陳新中、蔡強(山東耐斯特炭黑有限公司，山東東營　257506)

一. 前言

廢舊輪胎裂解炭黑是以回收的干凈的廢舊輪胎為基礎材料、投入到裂解爐中，在3000C條件下進行裂解，當裂解溫度達到4500C時，基本裂解完成，裂解過程中產生的煙氣通過冷凝分離，可以得到重油、輕油、裂解氣和少量水蒸汽。裂解殘渣部分通過磁選器將鋼絲分離出來，剩余部分通過粉碎、加入改性劑，再進行造粒、干燥變成裂解炭黑。輪胎裂解炭黑中含有氧化鋅、硬酯酸、碳酸鈣等物質，還有一些加工助劑、如硫磺、促進劑、防老劑等等，因此其灰份較高，但因其是一種廢物利用項目，對環(huán)境保護有益，因此值得研究和推廣。

二、 實驗部分

１. 實驗所需材料：

天然橡膠：泰國1#煙片膠

氧化鋅：天津科密歐化學試劑有限公司生產

硬酯酸：國藥集團化學試劑有限公司

硫磺粉：山東單縣尚舜化工有限公司

促進劑DZ：山東單縣尚舜化工有限公司

N330炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產品

N339炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產品

NC8515炭黑：山東耐斯特炭黑有限公司產品

廢舊輪胎裂解炭黑：青島雙星集團尹斯坦科技公司產品

２. 實驗所需儀器

拉力機：上海嘉杰試驗儀器有限公司生產

DIN磨耗機：臺灣高鐵實驗儀器公司生產

氮吸附比表面積分析儀：美國麥克公司產品

吸油計：德國布拉本特公司產品

壓縮吸油機：中橡炭黑工業(yè)設計研究院生產

萬分之一天平：梅特勒.托利多分析儀器有限公司

紅外水份測定儀：梅特勒. 托利多分析儀器有限公司

著色強度儀：美國HunterAlab公司產品

硫化機：上?；瘷C廠

煉膠機：上?；瘷C廠

烘箱：上海化機廠

振蕩機：上?；瘷C廠

３. 實驗配方及實驗條件

實驗以橡膠標準配方作為依據(jù)，通過對比N330、N339、裂解炭黑及其混合配方混煉膠的膠料拉伸強度、扯斷伸長率、100%定伸應力、300%定伸應力和DIN磨耗數(shù)據(jù)，分析裂解炭黑對橡膠性能的影響，同時通過對配方中炭黑及裂解炭黑份量的變化研究其性能變化趨勢。表一為設計的無機炭黑及炭黑配方試驗方案

表1.輪胎裂解炭黑試驗方案

二. 實驗結果討論

1. 輪胎裂解炭黑的分析數(shù)據(jù)

為了了解輪胎裂解炭黑的粒徑及結構，我們按照炭黑的分析方法對表征炭黑性能的幾個指標進行了分析，分析結果如表2.

表2. 無機炭黑化性分析結果表

小結：通過以上數(shù)據(jù)的分析，輪胎裂解炭黑的吸碘值類似N339，吸油值類似于N326，氮吸附比表面積類似于N351，但著色強度又類似于軟質炭黑N660，可能原因是此炭黑中各種粒徑結構的炭黑、碳酸鈣等大粒徑低結構成份影響，產品中325目篩余物為鐵磁性物質，應該是有部分細小鋼絲未被除盡，灰份主要是碳酸鈣、硬酯酸、氧化鋅或陶土等成份，灰份指標將嚴重影響橡膠的老化性能。

2．輪胎裂解炭黑部分取代傳統(tǒng)炭黑性能研究  

為了研究輪胎裂解炭黑的性能，我們分別采用50%N339+50%輪胎裂解炭黑進行混合(以下簡稱混合炭黑一)，和50%NC8515+50%輪胎裂解炭黑進行混合(以下簡稱混合炭黑二)，根據(jù)炭黑的加合性能計算混合炭黑的化性數(shù)據(jù)，同時將混合炭黑按標準橡膠配方混煉，分析混煉膠性能，再與N330炭黑的混煉膠性能進行對比，對比結果如表2、表3。

表2.根據(jù)炭黑的加合性計算的混合炭黑化性數(shù)據(jù)表

從上表可以看出：混合炭黑的化學性質如吸碘值、吸油值、氮吸附比表面積與N330類似。

表3. 混合炭黑對橡膠性能影響比較表

由上表可以看出：加入混合炭黑一和混合炭黑二后，填充炭黑的膠料100%定伸應力相對于N330、N339和NC8515均有明顯的下降，下降幅度約為30%，300%定伸應力相對于N330和N339下降了5-5.6Mpa，下降幅度約為30%，相對于NC8515炭黑下降了7Mpa，下降了約40%;拉伸強度對比加入混合炭黑后的膠料也有下降，下降幅度約為15%。特別表現(xiàn)在耐磨性上，從DIN磨耗指數(shù)上分析，加入混合炭黑的磨耗指數(shù)相對于N330和N339下降了約20%，相對于NC8515下降了約30%，且混合炭黑一和混合炭黑二相當，表明混合炭黑中輪胎裂解炭黑雖有一定的補強性，但其補強性明顯低于330，雖并用了部分高結構和表面積較高的產品，但仍不能完全達到補強效果，除非并用表面積更高的高結構炭黑。

3  .增加炭黑使用量對橡膠性能影響的研究

為了改善填充炭黑的膠料物理性能，實驗采用增加N339炭黑的使用量，減少輪胎裂解炭黑的使用量，即改用配方Q6的用量，即其它材料不變，將N339炭黑的用量增加至66.7%，輪胎裂解炭黑的用量減少至33.3%即66.7%的N339+33.3%的輪胎裂解炭黑進行混合(以下簡稱混合炭黑三)。同時用配方Q7進行另一個對比實驗，即其它原材料不變，僅增加混合炭黑一的用量，將混合炭黑一用量增加至180g研究對填充炭黑的膠料性能影響，其結果如表4.

表4.配方改變后對膠料性能的影響結果

由上表可以看出：在配方中將150gN330改為90gN339和90g輪胎裂解炭黑，分析膠料的性能，發(fā)現(xiàn)相對于N330填充的膠料，其300%定伸仍低約15%左右，拉伸強度下降20%，膠料硬度低，但膠料密度上升，伸長率下降，這表明炭黑填加到膠料中達到一定程度，拉伸強度將出現(xiàn)下降，同時因加入輪胎裂解炭黑后，此炭黑補強性能差，但其填充性能良好，增加了膠料密度。耐磨指數(shù)未得到明顯改善。

在配方中將150g的N330改成100gN339和50g輪胎裂解炭黑，再分析其膠料的性能，發(fā)現(xiàn)相對于N330填充的膠料，仍出現(xiàn)300%定伸偏低，拉伸強度偏低，耐磨性不好，但相對于加入180g的混合炭黑三填充的膠料，其300%定伸差異不大，拉伸強度有所上升，伸長率上升，耐磨性變好，表明輪胎裂解炭黑的補強性能較差，只能用做填充劑部分替代N330炭黑。

三．實驗結論

1.  輪胎裂解炭黑應用于膠料標準配方中，用較高結構及比表面積的炭黑與輪胎裂解炭黑摻配使用，替代N330時，仍不能與N330性能相差，主要表現(xiàn)在300%定伸定力、拉伸強度，DIN磨耗指數(shù)均有不同的下降，表明輪胎裂解炭黑的補強性能較差，無法全部替代最普通的N330炭黑。

2.  當在配方中增加N339和輪胎裂解炭黑的量時，相對于N330炭黑填充的膠料，其300%定伸、拉伸強度和DIN磨耗仍達不到N330的性能，但膠料的密度上升。

3. 當配方中增加N339用量，減少輪胎裂解炭黑用量時，300%定伸、拉伸強度、DIN磨耗有所增加，  但仍不能達到N330的水平，表明裂解炭黑的補強性不佳。

4.  輪胎裂解炭黑的灰份含量較高，其主要成份為二氧化硅、碳酸鈣、硬酯酸或化鋅等，這些物質受高溫或二次混合后不能與橡膠形成有效的交鏈，影響了補強性的發(fā)揮。

5. 針對輪胎裂解炭黑，應該進行有效的改性，將炭黑的粒徑進一步降低，同時將其進行活化，有可能會提高其產品性能。