廢舊輪胎裂解炭黑在V帶中的應用

魏玉山，陳曉燕，周 平，馬立成，孟德營，裴寶民

（1.青島伊克斯達再生資源有限公司，山東 青島 266400；2.青島伊克斯達智能裝備有限公司，山東 青島 266400）

廢舊輪胎被稱為黑色污染，其治理已成為全球性難題。廢舊輪胎回收再利用主要有3種方式。一是生產再生膠，該方式可以緩解橡膠資源短缺，但生產過程中排放大量廢水、廢氣，嚴重污染環境；二是用機械粉碎的方法生產硫化膠粉，這種方式不會產生廢水、廢氣；三是將廢舊輪胎在熱裂解爐中分解，生成裂解炭黑（CBp）、燃料油、可燃氣體和鋼絲等，其中CBp通過深加工工藝除雜提質后可以應用于橡膠制品中，該方式實現了廢舊輪胎100%回收再利用，且對環境的污染較小[1-3]。

本工作研究CBp替代炭黑N660在V帶壓縮層膠中的應用，以期降低生產成本。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR-20，馬來西亞產品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化齊魯石化公司產品；再生膠，山東忠誠橡膠有限公司產品；炭黑N330和炭黑N660，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；CBp，青島伊克斯達科技有限公司產品；芳烴油V500，寧波漢圣化工有限公司產品；輕質碳酸鈣，河北寧宇化工有限公司產品；氧化鋅，石家莊志億鋅業有限公司產品；硬脂酸，杭州油脂化工有限公司產品；硫黃，青島城陽雙埠硫磺加工廠產品；促進劑NOBS和CBS，科邁化工股份有限公司產品。

1.2 試驗配方

V帶壓縮層膠試驗配方見表1。

表1 V帶壓縮層膠試驗配方 份

1.3 主要設備和儀器

BB-1600IM型密煉機，日本株式會社神戶制鋼所產品；BL-6175-AL型高低溫開煉機，東莞寶輪精密檢測儀器公司產品；XLB-D 500×500×2型平板硫化機，湖州東方機械有限公司產品；PREMIER MV型門尼粘度儀和PREMIER MDR 2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；WAH17A型邵爾A型硬度計，英國Wallace儀器有限公司產品；5965型電子萬能材料試驗機，美國英斯特朗公司產品；DigitestII型高低溫回彈試驗機，德國博銳儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

采用兩段混煉工藝。一段混煉在密煉機中進行，混煉工藝為：生膠和小料→混煉45 s→炭黑和碳酸鈣→混煉65 s或達到130 ℃→提壓砣→壓壓砣→混煉60 s或達到150 ℃→提壓砣→壓壓砣→混煉60 s或達到160 ℃→提壓砣、排膠→在開煉機上包輥，打三角包，薄通3次，調整輥距，下片，停放4 h。

二段混煉在密煉機中進行，混煉工藝為：一段混煉膠→混煉20 s→硫黃和促進劑→混煉20 s→提壓砣→壓壓砣→混煉40 s或達到115 ℃→提壓砣、排膠→在開煉機[輥溫為（70±5） ℃，輥距為0.6～0.8 mm]上包輥，打三角包，薄通3次，按2.2 mm厚度下片。

混煉膠停放8 h后在平板硫化機上硫化，硫化條件為151 ℃/10 MPa×10 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

CBp和炭黑N660的理化性能見表2。

表2 CBp和炭黑N660的理化性能

由表2可以看出：與炭黑N660相比，CBp的吸碘值較大，統計厚度表面積偏小，說明CBp的原生粒徑較大；吸油值略小，這可能是因為在生產過程中，CBp聚集體的結構空隙被部分灰分和碳質沉積物堵塞；灰分質量分數較大，這是因為炭黑N660由煤焦油經不完全燃燒制得，雜質含量較低，而CBp是廢舊輪胎熱裂解的產物，含有氧化鋅、白炭黑、碳酸鈣等雜質[4-5]；加熱減量、45 μm篩余物含量、單個粒子破碎強度差別不大，滿足行業標準要求；pH值相當，呈弱堿性[6]。綜上所述，CBp的理化性能與炭黑N660相當。

2.2 標準配方膠料

由于CBp的結構度低，灰分質量分數遠大于炭黑N660，按照GB/T 3780.18—2017《炭黑 第18部分：在天然橡膠（NR）中的鑒定方法》，試驗采用標準配方，分別使用CBp替代60%和100%炭黑N660進行研究。

標準配方膠料的物理性能見表3。

表3 標準配方膠料的物理性能

由表3可以看出，與未使用CBp替代炭黑N660膠料相比，使用CBp替代60%和100%炭黑N660膠料的邵爾A型硬度和300%定伸應力略有減小，密度、拉伸強度和撕裂強度相差不大，拉斷伸長率較大，這與CBp中含有一定量SiO2，Al2O3等雜質有關。綜上所述，CBp在NR中的補強效果較好，但因其粒徑偏大，表面活性位點被灰分及碳質沉積物覆蓋，活性較低，與炭黑N660的補強效果仍有差距[7-8]。

2.3 V帶壓縮層膠性能

V帶壓縮層膠的硫化特性見表4。

表4 V帶壓縮層膠的硫化特性

由表4可以看出，使用CBp替代60%和100%炭黑N660后，膠料的門尼粘度、FL，Fmax，Fmax－FL，t10和t90相差不大，門尼焦燒時間延長，說明加工安全性提高。

V帶壓縮層膠的物理性能見表5。

表5 V帶壓縮層膠的物理性能

由表5可以看出，使用CBp替代60%和100%炭黑N660后，硫化膠的邵爾A型硬度、拉伸強度、拉斷伸長率以及耐老化性能變化不大。

綜上可知，使用CBp完全替代炭黑N660對V帶壓縮層膠的影響不大。

2.4 成本分析

根據當前CBp和炭黑N660市場價格計算，使用CBp替代全部炭黑N660后，每千克混煉膠成本可減小0.184元。中型V帶工廠按照日產量5 t計算，年節約成本約為28.7萬元，可產生較大的經濟效益。

3 結論

（1）CBp的理化性能與炭黑N660相當。

（2）使用CBp替代全部炭黑N660，V帶壓縮層膠的硫化特性、物理性能和耐老化性能與未使用CBp替代炭黑N660的膠料相當，滿足V帶壓縮層膠的技術要求。

（3）CBp可替代部分或全部炭黑N660用于V帶壓縮層膠中，降低生產成本，具有一定的經濟效益。