回收炭黑部分替代高耐磨炭黑优化胶料性能

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1、回收炭黑部分替代高耐磨炭黑优化胶料性能朱永康编译（中橡集团炭黑工业研究设计院，四川自贡643000）橡胶工业正在经历这样的一个阶段：一方面，用户需要价格具有竞争力的内胎、小型轮胎等常规产品；另一方面，原材料价格不断呈现出跳跃式上涨，而该行业对于采用绿色清洁技术又有着诸多法律限制。在这种十分紧迫的情况下，橡胶技术人员当前所面临的一大挑战，是设计出一种采用再生橡胶或回收材料等绿色技术，成本最优而同时又能保持功能性/抗破坏性能的胶料。通常情况下，再生橡胶是与高耐磨炭黑（HAF）这类补强填料组合用于胶料，而这类填料属于化石原料产品。本研究致力于用50phr通过绿色技术生产的回收炭黑替代HAF，通过实验

2、设计(DOE)来测定其在天然橡胶（NR）再生硫化胶中的功能特性，最终目标是使这种填料的添加量达到最佳化。本研究使用了名为Hi-Green炭黑的回收/绿色炭黑。据印度杉拓绿色能源公司（ShantolGreenEnergy(I)Pvt.Ltd）称，这种绿色炭黑是通过热催化解聚工艺(系该公司专有技术)生产出来的，该技术每天可以生产出30吨绿色炭黑，同时可减少二氧化碳（CO2）排放60吨左右。换句话说，生产或使用1吨Hi-Green炭黑可减排2吨温室气体(CO2)，凭借这样一种方式产生积极的环境效应。研究旨在用这种从废轮胎生产的回收炭黑部分替代HAF炭黑(化石原料产品)，从而减少温室气体排放。此项工作

3、通过智能/绿色配方技术来帮助降低胶料的成本，通过实验设计软件(DOE/DOX)进行了实验研究和分析。DOE是一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法，主要对试验进行合理安排，以较小的试验规模(试验次数)、较短的试验周期和较低的试验成本，获得理想的试验结果以及得出科学的结论。这一重要工具的作用包括：提高产量、改善性能、减少质量波动、缩短新产品试验周期、降低成本、延长产品寿命等等。在本研究中，利用这种DOE软件来筛选和优化胶料配合及产品性能中任一因子的影响，通过以回收炭黑部分替代HAF，进而实现对传统橡胶胶料性能的优化。表1Hi-Green炭黑SH-665（RC-665）技术参数表性能单位标准观测

4、结果BET表面积m2/gASTMD655677.32氮表面积m2/gASTMD655673.99DBP吸油值（OAN)ml/100gASTMD2414104.6压缩样DBP吸油值（COAN)ml/100gASTMD3493100.2吸碘值mg/gASTMD1510163.0比重g/cc-2.10挥发分（VOC）%ASTMD16205.3水分%ASTMD15090.26灰分%ASTMD150619.8硫含量%ASTMD1293.21倾注密度kg/m3ASTMD1513340多环芳烃（PAH）含量mg/kg-ND**ND—未检测。1实验用NR/再生胶(70:30)作为聚合物，使用的其它配合剂由标准

5、供货商提供，见表2。8表2试验配方配合剂份数（phr）聚合物100填料50*硬脂酸1.5氧化锌5.0塑化剂3.5防老剂-10.5防老剂-21.5硫化剂传统硫化体系（CV）*填充量保持恒定，但每一实验设计的炭黑品种不同。胶料在标准实验室用捏炼机(处理能力3L)上混合。板状试样和纽扣状试样在150°C模压10min。全部测试均依照ASTM标准方法进行，其结果详见附表3~表6所示。表3实验设计及其响应分析组分1组分272°C热老化72h运行次数A:HAFN-330B:RC-665门尼粘度F.B.应力松弛衰变常数TS10%TC90TC90-T10S'MLS'MH(%)(%)-（λ）(min)(min)

6、(min)(lbs.-inch)(lbs.-inch)1100036.96-0.391.585.073.491.4102010025.07-0.582.36.754.450.35.53505025.69-0.642.37.350.34.54752533.05-0.511.75.053.351.29.35257527.61-0.612.287.194.910.34.9表4实验设计及其响应分析组分1组分272°C热老化72hRunA:HAFN-330B:RC-665S′(MH-ML)S″MLS′MHTanδLTanδM硬度T.S.M(300%)E.B(%)(%)(lbs.-inch)(lbs.-i

7、nch)(lbs.-inch)(邵A)(psi)(psi)(%)110008.61.2630.89710.3002682，0121，257484201005.20.260.930.85520.1693561，763664608350504.20.251.070.83950.2373621，973888569475258.11.043.040.86570.3264661，9821，013530525