废旧轮胎脱硫橡胶新材料的应用

2017-07-25程贤甦陈友明

轮胎工业 2017年9期

程贤甦，陈友明

（1.福州大学材料科学与工程学院，福建福州 350803；2.上海德伴高分子新材料有限公司，上海 201600）

在全球资源日益贫乏的今天，为了维持人类可持续发展，3R（Reduce，Reuse and Recycle）理念深入人心。探讨以废旧轮胎为原料，采用无污染脱硫技术制备脱硫橡胶。这种新型脱硫橡胶较好地保留了橡胶的高分子特性，可直接注射成型制备橡胶零部件，节能降耗，节省人力，具有良好的经济效益和社会效益，解决废旧轮胎无污染回收再利用这一全球性重大环保难题。

随着我国汽车产业的飞速发展，汽车保有量逐年增大，汽车配套产品轮胎的需求迅速增加，由此废旧轮胎的产量也逐年增大。一方面，我国是橡胶严重缺乏国家，橡胶年消耗量达500万t左右，其中70%依赖进口；另一方面，废旧轮胎产量正以6%的速度急剧增加，2015年我国产生3.3亿条废旧轮胎，质量为1 200万t，到2020年，我国废旧轮胎产量将达到2 000万t。废旧轮胎大量堆积不仅容易滋生蚊虫，造成环境污染，而且也容易引发火灾，对公共安全造成隐患。因此，高效处理废旧轮胎一直是环境保护和橡胶再生利用领域的重要课题。

目前废旧轮胎的处理方式主要有原形直接利用、轮胎翻新、生产再生橡胶和胶粉、焚烧和掩埋。为了推动我国资源综合利用和节能减排，国家财政部出台《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》。从2015年7月1日起，我国对胶粉、轮胎翻新、再生橡胶产品采取增值税即征即返50%优惠政策。同时《废橡胶综合利用行业“十三五”发展规划指导纲要》确立了废橡胶综合利用以再生橡胶生产为主，扩大翻胎和胶粉产能的产业目标。通过提高废橡胶利用价值，优化产品结构；通过自主创新研发并推广新的再生工艺装备，推动废橡胶行业的绿色转型。

传统的橡胶制品是通过研磨、压胶、硫化等多道工序制成。由于废旧轮胎橡胶材料的相对分子质量高、粘度大、流动性差、难以加工再利用，因此必须先经过脱硫，打破三维结构才能使用。传统的高温动态脱硫污染严重，得到的再生橡胶臭气熏天，加工工作条件非常恶劣。

根据当今市场需求情况和未来发展趋势分析，结合国内外橡胶制品行业对橡胶材料的需求，我们研发一种投资少、环保又节能的脱硫橡胶新材料制备技术，以满足市场需求，克服环境污染问题，提高企业经济效益，促进产品结构调整，推动企业向高新技术方向发展。现将该技术的有关情况介绍如下。

1 主要原材料

以废旧轮胎为原材料，生产工艺流程为：轮胎钢丝剥离→破碎→脱硫→造粒（颗粒状脱硫橡胶产品）→称量包装，制成可注射成型的胶粒。

整个脱硫过程没有采用高温，无污染，不产生臭味，是一种节能环保型处理方法。新工艺得到的胶粒如图1所示。

图1 废旧轮胎脱硫胶粒

废旧轮胎脱硫胶粒材料的主要性能指标如表1所示。从表1可以看出，这些胶粒材料的综合性能，尤其是拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度指标较好，非常适合与其他高分子材料制备复合材料，也可以作为橡胶材料改性的添加剂。

表1 废旧轮胎脱硫胶粒材料的主要性能指标

2 制备鞋材的主要设备

采用自主开发的模具以及根据自主知识产权设计的橡胶鞋底注射成型机（国家发明专利ZL200910150291.1《可交联的橡胶组合物、其用途、其制成的橡胶颗粒、该橡胶颗粒的制备方法及注射方法》）创新设计橡胶鞋底注射成型设备，可快速实现橡胶颗粒直接注射高温硫化成型，有效取代传统生产用的锅炉、开炼机、密炼机、喷漆线等一系列设备，节省了设备、人力、电力、厂房空间等；科学利用废旧轮胎粉末，降低鞋底原材料成本；改进硫化工艺，取消了喷漆、打磨等工序，有效降低了废气、粉尘对环境的污染，符合国家和社会的环保产业要求。与传统方式生产的鞋底相比，鞋底日产能更高，产品性能优良，外观更美观、细致。

注射成型制得的鞋底样品如图2所示。

图2 注射成型制得的鞋底样品

橡胶是一种战略物资，将废旧轮胎粉末作为研究攻关的内容，经过真空脱硫，将废旧轮胎粉末进行环保还原为橡胶制品的原材料，再经过科学创新制成橡胶颗粒；采用该颗粒后制品一次注射成型。橡胶注射成型技术难题的攻破与应用是橡胶领域的一次革命性创新，不仅明显降低了橡胶制品生产企业的能耗与原材料成本，而且将废物再利用并资源化，也为发展我国循环经济做出了贡献。

经过配合→混炼→造粒制成的颗粒，既具有热塑性塑料直接注射的加工性能，又具有传统橡胶高温硫化成型的特性。这种脱硫橡胶颗粒在80℃以下的温度环境中不会发生自硫化，在常温环境中可长期保存、储存稳定，彻底解决了传统橡胶会自硫化而不能储存的弊端。

创新设计橡胶制品注射成型设备，有效取代传统橡胶产品的一系列生产设备。新设备是集塑化、注射、高温硫化为一体的专用设备，能快速实现橡胶颗粒直接注射高温硫化成型。与传统橡胶制品的生产方式相比，新设备省去了胶料配合密炼、热炼、切割成带状胶料、称量、压片等工序及相应的炼胶、附属设备，劳动强度明显降低，生产效率提高2倍以上；既克服了橡胶材料粘度大、流动性差、易焦烧、难注射成型等弊端，又有效解决了橡胶制品易泛白、吐霜等问题，具有质地密实、尺寸精确、硫化均匀、强度和耐磨及耐溶剂性能好等特点。

研究试验采用的技术路线为：橡胶母料的组分配比→混炼方法和工艺技术→橡胶挤出造粒方法和工艺技术→橡胶颗粒注射成型方法和工艺技术。

废旧轮胎脱硫阶段采用自主研发的真空脱硫技术，能够得到性能优良的脱硫橡胶，改变了传统橡胶不能注射、生产过程复杂的橡胶制品制作工艺。同时，使用这种脱硫橡胶，可发挥多种材料的优越性能，采用一次注射成型制作橡胶制品的工艺，配合专业的制造机械，自动开模、合模，生产操作过程简单，操作人员少，占地面积小，橡胶制品达到高品质低成本、环保性能优良、节能减排、降低成本的目的。

传统橡胶制品的生产流程分为：配料、炼胶、风干、切胶、胶片压模、打磨、喷漆、压码、刷胶、组合、磨边和检验包装共12道工序。本技术将橡胶原料一次注射成型，只需要造粒、注塑成型、修边和检验包装4道工序，可简化橡胶制品生产工艺的中间环节，达到了保护环境、节约能源、降低生产成本、提高经济效益的目的。

脱硫橡胶的加工性能良好，可以通过自主创新的橡胶射出机注射成型制备各种橡胶零部件，既提高了生产效率和产品的精度，又节省了人工，节能降耗，具有明显的优势。采用无污染的真空脱硫工艺处理废旧轮胎，最大限度地保留橡胶的高分子特性，得到的脱硫橡胶很容易与其他高分子形成复合材料，而价格又比常用高分子材料低20%～30%。