廢舊輪胎脫硫橡膠新材料的應用

程賢甦，陳友明

（1.福州大學 材料科學與工程學院，福建 福州 350803；2.上海德伴高分子新材料有限公司，上海 201600）

在全球資源日益貧乏的今天，為了維持人類可持續發展，3R（Reduce，Reuse and Recycle）理念深入人心。探討以廢舊輪胎為原料，采用無污染脫硫技術制備脫硫橡膠。這種新型脫硫橡膠較好地保留了橡膠的高分子特性，可直接注射成型制備橡膠零部件，節能降耗，節省人力，具有良好的經濟效益和社會效益，解決廢舊輪胎無污染回收再利用這一全球性重大環保難題。

隨著我國汽車產業的飛速發展，汽車保有量逐年增大，汽車配套產品輪胎的需求迅速增加，由此廢舊輪胎的產量也逐年增大。一方面，我國是橡膠嚴重缺乏國家，橡膠年消耗量達500萬t左右，其中70%依賴進口；另一方面，廢舊輪胎產量正以6%的速度急劇增加，2015年我國產生3.3億條廢舊輪胎，質量為1 200萬t，到2020年，我國廢舊輪胎產量將達到2 000萬t。廢舊輪胎大量堆積不僅容易滋生蚊蟲，造成環境污染，而且也容易引發火災，對公共安全造成隱患。因此，高效處理廢舊輪胎一直是環境保護和橡膠再生利用領域的重要課題。

目前廢舊輪胎的處理方式主要有原形直接利用、輪胎翻新、生產再生橡膠和膠粉、焚燒和掩埋。為了推動我國資源綜合利用和節能減排，國家財政部出臺《資源綜合利用產品和勞務增值稅優惠目錄》。從2015年7月1日起，我國對膠粉、輪胎翻新、再生橡膠產品采取增值稅即征即返50%優惠政策。同時《廢橡膠綜合利用行業“十三五”發展規劃指導綱要》確立了廢橡膠綜合利用以再生橡膠生產為主，擴大翻胎和膠粉產能的產業目標。通過提高廢橡膠利用價值，優化產品結構；通過自主創新研發并推廣新的再生工藝裝備，推動廢橡膠行業的綠色轉型。

傳統的橡膠制品是通過研磨、壓膠、硫化等多道工序制成。由于廢舊輪胎橡膠材料的相對分子質量高、粘度大、流動性差、難以加工再利用，因此必須先經過脫硫，打破三維結構才能使用。傳統的高溫動態脫硫污染嚴重，得到的再生橡膠臭氣熏天，加工工作條件非常惡劣。

根據當今市場需求情況和未來發展趨勢分析，結合國內外橡膠制品行業對橡膠材料的需求，我們研發一種投資少、環保又節能的脫硫橡膠新材料制備技術，以滿足市場需求，克服環境污染問題，提高企業經濟效益，促進產品結構調整，推動企業向高新技術方向發展。現將該技術的有關情況介紹如下。

1 主要原材料

以廢舊輪胎為原材料，生產工藝流程為：輪胎鋼絲剝離→破碎→脫硫→造粒（顆粒狀脫硫橡膠產品）→稱量包裝，制成可注射成型的膠粒。

整個脫硫過程沒有采用高溫，無污染，不產生臭味，是一種節能環保型處理方法。新工藝得到的膠粒如圖1所示。

圖1 廢舊輪胎脫硫膠粒

廢舊輪胎脫硫膠粒材料的主要性能指標如表1所示。從表1可以看出，這些膠粒材料的綜合性能，尤其是拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度指標較好，非常適合與其他高分子材料制備復合材料，也可以作為橡膠材料改性的添加劑。

表1 廢舊輪胎脫硫膠粒材料的主要性能指標

2 制備鞋材的主要設備

采用自主開發的模具以及根據自主知識產權設計的橡膠鞋底注射成型機（國家發明專利ZL200910150291.1《可交聯的橡膠組合物、其用途、其制成的橡膠顆粒、該橡膠顆粒的制備方法及注射方法》）創新設計橡膠鞋底注射成型設備，可快速實現橡膠顆粒直接注射高溫硫化成型，有效取代傳統生產用的鍋爐、開煉機、密煉機、噴漆線等一系列設備，節省了設備、人力、電力、廠房空間等；科學利用廢舊輪胎粉末，降低鞋底原材料成本；改進硫化工藝，取消了噴漆、打磨等工序，有效降低了廢氣、粉塵對環境的污染，符合國家和社會的環保產業要求。與傳統方式生產的鞋底相比，鞋底日產能更高，產品性能優良，外觀更美觀、細致。

注射成型制得的鞋底樣品如圖2所示。

圖2 注射成型制得的鞋底樣品

橡膠是一種戰略物資，將廢舊輪胎粉末作為研究攻關的內容，經過真空脫硫，將廢舊輪胎粉末進行環保還原為橡膠制品的原材料，再經過科學創新制成橡膠顆粒；采用該顆粒后制品一次注射成型。橡膠注射成型技術難題的攻破與應用是橡膠領域的一次革命性創新，不僅明顯降低了橡膠制品生產企業的能耗與原材料成本，而且將廢物再利用并資源化，也為發展我國循環經濟做出了貢獻。

經過配合→混煉→造粒制成的顆粒，既具有熱塑性塑料直接注射的加工性能，又具有傳統橡膠高溫硫化成型的特性。這種脫硫橡膠顆粒在80℃以下的溫度環境中不會發生自硫化，在常溫環境中可長期保存、儲存穩定，徹底解決了傳統橡膠會自硫化而不能儲存的弊端。

創新設計橡膠制品注射成型設備，有效取代傳統橡膠產品的一系列生產設備。新設備是集塑化、注射、高溫硫化為一體的專用設備，能快速實現橡膠顆粒直接注射高溫硫化成型。與傳統橡膠制品的生產方式相比，新設備省去了膠料配合密煉、熱煉、切割成帶狀膠料、稱量、壓片等工序及相應的煉膠、附屬設備，勞動強度明顯降低，生產效率提高2倍以上；既克服了橡膠材料粘度大、流動性差、易焦燒、難注射成型等弊端，又有效解決了橡膠制品易泛白、吐霜等問題，具有質地密實、尺寸精確、硫化均勻、強度和耐磨及耐溶劑性能好等特點。

研究試驗采用的技術路線為：橡膠母料的組分配比→混煉方法和工藝技術→橡膠擠出造粒方法和工藝技術→橡膠顆粒注射成型方法和工藝技術。

廢舊輪胎脫硫階段采用自主研發的真空脫硫技術，能夠得到性能優良的脫硫橡膠，改變了傳統橡膠不能注射、生產過程復雜的橡膠制品制作工藝。同時，使用這種脫硫橡膠，可發揮多種材料的優越性能，采用一次注射成型制作橡膠制品的工藝，配合專業的制造機械，自動開模、合模，生產操作過程簡單，操作人員少，占地面積小，橡膠制品達到高品質低成本、環保性能優良、節能減排、降低成本的目的。

傳統橡膠制品的生產流程分為：配料、煉膠、風干、切膠、膠片壓模、打磨、噴漆、壓碼、刷膠、組合、磨邊和檢驗包裝共12道工序。本技術將橡膠原料一次注射成型，只需要造粒、注塑成型、修邊和檢驗包裝4道工序，可簡化橡膠制品生產工藝的中間環節，達到了保護環境、節約能源、降低生產成本、提高經濟效益的目的。

脫硫橡膠的加工性能良好，可以通過自主創新的橡膠射出機注射成型制備各種橡膠零部件，既提高了生產效率和產品的精度，又節省了人工，節能降耗，具有明顯的優勢。采用無污染的真空脫硫工藝處理廢舊輪胎，最大限度地保留橡膠的高分子特性，得到的脫硫橡膠很容易與其他高分子形成復合材料，而價格又比常用高分子材料低20%～30%。

3 結語

隨著人們環保意識的加強，市場對橡膠材料的要求也越來越高。如今受到國內勞動力成本不斷上升以及全球經濟一體化的發展影響，傳統的橡膠材料制作方式已不適應國內低成本、高效率的生產方式競爭需求。因此，環保、對人體無害、低成本、高品質是未來橡膠制品市場發展的主要方向。

廢舊輪胎脫硫階段采用真空脫硫技術，能夠得到性能優良的脫硫橡膠，并采用一次注射成型工藝，使橡膠制品達到了高品質、低成本、環保和節能減排的目的。這一技術可以廣泛地應用于其他類型的橡膠制品中。