水洗顆粒煙膠混合橡膠的干燥工藝條件優(yōu)化

趙建林，雍占福

（1.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2.湖南際華財(cái)盛新材料科技有限公司，湖南 長沙 410005）

水洗顆粒煙膠混合橡膠是近年來新開發(fā)的一種天然橡膠產(chǎn)品，其主要針對(duì)下游客戶對(duì)高性能子午線輪胎要求而開發(fā)，將市場(chǎng)上傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的越南和緬甸小煙膠片通過水洗、縐片、造粒及干燥，包裝成35 kg的標(biāo)準(zhǔn)塊狀橡膠。其雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.08%，塑性初值（P0）≥35，塑性保持率（PRI）≥70，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為75～85；其品質(zhì)比傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的越南小煙膠片和緬甸小煙膠片更穩(wěn)定，有效改善了傳統(tǒng)小煙膠片雜質(zhì)多、門尼粘度波動(dòng)大、有夾生的質(zhì)量缺陷，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)塊狀托盤包裝，方便儲(chǔ)運(yùn)和使用，深受用戶青睞。

評(píng)價(jià)天然橡膠性能的常規(guī)指標(biāo)為P0、PRI和門尼粘度，深入研究時(shí)測(cè)定重均相對(duì)分子質(zhì)量或數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量。P0和PRI是天然橡膠及其混合橡膠的重要分級(jí)指標(biāo)。P0是表征天然橡膠相對(duì)分子質(zhì)量和可塑性程度的指數(shù)，可為橡膠制品加工工藝條件提供參考，當(dāng)P0大于30時(shí)，天然橡膠的一般認(rèn)為，PRI表征天然橡膠的耐熱老化性能，PRI高，說明天然橡膠的抗氧化斷鏈性能好，PRI與硫化膠的耐老化性能、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、回彈值、壓縮疲勞生熱以及壓縮疲勞變形等性能有良好的相關(guān)性。P0和PRI越高，說明天然橡膠的性能越好[1-3]。因此高性能橡膠制品希望使用P0和PRI高的天然橡膠。

門尼粘度可以表征天然橡膠的加工性能、相對(duì)分子質(zhì)量及其分布。門尼粘度較高時(shí)，天然橡膠的相對(duì)分子質(zhì)量大且分布寬，不易混煉和擠出；門尼粘度較低時(shí)，天然橡膠的相對(duì)分子質(zhì)量小且分布窄，加工易粘輥[4]。根據(jù)下游用戶的經(jīng)驗(yàn)和要求，天然橡膠門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為75～85時(shí)加工性能較適宜。

本工作介紹水洗顆粒煙膠混合橡膠的干燥工藝條件的優(yōu)化，為制備P0和PRI高的高性能天然橡膠提供參考。

1 水洗顆粒煙膠混合橡膠的干燥工藝分析

1.1 干燥工藝布局

水洗顆粒煙膠混合橡膠的干燥工藝布局見圖1。

圖1 水洗顆粒煙膠混合橡膠的干燥工藝布局

采用自制的連續(xù)顆粒橡膠烘干爐，分4段32個(gè)車位。每個(gè)車位有28個(gè)小格（兩小格橡膠質(zhì)量約為35 kg），每車橡膠質(zhì)量約為490 kg，干燥房外層用耐火磚砌墻并加石棉保溫層，長度為50.75 m，高度為1.55 m，寬度為5.4 m；內(nèi)部有效工作長度為46.4 m，共32個(gè)車位，最后兩個(gè)車位為冷卻間。第1段為橡膠表面抽濕階段；第2段為高溫烘烤階段；第3段為低溫烘烤階段；第4段為抽冷階段（兩個(gè)車位）。

1.2 原干燥工藝方案存在的問題

因天然橡膠無固定熔點(diǎn)，加熱后會(huì)慢慢軟化，到130～140 ℃時(shí)就會(huì)完全軟化直至熔融[5]。原干燥工藝高溫段溫度設(shè)定為128 ℃，低溫段溫度為120 ℃，步進(jìn)干燥時(shí)間為120 s。

按原干燥工藝條件干燥后，膠塊表面發(fā)粘，容易粘在膠車上。偶爾有膠塊內(nèi)部的水汽集聚現(xiàn)象，導(dǎo)致膠塊局部發(fā)白。天然橡膠的P0、PRI和門尼粘度均偏低，P0為35～40，PRI為70～78，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為73～78（標(biāo)準(zhǔn)要求下限值為73）。步進(jìn)干燥時(shí)間不合理，與生產(chǎn)線整體生產(chǎn)節(jié)拍不匹配，水洗縐片工序（簡稱水線）生產(chǎn)能力跟不上干燥爐的干燥能力，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)干燥爐空車待料等情況。

2 干燥工藝優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

根據(jù)工廠運(yùn)行實(shí)踐，水線的生產(chǎn)速度為9.5～10 t·h-1，干燥爐的步進(jìn)干燥時(shí)間調(diào)整為140～180 s，與水線生產(chǎn)節(jié)拍匹配，干燥線整體速度穩(wěn)定。

步進(jìn)干燥時(shí)間為前進(jìn)1次（即1個(gè)車位）的間隔時(shí)間。前后動(dòng)作時(shí)間為30 s，步進(jìn)干燥時(shí)間若為150 s，則總時(shí)間為180 s，即3 min出1車膠，每小時(shí)可出20車膠，此產(chǎn)能與水線生產(chǎn)速度比較接近。不同步進(jìn)干燥時(shí)間對(duì)應(yīng)的出車量和干燥線產(chǎn)量見表1。

表1 不同步進(jìn)干燥時(shí)間對(duì)應(yīng)的出車量和干燥線產(chǎn)量

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，干燥溫度高于128 ℃時(shí)，橡膠容易出現(xiàn)發(fā)粘情況；干燥溫度低于120 ℃時(shí)，橡膠內(nèi)部水汽聚集嚴(yán)重，容易出現(xiàn)夾生情況且生產(chǎn)效率較低。

本工作結(jié)合水線造粒的產(chǎn)能，設(shè)計(jì)干燥工藝優(yōu)化方案，見表2，其中1#方案為原干燥工藝方案。

表2 干燥工藝優(yōu)化方案

3 結(jié)果與討論

3.1 P0

優(yōu)化方案連續(xù)10車天然橡膠的P0測(cè)試結(jié)果見表3。

從表3可以看出，高溫段溫度從128 ℃降低到126 ℃后，天然橡膠P0明顯提高，但是繼續(xù)降低至124 ℃后，P0變化不明顯。

表3 優(yōu)化方案連續(xù)10車天然橡膠的P0測(cè)試結(jié)果

3.2 PRI

優(yōu)化方案連續(xù)10車天然橡膠的PRI測(cè)試結(jié)果表4。

表4 優(yōu)化方案連續(xù)10車天然橡膠的PRI測(cè)試結(jié)果

從表4可以看出，高溫段溫度從128 ℃降低到126 ℃后，天然橡膠PRI明顯提高，但是溫度繼續(xù)降低至124 ℃，PRI變化不明顯。此外，當(dāng)高溫段溫度相同，低溫段溫度相差2 ℃時(shí)，PRI變化非常小。

3.3 門尼粘度

優(yōu)化方案連續(xù)10車天然橡膠的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]測(cè)試結(jié)果見表5。

從表5可以看出：高溫段溫度從128 ℃降低到126 ℃后，天然橡膠門尼粘度略有提高，與P0變化趨勢(shì)一致；但整體變化不大，1#和2#方案天然橡膠的門尼粘度最低值分別為73和74，接近標(biāo)準(zhǔn)要求下限，有質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

表5 優(yōu)化方案連續(xù)10車天然橡膠的門尼粘度測(cè)試結(jié)果

從表3—5可以看出：高溫段溫度降低2 ℃，步進(jìn)干燥時(shí)間延長30 s后，3#和4#方案天然橡膠的性能都較為理想，但4#方案的低溫段溫度低2 ℃，更節(jié)能；雖然5#和6#方案天然橡膠各指標(biāo)數(shù)值更高，但是步進(jìn)干燥時(shí)間需在原干燥工藝的基礎(chǔ)上延長60 s，對(duì)生產(chǎn)效率影響較大，且不能及時(shí)對(duì)水線造粒的橡膠進(jìn)行處理。綜上所述，本工作干燥工藝優(yōu)化方案選擇4#方案。

3.4 膠塊內(nèi)部水汽集聚現(xiàn)象

按照原干燥工藝方案（1#方案）和優(yōu)化方案（4#方案）各連續(xù)生產(chǎn)32車橡膠，并隨機(jī)切開膠塊進(jìn)行內(nèi)部抽檢。每車隨機(jī)抽檢2塊，每個(gè)方案各抽檢64塊。

結(jié)果表明，1#方案天然橡膠發(fā)現(xiàn)有3塊膠中有水汽集聚和發(fā)白夾生現(xiàn)象（見圖2），4#方案天然橡膠沒有該現(xiàn)象。表明1#方案制備的橡膠有較大的質(zhì)量隱患，而4#方案制備的橡膠品質(zhì)更有保證。

圖2 1#方案膠塊夾生現(xiàn)象

4 結(jié)論

與原干燥工藝方案相比，采用優(yōu)化后的干燥工藝方案（高溫段溫度為126 ℃，低溫段溫度為116℃，步進(jìn)干燥時(shí)間為150 s）制備的天然橡膠P0和PRI均提高且更穩(wěn)定，門尼粘度略有提高，波動(dòng)??；膠塊干燥比較徹底，內(nèi)部沒有水汽聚集和局部發(fā)白的現(xiàn)象，與水線造粒工序的產(chǎn)能匹配更好，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率較高。