廢舊輪胎脫硫橡膠新材料的應(yīng)用

程賢甦，陳友明

（1.福州大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350803；2.上海德伴高分子新材料有限公司，上海 201600）

在全球資源日益貧乏的今天，為了維持人類可持續(xù)發(fā)展，3R（Reduce，Reuse and Recycle）理念深入人心。探討以廢舊輪胎為原料，采用無污染脫硫技術(shù)制備脫硫橡膠。這種新型脫硫橡膠較好地保留了橡膠的高分子特性，可直接注射成型制備橡膠零部件，節(jié)能降耗，節(jié)省人力，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，解決廢舊輪胎無污染回收再利用這一全球性重大環(huán)保難題。

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，汽車保有量逐年增大，汽車配套產(chǎn)品輪胎的需求迅速增加，由此廢舊輪胎的產(chǎn)量也逐年增大。一方面，我國是橡膠嚴(yán)重缺乏國家，橡膠年消耗量達(dá)500萬t左右，其中70%依賴進(jìn)口；另一方面，廢舊輪胎產(chǎn)量正以6%的速度急劇增加，2015年我國產(chǎn)生3.3億條廢舊輪胎，質(zhì)量為1 200萬t，到2020年，我國廢舊輪胎產(chǎn)量將達(dá)到2 000萬t。廢舊輪胎大量堆積不僅容易滋生蚊蟲，造成環(huán)境污染，而且也容易引發(fā)火災(zāi)，對(duì)公共安全造成隱患。因此，高效處理廢舊輪胎一直是環(huán)境保護(hù)和橡膠再生利用領(lǐng)域的重要課題。

目前廢舊輪胎的處理方式主要有原形直接利用、輪胎翻新、生產(chǎn)再生橡膠和膠粉、焚燒和掩埋。為了推動(dòng)我國資源綜合利用和節(jié)能減排，國家財(cái)政部出臺(tái)《資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄》。從2015年7月1日起，我國對(duì)膠粉、輪胎翻新、再生橡膠產(chǎn)品采取增值稅即征即返50%優(yōu)惠政策。同時(shí)《廢橡膠綜合利用行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo)綱要》確立了廢橡膠綜合利用以再生橡膠生產(chǎn)為主，擴(kuò)大翻胎和膠粉產(chǎn)能的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。通過提高廢橡膠利用價(jià)值，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；通過自主創(chuàng)新研發(fā)并推廣新的再生工藝裝備，推動(dòng)廢橡膠行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。

傳統(tǒng)的橡膠制品是通過研磨、壓膠、硫化等多道工序制成。由于廢舊輪胎橡膠材料的相對(duì)分子質(zhì)量高、粘度大、流動(dòng)性差、難以加工再利用，因此必須先經(jīng)過脫硫，打破三維結(jié)構(gòu)才能使用。傳統(tǒng)的高溫動(dòng)態(tài)脫硫污染嚴(yán)重，得到的再生橡膠臭氣熏天，加工工作條件非常惡劣。

根據(jù)當(dāng)今市場(chǎng)需求情況和未來發(fā)展趨勢(shì)分析，結(jié)合國內(nèi)外橡膠制品行業(yè)對(duì)橡膠材料的需求，我們研發(fā)一種投資少、環(huán)保又節(jié)能的脫硫橡膠新材料制備技術(shù)，以滿足市場(chǎng)需求，克服環(huán)境污染問題，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動(dòng)企業(yè)向高新技術(shù)方向發(fā)展?，F(xiàn)將該技術(shù)的有關(guān)情況介紹如下。

1 主要原材料

以廢舊輪胎為原材料，生產(chǎn)工藝流程為：輪胎鋼絲剝離→破碎→脫硫→造粒（顆粒狀脫硫橡膠產(chǎn)品）→稱量包裝，制成可注射成型的膠粒。

整個(gè)脫硫過程沒有采用高溫，無污染，不產(chǎn)生臭味，是一種節(jié)能環(huán)保型處理方法。新工藝得到的膠粒如圖1所示。

圖1 廢舊輪胎脫硫膠粒

廢舊輪胎脫硫膠粒材料的主要性能指標(biāo)如表1所示。從表1可以看出，這些膠粒材料的綜合性能，尤其是拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度指標(biāo)較好，非常適合與其他高分子材料制備復(fù)合材料，也可以作為橡膠材料改性的添加劑。

表1 廢舊輪胎脫硫膠粒材料的主要性能指標(biāo)

2 制備鞋材的主要設(shè)備

采用自主開發(fā)的模具以及根據(jù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)的橡膠鞋底注射成型機(jī)（國家發(fā)明專利ZL200910150291.1《可交聯(lián)的橡膠組合物、其用途、其制成的橡膠顆粒、該橡膠顆粒的制備方法及注射方法》）創(chuàng)新設(shè)計(jì)橡膠鞋底注射成型設(shè)備，可快速實(shí)現(xiàn)橡膠顆粒直接注射高溫硫化成型，有效取代傳統(tǒng)生產(chǎn)用的鍋爐、開煉機(jī)、密煉機(jī)、噴漆線等一系列設(shè)備，節(jié)省了設(shè)備、人力、電力、廠房空間等；科學(xué)利用廢舊輪胎粉末，降低鞋底原材料成本；改進(jìn)硫化工藝，取消了噴漆、打磨等工序，有效降低了廢氣、粉塵對(duì)環(huán)境的污染，符合國家和社會(huì)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)要求。與傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的鞋底相比，鞋底日產(chǎn)能更高，產(chǎn)品性能優(yōu)良，外觀更美觀、細(xì)致。

注射成型制得的鞋底樣品如圖2所示。

圖2 注射成型制得的鞋底樣品

橡膠是一種戰(zhàn)略物資，將廢舊輪胎粉末作為研究攻關(guān)的內(nèi)容，經(jīng)過真空脫硫，將廢舊輪胎粉末進(jìn)行環(huán)保還原為橡膠制品的原材料，再經(jīng)過科學(xué)創(chuàng)新制成橡膠顆粒；采用該顆粒后制品一次注射成型。橡膠注射成型技術(shù)難題的攻破與應(yīng)用是橡膠領(lǐng)域的一次革命性創(chuàng)新，不僅明顯降低了橡膠制品生產(chǎn)企業(yè)的能耗與原材料成本，而且將廢物再利用并資源化，也為發(fā)展我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)做出了貢獻(xiàn)。

經(jīng)過配合→混煉→造粒制成的顆粒，既具有熱塑性塑料直接注射的加工性能，又具有傳統(tǒng)橡膠高溫硫化成型的特性。這種脫硫橡膠顆粒在80℃以下的溫度環(huán)境中不會(huì)發(fā)生自硫化，在常溫環(huán)境中可長(zhǎng)期保存、儲(chǔ)存穩(wěn)定，徹底解決了傳統(tǒng)橡膠會(huì)自硫化而不能儲(chǔ)存的弊端。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)橡膠制品注射成型設(shè)備，有效取代傳統(tǒng)橡膠產(chǎn)品的一系列生產(chǎn)設(shè)備。新設(shè)備是集塑化、注射、高溫硫化為一體的專用設(shè)備，能快速實(shí)現(xiàn)橡膠顆粒直接注射高溫硫化成型。與傳統(tǒng)橡膠制品的生產(chǎn)方式相比，新設(shè)備省去了膠料配合密煉、熱煉、切割成帶狀膠料、稱量、壓片等工序及相應(yīng)的煉膠、附屬設(shè)備，勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，生產(chǎn)效率提高2倍以上；既克服了橡膠材料粘度大、流動(dòng)性差、易焦燒、難注射成型等弊端，又有效解決了橡膠制品易泛白、吐霜等問題，具有質(zhì)地密實(shí)、尺寸精確、硫化均勻、強(qiáng)度和耐磨及耐溶劑性能好等特點(diǎn)。

研究試驗(yàn)采用的技術(shù)路線為：橡膠母料的組分配比→混煉方法和工藝技術(shù)→橡膠擠出造粒方法和工藝技術(shù)→橡膠顆粒注射成型方法和工藝技術(shù)。

廢舊輪胎脫硫階段采用自主研發(fā)的真空脫硫技術(shù)，能夠得到性能優(yōu)良的脫硫橡膠，改變了傳統(tǒng)橡膠不能注射、生產(chǎn)過程復(fù)雜的橡膠制品制作工藝。同時(shí)，使用這種脫硫橡膠，可發(fā)揮多種材料的優(yōu)越性能，采用一次注射成型制作橡膠制品的工藝，配合專業(yè)的制造機(jī)械，自動(dòng)開模、合模，生產(chǎn)操作過程簡(jiǎn)單，操作人員少，占地面積小，橡膠制品達(dá)到高品質(zhì)低成本、環(huán)保性能優(yōu)良、節(jié)能減排、降低成本的目的。

傳統(tǒng)橡膠制品的生產(chǎn)流程分為：配料、煉膠、風(fēng)干、切膠、膠片壓模、打磨、噴漆、壓碼、刷膠、組合、磨邊和檢驗(yàn)包裝共12道工序。本技術(shù)將橡膠原料一次注射成型，只需要造粒、注塑成型、修邊和檢驗(yàn)包裝4道工序，可簡(jiǎn)化橡膠制品生產(chǎn)工藝的中間環(huán)節(jié)，達(dá)到了保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

脫硫橡膠的加工性能良好，可以通過自主創(chuàng)新的橡膠射出機(jī)注射成型制備各種橡膠零部件，既提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的精度，又節(jié)省了人工，節(jié)能降耗，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。采用無污染的真空脫硫工藝處理廢舊輪胎，最大限度地保留橡膠的高分子特性，得到的脫硫橡膠很容易與其他高分子形成復(fù)合材料，而價(jià)格又比常用高分子材料低20%～30%。

3 結(jié)語

隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，市場(chǎng)對(duì)橡膠材料的要求也越來越高。如今受到國內(nèi)勞動(dòng)力成本不斷上升以及全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展影響，傳統(tǒng)的橡膠材料制作方式已不適應(yīng)國內(nèi)低成本、高效率的生產(chǎn)方式競(jìng)爭(zhēng)需求。因此，環(huán)保、對(duì)人體無害、低成本、高品質(zhì)是未來橡膠制品市場(chǎng)發(fā)展的主要方向。

廢舊輪胎脫硫階段采用真空脫硫技術(shù)，能夠得到性能優(yōu)良的脫硫橡膠，并采用一次注射成型工藝，使橡膠制品達(dá)到了高品質(zhì)、低成本、環(huán)保和節(jié)能減排的目的。這一技術(shù)可以廣泛地應(yīng)用于其他類型的橡膠制品中。