废旧轮胎裂解炭黑在垫带中的应用研究

马立成 ，王贝贝 ，魏玉山 ，赵鹏飞 ，徐勇 ，周士峰 ，赵金平

（1. 青岛伊克斯达科技有限公司，山东 青岛 266400 ；2. 青岛伊克斯达智能装备有限公司，山东 青岛 266400 ；3. 青岛伊克斯达再生资源有限公司，山东 青岛 266400）

近年来统计显示，我国汽车产量已经连续十年蝉联全球第一，2019 年汽车产量约为2 572 万辆。

随着汽车保有量的大幅增加，我国每年的废产生量也快速增长，根据中国橡胶工业协会发布的相关数据显示，从2014 年的1 145 万t 发展到2019 年的1 380 万t 左右，年均复合增长率约为5%，到2020 年，我国废旧轮胎产量将达到约1 500 万t，废旧轮胎造成的黑色污染已成为全球性环保难题[1]。另一方面，当前我国橡胶使用量世界第一，2019 年消耗约1 668 万t。废旧轮胎作为一种再生资源，其综合利用对缓解我国橡胶资源、石化资源匮乏具有重要的战略意义[2～3]。热裂解技术被公认为是最有效的废旧轮胎处理方式，不仅可以达到对废的充分利用, 而且不会再一次危害环境[4]。

废旧轮胎裂解炭黑（简称为CBp）是废旧轮胎裂解回收的关键产物，主要组成为碳，来源于废旧轮胎中存在的炭黑、白炭黑和其他金属氧化物[5]，灰分较高，为10%～15%。它的结构和CTAB 比表面积接近375炭黑[6]，DBP 吸收值接N660。但目前普遍缺乏CBp高值化应用技术，导致其品质差，多数用作高硫粉煤或低端填料使用，难以达到用于生产的要求。如何提高CBp 的品质，实现其高值化高值化综合利用，是废旧轮胎“ 闭环” 综合利用的关键[7]。

本文研究了伊克斯达裂解炭黑EN660 对垫带性能的影响，验证了裂解炭黑替代传统工业炭黑用于垫带生产并降低生产成本的可行性，并可为垫带生产提供一定的试验依据。

1 实验部分

1.1 主要原材料

裂解炭黑EN330 和EN660，青岛伊克斯达科技有限公司产品；SMR20#、普通再生胶、N660 等均为橡胶工业常用的原材料。

1.2 垫带相应标准和裂解炭黑主要技术指标

属于安全部件，使用中有一定的安全危险性，轮胎垫带作为的一部分，所以行标对轮胎垫带提出了一个最低要求，只有满足此要求，才能保证垫带的正常使用要求。垫带具体要求如表1 ：

表1 垫带行业标准（HG/T 4625-2014）

参照GB/T 3778《橡胶用炭黑》及GB/T 528《硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》标准进行测定，具体如表2。

表2 EN330/EN660 与N660 技术指标

1.3 主要实验设备及仪器

BB-L1600IM 型密炼机，日本神户制钢株式会社；FL-6175-AL 开炼机，东莞宝轮有限公司；XM270型和XM370 型密炼机，大连第二橡塑机械有限公司；平板硫化机，浙江湖州东方机械有限公司；MDR2000型硫化仪、MV2000E 型门尼黏度仪，美国阿尔法科技有限公司；电子万能材料试验机，美国英斯特朗公司；自动比重计，瑞士赛多利斯公司；邵尔A 型硬度计，英国华莱士公司。

1.4 胶料配方

主要实验配方见表3。

表3 实验配方表

1.5 混炼工艺

小配合试验胶料采用两段混炼工艺制备：一段：SMR20# 和再生胶和小药→混炼25 s→炭黑→混炼60 s→混炼60 s 或140 ℃排料。二段：一段胶→混炼20 s→小药→混炼40 s→混炼40 s 或140 ℃排料。

大配合试验胶料分三段混炼：一段混炼在XM370型密炼机中进行。混炼工艺为：生胶、小料和炭黑→压砣40 s→压砣30 s→压压砣混炼至140 ℃排胶；二段混炼在XM370 型密炼机中进行，混炼工艺为：一段混炼胶→压砣40 s→压压砣混炼至130 ℃排胶；三段混炼在XM270 型密炼机中进行，混炼工艺为：二段混炼胶、硫黄和促进剂→压砣30 s→压砣40 s→压砣混炼至110 ℃排胶。

试样在平板硫化机上硫化。

2 实验结果及讨论

2.1 硫化特性

采用现行垫带1#生产配方，分别用裂解炭黑EN330 和EN660 等量替换N660 进行小配合试验，替代量为100%，见表4， 通过1#～3#实验数据看，用EN330 和EN660 替代N660, 门尼焦烧和门尼粘度略有增加；整体硫化特性数据差异不大。

表4 未硫化胶硫化特性

2.2 硫化胶物理机械性能

由表5，通过1#～3#数据分析：2#是选用的拉伸强度在21 MPa 的EN330，相对1#基础样拉伸强度基本一致 ，但相对3#裂解炭黑18 MPa 的EN660，拉伸强度提高了1 MPa，性能方面可以看出明显的提升，并且其他性能也与1#基础样接近，且1#～3#均满足行业标准。2#和3#两组老化前后的实验数据与1#基础样对比，数据差异不大；拉伸强度变化率略有增大，满足企业标准变化率≤25% 要求。

表5 硫化胶的物理机械性能

2.3 大配合试验

大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。

2.4 成品性能

综合考量采用EN330 替代100% 工业炭黑试验配方胶料试制12.00R20 垫带，抽取其中两条垫带进行成品物性试验。由表6 可以看出，物理机械性能均满足行标要求。

表6 垫带成品性能

2.5 经济效益分析

按现行原材料价格计算，EN330 约为N660 市场售价50%，依实验4#配方与原配方相比，胶料可降成本0.24 元/kg，按每条垫带1 kg，年产1 000 万条产量计算，每年可节省成本240 万元，经济效益明显。

3 结论

（1）通过数据对比，2#EN330 比3#EN660 在拉伸强度方面有明显优势，但EN330 比EN660 定价稍高，但通过综合考量，EN330 更加具有性价比。

（2）2#和3#两组实验数据与1#基础样对比数据差异不大，可完全全部等量替代，满足行业和企业垫带的性能需求。

（3）耐老化性方面，裂解炭黑与商业炭黑没有明显的差异。

（4）通过在配方中使用裂解炭黑，既符合“ 碳中和和环保” 理念，又可节约材料成本，提升产品竞争力。