濕法混煉橡膠新材料工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)與研究進(jìn)程

孫魯光 丁利虎 陳新中

山東耐斯特炭黑有限公司 山東東營(yíng) 257506

濕法混煉是現(xiàn)階段橡膠生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不可缺少的重要生產(chǎn)方法，炭黑、白炭黑濕法混煉中的重要材料，結(jié)合液態(tài)融合、脫水等工藝實(shí)現(xiàn)綜合性能更佳的橡膠制品的生產(chǎn)。濕法混煉技術(shù)在國(guó)外得到了有效運(yùn)用，隨著生產(chǎn)要求地不斷提升，我國(guó)相關(guān)行業(yè)也對(duì)該技術(shù)的研究與運(yùn)用加大了力度，在理論及實(shí)踐運(yùn)用上都證明了濕法混煉技術(shù)的優(yōu)勢(shì)價(jià)值。在新的社會(huì)發(fā)展階段，加強(qiáng)對(duì)濕法混煉技術(shù)的研究與運(yùn)用，將有效促進(jìn)我國(guó)相關(guān)行業(yè)及產(chǎn)品生產(chǎn)水平的提升。

1 濕法混煉技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)分析

1.1 濕法混煉技術(shù)概述

混煉環(huán)節(jié)作為橡膠生產(chǎn)加工過程中的重要環(huán)節(jié)之一，良好的混煉法能夠提高各種材料及配合劑混合的均勻性，是保障橡膠產(chǎn)品生產(chǎn)過程中原料良好性能的重要因素。混煉方法及技術(shù)工藝的選擇使用，在很大程度上影響著橡膠制品生產(chǎn)的最終性能，同時(shí)還影響著混煉工序所消耗的能源量，優(yōu)秀的混煉技術(shù)應(yīng)該在保障橡膠制品質(zhì)量與性能的同時(shí)，更大限度地降低能源消耗量。傳統(tǒng)干法混煉技術(shù)不論是在性能保障方面，還是在能源節(jié)約方面都具有較大缺陷，無法適應(yīng)新的社會(huì)環(huán)境下橡膠產(chǎn)品生產(chǎn)的多樣化需求[1]。因此，加強(qiáng)對(duì)濕法混煉技術(shù)的分析與運(yùn)用，是創(chuàng)新、優(yōu)化傳統(tǒng)混煉工藝的重要舉措，對(duì)于提高生產(chǎn)環(huán)保性、優(yōu)化性能至關(guān)重要。濕法混煉技術(shù)的運(yùn)用過程中，需要將白炭黑、炭黑等原料加工成為液態(tài)形式，再與膠乳等原料充分融合，在此基礎(chǔ)上結(jié)合相應(yīng)技術(shù)完成橡膠混煉膠地生產(chǎn)。在實(shí)際運(yùn)用過程中，要想保障濕法混煉技術(shù)的補(bǔ)強(qiáng)效果與分散效果，首先需要確保白炭黑具有親水性與親橡膠性，同時(shí)需要確保沉降性低；其次，需要合理運(yùn)用到生物酶制劑，以完成對(duì)蛋白質(zhì)地分解；最后需要確保白炭黑加入之后具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。最為關(guān)鍵的是還可以在白炭黑分體中融入到膠乳中，確保整個(gè)體系達(dá)到機(jī)械化和化學(xué)穩(wěn)定效果。而乳膠體系無法立即產(chǎn)生絮凝，則需要保留足夠的攪拌混合時(shí)間，促使膠乳顆粒與白炭黑粒在機(jī)械輔助下，發(fā)揮出充分的攪拌作用，使其分散均勻和混合。另外，在共沉過程中為了更好的確保填充比例的準(zhǔn)確性，而避免因融入白炭黑所導(dǎo)致共沉膠產(chǎn)品填充量發(fā)生波動(dòng)問題，穩(wěn)定性受到一定的影響。

1.2 濕法混煉工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)分析

首先，濕法混煉工藝技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保的突出優(yōu)勢(shì)。相較于干性混煉，濕法混煉做到了混煉的不間斷性，同時(shí)對(duì)混煉的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化，從而從設(shè)備、能源、人力等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了成本控制的目的，既節(jié)約了企業(yè)成本，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)水資源及其他可再利用資源的節(jié)約與循環(huán)運(yùn)用，在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)等各方面體現(xiàn)出更優(yōu)秀的綜合效益。結(jié)合相關(guān)協(xié)會(huì)的報(bào)告可知，濕法混煉技術(shù)相較于干法混煉技術(shù)，能源消耗量節(jié)約了百分之三十之多，這進(jìn)一步佐證了濕法混煉技術(shù)在節(jié)能環(huán)保上的突出優(yōu)點(diǎn)。

其次，濕法混煉技術(shù)對(duì)白炭黑的大量運(yùn)用，提高了橡膠制品的綠色環(huán)保價(jià)值。濕法混煉工藝技術(shù)地運(yùn)用，提高了白炭黑的含量，一方面能夠在一定程度上降低輪胎在滾動(dòng)過程中的阻力，另一方面還能夠?qū)崿F(xiàn)汽車耗油量地節(jié)省，進(jìn)而有效控制二氧化碳的排放量。這不僅實(shí)現(xiàn)了綠色輪胎的進(jìn)一步發(fā)展，還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了混煉工藝綠色環(huán)保性及汽車尾氣環(huán)境污染問題緩解的雙重目的[2]。在白炭黑含量的增加方面，干法混煉技術(shù)的添加量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于濕法混煉工藝的添加量，這是濕法混煉工藝技術(shù)的又一優(yōu)點(diǎn)所在。

最后，濕法混煉技術(shù)的運(yùn)用還能夠有效優(yōu)化橡膠制品的綜合性能。根據(jù)我國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)，可以看出運(yùn)用濕法混煉技術(shù)生產(chǎn)的橡膠制品中所含的炭黑的分散性要比傳統(tǒng)的干法混煉技術(shù)所生產(chǎn)的橡膠制品的分散性高至少一個(gè)等級(jí)，同時(shí)，濕法混煉技術(shù)所生產(chǎn)的橡膠制品中沒有經(jīng)過塑煉的分子含量更高，所生產(chǎn)的橡膠制品的綜合性能得到了明顯優(yōu)化，特別是在拉伸強(qiáng)度、彈性、生熱、抗撕裂等性能方面的優(yōu)勢(shì)非常突出。

2 濕法混煉工藝技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

曾有學(xué)者指出，在大約二十年之前，德國(guó)某公司研發(fā)出了粉末橡膠的濕法混煉工藝技術(shù)。2001年初卡博特公司也相繼提出了連續(xù)液相混煉工藝生產(chǎn)天然橡膠和炭黑填料母煉膠技術(shù)，具體流程是將炭黑填料水漿在高壓形成射流之下融入到膠乳混合的凝聚反應(yīng)設(shè)備當(dāng)中，主要是通過彈性體和炭黑填料水漿進(jìn)行完美的融合，在出料端之前促使炭黑粒填料和彈性體聲線有效的凝聚、脫水，直到完全干燥后而得出CEC的材料，這種制作方法可以有效的促進(jìn)炭黑分散等級(jí)水平的顯著提升。從那之后，美國(guó)、法國(guó)、日本等其他國(guó)家也提出了一系列關(guān)于炭黑、白炭黑濕法混煉橡膠等多項(xiàng)專利技術(shù)，然而在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中都沒有進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。

近年來，隨著我國(guó)提出節(jié)能減排理念后，也對(duì)綠色輪胎事業(yè)的發(fā)展引起了高度重視，并將橡膠、白炭黑、炭黑濕法混煉共沉膠新材料的技術(shù)作為研究重點(diǎn)，并于2011年專門成立了關(guān)于輪胎工程技術(shù)研究中心組織，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究。當(dāng)前，株洲安寶麒鋒新材料公司在關(guān)于“濕法混煉工藝技術(shù)”方面已經(jīng)率先獲得了國(guó)家發(fā)明專利，產(chǎn)品在廣州華南輪胎公司、青島賽輪公司進(jìn)行了輪胎試制，同時(shí)聯(lián)合北京萬向新元科技開發(fā)公司和云南西雙版納曼莊橡膠有限公司構(gòu)建成了國(guó)內(nèi)首條濕法混煉橡膠產(chǎn)業(yè)化裝置，該裝置取得成功不僅是濕法混煉工藝技術(shù)的重大突破和成功，也對(duì)我國(guó)天然橡膠自動(dòng)化技術(shù)水平的顯著提升具有促進(jìn)作用。2014年八月份我國(guó)科技部在濕法混煉橡膠新技術(shù)國(guó)家科技支撐計(jì)劃方面已經(jīng)進(jìn)行了立項(xiàng)，也明確了項(xiàng)目發(fā)展目標(biāo)，將橡膠和天然橡膠進(jìn)行合成構(gòu)建起示范性生產(chǎn)線，無論是項(xiàng)目推廣方面、還是具體的實(shí)施都將提升我國(guó)輪胎工業(yè)發(fā)展水平。

3 濕法混煉技術(shù)的研究進(jìn)程分析

3.1 白炭黑的混煉研究進(jìn)程

相較于炭黑，運(yùn)用白炭黑對(duì)輪胎等橡膠制品進(jìn)行填充，能夠更有效地降低輪胎在滾動(dòng)過程中的阻力，能夠?qū)⒛z料滯后所帶來的損失進(jìn)一步降低，如果運(yùn)用于輪胎生產(chǎn)過程中，還能夠有效提高輪胎的防滑性能。由上文可知，白炭黑在橡膠制品中的大量添加，能夠提高橡膠制品的綠色環(huán)保性，在濕法混煉技術(shù)的影響下，白炭黑能夠在液體中有效分散，從而更充分地與乳膠等原料進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)了降低能源消耗與環(huán)境污染與提升橡膠產(chǎn)品性能的整合，可見，濕法混煉技術(shù)的運(yùn)用很好地改善了傳統(tǒng)混煉技術(shù)中所存在的橡膠與白炭黑之間無法有效產(chǎn)生作用的問題，提高了橡膠產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)水平[3]。總的來說，現(xiàn)階段白炭黑的濕法混煉技術(shù)主要有3種，一是乳液共沉法，二是乳液共凝法，三是溶膠-凝膠法。其中乳液共沉法在使用上的難度最低，因此也是現(xiàn)階段使用最為廣泛的一種技術(shù)手段，該方法是在運(yùn)用分散劑、防沉劑、偶聯(lián)劑的基礎(chǔ)上，促使白炭黑在液體中充分實(shí)現(xiàn)均勻分布，更有效地實(shí)現(xiàn)與乳膠的混合。乳液共凝法則是對(duì)乳液形式下的白炭黑的直接運(yùn)用，不采取干燥等任何其他措施，能夠更有效地保障性能水平地優(yōu)化。溶膠-凝膠法的運(yùn)用過程中，首先需要在橡膠基體中注入前驅(qū)體，在此基礎(chǔ)上完成水解反應(yīng)與縮合反應(yīng)，由此產(chǎn)生白炭黑粒子，從而提高白炭黑分布的均勻度，這種方法是最能保障性能的方法。

3.2 炭黑的混煉研究進(jìn)程

炭黑作為一種在橡膠混煉生產(chǎn)工序中最早使用的原料，關(guān)于它的混煉研究已經(jīng)得到了有效發(fā)展，就現(xiàn)階段而言，針對(duì)炭黑的混煉研究已經(jīng)完成了連續(xù)液態(tài)混煉技術(shù)地研究運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了將粒體炭黑融入填料液，通過采用高壓注入的方式將粒體炭黑注入乳膠凝聚器中，提高炭黑和乳膠的混合度，采用這種方法進(jìn)行混煉，能夠提高炭黑的分散度、耐磨性能以及抗切割能力。我國(guó)在炭黑混煉的研究上的進(jìn)程主要有三點(diǎn)：第一點(diǎn)是炭黑在液體中的分散效果得到了進(jìn)一步地優(yōu)化；第二點(diǎn)是連續(xù)脫水技術(shù)的結(jié)合使用完成了高炭黑的脫水處理；第三點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了一體化生產(chǎn)，通過運(yùn)用炭黑生產(chǎn)過程中存在的二氧化碳促使混煉完成絮凝[4]，將此過程中產(chǎn)生的熱量用于干燥脫水，實(shí)現(xiàn)了資源的再利用，對(duì)于節(jié)能減排目標(biāo)地實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

3.3 石墨烯的混煉研究進(jìn)程

濕法混煉技術(shù)能夠?qū)⑹┳⑷氲较鹉z里，通過運(yùn)用濕法混煉技術(shù)，能夠提高石墨烯與橡膠的融合效果，同時(shí)做到了不借助其他物質(zhì)、不額外添加其他有機(jī)溶劑，實(shí)現(xiàn)了工藝簡(jiǎn)化與成本節(jié)約。此外，在濕法混煉技術(shù)的支持下，石墨烯的運(yùn)用對(duì)環(huán)境的污染與破壞性得到緩解，是保障生產(chǎn)過程的環(huán)保價(jià)值的重要方式。在石墨烯的混煉過程中，結(jié)合乳液共沉法還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料導(dǎo)熱性與導(dǎo)電能力地提升[5]。如果結(jié)合機(jī)械混合法，材料可能存在整體性能較差的問題。從目前我國(guó)相關(guān)研究成果來看，在結(jié)合熱壓硫化方法的過程中，橡膠粒子會(huì)環(huán)繞石墨烯形成一個(gè)隔離網(wǎng)機(jī)構(gòu)，如果采用機(jī)械混合方法，石墨烯要想實(shí)現(xiàn)分布均勻，則必然會(huì)導(dǎo)致石墨烯網(wǎng)絡(luò)的破壞[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

就現(xiàn)階段而言，我國(guó)濕法混煉技術(shù)在橡膠生產(chǎn)過程中得到了相對(duì)普遍的運(yùn)用，在保障橡膠產(chǎn)品性能、綠色環(huán)保、節(jié)能減排等各方面都取得了較大成就，為橡膠生產(chǎn)等行業(yè)地發(fā)展提供了較大促進(jìn)作用。這一方面說明了我國(guó)相關(guān)行業(yè)地發(fā)展形勢(shì)的良好，另一方面也證明了濕法混煉技術(shù)在橡膠生產(chǎn)工序中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)。但要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步地發(fā)展，還應(yīng)重視對(duì)白炭黑運(yùn)用中的磨耗性差等問題的解決。最為關(guān)鍵的是通過對(duì)濕法混煉技術(shù)工藝的進(jìn)一步研究，直接從過去的落后農(nóng)機(jī)模式朝著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展，不僅投入生產(chǎn)費(fèi)用低，還具有顯著的節(jié)能減排效果，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)實(shí)現(xiàn)提升，其發(fā)展前景十分廣闊。