陳新中、蔡強(qiáng)(山東耐斯特炭黑有限公司，山東東營(yíng)　257506)

一. 前言

廢舊輪胎裂解炭黑是以回收的干凈的廢舊輪胎為基礎(chǔ)材料、投入到裂解爐中，在3000C條件下進(jìn)行裂解，當(dāng)裂解溫度達(dá)到4500C時(shí)，基本裂解完成，裂解過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣通過(guò)冷凝分離，可以得到重油、輕油、裂解氣和少量水蒸汽。裂解殘?jiān)糠滞ㄟ^(guò)磁選器將鋼絲分離出來(lái)，剩余部分通過(guò)粉碎、加入改性劑，再進(jìn)行造粒、干燥變成裂解炭黑。輪胎裂解炭黑中含有氧化鋅、硬酯酸、碳酸鈣等物質(zhì)，還有一些加工助劑、如硫磺、促進(jìn)劑、防老劑等等，因此其灰份較高，但因其是一種廢物利用項(xiàng)目，對(duì)環(huán)境保護(hù)有益，因此值得研究和推廣。

二、 實(shí)驗(yàn)部分

１. 實(shí)驗(yàn)所需材料：

天然橡膠：泰國(guó)1#煙片膠

氧化鋅：天津科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)

硬酯酸：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司

硫磺粉：山東單縣尚舜化工有限公司

促進(jìn)劑DZ：山東單縣尚舜化工有限公司

N330炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品

N339炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品

NC8515炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產(chǎn)品

廢舊輪胎裂解炭黑：青島雙星集團(tuán)尹斯坦科技公司產(chǎn)品

２. 實(shí)驗(yàn)所需儀器

拉力機(jī)：上海嘉杰試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)

DIN磨耗機(jī)：臺(tái)灣高鐵實(shí)驗(yàn)儀器公司生產(chǎn)

氮吸附比表面積分析儀：美國(guó)麥克公司產(chǎn)品

吸油計(jì)：德國(guó)布拉本特公司產(chǎn)品

壓縮吸油機(jī)：中橡炭黑工業(yè)設(shè)計(jì)研究院生產(chǎn)

萬(wàn)分之一天平：梅特勒.托利多分析儀器有限公司

紅外水份測(cè)定儀：梅特勒. 托利多分析儀器有限公司

著色強(qiáng)度儀：美國(guó)HunterAlab公司產(chǎn)品

硫化機(jī)：上海化機(jī)廠

煉膠機(jī)：上?；瘷C(jī)廠

烘箱：上?；瘷C(jī)廠

振蕩機(jī)：上海化機(jī)廠

３. 實(shí)驗(yàn)配方及實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)以橡膠標(biāo)準(zhǔn)配方作為依據(jù)，通過(guò)對(duì)比N330、N339、裂解炭黑及其混合配方混煉膠的膠料拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力和DIN磨耗數(shù)據(jù)，分析裂解炭黑對(duì)橡膠性能的影響，同時(shí)通過(guò)對(duì)配方中炭黑及裂解炭黑份量的變化研究其性能變化趨勢(shì)。表一為設(shè)計(jì)的無(wú)機(jī)炭黑及炭黑配方試驗(yàn)方案

表1.輪胎裂解炭黑試驗(yàn)方案

二. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

1. 輪胎裂解炭黑的分析數(shù)據(jù)

為了了解輪胎裂解炭黑的粒徑及結(jié)構(gòu)，我們按照炭黑的分析方法對(duì)表征炭黑性能的幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如表2.

表2. 無(wú)機(jī)炭黑化性分析結(jié)果表

小結(jié)：通過(guò)以上數(shù)據(jù)的分析，輪胎裂解炭黑的吸碘值類似N339，吸油值類似于N326，氮吸附比表面積類似于N351，但著色強(qiáng)度又類似于軟質(zhì)炭黑N660，可能原因是此炭黑中各種粒徑結(jié)構(gòu)的炭黑、碳酸鈣等大粒徑低結(jié)構(gòu)成份影響，產(chǎn)品中325目篩余物為鐵磁性物質(zhì)，應(yīng)該是有部分細(xì)小鋼絲未被除盡，灰份主要是碳酸鈣、硬酯酸、氧化鋅或陶土等成份，灰份指標(biāo)將嚴(yán)重影響橡膠的老化性能。

2．輪胎裂解炭黑部分取代傳統(tǒng)炭黑性能研究  

為了研究輪胎裂解炭黑的性能，我們分別采用50%N339+50%輪胎裂解炭黑進(jìn)行混合(以下簡(jiǎn)稱混合炭黑一)，和50%NC8515+50%輪胎裂解炭黑進(jìn)行混合(以下簡(jiǎn)稱混合炭黑二)，根據(jù)炭黑的加合性能計(jì)算混合炭黑的化性數(shù)據(jù)，同時(shí)將混合炭黑按標(biāo)準(zhǔn)橡膠配方混煉，分析混煉膠性能，再與N330炭黑的混煉膠性能進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表2、表3。

表2.根據(jù)炭黑的加合性計(jì)算的混合炭黑化性數(shù)據(jù)表

從上表可以看出：混合炭黑的化學(xué)性質(zhì)如吸碘值、吸油值、氮吸附比表面積與N330類似。

表3. 混合炭黑對(duì)橡膠性能影響比較表

由上表可以看出：加入混合炭黑一和混合炭黑二后，填充炭黑的膠料100%定伸應(yīng)力相對(duì)于N330、N339和NC8515均有明顯的下降，下降幅度約為30%，300%定伸應(yīng)力相對(duì)于N330和N339下降了5-5.6Mpa，下降幅度約為30%，相對(duì)于NC8515炭黑下降了7Mpa，下降了約40%;拉伸強(qiáng)度對(duì)比加入混合炭黑后的膠料也有下降，下降幅度約為15%。特別表現(xiàn)在耐磨性上，從DIN磨耗指數(shù)上分析，加入混合炭黑的磨耗指數(shù)相對(duì)于N330和N339下降了約20%，相對(duì)于NC8515下降了約30%，且混合炭黑一和混合炭黑二相當(dāng)，表明混合炭黑中輪胎裂解炭黑雖有一定的補(bǔ)強(qiáng)性，但其補(bǔ)強(qiáng)性明顯低于330，雖并用了部分高結(jié)構(gòu)和表面積較高的產(chǎn)品，但仍不能完全達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果，除非并用表面積更高的高結(jié)構(gòu)炭黑。

3  .增加炭黑使用量對(duì)橡膠性能影響的研究

為了改善填充炭黑的膠料物理性能，實(shí)驗(yàn)采用增加N339炭黑的使用量，減少輪胎裂解炭黑的使用量，即改用配方Q6的用量，即其它材料不變，將N339炭黑的用量增加至66.7%，輪胎裂解炭黑的用量減少至33.3%即66.7%的N339+33.3%的輪胎裂解炭黑進(jìn)行混合(以下簡(jiǎn)稱混合炭黑三)。同時(shí)用配方Q7進(jìn)行另一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，即其它原材料不變，僅增加混合炭黑一的用量，將混合炭黑一用量增加至180g研究對(duì)填充炭黑的膠料性能影響，其結(jié)果如表4.

表4.配方改變后對(duì)膠料性能的影響結(jié)果

由上表可以看出：在配方中將150gN330改為90gN339和90g輪胎裂解炭黑，分析膠料的性能，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于N330填充的膠料，其300%定伸仍低約15%左右，拉伸強(qiáng)度下降20%，膠料硬度低，但膠料密度上升，伸長(zhǎng)率下降，這表明炭黑填加到膠料中達(dá)到一定程度，拉伸強(qiáng)度將出現(xiàn)下降，同時(shí)因加入輪胎裂解炭黑后，此炭黑補(bǔ)強(qiáng)性能差，但其填充性能良好，增加了膠料密度。耐磨指數(shù)未得到明顯改善。

在配方中將150g的N330改成100gN339和50g輪胎裂解炭黑，再分析其膠料的性能，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于N330填充的膠料，仍出現(xiàn)300%定伸偏低，拉伸強(qiáng)度偏低，耐磨性不好，但相對(duì)于加入180g的混合炭黑三填充的膠料，其300%定伸差異不大，拉伸強(qiáng)度有所上升，伸長(zhǎng)率上升，耐磨性變好，表明輪胎裂解炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能較差，只能用做填充劑部分替代N330炭黑。

三．實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1.  輪胎裂解炭黑應(yīng)用于膠料標(biāo)準(zhǔn)配方中，用較高結(jié)構(gòu)及比表面積的炭黑與輪胎裂解炭黑摻配使用，替代N330時(shí)，仍不能與N330性能相差，主要表現(xiàn)在300%定伸定力、拉伸強(qiáng)度，DIN磨耗指數(shù)均有不同的下降，表明輪胎裂解炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能較差，無(wú)法全部替代最普通的N330炭黑。

2.  當(dāng)在配方中增加N339和輪胎裂解炭黑的量時(shí)，相對(duì)于N330炭黑填充的膠料，其300%定伸、拉伸強(qiáng)度和DIN磨耗仍達(dá)不到N330的性能，但膠料的密度上升。

3. 當(dāng)配方中增加N339用量，減少輪胎裂解炭黑用量時(shí)，300%定伸、拉伸強(qiáng)度、DIN磨耗有所增加，  但仍不能達(dá)到N330的水平，表明裂解炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性不佳。

4.  輪胎裂解炭黑的灰份含量較高，其主要成份為二氧化硅、碳酸鈣、硬酯酸或化鋅等，這些物質(zhì)受高溫或二次混合后不能與橡膠形成有效的交鏈，影響了補(bǔ)強(qiáng)性的發(fā)揮。

5. 針對(duì)輪胎裂解炭黑，應(yīng)該進(jìn)行有效的改性，將炭黑的粒徑進(jìn)一步降低，同時(shí)將其進(jìn)行活化，有可能會(huì)提高其產(chǎn)品性能。