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我国橡胶用炭黑质量发展综述

   时间:2021-08-13 来源:《论文集》发表评论

  1  引  言

ISO8402《质量管理和质量保证的术语》定义 质量为“反映实体满足明确和隐含需要的能力的 特性总和”。质量是影响国家经济和社会发展的 重要因素,政府部门历来高度重视,如 1996 年国 务院发布的《质量振兴纲要》,2017年中共中央、 国务院发布《关于开展质量提升行动的指导意 见》,2018年修订的《产品质量法》等。本文所述 炭黑质量主要指炭黑的各项理化指标满足国家标 准的要求。

炭黑是烃类化合物经不完全燃烧或热裂解生 成的,主要由碳元素组成,以近似于球体的胶体粒 子及具胶体大小的聚集体形式存在的物质。它作 为填充剂和补强剂时用于轮胎、橡胶制品等领域, 提升橡胶产品的耐磨、耐老化、耐高温等性能,也 作为黑色颜料时用于油漆、油墨、塑料等领域,还 广泛应用于电池、塑料、冶金等行业。

炭黑的质量主要由基础理化性能和应用性能 组成。基础理化性能包括结构、粒径与粒径分布、 比表面积、表面化学活性、PAHS、45μm 筛余物 等,应用性能包括定伸应力、拉伸强度、拉断伸长 率、硬度、耐磨性、导电性、黑度、色相、分散性 等。炭黑质量优劣由多种因素共同影响的结果, 如原料油品质、生产装备水平、生产工艺、工艺条 件的控制、检测及质量管理水平等等。

我国橡胶用炭黑占炭黑总产量的 92% 左右, 其主要性能由 GB/T 3778《橡胶用炭黑》规定。基础理化性能多由炭黑生产企业进行控制,使用单 位作验证性检验;应用性能多由使用单位提出要 求,炭黑企业配合作一些性能调整,仍不能满足要 求,直接导致新产品研发。

  2  质量标准

2.1  质量标准版本的变化

炭黑质量标准是控制炭黑产品质量的依据, 橡胶用炭黑产品标准经历了多次修订变更,形成 了现行标准GB/T3778-2011《橡胶用炭黑》,历次 标准制修订情况如下:

※ 1978年化学工业部发布了第一个橡胶用炭 黑标准 HG 4-48-78《橡胶用炭黑》。

※ 1983 年国家标准局将 HG 4-48-78 升级为 国家标准,发布为GB 3778.1-83《橡胶用炭黑的技 术条件(第一部分)》。

※ 1985 年国家标准局发布了 GB 3778.2-85 《橡胶用炭黑的技术条件(第二部分)》。

※ 1989年将GB 3778.1-83与GB 3778.2-85进 行整合,修订并发布了 GB 3778-89《橡胶用炭黑 技术条件》。

※ 1994年将GB 3778-89《橡胶用炭黑技术条 件》与GB 3779-89《炭黑包装、贮运、采样及验收 方法》进行整合,修订并发布了GB 3778-94《橡胶 用炭黑》。

※ 2003 年对 GB 3778-94《橡胶用炭黑》进行 了修订,发布了 GB 3778-2003《橡胶用炭黑》。

※ 2011 年将 GB 3778-2003《橡胶用炭黑》与 GB/T 3777-1996《橡胶用炭黑标准分类命名系统》 整合,修订并发布了 GB 3778-2011《橡胶用炭 黑》。

※ 2017年国家标准化委员会对一些强制性国 家标准进行整合精简并调整为推荐性国家标准, GB 3778-2011 调整为 GB/T 3778 - 2011。

  2.2  技术内容的演变

橡胶用炭黑技术指标经过三十多年的演变发 生了较大变化,主要体现在以下几个方面:

  2.2.1 品种命名变化

HG 4-48-78、GB 3778.1-83 和 GB 3778.2-85 均采用习惯命名,见表1。从GB 3778-89《橡胶用 炭黑技术条件》开始,品种命名采用了系统命名, 科学、规范地解决了炭黑用途增加带来的命名难 题,炭黑品种数量从最初的11种大幅增加到30种。 现行 GB/T 3778-2011 达到 46 种,见表 2。

2.2.2 项目的变化

随着炭黑工业的快速发展,对炭黑性能的评 价发生了较大变化,特别是建立并完善新检测方 法,逐步淘汰一些项目,同时又增加一些更适用有 效的评价指标。

※ GB 3778.1-83 和 GB 3778.2-85 删除了 HG 4-48-78中的平均粒径、二苯胍吸着率、丙酮抽出 物、磨耗体积4项,增加CTAB、压缩试样吸油值、 着色强度 3 项。在指标名称(如水分改为加热减 量)、单位(MPa改为kgf/cm2 )等方面也进行了适 当调整。

※ GB 3778-89将GB 3778.1-83和GB 3778.2- 85整合为一个标准,增加了氮吸附比表面积、325 目筛余物、35目筛余物。在单位改动较大,如吸碘 值的 mg/g 改为 g/kg,DBP 吸收值的 ml/g 改为 cm3 / 100g、橡胶物理性能的 kgf/cm2 改为 MPa。

※ GB 3778-94 沿袭了 GB 3778-89 的项目, 但单位变化较大,如 DBP 吸收值的 cm3 /100g改为10-5m3 /kg、CTAB 法比表面积和氮吸附比表面积的 m2 /g改为103 m2 /kg,筛余物项目的名称发生变化, 325 目、100 目、35 目分别改为 45μm、150μm、 500μm。

※ GB 3778-2003 删 除 了 GB 3778-94 的 150μm 筛余物、拉伸强度、拉断伸长率,同时增 加了倾注密度、细粉含量、STSA 三个指标;减少 了分级要求,从合格、一等品、优级品三个等级调整为合格级、优级两个等级。

※ GB/T3778-2011 沿袭了 GB 3778-2003 的项 目,取消了分级,筛余物的单位由%改为“mg/kg”。

2.2.3 指标变化

随着生产工艺的不断革新,炭黑产品质量也 得到较大提高,指标值也随之发生较大改变。以 系统命名后的 N220 炭黑(中超耐磨炭黑)、N660 炭黑(通用炭黑)为例进行分析,见表 3、表 4。

 

从表 3、表 4 可以看出,炭黑产品主要性能指 标范围逐步收窄,向目标值靠近,体现了标准引导 企业向更高质量推进的作用。

3  质量监督

根据国务院(81)国发136号文,1981年在原化 工部炭黑工业设计研究所成立了化工部炭黑质量 监督检验中心;根据国家技术监督局技监局监发 (1992)395 号文件要求,1992 年又组建了国家炭 黑质量监督检验中心,全面开启我国炭黑产品质 量监督管理工作,先后采取了国家抽查、国家统 检、普查、评优等多种监督方式。

※ 国家抽查:分别于1984~1988、1991~1994、 1996、2000~2001 年共实施了 12 次。

※ 国家统检:1995、1998 年实施了 2 次。

※ 普查:分别于1982、1985、1987、1989~1993、 1996、1997、1999、2002~2007、2009~2019年共开 展了 28 次。

※ 评优:1981、1982、1984、1989、1991年开 展 5 次各类炭黑评优检测工作。

综合来看,2000 年前国家对产品质量监督较 多,有时同一年内既有抽查又有普查还有评优工 作,对我国炭黑产品质量快速提高起到了重要作 用。2000 年后,在国家建立市场经济体制的大背 景下,对一些工业产品不再纳入国家监督检查范 畴,产品质量监督主要交给了市场,同时保留国家 炭黑质量监督检验中心,主要承担第三方委托检 验和检验技术研究开发任务,炭黑行业整体产品 质量信息主要通过质量普查方式得到,企业本着 “自愿原则”参与普查,更好地调动了企业质量控 制的主动性,对监督行业炭黑产品质量、发现产品 质量弱点、促进行业技术进步和提高整体质量水 平起到了积极作用。

4  质量总体状况

我国炭黑行业经几十年的发展,炭黑产品质 量也发生很大的变化,多年的质量监督结果给出 明确的答案,笔者整理了多年来质量普查、抽查、 统检的结果,见表 5,趋势图见图 1。

图1表明,我国炭黑质量状况呈逐年振荡上行 态势,目前已达到最佳质量区间。

分区间分析合格率统计,见表 6 和图 2。结果 显示大于和小于 80% 各占一半,不过合格率小于 80%大部分发生在较早年份,进一步反映出我国炭 黑质量状况明显改善的事实。

 

5  质量总体评价

通过对炭黑产品质量进行的长期监督检查, 炭黑产品的实际质量状况发生了重大变化,表7列 出了部分年代监督检查不合格项目,表中反映出 了以下几个特点:

※ 不合格项目总数大幅减少;

※ 主要性能项目不合格减少;

※ 次要项目不合格逐渐消失。

2010年以前炭黑质量状况较差,主要性能(如 吸碘值、吸油值、着色强度等)有不合格现象,主 要原因是工艺水平不高,原料油质量不好;次要性能(如杂质、筛余物)存在大量不合格,主要原因 是生产设备质量差、管理水平较低。

2010年以后炭黑质量已达较高水平,偶有不合 格现象属于管理不善所致,主要原因是随着我国综 合国力的大幅提升,各行业的制造水平有了明显进 步,对炭黑行业有显著促进作用,如生产设备质量 改善、原料油品质提升、先进的工艺技术、检测设 备/方法更新换代、管理水平的持续提高等等。

我国目前的炭黑产能和产量均成为世界第 一,成为了炭黑制造大国,但离炭黑强国还有不小 的距离,特别是炭黑品质还不够稳定,特品炭黑还 不能满足特殊行业的需求等。

 

6  结  语

经过炭黑工作者几十年不懈努力,我国炭黑 产业已取得辉煌的成就,炭黑产品合格率从仅有 25% 的提高到 95% 以上,为市场提供大量价廉物 美的产品,为汽车等国民支柱产业的快速崛起提 供了强有力的支撑。假以时日,我国炭黑品质稳 定性不好及特品不特的现象一定能得到最终解 决,进一步成为炭黑强国。

参考文献

[1] 龚怀耀 .国产炭黑的质量现状及品种发展建议. 炭黑 工业.1985(4).

[2] 炭黑质量调查服务组 . 炭黑质量调查报告 . 炭黑工 业.1987(3).

[3] 李炳炎,关秉勤.1988年二季度国家监督抽查炭黑产品 质量情况介绍.炭黑工业.1988(4)

 
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