CN1493605A - 一种煤制备橡胶补强填充剂的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤制备橡胶补强填充剂的工艺方法。制备工艺为以煤为原料，经物理加工将煤粉碎到要求的粒度范围，通过添加化学助剂，改变被加工物料的物理化学性能，得到绝缘值高，性能好、价格较低廉的橡胶补强填充剂。其显著特征为：采用物理加工和化学改性相结合的方法，制备出能满足不同橡胶制品质量要求的橡胶补强填充剂，它作为生产橡胶制品的主要原料之一，可部分或全部替代炭黑作为橡胶补强填充剂。

Description

一种煤制备橡胶补强填充剂的工艺方法
本发明涉及一种以煤为原料制备橡胶补强填充剂的工艺方法。
橡胶补强填充剂是橡胶工业所使用的补强剂与填充剂的统称，其传统补强剂为各类炭黑，填充剂为各类填充物料。而炭黑是以重油、渣油、煤焦油、天然气、乙炔等为原料，采用热裂解或部分燃烧的方法制取的。填充剂是以无机矿物或有机质为原料，采用机械加工、筛选、改性或其它化学反应过程制取的。随着国民经济的快速发展，橡胶制品的需求量和种类不断增加，对生产橡胶制品的主要原料炭黑及填充物料的需求不断增长，并提出了严格要求。世界各国对环境保护的苛刻要求，对能源的合理利用逐渐重视，天然气、油类能源短缺，而煤炭资源较丰富。尤其是末煤、煤矸石利用率较低，造成了严重的环境污染与能源浪费。国内外许多专家学者都在致力研究开发其综合利用，截止目前尚未找到较为理想的途经。我国从七十年代就开始研究开发以煤为原料制备橡胶补强填充剂的方法，建立了一些小型橡胶补强填充剂生产厂，但一直停留在填充剂阶段，没有大的进展和实质性的技术创新。
本发明的目的在于克服现有工艺的不足和缺陷，制备出一种以煤为原料，绝缘值高、综合性能好、价格低廉、生产工艺简单、可部分或全部替代炭黑的橡胶补强填充剂系列产品。技术方案为：以廉价的煤为基本原料，制备出适宜粒度的煤粉，通过添加化学助剂进行改性，使补强填充剂的质量有了实质性的突破，产品质量有较大幅度的提高，可以满足多种橡胶制品对补强填充剂的要求。橡胶补强填充剂具有绝缘性能好、密度小、粒度细、伸长率高等特点。
实现本发明的主要过程是：
1.原料(无烟煤、烟煤、煤矸石)经破碎机预破碎到≤5mm，送到制粉机内粉碎，粒度≤120目，就可得到橡胶填充剂。将填充剂筛分分级处理，得到不同等级的产品，工艺简单。
2.将橡胶填充剂与1#、2#、3#化学助剂按一定的比例初步混合后，送入气流粉碎机或其它类型的制粉设备进行粉碎，即可得到不同质量的橡胶补强填充剂。化学助剂可能是以下物质的一种或几种：
1#化学助剂如NaOH、KOH、NaHCO3、Na2CO3、Na2S、碱性紫，主要作用是调节橡胶补强剂的酸碱度(PH值)。
2#化学助剂如磨亮剂、煤焦油、石油焦、木炭、蒽油、废橡胶粉、增稠树脂、草木灰、钛酸脂偶联剂、硅烷偶联剂，主要作用是调节橡胶补强剂的色度、绝缘值及其它物理化学性能。
3#化学助剂如石英、云母、古马隆树脂、酚醛树脂、木质素、硬脂酸，主要作用是调节橡胶补强剂的硬度。
三种化学助剂在某些方面有相互兼顾，相互制约的作用。
添加化学助剂依据橡胶制品对补强剂质量的要求可灵活调节。现以质优价廉的常用的补强剂生产配比，来进一步说明本发明产品的优势。
实施本发明生产橡胶补强剂的配比为
    投料名称     配比(wt％)
    橡胶填充剂1#化学助剂2#化学助剂3#化学助剂     1000.1-101.0-601.0-30
此规格的橡胶补强剂可替代混气炭黑、自炭黑、高耐磨炭黑三种炭黑在橡胶制品中的作用，其产品质量完全达到了行业质量标准。
应用本发明生产的橡胶产品质量与行业质量标准对比，列于表1。
                    表1  橡胶产品质量对比
             项目   行业标准   实例1   实例2
拉伸强度(Mpa)   ≥12.5   ≥12.6   ≥13.0
200％定伸强度(Mpa)   ≥9.5   ≥9.6   ≥10.0
硬度(邵A)   72-82   74-80   75-80
扯断伸长率(％)   ≥250   260   260
工作电阻(Ω)   ≥106   ≥107   ≥108
恒定压缩变形(％)   ≤30   ≤28   ≤28
热空气老化100℃72小时 拉伸强度(Mpa)   ≥10   ≥10.2   ≥10.5
扯断伸长率(％)   ≥150   ≥160   ≥160
脆性温度(℃)   -50   -50   -50
备注   全部替代炭黑、混气炭黑和白炭黑，部分替代高耐磨炭黑
本发明提供的橡胶补强填充剂，具有补强剂和填充剂双重功能。
本发明的工艺优势表现在，一条生产工艺路线，仅通过调节化学助剂的配比就可生产系列品种的产品。利用本工艺生产，调节范围较宽，在实际生产过程中，根据橡胶制品对不同补强剂(炭黑)与填充剂质量的要求，通过调节工艺配方来达到改变产品PH值、绝缘值、拉伸强度、定伸强度、伸长率、硬度等主要质量技术指标，满足橡胶制品生产对补强填充剂的需求。
本发明提供的橡胶补强填充剂的电阻值，比以重油和天然气为原料生产的N330炭黑、N220炭黑、半补强炭黑的体积电阻值ρv高十倍至几千倍，可高达1015Ω·Cm，特别适宜制造绝缘性能要求较高的橡胶制品，如铁路轨枕垫，电视机高压帽、绝缘手套、绝缘鞋、绝缘胶板等。
现结合实例对本发明作进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
                      实施例一
橡胶填充剂的投料为无烟煤，煤质分析列于表2。制备工艺同上述工艺过程，制备的填充剂主要物化性能指标列于表3，橡胶制品质量对比列于表4。
                     表2  煤质分析
工业分析(％) Mad Ad  Vdaf  Std  Fcad
1.28 16.96  5.24  0.34  76.18
元素分析(％) Cdaf Hdaf  Ndaf  Odaf  Qbad(MJ/kg)
93.19 2.87  1.06  2.51  34.86
                    表3  填充剂的主要物性指标
 粒度＜100目％  拉伸强度(Mpa)   扯断伸长率(％)   永久变形(％)  比重   硬度(邵A)
 ＜0.1    13     540     24  1.06     52
                           表4  橡胶制品质量对比
    项目     行业标准     实测值
    拉伸强度(Mpa)≥   内层   外层   内层   外层
  5.0   6.0   6.0   7.0
    扯断伸长(％)≥   250   300   280   320
    老化性能(70℃×48小时)   拉伸强度降低率(％)≤   15   15   13   13
扯断伸长降低率(％)≤ 25 25 22 22
                        实施例二
煤种选用实施例一的煤种，操作过程同上述工艺过程，以该工艺生产的1#橡胶补强剂为原料，制备的橡胶制品质量对比列于表5。
                    表5  橡胶产品质量对比
    项目   行业标准   产品质量指标  产品质量指标
硬度(邵A)   60±10     66     68
扯断强度(Mpa)   ≥5     7     7
扯断伸长率(％)   ≥200     460     460
体积电阻率(Ωcm)   1×1014     1.2×1013     2.0×1014
击穿电压E(KV/mm)   20     25     23
阻燃   V-0     V-0     V-0
备注   除炭黑外其它条件完全一样  全部替代炭黑

Claims (5)

1、一种以煤为基本原料制备橡胶补强填充剂的工艺方法，其特征在于：将原料煤加工到一定的粒度范围就可直接作为生产橡胶制品的填充剂；同时为满足多种橡胶制品对补强剂的要求，可按不同的比例加入1#、2#、3#化学助剂，制备出不同品种特性的橡胶补强填充剂。
2、根据权利要求1，所述的橡胶补强填充剂，其特征在于：制备橡胶补强填充剂的原料可以是无烟煤、烟煤、焦炭或煤矸石。
3、根据权利要求1，所述的橡胶补强剂和填充剂，其特征在于，酸碱度(PH值)8～11，填充剂的粒度＜100目，补强剂的粒度＜200目。
4、根据权利要求1，所述的作为制备橡胶补强填充剂的化学助剂，是如下物质的一种或几种：
1#化学助剂如：NaOH、KOH、NaHCO3、Na2CO3、Na2S和碱性紫。
2#化学助剂如：磨亮剂、煤焦油、石油焦、木炭、炭黑、石墨、蒽油、废橡胶粉、增稠树脂、草木灰、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂。
3#化学助剂如：石英、云母、古马隆树脂、酚醛树脂、木质素、硬脂酸。
5、根据权利要求1，所述的橡胶补强填充剂制备工艺方法，化学助剂的添加方式，可采用与物料同时进入制粉设备，或在制粉设备之后与物料充分混合制取。
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