关于废旧丁基橡胶内胎破碎的一种工艺及设备选型

万庆苏

(江苏中宏环保科技有限公司，江苏 江阴 214400)

丁基橡胶（Isobutylene Isoprene Rubber，简称IIR），是一种合成橡胶，具有良好的化学稳定性和热稳定性，最突出的是气密性和水密性。主要用于制作各种轮胎的内胎，无内胎轮胎的气密层，密封垫圈，医用瓶塞等具有广泛用途。因此每年产生的各类废旧丁基橡胶制品数量庞大，其中又以废旧丁基内胎为主。将废旧丁基内胎回收再利用，加工成丁基再生橡胶是目前废旧丁基内胎处理的主要方式，丁基再生橡胶加工工艺主要分为分拣（含去除气门芯、整理）、破碎、脱硫再生、压延过滤、挤出成片、裁断包装。为保证橡胶再生环节，脱硫及其他工序品质的要求，前道破碎工艺需要将废旧内胎处理成橡胶颗粒，并尽可能去除橡胶颗粒中的杂物，便于后续工序展开。

1 废旧丁基内胎特性

本公司破碎的丁基内胎主要是收购过来的废旧汽车内胎，其单个面积较大，表面会掺杂污水、泥土、沙粒、金属、异物杂质，品牌质量参差不齐，拉升强度范围5～9 MPa，断裂伸长率范围400%～500%。原料到货后会先经过人工分拣整理，主要是区分品牌质量（拉升强度高于8 MP的为A胎，其余为B胎），同时目视检查是否有异物（金属、石块）并去除，之后进行码垛待破碎处理，如图1所示。

2 破碎的工艺

本公司丁基再生胶在脱硫时采用塑化机螺杆挤出工艺，因此要求橡胶颗粒直径在10 mm左右，这样可以保证脱硫过程中物料均匀、透彻。同时为了保证后续生产中过滤（80目滤网）要求，也为减少杂质对设备螺杆的磨损，橡胶颗粒需要尽可能保证干净，减少灰分，如图2所示。

为减少单台破碎设备的压力，提高破碎的能力，将内胎破碎成颗粒，应有序投料，分级破碎。每道破碎工序之前需增加磁选装置，以减少金属杂质。在每道破碎之后需增加筛选装置或风送除尘装置，以减少砂砾、灰尘。对废旧内胎进行水洗清理工序方案不做考虑，因生产基地在北方，冬季天气寒冷容易结冰，且容易产生工业废水，能耗高。本公司采用的废旧丁基内胎破碎工艺，如图3所示。

3 破碎设备的选型

3.1 粗碎

粗碎是为了减少后续破碎的压力，粗碎后的物料不需要太小，破碎的形状也不必严格控制，只需要将整条内胎分解成块状或条状即可，因此选择采用双轴撕碎机，通过双轴撕碎机可以将内胎撕碎成10 cm宽的条状物或者是片状物。双轴撕碎的其优点是：双电机功率大，处理量大；刀具厚重，采用合金钢制造，耐磨使用寿命长；机体框架板材厚，可抗高扭矩，非常坚固；设备具有低转速、大转矩、低噪音、撕碎过程中具可以使砂砾等杂物脱落；易于调整、维护费用低、经济耐用；自动过载保护，避免机器过载和卡死；低部无筛网，下料顺畅。

3.2 中碎

中碎采用单轴撕碎机，由电机、齿轮箱、机架、箱体、动刀辊、控制系统组成，是将粗碎后不规则条状或块状橡胶片通过定刀和动刀的相互撕扯、挤压、剪切等综合作用，破碎成更小的形状，从筛网孔中排出。单轴撕碎机特点有：

（1）相比于双轴撕碎机成本低，采用1台电机，型号YP2-315S-6，变频控制，便于调整转速，控制产量及噪音，实际使用中动刀辊转速一般控制在55 r/min左右。

（2）更换刀具方便，刀具使用和维护成本较低。刀具选用齿形刀，分为定刀和动刀，材料均选用DC53，动刀成W型排布，如4所示，这样可以保持物料分散均匀，切料时负载均衡，动刀辊轴向受力较少，不易轴向窜动而造成定刀和动刀的干涉。

（3）筛网采用螺栓紧固式网板结构，如图5所示，网孔50 mm。片状丁基胶片，在破碎后从筛网中排出过程中，受到刀具和筛网之间的挤压，如果筛网刚性或固定不足，容易造成网板开裂，变形，脱落，导致严重的卡刀现象，同时网板要具备较强的耐磨性，因此筛网孔采用10 mm耐磨钢板卷曲成型，同时纵向补充多条40 mm宽的加强筋。网板两侧固定安装板通过多颗M20螺栓与箱体紧固。

3.3 细碎

细碎设备的结构与中破基本相同，也是采用单轴撕碎机型式。不同之处如下：

（1）动刀排列方式采用螺旋形布置，这样的优点是，动刀与定刀在切削、撕扯过程中，瞬作用在定刀上的动刀数量少，负载轻，震动及噪音小。但是这样的结构存在一定的缺点，即物料会在空腔内会偏转一侧，导致动刀轴会轴向受到负载引起轴向窜动，造成定刀和动刀干涉，因此在主辊的轴承座中需要增加推力滚子轴承，已防止轴向窜动。

（2）细碎筛网的结构同中破类似，需要牢固，耐磨，网孔采用12 mm圆孔形式。

（3）动刀辊的相比中破转速需要略高些，一般在80 r/min左右，因为出料孔较小，较高的转速可以提高产量。

4 磁选及除尘

为保证破碎后的丁基橡胶颗粒洁净，尽可能减少金属、砂砾、灰尘等异物，在各道破碎处理前序增加磁选装置，后序增加筛选装置。

废旧丁基内胎在分拣整理工序时，通过人工检查，已将绝大部分气门嘴、大块金属已去除，少量未能察觉的金属异物可能会随物料进入破碎设备，造成破碎设备刀具的损坏，因此在破碎设备之前增加磁选装置很有必要，在投料时需经过高精度的输送式金属检测机进行检查。破碎后的物料通过输送带进入中碎或细碎机时，也需要进行金属探测，一般选用GJT-F系列框架式金属探测仪，其优点是探测精度高、成本低、结构紧凑，可以直接安装在输送带上，同时金属探测仪的检测信号与输送带控制系统相连接，实现自动阻断。

废旧丁基内胎在破碎时，经过破碎机的翻转、剪切、冲击、震动，其表面粘附的砂砾、灰尘等杂质会脱离，随物料一起从筛网中流出，因此需要在破碎机下方落料出增加除砂震动筛进行筛选，去除杂质。除尘震动筛筛网规格不同，粗碎的除砂筛网目数为10目，中碎的除砂筛网目数为10目，细碎的除尘筛网目数为30目。通过这样筛选，可以去除绝大部分的砂砾、杂质。橡胶颗粒通过风送管道管道输入料仓，经过旋风分离器时，也可将一些细小的灰尘去除。以上通过除砂震动筛筛出的杂质中会含有部分丁基橡胶细粉，需要统一收集，之后集中处理。

5 破碎过程中的常见问题及处理方案

5.1 破碎刀具的磨损

在废旧丁基内胎破碎过程中，用于撕碎橡胶的刀具维护尤其重要，因丁基橡胶本身具有较高的拉伸强度和弹性，及其所含有的砂砾等杂质，在高频率的切削冲击过程中，刀具的温度会到达80 ℃左右，普通的合金刀具很容易磨损，刀具切削的刃口磨损后，产量会减少，设备负载，冲击会增大，严重时会导致设备损坏。我公司经过反复对比试验，发现采用DC53材质的刀具其强度及耐磨性相对可靠。若再对刀具刃部表面进行自溶性合金粉末喷涂（碳化钨），刀具的使用寿命至少可以延长3倍。对于粗碎的刀具，其采用的是耐磨合金钢，刀刃磨损之后可以采用耐磨焊条烧焊，精磨后继续使用。

5.2 破碎设备给料量控制

内胎在破碎时采取的是人工投料方式，工艺要求是均匀给料，投送内胎约1 t/h,这样可以保证再生胶生产线各道工序的产量匹配，然而实际过程中会存在投料不均匀的情况，若投料过多时，会导致破碎设备瞬时处理量增大，负载变大，电流增大，严重的会导致主电机自行停机，破碎设备卡死。因此除了人为控制投料频率外，在破碎设备的给料输送带速度上进行控制，即通过电气改造，将破碎设备的主机电流同输送带的输送速相匹配，当主机电流超过规定要求时，输送带立即降速或停止投料，待破碎机腔体内的物料减少，主机电流降低时输送带再启动、提速、继续给料。

5.3 噪音及除尘

中破和细破在破碎过程会产生扬尘，因此在中碎和细碎设备上方需增加除尘收集罩壳，同时中碎和细碎因切削速度较高，存在冲击易产生震动，形成较高分贝的噪音，考虑设备的检修，可在该设备区域安装可拆卸式的隔音房。

6 结语

因废旧丁基内胎特有的属性，在大批量回收破碎处理中存在一定的难度，对破碎设备的要求较高，我公司对破碎设备多次选型试用，在不断实践和对比的基础上，进行总结改进，确定了较为可靠的工艺，采用多阶破碎的方式，重点优化破碎设备的结构及刀具材料，有效地提高了废旧内胎的处理能力，为行业提供一些实践经验，促进废旧轮胎循环经济的可持续发展。