邵士軍

摘 要：本文對(duì)廢舊輪胎利用過程中的中墊膠粘合問題以及胎面膠耐磨耐刺扎性能著重研究，并對(duì)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行推動(dòng)。實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎資源化利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：中墊膠粘結(jié)性；胎面膠耐磨性；胎面膠耐刺扎性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.207

我國是世界橡膠消費(fèi)大國，隨著汽車工業(yè)和礦山機(jī)械的迅猛發(fā)展，我國已成為全球第一大橡膠消費(fèi)國。同時(shí)我國又是一個(gè)橡膠資源十分匱乏的國家，國內(nèi)70%以上的天然橡膠和40%以上的合成橡膠依賴進(jìn)口，供需矛盾十分突出。大量廢舊輪胎如果得不到有效利用，不僅造成資源浪費(fèi)，而且由于其具有的抗老化性能，最終形成嚴(yán)重的“黑色污染”環(huán)境問題，阻礙國家整體可持續(xù)性發(fā)展的要求。如何將廢舊輪胎資源化、減量化、無害化，不僅關(guān)系到環(huán)境保護(hù)這個(gè)重要的社會(huì)問題，而且還關(guān)系到持續(xù)發(fā)展這一全球性的戰(zhàn)略問題。

目前在我國廢舊輪胎的綜合利用途徑有翻新、原形改制、熱能利用、生產(chǎn)再生膠、生產(chǎn)膠粉等[1]。

其中的翻新是廢舊輪胎再利用的主要方式和最佳選擇。它是將已經(jīng)磨損的、不能使用的廢舊輪胎的胎面部位進(jìn)行打磨除去，粘貼覆和上新胎面，再進(jìn)行硫化，即可得到能夠重新使用的翻新胎。在使用、保養(yǎng)良好的條件下，一條輪胎可以翻新多次，具體地說尼龍簾線輪胎可翻新2-3次，鋼線子午線輪胎可翻新3-6次。一條輪胎經(jīng)過多次翻新后其總壽命起碼相當(dāng)于2-3條輪胎。極大的促進(jìn)了資源的持續(xù)化利用。

原形改制是通過捆綁、裁剪、沖切等方式，將廢舊輪胎改造成有利用價(jià)值的物品。最常見的是用作碼頭和船舶的護(hù)舷、沉入海底充當(dāng)人工魚礁、用作航標(biāo)燈的漂浮燈塔等。此種方法存在用量少，后期資源無法利用等缺點(diǎn)。

廢舊輪胎是一種高熱值材料，其每千克的發(fā)熱量分別比木材高.69%，比煙煤高10%，比焦炭高4%。熱能利用就是用廢舊輪胎代替燃料使用。從而來回收熱能，此法雖然簡單，但會(huì)造成大氣污染，不宜提倡。

再生膠是通過化學(xué)方法，使廢舊輪胎橡膠脫硫，得到再生橡膠。該法是綜合利用廢舊輪胎最古老的方法。再生膠不僅質(zhì)量不佳、用途有限，且加工過程中需脫硫，會(huì)造成二次環(huán)境污染。

膠粉是通過機(jī)械方式將廢舊輪胎粉碎后得到的粉末狀物質(zhì)就是膠粉，粉碎膠粉則用量更加有限，目前已呈現(xiàn)產(chǎn)大于銷的狀況；煉油效益不高，而且污染嚴(yán)重，已被國家明令禁止。

另外，礦山產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著我國礦山產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，礦山工程機(jī)械市場容量迅速擴(kuò)展，同時(shí)作為礦山工程設(shè)備的輪胎配套細(xì)分市場得到了長足的進(jìn)步和發(fā)展。礦山用大型工程輪胎翻新由于受技術(shù)條件和礦山工程機(jī)械惡劣工況條件的限制，嚴(yán)重制約其發(fā)展，在礦山用大型工程輪胎翻新領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)跨越迫在眉睫。同時(shí)，山東省內(nèi)具有豐富的礦產(chǎn)資源，礦山工程設(shè)備的輪胎配套市場相對(duì)較大，為該項(xiàng)目的實(shí)施提供了重要的市場空間[2]。

翻新輪胎發(fā)展現(xiàn)狀國外技術(shù)水平明顯高于國內(nèi)水平，目前存在最大的問題為翻新輪胎的中墊膠部位的粘合性能以及胎面部位的耐磨、耐刺扎性能。由于國家對(duì)翻新輪胎可翻新性能的要求沒有納入強(qiáng)制性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可翻新的舊輪胎資源嚴(yán)重短缺，廢舊輪胎生成比例嚴(yán)重失衡，廢輪胎與舊輪胎的比例為95：5，可翻新舊輪胎僅占廢舊輪胎的5%，與發(fā)達(dá)國家廢舊輪胎的55：45的比例及45%的輪胎翻新率相差甚遠(yuǎn)。且國內(nèi)基本沒有能夠引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢的大型龍頭企業(yè)。現(xiàn)有的大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理方式相對(duì)落后，在市場上各自為政，沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，不僅難以參與國際市場競爭，而且很難實(shí)現(xiàn)大的跨越式發(fā)展。科技人才奇缺，全行業(yè)職工平均文化程度偏低，技術(shù)人才和技術(shù)更新問題已成為本行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的羈絆，急需建立輪胎翻新的“國家級(jí)技術(shù)研發(fā)中心”，以帶動(dòng)行業(yè)的科技開發(fā)和人才培養(yǎng)[3]。

招遠(yuǎn)市鵬泰輪胎翻新有限公司自2002年成立以來，秉承科技帶動(dòng)生產(chǎn)的理念，潛心研究翻新輪胎行業(yè)技術(shù)、管理和運(yùn)行。形成了自己獨(dú)到的一整套體系。針對(duì)翻新技術(shù)問題做了多年的研究，實(shí)驗(yàn)最終形成了行之有效的翻新輪胎生產(chǎn)技術(shù)。主要體現(xiàn)在如下幾方面：

1 中墊膠粘合性能

礦山企業(yè)屬于特殊性企業(yè)，作業(yè)環(huán)境為井下環(huán)境，多為長年泥水浸泡，尖石碎石林立，坑洼不平的一種狀態(tài)。泥水浸泡對(duì)橡膠的制品的傷害很大，直接影響到輪胎的使用壽命，然而井下的作業(yè)環(huán)境迫使輪胎長時(shí)間浸泡于泥水中，對(duì)輪胎的粘合性能提出了極高的要求。尖石、碎石林立，輪胎使用過程中承受巨大的剪切、撕裂，如何提高粘結(jié)力達(dá)到滿足使用要求，一直是翻新行業(yè)同等問題。原因在于粘合性的好壞直接關(guān)系到輪胎的使用壽命甚至使用安全性。輪胎依靠有效的粘結(jié)力將每一層、每一部分實(shí)現(xiàn)一體化，整體化。粘結(jié)力的缺失將導(dǎo)致輪胎層間的脫膠，在剪切力和屈撓力的雙重影響下最終造成層間的脫層，造成不可挽回的損失。輪胎翻新是在舊輪胎的基礎(chǔ)上進(jìn)行的資源再利用。翻新工藝是在舊輪胎的胎體（占翻新后輪胎的70%）基礎(chǔ)上進(jìn)行貼合新胎面（占翻新輪胎的30%），新、舊二者具有不同的材料屬性、特性。如何將性質(zhì)、屬性具有很大差異的兩種材料切實(shí)的粘合，是翻新行業(yè)的行業(yè)性問題、更是最迫切解決的問題。

限階段翻新行業(yè)中墊膠粘合情況以國家標(biāo)準(zhǔn)≥8Mpa為標(biāo)準(zhǔn)，更多的情況低于該標(biāo)準(zhǔn)。基于這種較低的粘合強(qiáng)度，翻新輪胎經(jīng)受地面長時(shí)間的曲撓、拉伸、撕裂，在翻新胎面與舊胎體間的中墊膠產(chǎn)生力的薄弱點(diǎn)，通過外力的繼續(xù)施加，造成輪胎部位的崩潰，脫膠，嚴(yán)重者脫頂。礦山企業(yè)作業(yè)環(huán)境下，脫膠現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，基于該背景，我公司經(jīng)過長時(shí)間的分解、剖析、研究、實(shí)驗(yàn)最終形成該項(xiàng)目。

1.1 使用“間甲白”粘合體系，獲得高粘結(jié)力

該技術(shù)中運(yùn)用，間苯二酚1-4份，粘合劑A（甲醛給予體，在反應(yīng)的過程中釋放出甲醛）1-4份，白炭黑10-14份，相互搭配形成間甲白粘合體系，通過間苯二酚與甲醛的相互作用產(chǎn)生樹脂化反應(yīng)，與橡膠體系中的碳鏈相互貫穿形成一種互穿網(wǎng)絡(luò)，白炭黑具有較高的吸附性增加整體的表面積，在互穿網(wǎng)絡(luò)中分散吸附性提高，從而增加體系的粘合體系。

1.2 低促高硫的CV硫化體系，硫化質(zhì)量高

該技術(shù)中的硫化體系采用低促高硫的CV同時(shí)運(yùn)用N/A促進(jìn)劑并用活化方法提高硫化速度增加硫化質(zhì)量。選用硫磺：1-4份，橡膠促進(jìn)劑CZ（CZ次磺酰胺類促進(jìn)劑中速級(jí)別）： 0.4-0.8份，橡膠促進(jìn)劑M（M噻唑類促進(jìn)劑準(zhǔn)速級(jí)別）：0.1-0.4 份，橡膠促進(jìn)劑TMTD（TMTD秋蘭姆類促進(jìn)劑超速級(jí)別）：0.1-0.4份。硫磺作為硫化劑，以CZ作為主促進(jìn)劑M作為輔促進(jìn)劑，使用TMTD超速促進(jìn)劑提高體系的硫化速度。通過低促高硫的硫化體系，形成一種多硫鍵，交聯(lián)鏈段長，分子鏈接枝位點(diǎn)多，分子鏈間相互交聯(lián)具有足夠的緩沖區(qū)間，具有很好的抗曲撓性。

1.3 活化體系，大用量SA 1-3份充分活化同時(shí)提高體系分散均勻程度

ZnO作為體系的活化物質(zhì)，單一使用不能發(fā)揮其活化的作用，該技術(shù)中使用SA與ZnO反應(yīng)形成一種硬脂酸皂，通過硬脂酸皂與橡膠分子鏈作用實(shí)現(xiàn)活化的作用。配入橡膠中可增加愛促進(jìn)劑的活性，降低促進(jìn)劑的用量、降低反應(yīng)溫度，提高硫化反應(yīng)效率。

1.4 使用粘合樹脂C5 3-7份石油樹脂，提高體系的粘結(jié)力

C5樹脂和天然橡膠膠粒有很好的互溶性，對(duì)橡膠硫化過程沒有大的影響，橡膠中加入石油樹脂能起到增粘、補(bǔ)強(qiáng)、軟化的作用。樹脂的加入，不但能增大膠粒間的粘合力，而且能夠提高膠粒和簾子線之間的粘合力，適用于子午線輪胎等高要求的橡膠制品。

1.5 采用多段混煉方式，提升體系粘合（三段混煉）

一段加入生膠體系、補(bǔ)強(qiáng)體系、防老體系以及小料；二段不加入，僅單純混煉；三段加入硫化體系。

在間-甲-白直接粘合體系（間苯二酚/粘合劑A/白炭黑）的配合中，對(duì)混煉工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，混煉膠料采用密煉機(jī)三混煉工藝，即：間苯二酚、粘合劑A在一段混煉中加入，硫磺、促進(jìn)劑在三段混煉中加入，采用密煉機(jī)加壓混煉。其膠料的焦燒時(shí)間長、加工安全性好，硫化速度較慢，樹脂化反應(yīng)延遲，膠料與浸膠簾線及未浸膠棕絲網(wǎng)布的粘合性能好。

表1中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)數(shù)值均超過國家標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于粘合力的改進(jìn)有著不俗的表現(xiàn)。通過該技術(shù)的運(yùn)用，在翻新行業(yè)的粘合問題實(shí)現(xiàn)突破事項(xiàng)中墊膠技術(shù)性能指標(biāo)的大幅度提升，將該技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)大型工程輪胎的優(yōu)異性能。

本項(xiàng)目通過以具有優(yōu)異物理機(jī)械性能的天然膠基礎(chǔ)體系，加入最佳用量的相關(guān)配合體系防老體系、補(bǔ)強(qiáng)體系、硫化體系等從而來達(dá)到期望得到的高性能膠料。之后運(yùn)用多段混煉、多次塑煉的工藝創(chuàng)新，來助推粘合力的提升。同時(shí)體系中加入間甲白的粘合體系，利用粘合體系對(duì)粘合力的提升進(jìn)行加強(qiáng)。因此，研發(fā)此中墊膠配方及技術(shù)，在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)與整個(gè)行業(yè)上也具有巨大的效益前景。

2 胎面膠耐磨、耐刺扎性能

（1）通過使用天然膠與丁苯膠、順丁膠并用，利用三者的相互搭配，天然膠是一種物理機(jī)械性能最優(yōu)異的膠種，丁苯膠最為突出的性能耐熱性能好，而順丁膠的耐磨性較為突出。通過天然膠提供的生膠基礎(chǔ)搭配順丁膠的耐磨性能同時(shí)擁有丁苯膠的耐熱性作為保證，從而提供一種高強(qiáng)度的生膠體系。

（2）搭配以高補(bǔ)強(qiáng)小粒徑的N220炭黑來提高體系的強(qiáng)度，納米白炭黑進(jìn)一步提升了膠料的強(qiáng)度。同時(shí)搭配以最佳量的促進(jìn)劑、硫化劑、防老劑、活化劑等一系列的橡膠助劑，形成一種最佳的配方配比。

（3）膠料的二段混煉，其中第二段混煉時(shí)，“因量加量”，避免硫化體系加入量的不足或超量。一段加入生膠體系、補(bǔ)強(qiáng)體系、防老體系以及小料；二段加入硫化體系，一段混煉完成后稱量重量，根據(jù)一段量確定加入硫化體系量。

（4）引進(jìn)運(yùn)用北京化工大學(xué)的“白炭黑/溶聚丁苯橡膠納米復(fù)合材料技術(shù)”，將難于分散的白炭黑與溶聚丁苯橡膠利用特殊的技術(shù)方法進(jìn)行復(fù)合，形成一種復(fù)合材料，通過丁苯膠在體系中的混合分散來實(shí)現(xiàn)白炭黑的分散，充分發(fā)揮白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性、耐磨性和觸變作用。

該技術(shù)得到胎面膠測試性能指標(biāo)如表2：

最終獲得新型的高性能胎面膠，能夠充分適應(yīng)大型設(shè)備井下惡劣作業(yè)環(huán)境，有效提高了大型工程輪胎的使用壽命和使用性能，同時(shí)具有非常好的耐切割、耐刺扎和高耐磨性能。

通過該項(xiàng)目技術(shù)得到的翻新產(chǎn)品性能指標(biāo)均優(yōu)于“工程機(jī)械翻新輪胎”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其使用壽命可達(dá)到新輪胎同等作業(yè)環(huán)境下使用壽命的95%以上，此項(xiàng)技術(shù)的推廣使用，必將帶動(dòng)整個(gè)翻新行業(yè)特別是大型工程輪胎翻新行業(yè)的發(fā)展。質(zhì)量完全符合要求，我公司根據(jù)多年來研發(fā)生產(chǎn)翻新輪胎的經(jīng)驗(yàn)，充分利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，應(yīng)對(duì)市場變化而開發(fā)的新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品。該生產(chǎn)工藝、技術(shù)一方面改善了產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面大幅度降低了產(chǎn)品成本，為我公司占有市場競爭力、創(chuàng)造最大的財(cái)富提供了有力的保障。

3 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展情況

針對(duì)引進(jìn)專利，公司組織技術(shù)人員進(jìn)行成果消化、吸收研究，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證表明利用該技術(shù)新研制的胎面（胎冠）膠性能達(dá)到專利技術(shù)指標(biāo)，能夠滿足公司對(duì)翻新輪胎胎面（胎冠）膠的性能要求。下一步，我公司將針對(duì)目前已試制樣品檢測情況，進(jìn)一步優(yōu)化配方與生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)指標(biāo)：拉伸強(qiáng)度mpa>21.5；扯斷伸長率%>480；硬度（紹爾A）度>70；磨耗量（阿克?。ヽm3<0.3；粘合強(qiáng)度KN/m：胎面膠/緩沖膠與緩沖布層>10.5，緩沖簾布層間>9，緩沖層與簾布層>7.8，簾布層間>6，胎側(cè)與簾布層>7.4。

首先完成產(chǎn)品定型樣品的研制，然后進(jìn)行推廣應(yīng)用，進(jìn)而完善項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編寫和批量化生產(chǎn)線的建設(shè)，首先實(shí)現(xiàn)年翻新30000條工程輪胎的生產(chǎn)能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)年翻新40000條各類輪胎的生產(chǎn)能力。未來3-5年內(nèi)，計(jì)劃將該產(chǎn)品推廣到全國重點(diǎn)礦山機(jī)械產(chǎn)業(yè)地區(qū)。

我公司擁有各類專業(yè)技術(shù)人員12人，并與北京化工大學(xué)、青島科技大學(xué)、玲瓏輪胎國家技術(shù)中心、中國兵器53所等多家高校和科研院所有長期合作，常年特聘數(shù)名業(yè)內(nèi)專家作為技術(shù)顧問指導(dǎo)我公司的研發(fā)、生產(chǎn)工作。公司建有專門的研發(fā)中心，配備了先進(jìn)的研發(fā)檢驗(yàn)檢測設(shè)備，已具備較強(qiáng)的研發(fā)、試驗(yàn)、生產(chǎn)能力。

目前，我公司是省內(nèi)輪胎翻新行業(yè)家取得發(fā)明專利授權(quán)企業(yè)、省內(nèi)唯一獲“山東名牌”企業(yè)，并且是省橡膠協(xié)會(huì)成員企業(yè)、中國產(chǎn)品質(zhì)量協(xié)會(huì)成員單位，先后榮獲中國產(chǎn)品質(zhì)量信用AAA等級(jí)企業(yè)、山東省資源綜合利用企業(yè)、煙臺(tái)市守合同重信用企業(yè)，獲得了質(zhì)量管理體系、環(huán)境管理體系、職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證。

公司積極進(jìn)行科研技術(shù)投入，建立起企業(yè)與高?？蒲性核L期、穩(wěn)定的合作關(guān)系，力爭建立煙臺(tái)市廢舊輪胎環(huán)保資源化綜合利用工程技術(shù)研究中心。形成企業(yè)-高校密切結(jié)合的產(chǎn)學(xué)研研發(fā)體系，開發(fā)更多適用于大型礦山用工程輪胎產(chǎn)品，推動(dòng)企業(yè)科技創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，為企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步服務(wù)，為企業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代和生產(chǎn)技術(shù)水平提升提供技術(shù)支持和技術(shù)儲(chǔ)備，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

以擬建設(shè)的工程技術(shù)研究中心和工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室為企業(yè)創(chuàng)新平臺(tái)，加強(qiáng)自主創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開發(fā)，形成穩(wěn)固的以企業(yè)為主體，高校、科研院所為依托，自主創(chuàng)新與引進(jìn)消化相結(jié)合的企業(yè)科技創(chuàng)新體系。

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