轮胎使用寿命、节省车辆行驶油耗等方面性能均高于国内外其它品牌轮胎，轮胎质量稳定，获得我公司的认可。厦门金龙联合汽车评价：实测轮胎磨耗、行驶油耗、轮胎噪声均表现优异，11R22.5磨耗达到22000km/mm。四、知识产权及第三方评价用户评价用户评价：“Underhighwayandmixedroadcondition,monthlymileageisabout20000kms,wearperformanceimprovedby8%,fuelconsumptionreducedby4%.Noqualityissue,goodwear-resistingproperty,fuelefficiency,retreadableness,coldresistanceandhandling,allhavebeenapprovedbythedriv