YF503炭黑的研制及其在橡膠密封條中的應(yīng)用

李龍輝，賀 俊，樊麗丹，高文麗

（云南云維飛虎化工有限公司，云南 沾益 655338）

炭黑是橡膠的重要補(bǔ)強(qiáng)劑，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)的炭黑產(chǎn)能也在快速增長(zhǎng)。2017年我國(guó)炭黑表觀消費(fèi)量為457.84萬(wàn)t，而總生產(chǎn)能力已達(dá)到732萬(wàn)t，產(chǎn)能過(guò)剩274.16萬(wàn)t，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。受經(jīng)濟(jì)低迷的影響，特別是輪胎出口頻繁遭國(guó)外反傾銷、反補(bǔ)貼調(diào)查，使得原來(lái)出口比例高達(dá)40%的輪胎行業(yè)受到重創(chuàng)，炭黑的產(chǎn)銷量急劇下降。目前炭黑總產(chǎn)量的80%以上用于輪胎工業(yè)，10%左右用于塑料和涂料，另有10%左右用于橡膠制品領(lǐng)域。近幾年，隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，橡膠制品的炭黑用量呈快速上升趨勢(shì)，這引起了炭黑生產(chǎn)企業(yè)的重視。針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)外大型炭黑企業(yè)競(jìng)相開發(fā)非輪胎用炭黑。但由于歷史原因，炭黑的生產(chǎn)技術(shù)基本是根據(jù)輪胎行業(yè)要求開發(fā)的，且受資金、裝備、人才、技術(shù)和市場(chǎng)等因素影響，導(dǎo)致橡膠制品用炭黑成本較高和性能難以完全滿足要求，研發(fā)橡膠制品的專用炭黑勢(shì)在必行[1-2]。

針對(duì)以上情況，我公司對(duì)橡膠制品用炭黑市場(chǎng)進(jìn)行了考察，結(jié)合現(xiàn)有裝置，通過(guò)對(duì)反應(yīng)爐、油槍、微米粉碎機(jī)、磁選機(jī)、輸送螺旋和包裝機(jī)的改造，對(duì)工藝的調(diào)整，對(duì)原料油的優(yōu)選，成功研制出橡膠密封條專用YF503炭黑。

1 橡膠密封條用炭黑的要求

正確分析橡膠密封條的應(yīng)用要求是生產(chǎn)其適用炭黑的基礎(chǔ)。橡膠密封條主要用于汽車、飛機(jī)、集裝箱、路橋和建筑門窗等，用于防止灰塵、水和氣體進(jìn)入系統(tǒng)。橡膠密封條用炭黑與輪胎用炭黑的主要區(qū)別如下。

（1）適應(yīng)不同的硫化體系。輪胎多采用間歇式高溫蒸汽硫化，而橡膠密封條多采用連續(xù)自動(dòng)高溫空氣硫化，因此輪胎膠料與密封條膠料的硫化體系不同，密封條專用炭黑必須滿足其膠料的硫化要求。

（2）應(yīng)用性能要求不同。輪胎用炭黑主要滿足膠料的強(qiáng)度性能、耐磨性能、滾動(dòng)阻力和生熱性能要求；橡膠密封條用炭黑則要求滿足膠料優(yōu)異的耐候性能（高低溫性能）、適宜的伸長(zhǎng)率、較小的壓縮永久變形、良好的加工性能及外觀（光潔、無(wú)瑕疵）要求[3]。

2 YF503炭黑的質(zhì)量指標(biāo)

根據(jù)橡膠密封條用炭黑的要求，制定橡膠密封條專用YF503炭黑的質(zhì)量指標(biāo)：雜質(zhì) 無(wú)，吸碘值 （42±5） g·kg-1，DBP吸收值 （121±5）×10-5m3·kg-1，加熱減量 ≤1.0%，45 μm篩余物含量 ≤100 mg·kg-1，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≤0.005，揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≤0.02，細(xì)粉質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≤0.10，粒子強(qiáng)度 ≤30 cN。

3 YF503炭黑的研制

YF503炭黑主要用于橡膠密封條膠料，其基本特點(diǎn)主要為易分散、對(duì)應(yīng)的膠料擠出半成品光潔、變形小和純凈度高。從目前橡膠密封條用炭黑品種看，其初步具備適用的特征，但仍存在比表面積偏大、純凈度較低和造粒不夠等缺點(diǎn)。在這種情況下，我公司對(duì)現(xiàn)適用于橡膠密封條的炭黑生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，以適用于YF503炭黑生產(chǎn)。

3.1 生產(chǎn)工藝流程改進(jìn)

改進(jìn)后的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 改進(jìn)后的生產(chǎn)工藝流程

改進(jìn)工藝流程如下。

（1）采用多級(jí)燃燒及單點(diǎn)噴油等技術(shù)，使原料油裂解充分、均勻，形成粒徑分布均勻、表面光滑的炭黑粒子，同時(shí)炭黑聚集體發(fā)育完整。

（2）在核心設(shè)備反應(yīng)爐的中段加入2—3次氧化劑，以確保炭黑的篩余物含量滿足設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品達(dá)到環(huán)保、超純的目標(biāo)。

（3）在核心設(shè)備反應(yīng)爐的后端迅速終止反應(yīng)，以進(jìn)一步保證所生產(chǎn)的炭黑粒徑分布均勻，粒子表面光滑，炭黑聚集體發(fā)育完整。

（4）采用特殊的霧化介質(zhì)，加大霧化介質(zhì)壓力和流量，以達(dá)到原料油充分霧化、分散，有利于炭黑粒子表面光滑，控制產(chǎn)品比表面積。

（5）在造粒工序，選取食品級(jí)（超純）添加劑代替原有添加劑，以利于產(chǎn)品篩余物含量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（6）嚴(yán)格規(guī)定造粒水和添加劑的配比，以使造粒后的炭黑粒子分布均勻、細(xì)粉含量小、粒子強(qiáng)度適中，達(dá)到既方便貯存、運(yùn)輸，分散性又好的目的。

3.2 原材料控制

原料油中含有的雜質(zhì)、游離炭、灰分、焦質(zhì)和瀝青質(zhì)等都不利于高純凈炭黑的生產(chǎn)，因此優(yōu)選原料油極為重要。經(jīng)過(guò)多次的對(duì)比試驗(yàn)可知，以制焦公司的煤焦油（經(jīng)脫水脫渣處理）與我公司自產(chǎn)的蒽油合理配合，可獲得比較理想的原料油。

其次，炭黑生產(chǎn)中的入爐物料水、空氣、添加劑和粘結(jié)劑等中的雜質(zhì)也是導(dǎo)致炭黑純凈度下降的重要因素，必須嚴(yán)格控制?？刂拼胧椋合到y(tǒng)用水全部采用去離子水，入爐空氣全部經(jīng)過(guò)超細(xì)過(guò)濾裝置除雜，添加劑和粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)預(yù)溶解、沉降、過(guò)濾后再使用。

3.3 生產(chǎn)裝置改進(jìn)

為保證所生產(chǎn)的橡膠密封條專用YF503炭黑質(zhì)量，公司對(duì)生產(chǎn)線上的部分設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。

（1）設(shè)計(jì)了獨(dú)創(chuàng)的原料油槍及其定位裝置，使油槍定位精準(zhǔn)、原料油霧化均勻和燃料燃燒完全。

（2）在造粒工序，嚴(yán)格控制造粒機(jī)攪齒間隙，使造粒光滑和粒度均勻。

（3）與炭黑接觸的設(shè)備和管道全部選用奧氏體不銹鋼，而在生產(chǎn)精制工序，采用多級(jí)超強(qiáng)磁場(chǎng)精選設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多級(jí)精選，以確保產(chǎn)品中的鐵含量達(dá)到要求。

（4）為保證產(chǎn)品包裝要求，對(duì)現(xiàn)有的大、小包裝機(jī)進(jìn)行更換，以確保包裝質(zhì)量。

（5）對(duì)一、二級(jí)提升機(jī)頂部進(jìn)行改造，將原產(chǎn)品輸送螺旋改為溜槽，同時(shí)增加手動(dòng)三通閥，避開產(chǎn)品分配螺旋，降低產(chǎn)品在輸送過(guò)程中的破碎程度。

3.4 強(qiáng)化過(guò)程控制

為保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，從工藝控制和質(zhì)檢兩方面采取相應(yīng)措施，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（1）引進(jìn)較為科學(xué)的工藝過(guò)程控制指數(shù)分析方法，定量判定過(guò)程工藝參數(shù)控制的穩(wěn)定性，并制定考核指標(biāo)。

（2）從理論上確定準(zhǔn)確的一次燃燒率、總?cè)紵?、二次燃燒率、燃燒溫度、風(fēng)氣比和風(fēng)油比等關(guān)鍵工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制生產(chǎn)。

（3）編制安全技術(shù)操作規(guī)程，精心操作。

（4）確定產(chǎn)品檢測(cè)方法及檢測(cè)頻率，實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4 產(chǎn)品質(zhì)量

橡膠密封條專用YF503炭黑的質(zhì)檢結(jié)果如表1所示。由表1可知，YF503炭黑質(zhì)量基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表1 YF503炭黑的質(zhì)檢結(jié)果

5 YF503炭黑的應(yīng)用

5.1 在 三元乙丙橡膠（EPDM）和丁腈橡膠（NBR）中的應(yīng)用

橡膠密封條專用YF503炭黑與國(guó)外同類產(chǎn)品在EPDM和NBR中的應(yīng)用性能對(duì)比分別見(jiàn)表2和3。由表2和3可知，YF503炭黑的EPDM和NBR膠料性能已到達(dá)或超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品的膠料性能。

表2 YF503炭黑與國(guó)外同類產(chǎn)品在EPDM中的應(yīng)用性能對(duì)比

5.2 在橡膠密封條膠料中的試用

橡膠密封條專用YF503炭黑已投放到橡膠密封條生產(chǎn)企業(yè)試用，所制備的密封條膠料粘度小、流動(dòng)性好，密封條表面光滑、無(wú)氣泡、無(wú)麻點(diǎn)，YF503炭黑完全可以取代國(guó)外同類產(chǎn)品用于橡膠密封條膠料。

表3 YF503炭黑與國(guó)外同類產(chǎn)品在NBR中的應(yīng)用性能對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

橡膠密封條專用YF503炭黑的研制是在我公司現(xiàn)有炭黑生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)設(shè)備和工藝的改進(jìn)、原料油的優(yōu)選而達(dá)到預(yù)期的目的。YF503炭黑產(chǎn)品已批量投放市場(chǎng)，客戶的試用情況以及反饋意見(jiàn)表明，YF503炭黑完全可以取代國(guó)外同類產(chǎn)品，專用于橡膠密封條生產(chǎn)。