濕法混煉橡膠新材料工藝技術(shù)優(yōu)勢與研究進(jìn)程

王寧

摘 要：在橡膠生產(chǎn)中，混煉是一道重要工序，主要是均勻混合生膠和其他原料，用來制作混凝膠。文章簡述了濕法混煉橡膠新材料工藝技術(shù)要點(diǎn)，分析了其技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，進(jìn)一步總結(jié)了當(dāng)前濕法混煉橡膠新材料工藝的研究成果與發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：濕法混煉橡膠;新材料;工藝技術(shù);優(yōu)勢;研究進(jìn)程

橡膠加工生產(chǎn)中，混煉作為最基本、最重要的加工工藝，其操作中需在生膠中將各種配合劑均勻分散，以獲得良好力學(xué)性能，保證膠料組成、性能一致。在橡膠加工生產(chǎn)中，要求混煉工藝效率高、能耗低。當(dāng)前在技術(shù)發(fā)展下，濕法混煉技術(shù)大力發(fā)展，其實(shí)際應(yīng)用中成效良好，在我國應(yīng)用發(fā)展較快。當(dāng)前對濕法混煉原理和填料表面改性等方面進(jìn)行了大力研究，有效提升了產(chǎn)品性能，且自動化程度有所提升，有效滿足了當(dāng)前橡膠生產(chǎn)需求。

1 濕法混煉橡膠新材料工藝技術(shù)概述

在白炭黑濕法混煉工藝技術(shù)應(yīng)用中，實(shí)際操作時(shí)需將加工的白炭黑和炭黑填料制作為水分散體，以液態(tài)形式混合橡膠乳膠，在經(jīng)過加工后生產(chǎn)含出橡膠混凝叫。制備白炭黑散體中，需均勻分散誰、白炭黑和處理機(jī)，以形成懸浮物。實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，要保證濕法混煉技術(shù)發(fā)揮出良好的補(bǔ)強(qiáng)和分散效果，需要具備幾項(xiàng)基本條件，一是在處理白炭黑后，要保證其具備一定親橡膠烴、親水性能，使其有效的沉降效果，乳膠粒子與白炭黑粒子共沉，均勻分布在膠料中。第二，使用生物酶制劑分解乳膠中蛋白質(zhì)，可以形成分子物能夠溶于水，此情況下需要確保白炭黑補(bǔ)強(qiáng)機(jī)活性基礎(chǔ)上，使其能夠與橡膠烴作用，從而形成大的作用面積。三是將白炭黑分散體加入乳膠后，提升整個(gè)體系的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性，在絮凝不會立刻產(chǎn)生的情況下實(shí)現(xiàn)充足攪拌混合，充分混合乳膠粒子和白炭黑粒子，且分散均勻。第四，共沉中需控制好材料填充比例，在填充料方面避免白炭黑流失而導(dǎo)致共沉膠產(chǎn)品出現(xiàn)波動[1]。

2 濕法混煉橡膠新材料工藝技術(shù)優(yōu)勢

2.1 綠色工藝，節(jié)能環(huán)保

相比于傳統(tǒng)干法混煉技術(shù)，濕法混煉技術(shù)在連續(xù)混煉下其程序簡化，減少了設(shè)備、人力和資源等方面投入，煉制成本得以有效降低，可以再利用水資源和廢舊物資，有利于保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益。與干法混煉相比，濕法混煉的能耗可以降低30%左右，我國每年對橡膠需求量極大，應(yīng)用濕法混煉技術(shù)可以獲得顯著節(jié)能成效。

2.2 滿足綠色輪胎大量添加白炭黑需要

綠色輪胎的開發(fā)是輪胎工業(yè)的一次重要革命，這種輪胎中需要填充大量白炭黑，降低輪胎滾動阻力是其主要技術(shù)指標(biāo)，在汽車中應(yīng)用可以節(jié)油、降排目標(biāo)。相關(guān)研究證明，全球二氧化碳排放中道路交通占比較大，而其中約有24%與輪胎有關(guān)，且輪胎還影響著汽車燃油油耗。汽車使用綠色輪胎可以節(jié)省燃油和二氧化碳排放，提高實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)在汽車行駛中，也可減少輪胎磨損，保證其實(shí)際使用性能。綠色輪胎使用與白炭黑使用相關(guān)，要達(dá)到綠色輪胎的標(biāo)準(zhǔn)，需添加大量的白炭黑，而白炭黑粒子細(xì)、容易飛揚(yáng)和團(tuán)聚，橡膠生產(chǎn)中難以通過普通混煉方法將打開白炭黑添加進(jìn)去，無論是技術(shù)還是成本方面都存在阻礙。而采用濕法混煉技術(shù)下，可以在液態(tài)條件下載輪胎中添加大量白炭黑，為制造綠色輪胎創(chuàng)造了條件。這樣一來可以降低輪胎滾動阻力，提升其節(jié)油效果，輪胎生熱下降的過程中其耐久性和高速型提高，對于行業(yè)持續(xù)發(fā)展有著積極意義。

2.3 提高白炭黑分散度，改善膠料性能

橡膠生產(chǎn)加工中，使用濕法混煉新材料技術(shù)，與普通干法比起炭黑分散度更高，且這種濕法橡膠未經(jīng)塑煉分子量高，也有效促進(jìn)了膠料物理機(jī)械性能的提升。首先是拉伸強(qiáng)度，比干法可提高約20%，滿足輪胎的需求。其次就是提高了彈性、降低了生熱，同時(shí)耐撕裂性能和耐切割性能得到提升。實(shí)際使用中，實(shí)際里程磨耗型好，單耗得以提升。最后就是門尼粘度得以降低，使得膠料加工性能得以改善。同時(shí)。濕法混煉技術(shù)下，有助于我國橡膠生產(chǎn)自動化水平的提高。

3 濕法混煉橡膠新材料工藝技術(shù)研究進(jìn)程

濕法混煉技術(shù)在橡膠生產(chǎn)中有著諸多應(yīng)用優(yōu)勢，日常生產(chǎn)過程好，為實(shí)現(xiàn)智能化和自動化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率，我國橡膠生產(chǎn)開發(fā)了相關(guān)應(yīng)用技術(shù)，即用過化學(xué)和物理手段，制造白炭黑為親水親油的水分散體，在特制得混合器中充分混合改性乳膠，絮凝工段使用新型無酸工藝，可以有效降低生產(chǎn)中廢水排放量和生產(chǎn)用水。采用新熱風(fēng)干燥技術(shù)，以擠壓方式脫水、干燥和造粒，可以節(jié)省烘干時(shí)間。同時(shí)，生產(chǎn)線自動化技術(shù)的應(yīng)用。使得稱量、壓塊和包裝等工作自動完成。這些技術(shù)的應(yīng)用帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，減少了三廢排放量，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

3.1 炭黑和乳膠混煉

炭黑的應(yīng)用可以使橡膠基體的性能得以提升，包括其拉伸強(qiáng)度、耐磨性和抗撕裂性，且可以使橡膠加工性能提升，在輪胎工業(yè)廣泛作為補(bǔ)強(qiáng)填料使用。但炭黑的原生粒徑小、比表面積大、易團(tuán)聚等特點(diǎn)下，導(dǎo)致其在聚合物基體中難以均勻分散，不利于其補(bǔ)強(qiáng)效果的發(fā)揮。

為爆炸在乳膠中炭黑能夠有效分散，實(shí)現(xiàn)與乳膠分子的良好結(jié)合，在相關(guān)研究中使用苯乙烯磺酸鈉改性炭黑表面包覆，字水溶液中改性炭黑的分散穩(wěn)定性好，且可以很好地結(jié)合天然橡膠。在分析混煉的硫化膠力學(xué)性能中，發(fā)現(xiàn)其撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率都有所提升。在使用硫酸銨改性炭黑的實(shí)驗(yàn)中，證明可以提高炭黑親水性，經(jīng)過改性后，巖黑粒徑小，且可以更有效結(jié)合橡膠界面，其在乳膠中分散性強(qiáng)。相比于干法混煉，濕法混煉制備的炭黑復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度等性能大大提升。利用原位球摩法改性，并加入修飾劑可以使炭黑在水體中具有良好的分散性和穩(wěn)定性。修飾劑靜電作用和π-π共軛作用下，改性炭黑順利結(jié)合乳膠界面，材料力學(xué)性能得以改善。

當(dāng)前濕法混煉技術(shù)大力發(fā)展，為滿足大批量生產(chǎn)需求，需繼續(xù)加深對相關(guān)工藝條件的研究，通過實(shí)驗(yàn)篩選炭黑濕法混煉工藝參數(shù)和技術(shù)條件，確定最佳炭黑用來和凝聚劑等，以獲得質(zhì)量優(yōu)良的硫化膠。炭黑生產(chǎn)中使用連續(xù)濕法混煉工藝，可以快速將乳膠和炭黑凝固干燥，填料與橡膠間良好作用，避免降解聚合物。雖然在濕法混煉中，炭黑的性能優(yōu)良，但在進(jìn)一步發(fā)展中還需解決工藝條件篩選、炭黑分散等問題。

3.2 白炭黑混煉

與炭黑填充相比，使用白炭黑填充制作的輪胎其滾動阻力小、膠料滯后損失地、抗?jié)窨够芰?qiáng)，可以達(dá)到綠色輪胎的標(biāo)準(zhǔn)。通過濕法混煉，白炭黑可以在水中分散，從而與乳膠充分融合。與干法混煉相比，其污染和能耗低，而實(shí)際效果好。濕法混煉技術(shù)解決了白炭黑和橡膠件難以相互作用的問題，為綠色輪胎生產(chǎn)提供率了技術(shù)條件。

當(dāng)前白炭黑濕法混煉技術(shù)主要由乳液共沉法、乳液共凝法和溶膠--凝膠法，當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的是較為簡單的乳液共沉法，加工中使用分散劑和防沉劑等可以使白炭黑均勻分布在水介質(zhì)中，通過機(jī)械力可以融合乳膠。乳液絮凝法與共沉法不同的是在乳液狀態(tài)下可以使用白炭黑，省去了干燥工序，且有效提升了性能。溶膠--凝膠法主要分為兩個(gè)步驟，首先需在橡膠基體中注入前驅(qū)體，其次就是進(jìn)行水解反應(yīng)、縮合反應(yīng)生產(chǎn)白炭黑粒子，此方法下可以獲得分布均勻、性能優(yōu)良的白炭黑。

3.3 石墨烯混煉

以濕法混煉技術(shù)在橡膠中添加石墨烯，可以使兩者的結(jié)合性得以改善，且不需要有機(jī)溶劑的添加，對環(huán)境破壞小，利于實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。乳液共沉法制作的復(fù)合材料具有更佳的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，以機(jī)械混合法制作材料性能差無法形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在相關(guān)研究中顯示，可以使用石墨烯圍繞粒子產(chǎn)生隔離網(wǎng)，在機(jī)械混合下破壞時(shí)候模型網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而得到石墨烯均勻分布橡膠材料。

此外，我國濕法混煉發(fā)展中，也突破了一些其他的填充物，比如高嶺土和稀土等，比如稀土和高嶺土摻雜界面穩(wěn)定，均勻分布于NR基體，可以使用填充硫來改善橡膠拉伸強(qiáng)度等。

4 結(jié)束語

當(dāng)前我國濕法混煉橡膠新材料工藝技術(shù)獲得很大突破，在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢和使用價(jià)值。在未來應(yīng)用中，需進(jìn)一步做好相關(guān)研究工作，開發(fā)自動生產(chǎn)線技術(shù)、濕法混煉連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)等，提升橡膠生產(chǎn)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紅江.濕法混煉橡膠新材料工藝技術(shù)優(yōu)勢與研究進(jìn)程[J].當(dāng)代化工研究，2020，（1）：119-120.