YF503炭黑的研制及其在橡膠密封條中的應用

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，隨著國民經濟的快速發展，中國的炭黑產能也在快速增長。2017年我國炭黑表觀消費量為457.84萬t，而總生產能力已達到732萬t，產能過剩274.16萬t，市場競爭激烈。受經濟低迷的影響，特別是輪胎出口頻繁遭國外反傾銷、反補貼調查，使得原來出口比例高達40%的輪胎行業受到重創，炭黑的產銷量急劇下降。目前炭黑總產量的80%以上用于輪胎工業，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，隨著國內汽車工業的快速發展，橡膠制品的炭黑用量呈快速上升趨勢，這引起了炭黑生產企業的重視。針對這種情況，國內外大型炭黑企業競相開發非輪胎用炭黑。但由于歷史原因，炭黑的生產技術基本是根據輪胎行業要求開發的，且受資金、裝備、人才、技術和市場等因素影響，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，結合現有裝置，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，對工藝的調整，對原料油的優選，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。橡膠密封條用炭黑與輪胎用炭黑的主要區別如下。

（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炭黑的質量指標

根據橡膠密封條用炭黑的要求，制定橡膠密封條專用YF503炭黑的質量指標：雜質 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，灰分質量分數 ≤0.005，揮發分質量分數 ≤0.02，細粉質量分數 ≤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，我公司對現適用于橡膠密封條的炭黑生產技術進行了改進，以適用于YF503炭黑生產。

3.1 生產工藝流程改進

改進后的生產工藝流程如圖1所示。

圖1 改進后的生產工藝流程

改進工藝流程如下。

（1）采用多級燃燒及單點噴油等技術，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，產品達到環保、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的炭黑粒徑分布均勻，粒子表面光滑，炭黑聚集體發育完整。

（4）采用特殊的霧化介質，加大霧化介質壓力和流量，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，以利于產品篩余物含量達到設計要求。

（6）嚴格規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、游離炭、灰分、焦質和瀝青質等都不利于高純凈炭黑的生產，因此優選原料油極為重要。經過多次的對比試驗可知，以制焦公司的煤焦油（經脫水脫渣處理）與我公司自產的蒽油合理配合，可獲得比較理想的原料油。

其次，炭黑生產中的入爐物料水、空氣、添加劑和粘結劑等中的雜質也是導致炭黑純凈度下降的重要因素，必須嚴格控制。控制措施為：系統用水全部采用去離子水，入爐空氣全部經過超細過濾裝置除雜，添加劑和粘結劑經過預溶解、沉降、過濾后再使用。

3.3 生產裝置改進

為保證所生產的橡膠密封條專用YF503炭黑質量，公司對生產線上的部分設備進行改進。

（1）設計了獨創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，而在生產精制工序，采用多級超強磁場精選設備，實現多級精選，以確保產品中的鐵含量達到要求。

（4）為保證產品包裝要求，對現有的大、小包裝機進行更換，以確保包裝質量。

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

3.4 強化過程控制

為保證生產過程的穩定性，從工藝控制和質檢兩方面采取相應措施，以確保產品質量。

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

（2）從理論上確定準確的一次燃燒率、總燃燒率、二次燃燒率、燃燒溫度、風氣比和風油比等關鍵工藝參數，嚴格控制生產。

（3）編制安全技術操作規程，精心操作。

（4）確定產品檢測方法及檢測頻率，實時監控關鍵質量指標，以保證產品質量。

4 產品質量

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

表1 YF503炭黑的質檢結果

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品的膠料性能。

表2 YF503炭黑與國外同類產品在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企業試用，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品用于橡膠密封條膠料。

表3 YF503炭黑與國外同類產品在NBR中的應用性能對比

6 結語

橡膠密封條專用YF503炭黑的研制是在我公司現有炭黑生產技術的基礎上，通過對設備和工藝的改進、原料油的優選而達到預期的目的。YF503炭黑產品已批量投放市場，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品，專用于橡膠密封條生產。