YF503炭黑的研制及其在橡胶密封条中的应用

李龙辉，贺 俊，樊丽丹，高文丽

（云南云维飞虎化工有限公司，云南 沾益 655338）

炭黑是橡胶的重要补强剂，随着国民经济的快速发展，中国的炭黑产能也在快速增长。2017年我国炭黑表观消费量为457.84万t，而总生产能力已达到732万t，产能过剩274.16万t，市场竞争激烈。受经济低迷的影响，特别是轮胎出口频繁遭国外反倾销、反补贴调查，使得原来出口比例高达40%的轮胎行业受到重创，炭黑的产销量急剧下降。目前炭黑总产量的80%以上用于轮胎工业，10%左右用于塑料和涂料，另有10%左右用于橡胶制品领域。近几年，随着国内汽车工业的快速发展，橡胶制品的炭黑用量呈快速上升趋势，这引起了炭黑生产企业的重视。针对这种情况，国内外大型炭黑企业竞相开发非轮胎用炭黑。但由于历史原因，炭黑的生产技术基本是根据轮胎行业要求开发的，且受资金、装备、人才、技术和市场等因素影响，导致橡胶制品用炭黑成本较高和性能难以完全满足要求，研发橡胶制品的专用炭黑势在必行[1-2]。

针对以上情况，我公司对橡胶制品用炭黑市场进行了考察，结合现有装置，通过对反应炉、油枪、微米粉碎机、磁选机、输送螺旋和包装机的改造，对工艺的调整，对原料油的优选，成功研制出橡胶密封条专用YF503炭黑。

1 橡胶密封条用炭黑的要求

正确分析橡胶密封条的应用要求是生产其适用炭黑的基础。橡胶密封条主要用于汽车、飞机、集装箱、路桥和建筑门窗等，用于防止灰尘、水和气体进入系统。橡胶密封条用炭黑与轮胎用炭黑的主要区别如下。

（1）适应不同的硫化体系。轮胎多采用间歇式高温蒸汽硫化，而橡胶密封条多采用连续自动高温空气硫化，因此轮胎胶料与密封条胶料的硫化体系不同，密封条专用炭黑必须满足其胶料的硫化要求。

（2）应用性能要求不同。轮胎用炭黑主要满足胶料的强度性能、耐磨性能、滚动阻力和生热性能要求；橡胶密封条用炭黑则要求满足胶料优异的耐候性能（高低温性能）、适宜的伸长率、较小的压缩永久变形、良好的加工性能及外观（光洁、无瑕疵）要求[3]。

2 YF503炭黑的质量指标

根据橡胶密封条用炭黑的要求，制定橡胶密封条专用YF503炭黑的质量指标：杂质 无，吸碘值 （42±5） g·kg-1，DBP吸收值 （121±5）×10-5m3·kg-1，加热减量 ≤1.0%，45 μm筛余物含量 ≤100 mg·kg-1，灰分质量分数 ≤0.005，挥发分质量分数 ≤0.02，细粉质量分数 ≤0.10，粒子强度 ≤30 cN。

3 YF503炭黑的研制

YF503炭黑主要用于橡胶密封条胶料，其基本特点主要为易分散、对应的胶料挤出半成品光洁、变形小和纯净度高。从目前橡胶密封条用炭黑品种看，其初步具备适用的特征，但仍存在比表面积偏大、纯净度较低和造粒不够等缺点。在这种情况下，我公司对现适用于橡胶密封条的炭黑生产技术进行了改进，以适用于YF503炭黑生产。

3.1 生产工艺流程改进

改进后的生产工艺流程如图1所示。

图1 改进后的生产工艺流程

改进工艺流程如下。

（1）采用多级燃烧及单点喷油等技术，使原料油裂解充分、均匀，形成粒径分布均匀、表面光滑的炭黑粒子，同时炭黑聚集体发育完整。

（2）在核心设备反应炉的中段加入2—3次氧化剂，以确保炭黑的筛余物含量满足设计要求，产品达到环保、超纯的目标。

（3）在核心设备反应炉的后端迅速终止反应，以进一步保证所生产的炭黑粒径分布均匀，粒子表面光滑，炭黑聚集体发育完整。

（4）采用特殊的雾化介质，加大雾化介质压力和流量，以达到原料油充分雾化、分散，有利于炭黑粒子表面光滑，控制产品比表面积。

（5）在造粒工序，选取食品级（超纯）添加剂代替原有添加剂，以利于产品筛余物含量达到设计要求。

（6）严格规定造粒水和添加剂的配比，以使造粒后的炭黑粒子分布均匀、细粉含量小、粒子强度适中，达到既方便贮存、运输，分散性又好的目的。

3.2 原材料控制

原料油中含有的杂质、游离炭、灰分、焦质和沥青质等都不利于高纯净炭黑的生产，因此优选原料油极为重要。经过多次的对比试验可知，以制焦公司的煤焦油（经脱水脱渣处理）与我公司自产的蒽油合理配合，可获得比较理想的原料油。

其次，炭黑生产中的入炉物料水、空气、添加剂和粘结剂等中的杂质也是导致炭黑纯净度下降的重要因素，必须严格控制。控制措施为：系统用水全部采用去离子水，入炉空气全部经过超细过滤装置除杂，添加剂和粘结剂经过预溶解、沉降、过滤后再使用。

3.3 生产装置改进

为保证所生产的橡胶密封条专用YF503炭黑质量，公司对生产线上的部分设备进行改进。

（1）设计了独创的原料油枪及其定位装置，使油枪定位精准、原料油雾化均匀和燃料燃烧完全。

（2）在造粒工序，严格控制造粒机搅齿间隙，使造粒光滑和粒度均匀。

（3）与炭黑接触的设备和管道全部选用奥氏体不锈钢，而在生产精制工序，采用多级超强磁场精选设备，实现多级精选，以确保产品中的铁含量达到要求。

（4）为保证产品包装要求，对现有的大、小包装机进行更换，以确保包装质量。

（5）对一、二级提升机顶部进行改造，将原产品输送螺旋改为溜槽，同时增加手动三通阀，避开产品分配螺旋，降低产品在输送过程中的破碎程度。

3.4 强化过程控制

为保证生产过程的稳定性，从工艺控制和质检两方面采取相应措施，以确保产品质量。

（1）引进较为科学的工艺过程控制指数分析方法，定量判定过程工艺参数控制的稳定性，并制定考核指标。

（2）从理论上确定准确的一次燃烧率、总燃烧率、二次燃烧率、燃烧温度、风气比和风油比等关键工艺参数，严格控制生产。

（3）编制安全技术操作规程，精心操作。

（4）确定产品检测方法及检测频率，实时监控关键质量指标，以保证产品质量。

4 产品质量

橡胶密封条专用YF503炭黑的质检结果如表1所示。由表1可知，YF503炭黑质量基本达到设计要求。

表1 YF503炭黑的质检结果

5 YF503炭黑的应用

5.1 在 三元乙丙橡胶（EPDM）和丁腈橡胶（NBR）中的应用

橡胶密封条专用YF503炭黑与国外同类产品在EPDM和NBR中的应用性能对比分别见表2和3。由表2和3可知，YF503炭黑的EPDM和NBR胶料性能已到达或超过国外同类产品的胶料性能。

表2 YF503炭黑与国外同类产品在EPDM中的应用性能对比

5.2 在橡胶密封条胶料中的试用

橡胶密封条专用YF503炭黑已投放到橡胶密封条生产企业试用，所制备的密封条胶料粘度小、流动性好，密封条表面光滑、无气泡、无麻点，YF503炭黑完全可以取代国外同类产品用于橡胶密封条胶料。

表3 YF503炭黑与国外同类产品在NBR中的应用性能对比

6 结语

橡胶密封条专用YF503炭黑的研制是在我公司现有炭黑生产技术的基础上，通过对设备和工艺的改进、原料油的优选而达到预期的目的。YF503炭黑产品已批量投放市场，客户的试用情况以及反馈意见表明，YF503炭黑完全可以取代国外同类产品，专用于橡胶密封条生产。