陳新中 陳文星

丁基橡膠因其具有優(yōu)異的氣密性、優(yōu)良的耐熱、 耐老化、耐臭氧、耐溶劑、電絕緣、減震及吸水性而廣 泛應用于內(nèi)胎、水胎、硫化膠囊、電線電纜以及防水 材料。丁基橡膠添加補強填充劑可以提高撕裂強度、定伸應力和耐磨性。

炭黑是橡膠行業(yè)選用的主要補強填充劑,丁基 橡膠所選用的補強填充劑多為快壓出爐黑(N660為 主)。筆者主要介紹N660炭黑在丁基橡膠中生產(chǎn)內(nèi) 胎方面的適用性。

一、使用狀況

丁基橡膠、炭黑、促進劑、防老劑等在密煉機內(nèi) 混合,通過密煉機的轉子及混煉室壁的剪切作用,將 以上組份轉變?yōu)橐粋€均勻的分散體系。炭黑在膠料 中分散性好壞,直接影響了膠料的使用性能及加工性能,而影響炭黑在膠料中的分散性因素與炭黑的品質關系密切,主要與炭黑的粒徑、結構、顆粒硬度、 雜質含量、細粉含量、造粒炭黑的尺寸分布等有關。 各炭黑廠在生產(chǎn)N660炭黑時,其控制的炭黑粒徑、結構相差不大,但顆粒硬度、雜質含量、細粉含量及 粒子的尺寸分布有較大差異。由于內(nèi)胎生產(chǎn)廠的配 方設計及生產(chǎn)工藝也存在差異,因此各炭黑生產(chǎn)廠所生產(chǎn)的N660炭黑在各內(nèi)胎生產(chǎn)廠的適用性也存在差異。如何提高N660炭黑在丁基橡膠中的分散 性,是從事炭黑生產(chǎn)的技術人員需要研究的課題。筆 者利用從事售后服務及同輪胎廠進行技術交流的機 會,曾對多家丁基內(nèi)胎生產(chǎn)廠的生產(chǎn)工藝進行過了解,掌握了不同內(nèi)胎生產(chǎn)廠對N660炭黑存在不同 的使用要求,以及各炭黑廠生產(chǎn)的N660炭黑在不 同的內(nèi)胎生產(chǎn)廠的使用狀況,從中得知有關N660 炭黑在丁基橡膠生產(chǎn)內(nèi)胎的適用性經(jīng)驗。下面以內(nèi)胎生產(chǎn)廠控制的主要生產(chǎn)工藝參數(shù)及側重品質要求 做一簡述,由于涉及相關企業(yè)的技術機密,故對廠家 名稱給以化名用甲、乙、丙、丁、戊等表示。甲、乙、丙、 丁、戊廠內(nèi)胎生產(chǎn)工藝過程中的混煉、加硫、過濾等工序中相關控制項目見表1。混煉的目的是為了使 得組份能分散均勻,加硫的目的是為了促進硫化,過 濾的目的是為了濾去膠料中的雜物。

從表1可以看出,各內(nèi)胎生產(chǎn)廠生產(chǎn)工藝流程 大體相當,其中的混煉過程與加硫過程的控制也相 差較小,但過濾過程差異較大,使用的濾網(wǎng)規(guī)格不 同,濾膠溫度有差異,更換濾網(wǎng)的時間相差較大。而濾膠溫度的差異直接影響生產(chǎn),濾膠溫度過高,會導 致發(fā)生早期硫化,形成硬膠,易發(fā)生焦燒,表1中所列出的“乙生產(chǎn)廠”就存在此問題。濾膠溫度低,膠 料的流動性差,濾膠機電機功率高,濾網(wǎng)易損;炭黑中所含雜質量高,會堵塞濾網(wǎng);炭黑顆粒硬度高,細 粉含量高,粒徑分布不均勻會影響炭黑的分散性,影 響濾膠過程,使濾膠過程延長,影響生產(chǎn)商的工作效 率。

二、改善試驗

本人針對N660炭黑使用于丁基橡膠的適用性 問題做了大量的試驗研究,因生產(chǎn)軟質炭黑的經(jīng)驗 不足,對客戶要求不了解,曾付出了很大的代價。如 因N660炭黑存在100ppm的100#水洗篩余物,在甲廠使用時導致甲廠丁基內(nèi)胎出現(xiàn)氣孔;因控制的 炭黑顆粒硬度偏高,在丙廠使用時導致N660炭黑 在丁基橡膠膠料分散不良;因炭黑生熱性較高在乙 廠使用發(fā)生膠料焦燒;因制粒品質不良,顆粒分布不均勻,影響分散性,在丁廠使用時更換濾網(wǎng)頻繁等。 出現(xiàn)的這些問題不僅給內(nèi)胎生產(chǎn)廠帶來了麻煩,也 給本公司帶來了較大損失。經(jīng)過不斷的總結經(jīng)驗, 加強與客戶間的技術交流,本公司通過對生產(chǎn)工藝的改造,終于生產(chǎn)出符合各丁基內(nèi)胎客戶工藝要求 的N660炭黑。下面是本公司在探索過程中總結的 經(jīng)驗,供各位同行參考。

從事過炭黑生產(chǎn)的人都知道,因N660炭黑比 表面積較低,生產(chǎn)時原料油油風比較高,在生產(chǎn)風量 一定時,原料油處理越高,生產(chǎn)時結焦的可能性越 大,產(chǎn)品中存在焦粒的可能性越高。本公司生產(chǎn)N660炭黑曾有一段時間,油風比相當高,原料油在 喉管處結焦嚴重,用壓縮空氣進行霧化不足以解決 結焦問題。為了解決結焦,本人嘗試了許多方法,有 的方法雖可解決結焦,但同時出現(xiàn)了其它品質問題,如物理性能達不到要求,產(chǎn)量較低,CTAB比I2高, 著色強度高,甲苯透光率低等。最后,選擇了用蒸汽 對原料油進行霧化,采用蒸汽霧化原料油后,結焦問 題得以解決,其它品質變化很小。再將改善后的N660送甲廠使用,反饋較好。在生產(chǎn)N660炭黑使 用不同載體對原料油進行霧化的生產(chǎn)工藝條件及品 質比較見表2。

為解決造粒炭黑顆粒硬度問題,本公司不僅從 生產(chǎn)工藝上進行了改善,而且從檢測手段上加以控 制。在生產(chǎn)工藝上,本公司造粒用粘合劑原采用的 是磺化木質素,用此粘合劑,配制時溶解不均勻,易產(chǎn)生沉淀,經(jīng)常會使炭黑顆粒硬度不均勻。鑒于此, 本公司將粘合劑由磺化木質素改為糖蜜,糖蜜為液 體,易溶解,不易產(chǎn)生沉淀,溶液濃度均勻。為使炭 黑顆粒硬度控制均勻,使造粒水量與粘合劑流量實行串級調節(jié),即粘合劑流量與造粒水流量給定比例 系數(shù),當造粒水流量發(fā)生變化時,粘合劑流量同比例 變化。在檢測手段上,從美國Tank公司進口全自動 顆粒硬度測試儀,用于對出貨炭黑硬度的檢測。改善后的產(chǎn)品送丙廠使用,效果明顯。

針對乙廠的生產(chǎn)工藝條件,本公司對供乙廠的 N660炭黑某些品質指標進行了調整。乙廠因設備原 因,在過濾時采用了較高的濾膠溫度,因此要求炭黑 的生熱量較低,因為如果炭黑生熱量高,膠料在過濾時會生熱,使濾膠溫度升高,產(chǎn)生焦燒。根據(jù)相關理 論與實踐經(jīng)驗,炭黑的生熱量主要與炭黑的CTAB 表面積、著色強度及甲苯透光率有關,CTAB表面積 越高,生熱量越高,著色強度越高,生熱量越高。而CTAB表面積與甲苯透光率有關,甲苯透光率反映 的是炭黑表面殘油量高低。表面殘油量低,甲苯透 光率高,CTAB表面積相對較低;炭黑的著色強度取 決于原生凝聚體尺寸大小及分布。為了適應乙廠的工藝要求,本公司從改變炭黑原生凝聚體分布上降 低著色強度,使炭黑的生熱量降低。不同CTAB比表 面積、甲苯透光率、著色強度的N660炭黑在乙廠使 用情況對比見表3。

由表3可以看出,如果采用較高的濾膠溫度,應 采用比表面積相對較低、表面殘油量較少、著色強度 較低的N660炭黑較為有利。

為解決本公司N660炭黑在丁廠生產(chǎn)過程中出 現(xiàn)的堵塞過濾網(wǎng)、更換過濾網(wǎng)頻繁的問題,技術人員 經(jīng)過對濾網(wǎng)上殘留物的研究,終于找出其堵塞濾網(wǎng) 的原因是由于炭黑粒子大小不均勻所致。密煉機混煉時,炭黑與膠料混合,如果炭黑粒子大小不均勻, 需要的破碎力及剪切力不同,易導致炭黑在膠料中 分散不均勻,有些炭黑成團存在于膠料中,過濾時就 會堵塞過濾網(wǎng),影響生產(chǎn)效率。原因找出后,技術人員對炭黑的造粒過程進行了分析,認為炭黑粒子不 均勻主要是因為下料氣密閥下料不均勻,造粒機功 率波動大。因此技術人員對下料氣密閥進行了改進, 原下料氣密閥為隔板式氣密閥,間歇式下料,下料不均勻。改造后的氣密閥為平板氣密閥,連續(xù)均勻下 料。造粒時在造粒水中增加煤油,降低造粒機的功 率,增加炭黑粒子的光滑度和均勻度。對造粒粒子改 善前后的相關工藝參數(shù)及品質對比見表4。

由表4可以看出,改善前,本公司N660炭黑顆 粒尺寸分布中35#與60#含量僅占54.3%,粒子均勻性不好,細粉含量較高;改善后,本公司N660炭黑 顆粒尺寸分布中35#與60#含量總和達到了89%,表明N660炭黑粒子均勻性良好,細粉含量較低。從 丁廠使用情況看,達到了其更換濾網(wǎng)的時間要求,表 明筆者的原因分析正確,制定的改善措施有效。

三、結論

通過一年多的努力,本公司終于摸索出了適合 不同內(nèi)胎生產(chǎn)工藝要求的N660炭黑生產(chǎn)方法, N660炭黑產(chǎn)品深受用戶歡迎。