废橡胶密炼法低温再生机理及实验研究

摘要

我国是世界第一大橡胶消耗国，同时也是一个橡胶资源短缺的国家。如何解决橡胶原料来源及代用材料，实现废橡胶资源高值化利用，减少环境污染是非常重要的。在以天然橡胶、合成橡胶为原料的橡胶工业，再生橡胶已成为其第三原料资源。它在解决黑色污染和发展橡胶工业的循环经济中功不可没，同时对解决我国橡胶资源短缺也有着重要的意义。但是，目前我国的再生胶生产仍然存在诸多问题，如再生技术方法单一，再生胶的性能不高，二次污染严重，能源消耗太大等等。本文针对再生胶产业存在的问题，就实现废橡胶低温再生，提高再生胶的使用性能，避免再生过程中的污染以及再生胶的应用进行了理论研究与实验探讨。
　　 本文首先在介绍了国内外已有的废橡胶再生的各种技术、方法的基础上，系统分析了影响废橡胶再生效果的因素，对废橡胶密炼法低温再生理论进行了探讨。然后是重点研制了新型的适用于密炼机低温再生的八棱转子。该新型八棱转子具有强剪切力，能使废橡胶在混炼过程中，在解联剂的作用下，实现再生。同时对新型八棱同步转子进行了三维实体造型，运用polyflow专业软件对新型转子的压力场、速度场、剪切速率分布、黏度分布和混合指数分布进行了有限元的模拟分析。再次是对废橡胶密炼法低温再生进行了实验研究。通过正交实验的方法，对解联剂、软化剂和硫化剂配比，混炼时间，硫化温度进行了优化，确定了最佳的工艺条件。最后通过实验对再生胶的应用进行了研究，优化了共混比、硫化剂和补强剂的配比、硫化温度，并对各因素进行了显著性研究。
　　 本文通过对废橡胶密炼法低温再生机理的研究和相关的实验研究，取得的主要结论如下：
　　 (1)传统的四棱转子无法满足再生过程中需要的强剪切力要求，在此基础上设计的八棱转子增加了两对棱，同时将棱顶间隙h0减小为2mm；
　　 (2)模拟结果表明该新型八棱同步转子具有更高的压力差，更大的剪切速率，更低的混合指数，这些都说明该八棱同步转子符合机械解交联需要的强剪切作用。新型转子具有的强剪切、高流动性等特点，符合低温再生对转子强剪切的要求，为实现废橡胶的低温再生奠定了基础；
　　 (3)在废橡胶的再生实验中，当解联剂为2份，硬脂酸0.5份，硫磺0.5-1份，混炼时间为12min，硫化温度160℃时，再生胶的物理机械性能最好，整个再生过程的温度为100℃左右的相对低温；
　　 (4)再生胶的应用实验表明，采用ZnO/DCP硫化体系，同时添加少量硫磺辅助硫化的并用胶硫化性能较好。利用SEM观察共混胶的微观形貌，显示在原胶中添加15份的再生胶，两者的相容性比较好，对橡胶的各种物理机械性能影响不大，却可以大大降低生产成本。如果制造性能较高的橡胶产品，以添加15份再生胶为宜。如果制造对性能要求不高的产品，可以大幅度的使用再生胶。共混胶中白炭黑的添加量以50份为宜，硫化过程中DCP添加量为4份，硫化温度为180～185℃，硫化时间为3min，这时的再生胶具有最优的物理机械性能。