CN105419095B

CN105419095B - 一种炭黑复合粉体材料的生产方法

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Publication number: CN105419095B
Application number: CN201510961101.XA
Authority: CN
Inventors: 赵社涛; 赵社军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2018-03-02
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: CN105419095A

Abstract

一种炭黑复合粉体材料的生产方法，是往炭黑生产装置内注入生成炭黑的烃类原料的同时，往炭黑生产装置内注入无机粉体的液态浆料，其中无机粉体是使用超声波设备、球磨机、均质机、或高剪切乳化机中的一种分散在液态溶剂中，从而得到分散均匀的无机粉体液态浆料，最终经高温反应得到均匀的炭黑复合粉体材料。此方法工艺流程短，可以利用传统炭黑生产设备，能耗低，制得的炭黑复合材料相比单一的炭黑材料具有更好的综合性能。

Description

一种炭黑复合粉体材料的生产方法

技术领域

本发明属于炭黑工业技术领域，更具体的为一种使用炭黑反应炉生产炭黑复合材料的生产工艺。

背景技术

烃类在严格控制的工艺条件下经气相不完全燃烧或热解而成的黑色粉末状物质。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氢和硫等。炭黑粒子近似球形，粒径介于10～500μm间。许多粒子常熔结或聚结成三维键枝状或纤维状聚集体。在橡胶加工中，通过混炼加入橡胶中作补强剂和填料。炭黑是最古老的工业产品之一。早在公元前，中国就用植物油不完全燃烧制取颜料炭黑。1872年，美国首先以天然气为原料用槽法生产炭黑。当时，炭黑也仍主要用作着色剂。1912年S.C.莫特发现炭黑对橡胶的补强作用之后，炭黑工业才迅速发展起来。20世纪20年代，又出现了以天然气为原料的气炉黑和热裂黑，R.D.斯诺于1937年开始研究高效的炭黑生产方法。后来，J.C.克雷奇致力于从液态烃生产炭黑，开发了油炉法工艺。1941年，试产出第一批油炉黑。1943年，世界上第一座工业化规模的油炉黑工厂在美国投产。当今，油炉法是效率最高、经济效益最好的炭黑生产方法。油炉黑的产量已占炭黑总量的70％～90％。

炭黑是传统的工业产品，世界年产量超过1000万吨。全球炭黑约有70％用于轮胎的制造，20％用在其他橡胶，其余不到10％则用于塑料添加剂、染料、印刷油墨等工业。受轮胎行业需求持续增长和建筑业、制造业用炭黑补强工业橡胶制品的推动，2020年全球炭黑市场有望超过250亿美元。2014年中国国内炭黑总产能接近660万吨，市场需求量不到500万吨，产能过剩严重，炭黑企业开工率较低，平均仅为60％左右。较低的开工率和极低的利润率，呈现出明显的产能过剩倾向。迫切需要开发出新的高利润高附加值炭黑新产品。单一的炭黑具有不足的理化性能，通过和无机粉体混合共用，可以得到具有更好综合性能的复合炭黑材料。中国专利“轮胎三角胶用橡胶纳米复合材料及其制备方法”(申请号201210212113.9)，公开了一种使用超声波处理膨胀石墨得到纳米石墨片，然后与炭黑混用在轮胎三角胶里，明显提高了三角胶的硬度和模量，并降低动态生热，提高了轮胎使用寿命。但是加工工艺复杂、流程长。

中国专利“一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料及其制备方法”(申请号201510127909.8)，公开一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料的制备方法，所得的炭黑复合材料相比单一的炭黑N600、炭黑N600/白炭黑复配效果更优异，但是也存在工艺流程长，加工繁琐的问题。

发明内容

本发明的目的在于为了提高单一炭黑材料的性能，生产出炭黑复合粉体材料，需要加工出分散均匀的无机粉体液态浆料，与生成炭黑的烃类原料一起注入炭黑生产装置，生产出混合均匀的炭黑复合粉体材料。

本发明的技术方案是：

一种炭黑复合粉体材料的生产方法，是在炭黑生产装置内高温反应制得，其特征在于：往炭黑生产装置内注入生成炭黑的烃类原料的同时，往炭黑生产装置内注入无机粉体的液态浆料，其中无机粉体的液态浆料是使用超声波设备、球磨机、均质机或高剪切乳化机中的一种加工获得。

本发明中，所述的炭黑复合粉体材料包括炭黑与鳞片石墨、膨胀石墨、可膨胀石墨、石墨烯、纳米石墨片、碳纳米管、白炭黑、或氧化铝中的一种或多种形成的复合材料，还包括炭黑与炭黑、炭黑与氮化铝、炭黑与氮化硼、炭黑与粘土、炭黑与二氧化钛、炭黑与硅酸铝、炭黑与云母片、炭黑与蒙脱石、或炭黑与滑石等形成的复合材料。炭黑复合材料，相比单一的炭黑具有更好的综合性能，可以广泛使用在橡胶、塑料、涂料、电池等领域。例如，炭黑与碳纳米管形成的复合粉体可以显著提高炭黑的导电能力，在塑料、橡胶、涂料中更小的添加量就能达到所需要的导电性，消除静电；例如，炭黑与石墨烯或纳米石墨片形成的复合粉体可以显著提高橡胶制品的导热性和耐磨性，添加到轮胎里可以显著提高轮胎的导热能力和耐磨能力。。

本发明中，用来分散无机粉体的液体介质，可以是水、炭黑原料油、乙烯焦油、粗苯、乙醇等，优选以炭黑原料油为分散介质，炭黑原料油通过热裂解或不完全燃烧会转化成炭黑，炭黑原料油的来源可以是乙烯焦油或煤焦油加工获得。为了稳定液态浆料的存放时间，不让无机粉体在液态溶剂中较快的沉降，可以在液态浆料中添加分散剂或表面活性剂，例如十二烷基磺酸钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等。在生产炭黑的同时把含无机粉体的液态浆料注入炭黑生产装置内，得到含炭黑的复合材料。炭黑生产装置，优选传统的油炉法设备。油炉法设备生产能力大，单位炭黑复合材料生产成本低。注入含无机粉体液态浆料的位置可以在炭黑反应炉的炉头位置，也可以是反应炉后面的急冷水位置。通过把无机粉体和水处理成水为溶剂的浆料，就可以在急冷水位置注入含水的无机粉体浆料，得到含炭黑复合粉体。

本发明中，无机粉体，尤其是纳米无机粉体，表面能高，通常具有团聚倾向，不容易分散在液态介质中。无机粉体液态浆料的加工设备对本发明工艺所得炭黑复合材料的性能有决定性的影响。不同的加工设备，会导致无机粉体在液态溶剂具有不同的分散混合均匀性。分散性不好的无机粉体液态浆料，会得到不均匀的炭黑复合材料，从而降低炭黑复合材料的性能。

相比使用别的分散加工设备，本发明中是使用超声波设备、球磨机、均质机、或高剪切乳化机中的一种加工获得。这四种设备都可以得到高分散性的无机粉体液态浆料，从而经过高温反应后得到均匀的炭黑复合材料。高剪切乳化机利用高剪切转子快速均匀地将无机粉体分布在溶剂中，其利用机械带来的强劲动能，使物料在定转子狭窄的间隙中，每分钟承受几十万次的液力剪切。在高速旋转的转子外端产生15m/s以上的线速度，甚至高至40m/s，并形成强烈的机械及液力剪切、液层摩擦、撞击撕裂，使物料充分的分散、乳化、均质、破碎、同时通过定子槽射出。离心挤压撞击撕裂等综合作用，瞬间均匀地分散乳化，经过高频的循环往复，最终得到无气泡细腻及稳定的高品质液态浆料。超声波设备是指以液体为媒介，通过超声波在液体中的“空化”作用，将液体中的颗粒进行分散和解团聚的过程。利用超声波的超声空化作用来分散团聚的颗粒是目前最有效的物理分散法之一。它是将所需要处理的颗粒悬浮(液体)放入超强声场中，用适当的超声振幅和作用时间加以处理。利用超声空化时产生的局部高温、高压、强冲击波和微射流等，较大幅度地弱化纳米微粒间的纳米作用能，有效地使无机粉体得到充分分散。球磨机内装有直径0.05mm到50mm的磨球，磨球在高速运动中做不规则运动产生冲击、剪切、研磨力达到研磨和混合样品的目的。球磨机包括搅拌球磨机、砂磨机、行星式球磨机、或滚筒球磨机中的一种。均质机的的操作压力通常在10到300Mpa，也称“高压流体纳米匀质机”，它可以使悬浊液状态的物料在超高压作用下，高速流过具有特殊内部结构的高压均质腔。高压溶液快速的通过均质腔，物料会同时受到高速剪切、高频震荡、空穴现象和对流撞击等机械力作用和相应的热效应，最终得到分散均匀的无机粉体液态浆料。高分散性的无机粉体液态浆料，才能和生成炭黑的烃一起经历热裂解反应后，得到均匀的炭黑复合材料。

本发明的优点：

1、通过加工出分散均匀的无机粉体液态浆料，与生成炭黑的烃一起注入炭黑生产设备内，得到均匀的炭黑复合粉体材料；

2、生产含炭黑复合粉体材料的过程，相比溶液共混法工艺简单，节约大量的干燥能耗，具有较好工业可行性；

附图说明

附图示出本发明实施例1生产的炭黑复合粉体材料的扫描电镜图。

具体实施例方式

以下结合附图及具体实施例方式进一步说明本发明，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。本领域技术人员根据本发明上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明保护的范围。下文示例具体的时间、投料量等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

把纳米石墨片逐步小心加入炭黑原料油内，纳米石墨片的平均层数为15层，炭黑原料油内含有重量百分比5.0％的纳米石墨片。使用超声波设备处理，单个超声波棒的功率为2KW，总共100根，处理2小时，得到含有纳米石墨片的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含纳米石墨片的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有纳米石墨片的炭黑复合材料。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合材料经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体里，含有约9.1％重量百分比的纳米石墨片，炭黑复合材料的比表面187m²/g。

将所得含有纳米石墨片的炭黑复合材料加入聚丙烯塑料，测试其导电性。取21克含有9.1％纳米石墨片的炭黑复合粉体和279克聚丙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为180℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻10⁴Ω/□。表明实施例1所得的炭黑复合材料具有媲美进口高端导电炭黑的导电性。附图示出本发明实施例1生产的炭黑复合材料的扫描电镜图，可见纳米石墨片均匀分散在炭黑粉体中间。

实施例2

把纳米石墨片逐步小心加入炭黑原料油内，纳米石墨片的平均层数为15层，炭黑原料油内含有重量百分比5.0％的纳米石墨片。使用球磨机处理含纳米石墨片的炭黑原料油浆料，球磨机为立式循环搅拌球磨机，球磨罐的容积为400升，循环罐的容积为3000升，研磨球为2mm的氧化锆球，研磨10小时得到均匀的含纳米石墨片的炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含纳米石墨片的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有纳米石墨片的炭黑复合材料。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合材料进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合材料里，含有约9.1％重量百分比的纳米石墨片，炭黑复合粉体材料的比表面180m²/g。

将所得含有纳米石墨片的炭黑复合粉体加入聚丙烯塑料，测试其导电性。取21克含有9.1％纳米石墨片的炭黑复合材料和279克聚丙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为180℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻10⁵Ω/□。表明实施例2所得的炭黑复合粉体材料具有媲美进口高端导电炭黑的导电性。

实施例3

把纳米石墨片逐步小心加入炭黑原料油内，纳米石墨片的平均层数为15层，炭黑原料油内含有重量百分比5.0％的纳米石墨片。使用高剪切乳化机进行处理，高剪切乳化机内转子的线速度40m/s，设备总功率90KW，含纳米石墨片的炭黑原料油经过乳化机的循环次数为20次，得到含有纳米石墨片的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含纳米石墨片的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有纳米石墨片的炭黑复合材料。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体里，含有约9.1％重量百分比的纳米石墨片，炭黑复合粉体材料的比表面183m²/g。将所得含有纳米石墨片的炭黑复合粉体材料加入聚丙烯塑料，测试其导电性。取21克含有约9.1％纳米石墨片的炭黑复合粉体和279克聚丙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为180℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻10⁴Ω/□。表明实施例3所得的炭黑复合粉体具有媲美进口高端导电炭黑的导电性。

实施例4

把纳米石墨片逐步小心加入炭黑原料油内，纳米石墨片的平均层数为15层，炭黑原料油内含有重量百分比5.0％的纳米石墨片。使用高压均质机进行处理，高压均质机的操作压力为100Mpa，含纳米石墨片的炭黑原料油经过均质腔的循环次数为10次，得到含有纳米石墨片的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含纳米石墨片的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有纳米石墨片的炭黑复合粉体。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体里，含有约9.1％重量百分比的纳米石墨片，炭黑复合材料的比表面190m²/g。将所得含有纳米石墨片的炭黑复合粉体材料加入聚丙烯塑料，测试其导电性。取21克含有9.1％纳米石墨片的炭黑复合粉体和279克聚丙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为180℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻10^3-4Ω/□。表明实施例4所得的炭黑复合粉体具有媲美进口高端导电炭黑的导电性。

实施例5

把白炭黑逐步加入炭黑原料油内，炭黑原料油内含有重量百分比20.0％的白炭黑。使用高剪切乳化机进行处理，高剪切乳化机内转子的线速度40m/s，设备总功率90KW，含白炭黑的炭黑原料油经过乳化机的循环次数为20次，得到含有白炭黑的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度700℃，燃烧室火焰温度为1920℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含白炭黑的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有白炭黑的炭黑复合粉体材料。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合材料进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体里，含有约29.4％重量百分比的白炭黑。

实施例6

把2000目鳞片石墨逐步加入炭黑原料油内，炭黑原料油内含有重量百分比20.0％的2000目鳞片石墨。使用高剪切乳化机进行处理，高剪切乳化机内转子的线速度40m/s，设备总功率90KW，含超细鳞片石墨的炭黑原料油经过乳化机的循环次数为20次，得到含有超细鳞片石墨的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在1.0％以内。入炉空气温度750℃，燃烧室火焰温度为1930℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含2000目石墨的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有超细石墨的炭黑复合材料。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合材料进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体材料里，含有约29.0％重量百分比的鳞片石墨。将所得含有鳞片石墨的炭黑复合材料加入聚丙烯塑料，测试其导电性。取45克含有29.0％超细石墨的炭黑复合粉体和255克聚丙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为180℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻10^5-6Ω/□。

实施例7

把碳纳米管逐步加入炭黑原料油内，炭黑原料油内含有重量百分比6.0％的碳纳米管，碳纳米管的平均直径为8nm。使用高剪切乳化机进行处理，高剪切乳化机内转子的线速度40m/s，设备总功率90KW，含碳纳米管的炭黑原料油经过乳化机的循环次数为20次，得到含有碳纳米管的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度665℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含碳纳米管的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有碳纳米管的炭黑复合粉体。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体材料里，含有约9.6％重量百分比的碳纳米管。将所得含有碳纳米管的炭黑复合粉体加入聚丙烯塑料，测试其导电性。取30克含有9.6％碳纳米管的炭黑复合粉体和270克聚丙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为180℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻10⁴Ω/口。

实施例8

把石墨烯分散在炭黑原料油内，炭黑原料油内含有重量百分比3.0％的石墨烯，石墨烯片层为1-10层。使用高剪切乳化机进行处理，高剪切乳化机内转子的线速度40m/s，设备总功率90KW，含石墨烯的炭黑原料油经过乳化机的循环次数为20次，得到含有石墨烯的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含石墨烯的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有石墨烯的炭黑复合粉体。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体里，含有约5.0％重量百分比的石墨烯。取天然橡胶基体，75份；丁苯橡胶基体，25份；含5.0％石墨烯的炭黑，70份；石蜡油，5份；硬脂酸，2份；氧化锌，8份；不溶性硫磺，6份；防老剂4010NA，2份；硫化促进剂NS，2份。先混炼均匀，然后在在20吨平板硫化机上模压硫化40min，硫化温度150℃，得到橡胶复合材料。对比不含石墨烯的纯炭黑填充，含石墨烯的炭黑复合粉体填充的橡胶复合材料在相同条件下拉伸强度从15.0Mpa提升到17.2Mpa。

实施例9

把双层碳纳米管逐步加入炭黑原料油内，炭黑原料油内含有重量百分比1.5％的双层碳纳米管，双层碳纳米管的平均直径2.5nm。使用高剪切乳化机进行处理，高剪切乳化机内转子的线速度40m/s，设备总功率90KW，含双层碳纳米管的炭黑原料油经过乳化机的循环次数为20次，得到含有双层碳纳米管的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含双层碳纳米管的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有双层碳纳米管的炭黑复合粉体。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体里，含有约2.0％重量百分比的双层碳纳米管，含有98.0％重量百分比的炭黑。将所得含有双层碳纳米管的炭黑复合粉体加入聚丙烯塑料，测试其导电性。取45克含有2.0％双层碳纳米管的炭黑复合粉体和255克聚乙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为170℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻10⁵Ω/□。

实施例10

把氧化石墨烯逐步加入炭黑原料油内，炭黑原料油内含有重量百分比3.0％的氧化石墨烯，氧化石墨烯片层为1-8层。使用高剪切乳化机进行处理，高剪切乳化机内转子的线速度40m/s，设备总功率90KW，含氧化石墨烯的炭黑原料油经过乳化机的循环次数为20次，得到含有氧化石墨烯的均匀炭黑原料油浆料。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含氧化石墨烯的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有氧化石墨烯的炭黑复合粉体。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体里，由于制造过程氧化石墨烯部分分解，含有约3.0％重量百分比的氧化石墨烯。取天然橡胶基体，70份；丁苯橡胶基体，30份；含3.0％氧化石墨烯的炭黑，70份；石蜡油，5份；硬脂酸，2份；氧化锌，8份；不溶性硫磺，6份；防老剂4010NA，2份；硫化促进剂NS，2份。先混炼均匀，然后在在20吨平板硫化机上模压硫化40min，硫化温度150℃，得到橡胶复合材料。对比不含氧化石墨烯的纯炭黑填充，含氧化石墨烯的炭黑复合粉体填充的橡胶复合材料在相同条件下拉伸强度从14.9Mpa提升到17.8Mpa。

对比实施例1(炭黑原料油不含纳米石墨片的对比例)

使用和实施例1一样的生产工艺参数，唯一不同的是炭黑原料油内不含纳米石墨片。采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入不含纳米石墨片的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到炉法导电炭黑。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑粉体里，导电炭黑的比表面积203m²/g。

将所得含有不含有纳米石墨片的炭黑复合粉体加入相同的聚丙烯塑料，测试其导电性。取45克含有9.1％纳米石墨片的炭黑复合粉体和255克聚丙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为180℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻10⁴Ω/□。表明对比实施例1由于不含纳米石墨片，为了在PP里达到相同的面电阻值，其添加量从质量百分比7％增加到了15％。

对比例2(使用高速搅拌机分散设备的对比例)

把与实施例1一样的纳米石墨片逐步小心加入炭黑原料油内，纳米石墨片的平均层数为15层，炭黑原料油内含有重量百分比5.0％的纳米石墨片。使用高速搅拌机，搅拌速度3000r/min，搅拌机带有一个锯齿状的分散盘，搅拌8小时。使用和实施例1一样的生产工艺参数，采用五段式炭黑反应炉，包含燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脱水装置，将入炉原料油水分控制在0.5％以内。入炉空气温度650℃，燃烧室火焰温度为1950℃。通过喷嘴向炭黑反应炉内喷入含纳米石墨片的炭黑原料油，经过不完全燃烧或热裂解，依次经过急冷水冷却、空气预热器、油预热器、主旋风分离器、袋滤器，得到含有纳米石墨片的炭黑复合粉体。由主旋风分离器和主袋滤器分离的炭黑复合粉体经微粒粉碎机、输送风机送至回收旋风分离器，由此分离下的炭黑复合粉体进入造粒机、干燥机、提升机、储罐，最后包装成品。在最终得到的炭黑复合粉体里，含有约9.1％重量百分比的纳米石墨片，炭黑复合粉体的比表面175m²/g。将所得含有纳米石墨片的炭黑复合粉体加入聚丙烯塑料，测试其导电性。取21克含有9.1％纳米石墨片的炭黑复合粉体和279克聚丙烯，用转矩流变仪测试。转矩流变仪温度设置为180℃，转子转速40r/min，混炼时间15min。取出所得混合物，用平板硫化仪模压成型，测试得到聚丙烯的表面电阻。聚丙烯塑料测试片的部分区域具有10^4-8Ω/□面电阻，不少区域是绝缘的，导电性不好且不均匀。表明不同分散设备对无机粉体液态浆料的分散性具有重要影响，对所得炭黑复合材料的质量有决定性影响。导电性一定程度上体现了纳米石墨片在炭黑复合材料内的分散程度差异，也体现了纳米石墨片在炭黑原料油内分散性的差异，无机粉体在溶剂里只有充分的混合均匀才能在后续工序里得到均匀的炭黑复合材料。

Claims

1.一种炭黑复合粉体材料的生产方法，是在炭黑生产装置内高温反应制得，其特征在于：往炭黑生产装置内注入生成炭黑的烃类原料的同时，往炭黑生产装置内注入无机粉体的液态浆料，其中无机粉体的液态浆料是使用超声波设备、球磨机、均质机、或高剪切乳化机中的一种加工获得。

2.根据权利要求1所述的炭黑复合粉体材料的生产方法，其特征在于：所述的无机粉体液态浆料为碳纳米管液态浆料、白炭黑液态浆料、鳞片石墨液态浆料、纳米石墨片液态浆料、石墨烯液态浆料、或氧化石墨烯液态浆料其中之一。

3.根据权利要求1所述的炭黑复合粉体材料的生产方法，其特征在于：所述的无机粉体液态浆料以炭黑原料油为溶剂。