李龍輝，賀 俊，樊麗丹，高文麗

（云南云維飛虎化工有限公司，云南 沾益 655338）

炭黑是橡膠的重要補強劑，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國的炭黑產(chǎn)能也在快速增長。2017年我國炭黑表觀消費量為457.84萬t，而總生產(chǎn)能力已達到732萬t，產(chǎn)能過剩274.16萬t，市場競爭激烈。受經(jīng)濟低迷的影響，特別是輪胎出口頻繁遭國外反傾銷、反補貼調(diào)查，使得原來出口比例高達40%的輪胎行業(yè)受到重創(chuàng)，炭黑的產(chǎn)銷量急劇下降。目前炭黑總產(chǎn)量的80%以上用于輪胎工業(yè)，10%左右用于塑料和涂料，另有10%左右用于橡膠制品領域。近幾年，隨著國內(nèi)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，橡膠制品的炭黑用量呈快速上升趨勢，這引起了炭黑生產(chǎn)企業(yè)的重視。針對這種情況，國內(nèi)外大型炭黑企業(yè)競相開發(fā)非輪胎用炭黑。但由于歷史原因，炭黑的生產(chǎn)技術(shù)基本是根據(jù)輪胎行業(yè)要求開發(fā)的，且受資金、裝備、人才、技術(shù)和市場等因素影響，導致橡膠制品用炭黑成本較高和性能難以完全滿足要求，研發(fā)橡膠制品的專用炭黑勢在必行[1-2]。

針對以上情況，我公司對橡膠制品用炭黑市場進行了考察，結(jié)合現(xiàn)有裝置，通過對反應爐、油槍、微米粉碎機、磁選機、輸送螺旋和包裝機的改造，對工藝的調(diào)整，對原料油的優(yōu)選，成功研制出橡膠密封條專用YF503炭黑。

1 橡膠密封條用炭黑的要求

正確分析橡膠密封條的應用要求是生產(chǎn)其適用炭黑的基礎。橡膠密封條主要用于汽車、飛機、集裝箱、路橋和建筑門窗等，用于防止灰塵、水和氣體進入系統(tǒng)。橡膠密封條用炭黑與輪胎用炭黑的主要區(qū)別如下。

（1）適應不同的硫化體系。輪胎多采用間歇式高溫蒸汽硫化，而橡膠密封條多采用連續(xù)自動高溫空氣硫化，因此輪胎膠料與密封條膠料的硫化體系不同，密封條專用炭黑必須滿足其膠料的硫化要求。

（2）應用性能要求不同。輪胎用炭黑主要滿足膠料的強度性能、耐磨性能、滾動阻力和生熱性能要求；橡膠密封條用炭黑則要求滿足膠料優(yōu)異的耐候性能（高低溫性能）、適宜的伸長率、較小的壓縮永久變形、良好的加工性能及外觀（光潔、無瑕疵）要求[3]。

2 YF503炭黑的質(zhì)量指標

根據(jù)橡膠密封條用炭黑的要求，制定橡膠密封條專用YF503炭黑的質(zhì)量指標：雜質(zhì) 無，吸碘值 （42±5） g·kg-1，DBP吸收值 （121±5）×10-5m3·kg-1，加熱減量 ≤1.0%，45 μm篩余物含量 ≤100 mg·kg-1，灰分質(zhì)量分數(shù) ≤0.005，揮發(fā)分質(zhì)量分數(shù) ≤0.02，細粉質(zhì)量分數(shù) ≤0.10，粒子強度 ≤30 cN。

3 YF503炭黑的研制

YF503炭黑主要用于橡膠密封條膠料，其基本特點主要為易分散、對應的膠料擠出半成品光潔、變形小和純凈度高。從目前橡膠密封條用炭黑品種看，其初步具備適用的特征，但仍存在比表面積偏大、純凈度較低和造粒不夠等缺點。在這種情況下，我公司對現(xiàn)適用于橡膠密封條的炭黑生產(chǎn)技術(shù)進行了改進，以適用于YF503炭黑生產(chǎn)。

3.1 生產(chǎn)工藝流程改進

改進后的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 改進后的生產(chǎn)工藝流程

改進工藝流程如下。

（1）采用多級燃燒及單點噴油等技術(shù)，使原料油裂解充分、均勻，形成粒徑分布均勻、表面光滑的炭黑粒子，同時炭黑聚集體發(fā)育完整。

（2）在核心設備反應爐的中段加入2—3次氧化劑，以確保炭黑的篩余物含量滿足設計要求，產(chǎn)品達到環(huán)保、超純的目標。

（3）在核心設備反應爐的后端迅速終止反應，以進一步保證所生產(chǎn)的炭黑粒徑分布均勻，粒子表面光滑，炭黑聚集體發(fā)育完整。

（4）采用特殊的霧化介質(zhì)，加大霧化介質(zhì)壓力和流量，以達到原料油充分霧化、分散，有利于炭黑粒子表面光滑，控制產(chǎn)品比表面積。

（5）在造粒工序，選取食品級（超純）添加劑代替原有添加劑，以利于產(chǎn)品篩余物含量達到設計要求。

（6）嚴格規(guī)定造粒水和添加劑的配比，以使造粒后的炭黑粒子分布均勻、細粉含量小、粒子強度適中，達到既方便貯存、運輸，分散性又好的目的。

3.2 原材料控制

原料油中含有的雜質(zhì)、游離炭、灰分、焦質(zhì)和瀝青質(zhì)等都不利于高純凈炭黑的生產(chǎn)，因此優(yōu)選原料油極為重要。經(jīng)過多次的對比試驗可知，以制焦公司的煤焦油（經(jīng)脫水脫渣處理）與我公司自產(chǎn)的蒽油合理配合，可獲得比較理想的原料油。

其次，炭黑生產(chǎn)中的入爐物料水、空氣、添加劑和粘結(jié)劑等中的雜質(zhì)也是導致炭黑純凈度下降的重要因素，必須嚴格控制?？刂拼胧椋合到y(tǒng)用水全部采用去離子水，入爐空氣全部經(jīng)過超細過濾裝置除雜，添加劑和粘結(jié)劑經(jīng)過預溶解、沉降、過濾后再使用。

3.3 生產(chǎn)裝置改進

為保證所生產(chǎn)的橡膠密封條專用YF503炭黑質(zhì)量，公司對生產(chǎn)線上的部分設備進行改進。

（1）設計了獨創(chuàng)的原料油槍及其定位裝置，使油槍定位精準、原料油霧化均勻和燃料燃燒完全。

（2）在造粒工序，嚴格控制造粒機攪齒間隙，使造粒光滑和粒度均勻。

（3）與炭黑接觸的設備和管道全部選用奧氏體不銹鋼，而在生產(chǎn)精制工序，采用多級超強磁場精選設備，實現(xiàn)多級精選，以確保產(chǎn)品中的鐵含量達到要求。

（4）為保證產(chǎn)品包裝要求，對現(xiàn)有的大、小包裝機進行更換，以確保包裝質(zhì)量。

（5）對一、二級提升機頂部進行改造，將原產(chǎn)品輸送螺旋改為溜槽，同時增加手動三通閥，避開產(chǎn)品分配螺旋，降低產(chǎn)品在輸送過程中的破碎程度。

3.4 強化過程控制

為保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，從工藝控制和質(zhì)檢兩方面采取相應措施，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（1）引進較為科學的工藝過程控制指數(shù)分析方法，定量判定過程工藝參數(shù)控制的穩(wěn)定性，并制定考核指標。

（2）從理論上確定準確的一次燃燒率、總?cè)紵省⒍稳紵?、燃燒溫度、風氣比和風油比等關鍵工藝參數(shù)，嚴格控制生產(chǎn)。

（3）編制安全技術(shù)操作規(guī)程，精心操作。

（4）確定產(chǎn)品檢測方法及檢測頻率，實時監(jiān)控關鍵質(zhì)量指標，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4 產(chǎn)品質(zhì)量

橡膠密封條專用YF503炭黑的質(zhì)檢結(jié)果如表1所示。由表1可知，YF503炭黑質(zhì)量基本達到設計要求。

表1 YF503炭黑的質(zhì)檢結(jié)果

5 YF503炭黑的應用

5.1 在 三元乙丙橡膠（EPDM）和丁腈橡膠（NBR）中的應用

橡膠密封條專用YF503炭黑與國外同類產(chǎn)品在EPDM和NBR中的應用性能對比分別見表2和3。由表2和3可知，YF503炭黑的EPDM和NBR膠料性能已到達或超過國外同類產(chǎn)品的膠料性能。

表2 YF503炭黑與國外同類產(chǎn)品在EPDM中的應用性能對比

5.2 在橡膠密封條膠料中的試用

橡膠密封條專用YF503炭黑已投放到橡膠密封條生產(chǎn)企業(yè)試用，所制備的密封條膠料粘度小、流動性好，密封條表面光滑、無氣泡、無麻點，YF503炭黑完全可以取代國外同類產(chǎn)品用于橡膠密封條膠料。

表3 YF503炭黑與國外同類產(chǎn)品在NBR中的應用性能對比

6 結(jié)語

橡膠密封條專用YF503炭黑的研制是在我公司現(xiàn)有炭黑生產(chǎn)技術(shù)的基礎上，通過對設備和工藝的改進、原料油的優(yōu)選而達到預期的目的。YF503炭黑產(chǎn)品已批量投放市場，客戶的試用情況以及反饋意見表明，YF503炭黑完全可以取代國外同類產(chǎn)品，專用于橡膠密封條生產(chǎn)。