陳新中 陳文星
為滿足不同客戶的需求,需生產不同聚集體分布的N550炭黑品質。如為滿足丁基內胎、密封制品企業的需求,需生產聚集體分布較寬的N550炭黑,以降低生熱性及提高流動性;為滿足鹵化丁基橡膠生產內襯層、胎體膠等,需提供窄聚集體分布的N550炭黑,以提高膠料的強度及彈性。對現有軟質爐型來說,生產滿足丁基內胎用及密封件用寬聚集體分布N550很容易,但生產窄聚集體分布的N550確非易事。本文意在保證原料油配比相同、反應器構造一致的前提下,僅通過調整工藝參數及工藝條件的方法,得到窄聚集體分布的N550炭黑。將樣品送往某輪胎企業,利用其配方對樣品進行研究,同時與該輪胎廠現用炭黑進行膠料性能對比,以驗證是否能滿足該企業的質量要求。
由于炭黑的著色強度反應的是炭黑原生粒子聚集體分布寬窄程度,因此以下的描述均以著色強度反應聚集體分布寬窄程度。聚集體分布寬,著色強度低;聚集體分布窄,著色強度高。
一、實驗
1.首先在生產內胎及密封件制品的N550炭黑品級原有的條件下,縮短炭黑反應時間,將主急冷位置距反應器喉管出口由7500mm縮短為5000mm。具體操作條件見表1。
由表1可知,改變條件1后(即部分急冷水槍前移2500mm),原料油處理量下降約5%。添加劑使用量下降約100%。試驗1條件下品質對比見表2。
由表2可以看出,前置急冷水槍前移2只,使前后噴入的急冷水分布為1∶3,氮吸附比表面積與吸碘值的差異減小3點,吸油值與壓縮吸油差異也縮小近6點,著色強度提高4點,甲苯抽出物降低,表面炭黑表面殘油量增加,造粒狀況好轉,表現在10#粒子減少,18#+35#+60#粒子數量增加。拉伸強度及300%定伸應力均有所提高,表明炭黑的聚集體分布變窄,粒徑變細。
將改進后條件1所得樣品送某輪胎公司進行試用,某輪胎公司對此樣品進行了檢測,并與現用產品指標進行了對比,沒有明顯差異,故以下列配方進行了混煉,對混煉膠的性能進行了分析,同時與現有產品混煉膠性能進行了對比。炭黑性能對比見表3,實驗室膠料性能對比實驗結果對比見表4。
1#配方:鹵化丁基橡膠100;再生丁基膠50;樹酯1.0;防老劑0.8;氧化鎂0.4;硬脂酸1.5;N550炭黑100;烷烴油3.0;催進劑2.0;氧化鋅6.0;硫黃2.6;硫化劑母煉膠4。
2#配方:順丁橡膠100;丁苯橡膠200;樹酯13.1;防老劑9.0;氧化鋅13.0;硬脂酸5.2;N550炭黑200;芳烴油20;促進劑3.2;防焦劑0.7;硫化劑母煉膠2.0;防護劑6.5。
由表3可以看出,改進后條件1-N550炭黑相對于該輪胎公司現用N550炭黑來說,著色強度低4個點。
由表4可以看出,改進后條件1-N550炭黑樣品在膠料性能上與現用產品存在較大差異,主要表現為正硫化時間較長,焦燒時間長,硫化速度慢,300%定伸應力低,不能滿足該輪胎廠現有生產的需要。2.針對以上情況,繼續對炭黑生產工藝參數及工藝條件進行調整。
將燃燒室溫度降低,增加熱流中的過剩空氣量與原料油更充分接觸補充熱質,即燃料油比值由23∶1改為27∶1,同時縮短炭黑反應時間,將主急冷位置距反應器喉管出口由5000mm縮短為2500mm,原料油槍位置內伸200mm,即距反應器喉管進口縮短200mm,入爐風量降低600m3/h。具體條件見表5。
由表5可以看出,改進后條件2-N550雖然急冷水槍前移,但原料油油/風比反而增加,K2CO3流量增加,原因是燃燒爐溫度下降,進油量升高,原料油槍內伸,進油量及吸油值均上升。改進后條件1、2生產N550品質對比見表6。
將此條件下的炭黑樣品再次送往某輪胎公司進行試用,按照同上述一樣的配方,重復上述的實驗,炭黑性能對比見表7,膠料性能對比數據見表8(某輪胎公司檢測數據)。
由表7可以看出,通過調整后,N550炭黑著色強度達到了該公司品質要求,其質量指標基本與該公司在用品一致。
由表8可以看出,調整工藝參數后生產的炭黑用于某公司膠料生產,從膠料的性能分析數據看,基本與在用品相當,某些性能甚至比在用品還要優異。
三、結論
炭黑在輪胎中約占30%～40%,是除了橡膠以外的第二大原材料,其對膠料的性能影響很大,炭黑在膠料中主要影響膠料的硫化速度、耐磨性、生熱性、強度等。不同的膠料、不同的輪胎公司、不同的配方對炭黑質量的要求均有差異,如何滿足不同品質要求的橡膠客戶,又如何組織生產這些品質的炭黑,是炭黑企業的課題。特別是對軟質炭黑而言,標準并沒有著色強度這些指標。但許多客戶對此提出要求,國內軟質炭黑生產線想生產高著色強度的軟質炭黑還很困難,主要原因是通過工藝調整雖可達到要求,但對反應器的損壞及炭黑其它技術指標的損害較大,如將原料油槍向內伸時,水洗篩余物會升高、易結焦、易燒壞反應器等。因此建議炭黑行業應大膽對現有爐型進行改造,通過對改造后生產炭黑的品質數據分析,很容易做到著色強度為62以上及著色強度55左右。
