废旧轮胎裂解炭黑在V带中的应用

魏玉山，陈晓燕，周 平，马立成，孟德营，裴宝民

（1.青岛伊克斯达再生资源有限公司，山东 青岛 266400；2.青岛伊克斯达智能装备有限公司，山东 青岛 266400）

废旧轮胎被称为黑色污染，其治理已成为全球性难题。废旧轮胎回收再利用主要有3种方式。一是生产再生胶，该方式可以缓解橡胶资源短缺，但生产过程中排放大量废水、废气，严重污染环境；二是用机械粉碎的方法生产硫化胶粉，这种方式不会产生废水、废气；三是将废旧轮胎在热裂解炉中分解，生成裂解炭黑（CBp）、燃料油、可燃气体和钢丝等，其中CBp通过深加工工艺除杂提质后可以应用于橡胶制品中，该方式实现了废旧轮胎100%回收再利用，且对环境的污染较小[1-3]。

本工作研究CBp替代炭黑N660在V带压缩层胶中的应用，以期降低生产成本。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SMR-20，马来西亚产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化齐鲁石化公司产品；再生胶，山东忠诚橡胶有限公司产品；炭黑N330和炭黑N660，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；CBp，青岛伊克斯达科技有限公司产品；芳烃油V500，宁波汉圣化工有限公司产品；轻质碳酸钙，河北宁宇化工有限公司产品；氧化锌，石家庄志亿锌业有限公司产品；硬脂酸，杭州油脂化工有限公司产品；硫黄，青岛城阳双埠硫磺加工厂产品；促进剂NOBS和CBS，科迈化工股份有限公司产品。

1.2 试验配方

V带压缩层胶试验配方见表1。

表1 V带压缩层胶试验配方 份

1.3 主要设备和仪器

BB-1600IM型密炼机，日本株式会社神户制钢所产品；BL-6175-AL型高低温开炼机，东莞宝轮精密检测仪器公司产品；XLB-D 500×500×2型平板硫化机，湖州东方机械有限公司产品；PREMIER MV型门尼粘度仪和PREMIER MDR 2000型无转子硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；WAH17A型邵尔A型硬度计，英国Wallace仪器有限公司产品；5965型电子万能材料试验机，美国英斯特朗公司产品；DigitestII型高低温回弹试验机，德国博锐仪器有限公司产品。

1.4 试样制备

采用两段混炼工艺。一段混炼在密炼机中进行，混炼工艺为：生胶和小料→混炼45 s→炭黑和碳酸钙→混炼65 s或达到130 ℃→提压砣→压压砣→混炼60 s或达到150 ℃→提压砣→压压砣→混炼60 s或达到160 ℃→提压砣、排胶→在开炼机上包辊，打三角包，薄通3次，调整辊距，下片，停放4 h。

二段混炼在密炼机中进行，混炼工艺为：一段混炼胶→混炼20 s→硫黄和促进剂→混炼20 s→提压砣→压压砣→混炼40 s或达到115 ℃→提压砣、排胶→在开炼机[辊温为（70±5） ℃，辊距为0.6～0.8 mm]上包辊，打三角包，薄通3次，按2.2 mm厚度下片。

混炼胶停放8 h后在平板硫化机上硫化，硫化条件为151 ℃/10 MPa×10 min。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

CBp和炭黑N660的理化性能见表2。

表2 CBp和炭黑N660的理化性能

由表2可以看出：与炭黑N660相比，CBp的吸碘值较大，统计厚度表面积偏小，说明CBp的原生粒径较大；吸油值略小，这可能是因为在生产过程中，CBp聚集体的结构空隙被部分灰分和碳质沉积物堵塞；灰分质量分数较大，这是因为炭黑N660由煤焦油经不完全燃烧制得，杂质含量较低，而CBp是废旧轮胎热裂解的产物，含有氧化锌、白炭黑、碳酸钙等杂质[4-5]；加热减量、45 µm筛余物含量、单个粒子破碎强度差别不大，满足行业标准要求；pH值相当，呈弱碱性[6]。综上所述，CBp的理化性能与炭黑N660相当。

2.2 标准配方胶料

由于CBp的结构度低，灰分质量分数远大于炭黑N660，按照GB/T 3780.18—2017《炭黑 第18部分：在天然橡胶（NR）中的鉴定方法》，试验采用标准配方，分别使用CBp替代60%和100%炭黑N660进行研究。

标准配方胶料的物理性能见表3。

表3 标准配方胶料的物理性能

由表3可以看出，与未使用CBp替代炭黑N660胶料相比，使用CBp替代60%和100%炭黑N660胶料的邵尔A型硬度和300%定伸应力略有减小，密度、拉伸强度和撕裂强度相差不大，拉断伸长率较大，这与CBp中含有一定量SiO2，Al2O3等杂质有关。综上所述，CBp在NR中的补强效果较好，但因其粒径偏大，表面活性位点被灰分及碳质沉积物覆盖，活性较低，与炭黑N660的补强效果仍有差距[7-8]。

2.3 V带压缩层胶性能

V带压缩层胶的硫化特性见表4。

表4 V带压缩层胶的硫化特性

由表4可以看出，使用CBp替代60%和100%炭黑N660后，胶料的门尼粘度、FL，Fmax，Fmax－FL，t10和t90相差不大，门尼焦烧时间延长，说明加工安全性提高。

V带压缩层胶的物理性能见表5。

表5 V带压缩层胶的物理性能

由表5可以看出，使用CBp替代60%和100%炭黑N660后，硫化胶的邵尔A型硬度、拉伸强度、拉断伸长率以及耐老化性能变化不大。

综上可知，使用CBp完全替代炭黑N660对V带压缩层胶的影响不大。

2.4 成本分析

根据当前CBp和炭黑N660市场价格计算，使用CBp替代全部炭黑N660后，每千克混炼胶成本可减小0.184元。中型V带工厂按照日产量5 t计算，年节约成本约为28.7万元，可产生较大的经济效益。

3 结论

（1）CBp的理化性能与炭黑N660相当。

（2）使用CBp替代全部炭黑N660，V带压缩层胶的硫化特性、物理性能和耐老化性能与未使用CBp替代炭黑N660的胶料相当，满足V带压缩层胶的技术要求。

（3）CBp可替代部分或全部炭黑N660用于V带压缩层胶中，降低生产成本，具有一定的经济效益。