陈新中 陈文星
丁基橡胶因其具有优异的气密性、优良的耐热、 耐老化、耐臭氧、耐溶剂、电绝缘、减震及吸水性而广 泛应用于内胎、水胎、硫化胶囊、电线电缆以及防水 材料。丁基橡胶添加补强填充剂可以提高撕裂强度、定伸应力和耐磨性。
炭黑是橡胶行业选用的主要补强填充剂,丁基 橡胶所选用的补强填充剂多为快压出炉黑(N660为 主)。笔者主要介绍N660炭黑在丁基橡胶中生产内 胎方面的适用性。
一、使用状况
丁基橡胶、炭黑、促进剂、防老剂等在密炼机内 混合,通过密炼机的转子及混炼室壁的剪切作用,将 以上组份转变为一个均匀的分散体系。炭黑在胶料 中分散性好坏,直接影响了胶料的使用性能及加工性能,而影响炭黑在胶料中的分散性因素与炭黑的品质关系密切,主要与炭黑的粒径、结构、颗粒硬度、 杂质含量、细粉含量、造粒炭黑的尺寸分布等有关。 各炭黑厂在生产N660炭黑时,其控制的炭黑粒径、结构相差不大,但颗粒硬度、杂质含量、细粉含量及 粒子的尺寸分布有较大差异。由于内胎生产厂的配 方设计及生产工艺也存在差异,因此各炭黑生产厂所生产的N660炭黑在各内胎生产厂的适用性也存在差异。如何提高N660炭黑在丁基橡胶中的分散 性,是从事炭黑生产的技术人员需要研究的课题。笔 者利用从事售后服务及同轮胎厂进行技术交流的机 会,曾对多家丁基内胎生产厂的生产工艺进行过了解,掌握了不同内胎生产厂对N660炭黑存在不同 的使用要求,以及各炭黑厂生产的N660炭黑在不 同的内胎生产厂的使用状况,从中得知有关N660 炭黑在丁基橡胶生产内胎的适用性经验。下面以内胎生产厂控制的主要生产工艺参数及侧重品质要求 做一简述,由于涉及相关企业的技术机密,故对厂家 名称给以化名用甲、乙、丙、丁、戊等表示。甲、乙、丙、 丁、戊厂内胎生产工艺过程中的混炼、加硫、过滤等工序中相关控制项目见表1。混炼的目的是为了使 得组份能分散均匀,加硫的目的是为了促进硫化,过 滤的目的是为了滤去胶料中的杂物。
从表1可以看出,各内胎生产厂生产工艺流程 大体相当,其中的混炼过程与加硫过程的控制也相 差较小,但过滤过程差异较大,使用的滤网规格不 同,滤胶温度有差异,更换滤网的时间相差较大。而滤胶温度的差异直接影响生产,滤胶温度过高,会导 致发生早期硫化,形成硬胶,易发生焦烧,表1中所列出的“乙生产厂”就存在此问题。滤胶温度低,胶 料的流动性差,滤胶机电机功率高,滤网易损;炭黑中所含杂质量高,会堵塞滤网;炭黑颗粒硬度高,细 粉含量高,粒径分布不均匀会影响炭黑的分散性,影 响滤胶过程,使滤胶过程延长,影响生产商的工作效 率。
二、改善试验
本人针对N660炭黑使用于丁基橡胶的适用性 问题做了大量的试验研究,因生产软质炭黑的经验 不足,对客户要求不了解,曾付出了很大的代价。如 因N660炭黑存在100ppm的100#水洗筛余物,在甲厂使用时导致甲厂丁基内胎出现气孔;因控制的 炭黑颗粒硬度偏高,在丙厂使用时导致N660炭黑 在丁基橡胶胶料分散不良;因炭黑生热性较高在乙 厂使用发生胶料焦烧;因制粒品质不良,颗粒分布不均匀,影响分散性,在丁厂使用时更换滤网频繁等。 出现的这些问题不仅给内胎生产厂带来了麻烦,也 给本公司带来了较大损失。经过不断的总结经验, 加强与客户间的技术交流,本公司通过对生产工艺的改造,终于生产出符合各丁基内胎客户工艺要求 的N660炭黑。下面是本公司在探索过程中总结的 经验,供各位同行参考。
从事过炭黑生产的人都知道,因N660炭黑比 表面积较低,生产时原料油油风比较高,在生产风量 一定时,原料油处理越高,生产时结焦的可能性越 大,产品中存在焦粒的可能性越高。本公司生产N660炭黑曾有一段时间,油风比相当高,原料油在 喉管处结焦严重,用压缩空气进行雾化不足以解决 结焦问题。为了解决结焦,本人尝试了许多方法,有 的方法虽可解决结焦,但同时出现了其它品质问题,如物理性能达不到要求,产量较低,CTAB比I2高, 着色强度高,甲苯透光率低等。最后,选择了用蒸汽 对原料油进行雾化,采用蒸汽雾化原料油后,结焦问 题得以解决,其它品质变化很小。再将改善后的N660送甲厂使用,反馈较好。在生产N660炭黑使 用不同载体对原料油进行雾化的生产工艺条件及品 质比较见表2。
为解决造粒炭黑颗粒硬度问题,本公司不仅从 生产工艺上进行了改善,而且从检测手段上加以控 制。在生产工艺上,本公司造粒用粘合剂原采用的 是磺化木质素,用此粘合剂,配制时溶解不均匀,易产生沉淀,经常会使炭黑颗粒硬度不均匀。鉴于此, 本公司将粘合剂由磺化木质素改为糖蜜,糖蜜为液 体,易溶解,不易产生沉淀,溶液浓度均匀。为使炭 黑颗粒硬度控制均匀,使造粒水量与粘合剂流量实行串级调节,即粘合剂流量与造粒水流量给定比例 系数,当造粒水流量发生变化时,粘合剂流量同比例 变化。在检测手段上,从美国Tank公司进口全自动 颗粒硬度测试仪,用于对出货炭黑硬度的检测。改善后的产品送丙厂使用,效果明显。
针对乙厂的生产工艺条件,本公司对供乙厂的 N660炭黑某些品质指标进行了调整。乙厂因设备原 因,在过滤时采用了较高的滤胶温度,因此要求炭黑 的生热量较低,因为如果炭黑生热量高,胶料在过滤时会生热,使滤胶温度升高,产生焦烧。根据相关理 论与实践经验,炭黑的生热量主要与炭黑的CTAB 表面积、着色强度及甲苯透光率有关,CTAB表面积 越高,生热量越高,着色强度越高,生热量越高。而CTAB表面积与甲苯透光率有关,甲苯透光率反映 的是炭黑表面残油量高低。表面残油量低,甲苯透 光率高,CTAB表面积相对较低;炭黑的着色强度取 决于原生凝聚体尺寸大小及分布。为了适应乙厂的工艺要求,本公司从改变炭黑原生凝聚体分布上降 低着色强度,使炭黑的生热量降低。不同CTAB比表 面积、甲苯透光率、着色强度的N660炭黑在乙厂使 用情况对比见表3。
由表3可以看出,如果采用较高的滤胶温度,应 采用比表面积相对较低、表面残油量较少、着色强度 较低的N660炭黑较为有利。
为解决本公司N660炭黑在丁厂生产过程中出 现的堵塞过滤网、更换过滤网频繁的问题,技术人员 经过对滤网上残留物的研究,终于找出其堵塞滤网 的原因是由于炭黑粒子大小不均匀所致。密炼机混炼时,炭黑与胶料混合,如果炭黑粒子大小不均匀, 需要的破碎力及剪切力不同,易导致炭黑在胶料中 分散不均匀,有些炭黑成团存在于胶料中,过滤时就 会堵塞过滤网,影响生产效率。原因找出后,技术人员对炭黑的造粒过程进行了分析,认为炭黑粒子不 均匀主要是因为下料气密阀下料不均匀,造粒机功 率波动大。因此技术人员对下料气密阀进行了改进, 原下料气密阀为隔板式气密阀,间歇式下料,下料不均匀。改造后的气密阀为平板气密阀,连续均匀下 料。造粒时在造粒水中增加煤油,降低造粒机的功 率,增加炭黑粒子的光滑度和均匀度。对造粒粒子改 善前后的相关工艺参数及品质对比见表4。
由表4可以看出,改善前,本公司N660炭黑颗 粒尺寸分布中35#与60#含量仅占54.3%,粒子均匀性不好,细粉含量较高;改善后,本公司N660炭黑 颗粒尺寸分布中35#与60#含量总和达到了89%,表明N660炭黑粒子均匀性良好,细粉含量较低。从 丁厂使用情况看,达到了其更换滤网的时间要求,表 明笔者的原因分析正确,制定的改善措施有效。
三、结论
通过一年多的努力,本公司终于摸索出了适合 不同内胎生产工艺要求的N660炭黑生产方法, N660炭黑产品深受用户欢迎。
