廢舊輪胎資源化利用及產(chǎn)業(yè)化

邵士軍

摘 要：本文對(duì)廢舊輪胎利用過(guò)程中的中墊膠粘合問(wèn)題以及胎面膠耐磨耐刺扎性能著重研究，并對(duì)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行推動(dòng)。實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎資源化利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：中墊膠粘結(jié)性；胎面膠耐磨性；胎面膠耐刺扎性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.207

我國(guó)是世界橡膠消費(fèi)大國(guó)，隨著汽車工業(yè)和礦山機(jī)械的迅猛發(fā)展，我國(guó)已成為全球第一大橡膠消費(fèi)國(guó)。同時(shí)我國(guó)又是一個(gè)橡膠資源十分匱乏的國(guó)家，國(guó)內(nèi)70%以上的天然橡膠和40%以上的合成橡膠依賴進(jìn)口，供需矛盾十分突出。大量廢舊輪胎如果得不到有效利用，不僅造成資源浪費(fèi)，而且由于其具有的抗老化性能，最終形成嚴(yán)重的“黑色污染”環(huán)境問(wèn)題，阻礙國(guó)家整體可持續(xù)性發(fā)展的要求。如何將廢舊輪胎資源化、減量化、無(wú)害化，不僅關(guān)系到環(huán)境保護(hù)這個(gè)重要的社會(huì)問(wèn)題，而且還關(guān)系到持續(xù)發(fā)展這一全球性的戰(zhàn)略問(wèn)題。

目前在我國(guó)廢舊輪胎的綜合利用途徑有翻新、原形改制、熱能利用、生產(chǎn)再生膠、生產(chǎn)膠粉等[1]。

其中的翻新是廢舊輪胎再利用的主要方式和最佳選擇。它是將已經(jīng)磨損的、不能使用的廢舊輪胎的胎面部位進(jìn)行打磨除去，粘貼覆和上新胎面，再進(jìn)行硫化，即可得到能夠重新使用的翻新胎。在使用、保養(yǎng)良好的條件下，一條輪胎可以翻新多次，具體地說(shuō)尼龍簾線輪胎可翻新2-3次，鋼線子午線輪胎可翻新3-6次。一條輪胎經(jīng)過(guò)多次翻新后其總壽命起碼相當(dāng)于2-3條輪胎。極大的促進(jìn)了資源的持續(xù)化利用。

原形改制是通過(guò)捆綁、裁剪、沖切等方式，將廢舊輪胎改造成有利用價(jià)值的物品。最常見(jiàn)的是用作碼頭和船舶的護(hù)舷、沉入海底充當(dāng)人工魚(yú)礁、用作航標(biāo)燈的漂浮燈塔等。此種方法存在用量少，后期資源無(wú)法利用等缺點(diǎn)。

廢舊輪胎是一種高熱值材料，其每千克的發(fā)熱量分別比木材高.69%，比煙煤高10%，比焦炭高4%。熱能利用就是用廢舊輪胎代替燃料使用。從而來(lái)回收熱能，此法雖然簡(jiǎn)單，但會(huì)造成大氣污染，不宜提倡。

再生膠是通過(guò)化學(xué)方法，使廢舊輪胎橡膠脫硫，得到再生橡膠。該法是綜合利用廢舊輪胎最古老的方法。再生膠不僅質(zhì)量不佳、用途有限，且加工過(guò)程中需脫硫，會(huì)造成二次環(huán)境污染。

膠粉是通過(guò)機(jī)械方式將廢舊輪胎粉碎后得到的粉末狀物質(zhì)就是膠粉，粉碎膠粉則用量更加有限，目前已呈現(xiàn)產(chǎn)大于銷的狀況；煉油效益不高，而且污染嚴(yán)重，已被國(guó)家明令禁止。

另外，礦山產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著我國(guó)礦山產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，礦山工程機(jī)械市場(chǎng)容量迅速擴(kuò)展，同時(shí)作為礦山工程設(shè)備的輪胎配套細(xì)分市場(chǎng)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。礦山用大型工程輪胎翻新由于受技術(shù)條件和礦山工程機(jī)械惡劣工況條件的限制，嚴(yán)重制約其發(fā)展，在礦山用大型工程輪胎翻新領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)跨越迫在眉睫。同時(shí)，山東省內(nèi)具有豐富的礦產(chǎn)資源，礦山工程設(shè)備的輪胎配套市場(chǎng)相對(duì)較大，為該項(xiàng)目的實(shí)施提供了重要的市場(chǎng)空間[2]。

翻新輪胎發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外技術(shù)水平明顯高于國(guó)內(nèi)水平，目前存在最大的問(wèn)題為翻新輪胎的中墊膠部位的粘合性能以及胎面部位的耐磨、耐刺扎性能。由于國(guó)家對(duì)翻新輪胎可翻新性能的要求沒(méi)有納入強(qiáng)制性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可翻新的舊輪胎資源嚴(yán)重短缺，廢舊輪胎生成比例嚴(yán)重失衡，廢輪胎與舊輪胎的比例為95：5，可翻新舊輪胎僅占廢舊輪胎的5%，與發(fā)達(dá)國(guó)家廢舊輪胎的55：45的比例及45%的輪胎翻新率相差甚遠(yuǎn)。且國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有能夠引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)的大型龍頭企業(yè)?，F(xiàn)有的大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理方式相對(duì)落后，在市場(chǎng)上各自為政，沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，不僅難以參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，而且很難實(shí)現(xiàn)大的跨越式發(fā)展?？萍既瞬牌嫒?，全行業(yè)職工平均文化程度偏低，技術(shù)人才和技術(shù)更新問(wèn)題已成為本行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的羈絆，急需建立輪胎翻新的“國(guó)家級(jí)技術(shù)研發(fā)中心”，以帶動(dòng)行業(yè)的科技開(kāi)發(fā)和人才培養(yǎng)[3]。

招遠(yuǎn)市鵬泰輪胎翻新有限公司自2002年成立以來(lái)，秉承科技帶動(dòng)生產(chǎn)的理念，潛心研究翻新輪胎行業(yè)技術(shù)、管理和運(yùn)行。形成了自己獨(dú)到的一整套體系。針對(duì)翻新技術(shù)問(wèn)題做了多年的研究，實(shí)驗(yàn)最終形成了行之有效的翻新輪胎生產(chǎn)技術(shù)。主要體現(xiàn)在如下幾方面：

1 中墊膠粘合性能

礦山企業(yè)屬于特殊性企業(yè)，作業(yè)環(huán)境為井下環(huán)境，多為長(zhǎng)年泥水浸泡，尖石碎石林立，坑洼不平的一種狀態(tài)。泥水浸泡對(duì)橡膠的制品的傷害很大，直接影響到輪胎的使用壽命，然而井下的作業(yè)環(huán)境迫使輪胎長(zhǎng)時(shí)間浸泡于泥水中，對(duì)輪胎的粘合性能提出了極高的要求。尖石、碎石林立，輪胎使用過(guò)程中承受巨大的剪切、撕裂，如何提高粘結(jié)力達(dá)到滿足使用要求，一直是翻新行業(yè)同等問(wèn)題。原因在于粘合性的好壞直接關(guān)系到輪胎的使用壽命甚至使用安全性。輪胎依靠有效的粘結(jié)力將每一層、每一部分實(shí)現(xiàn)一體化，整體化。粘結(jié)力的缺失將導(dǎo)致輪胎層間的脫膠，在剪切力和屈撓力的雙重影響下最終造成層間的脫層，造成不可挽回的損失。輪胎翻新是在舊輪胎的基礎(chǔ)上進(jìn)行的資源再利用。翻新工藝是在舊輪胎的胎體（占翻新后輪胎的70%）基礎(chǔ)上進(jìn)行貼合新胎面（占翻新輪胎的30%），新、舊二者具有不同的材料屬性、特性。如何將性質(zhì)、屬性具有很大差異的兩種材料切實(shí)的粘合，是翻新行業(yè)的行業(yè)性問(wèn)題、更是最迫切解決的問(wèn)題。

限階段翻新行業(yè)中墊膠粘合情況以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)≥8Mpa為標(biāo)準(zhǔn)，更多的情況低于該標(biāo)準(zhǔn)?；谶@種較低的粘合強(qiáng)度，翻新輪胎經(jīng)受地面長(zhǎng)時(shí)間的曲撓、拉伸、撕裂，在翻新胎面與舊胎體間的中墊膠產(chǎn)生力的薄弱點(diǎn)，通過(guò)外力的繼續(xù)施加，造成輪胎部位的崩潰，脫膠，嚴(yán)重者脫頂。礦山企業(yè)作業(yè)環(huán)境下，脫膠現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，基于該背景，我公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的分解、剖析、研究、實(shí)驗(yàn)最終形成該項(xiàng)目。

1.1 使用“間甲白”粘合體系，獲得高粘結(jié)力

該技術(shù)中運(yùn)用，間苯二酚1-4份，粘合劑A（甲醛給予體，在反應(yīng)的過(guò)程中釋放出甲醛）1-4份，白炭黑10-14份，相互搭配形成間甲白粘合體系，通過(guò)間苯二酚與甲醛的相互作用產(chǎn)生樹(shù)脂化反應(yīng)，與橡膠體系中的碳鏈相互貫穿形成一種互穿網(wǎng)絡(luò)，白炭黑具有較高的吸附性增加整體的表面積，在互穿網(wǎng)絡(luò)中分散吸附性提高，從而增加體系的粘合體系。

1.2 低促高硫的CV硫化體系，硫化質(zhì)量高

該技術(shù)中的硫化體系采用低促高硫的CV同時(shí)運(yùn)用N/A促進(jìn)劑并用活化方法提高硫化速度增加硫化質(zhì)量。選用硫磺：1-4份，橡膠促進(jìn)劑CZ（CZ次磺酰胺類促進(jìn)劑中速級(jí)別）： 0.4-0.8份，橡膠促進(jìn)劑M（M噻唑類促進(jìn)劑準(zhǔn)速級(jí)別）：0.1-0.4 份，橡膠促進(jìn)劑TMTD（TMTD秋蘭姆類促進(jìn)劑超速級(jí)別）：0.1-0.4份。硫磺作為硫化劑，以CZ作為主促進(jìn)劑M作為輔促進(jìn)劑，使用TMTD超速促進(jìn)劑提高體系的硫化速度。通過(guò)低促高硫的硫化體系，形成一種多硫鍵，交聯(lián)鏈段長(zhǎng)，分子鏈接枝位點(diǎn)多，分子鏈間相互交聯(lián)具有足夠的緩沖區(qū)間，具有很好的抗曲撓性。

1.3 活化體系，大用量SA 1-3份充分活化同時(shí)提高體系分散均勻程度

ZnO作為體系的活化物質(zhì)，單一使用不能發(fā)揮其活化的作用，該技術(shù)中使用SA與ZnO反應(yīng)形成一種硬脂酸皂，通過(guò)硬脂酸皂與橡膠分子鏈作用實(shí)現(xiàn)活化的作用。配入橡膠中可增加愛(ài)促進(jìn)劑的活性，降低促進(jìn)劑的用量、降低反應(yīng)溫度，提高硫化反應(yīng)效率。

1.4 使用粘合樹(shù)脂C5 3-7份石油樹(shù)脂，提高體系的粘結(jié)力

C5樹(shù)脂和天然橡膠膠粒有很好的互溶性，對(duì)橡膠硫化過(guò)程沒(méi)有大的影響，橡膠中加入石油樹(shù)脂能起到增粘、補(bǔ)強(qiáng)、軟化的作用。樹(shù)脂的加入，不但能增大膠粒間的粘合力，而且能夠提高膠粒和簾子線之間的粘合力，適用于子午線輪胎等高要求的橡膠制品。

1.5 采用多段混煉方式，提升體系粘合（三段混煉）

一段加入生膠體系、補(bǔ)強(qiáng)體系、防老體系以及小料；二段不加入，僅單純混煉；三段加入硫化體系。

在間-甲-白直接粘合體系（間苯二酚/粘合劑A/白炭黑）的配合中，對(duì)混煉工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，混煉膠料采用密煉機(jī)三混煉工藝，即：間苯二酚、粘合劑A在一段混煉中加入，硫磺、促進(jìn)劑在三段混煉中加入，采用密煉機(jī)加壓混煉。其膠料的焦燒時(shí)間長(zhǎng)、加工安全性好，硫化速度較慢，樹(shù)脂化反應(yīng)延遲，膠料與浸膠簾線及未浸膠棕絲網(wǎng)布的粘合性能好。

表1中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)數(shù)值均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于粘合力的改進(jìn)有著不俗的表現(xiàn)。通過(guò)該技術(shù)的運(yùn)用，在翻新行業(yè)的粘合問(wèn)題實(shí)現(xiàn)突破事項(xiàng)中墊膠技術(shù)性能指標(biāo)的大幅度提升，將該技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)大型工程輪胎的優(yōu)異性能。

本項(xiàng)目通過(guò)以具有優(yōu)異物理機(jī)械性能的天然膠基礎(chǔ)體系，加入最佳用量的相關(guān)配合體系防老體系、補(bǔ)強(qiáng)體系、硫化體系等從而來(lái)達(dá)到期望得到的高性能膠料。之后運(yùn)用多段混煉、多次塑煉的工藝創(chuàng)新，來(lái)助推粘合力的提升。同時(shí)體系中加入間甲白的粘合體系，利用粘合體系對(duì)粘合力的提升進(jìn)行加強(qiáng)。因此，研發(fā)此中墊膠配方及技術(shù)，在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)與整個(gè)行業(yè)上也具有巨大的效益前景。

2 胎面膠耐磨、耐刺扎性能

（1）通過(guò)使用天然膠與丁苯膠、順丁膠并用，利用三者的相互搭配，天然膠是一種物理機(jī)械性能最優(yōu)異的膠種，丁苯膠最為突出的性能耐熱性能好，而順丁膠的耐磨性較為突出。通過(guò)天然膠提供的生膠基礎(chǔ)搭配順丁膠的耐磨性能同時(shí)擁有丁苯膠的耐熱性作為保證，從而提供一種高強(qiáng)度的生膠體系。

（2）搭配以高補(bǔ)強(qiáng)小粒徑的N220炭黑來(lái)提高體系的強(qiáng)度，納米白炭黑進(jìn)一步提升了膠料的強(qiáng)度。同時(shí)搭配以最佳量的促進(jìn)劑、硫化劑、防老劑、活化劑等一系列的橡膠助劑，形成一種最佳的配方配比。

（3）膠料的二段混煉，其中第二段混煉時(shí)，“因量加量”，避免硫化體系加入量的不足或超量。一段加入生膠體系、補(bǔ)強(qiáng)體系、防老體系以及小料；二段加入硫化體系，一段混煉完成后稱量重量，根據(jù)一段量確定加入硫化體系量。

（4）引進(jìn)運(yùn)用北京化工大學(xué)的“白炭黑/溶聚丁苯橡膠納米復(fù)合材料技術(shù)”，將難于分散的白炭黑與溶聚丁苯橡膠利用特殊的技術(shù)方法進(jìn)行復(fù)合，形成一種復(fù)合材料，通過(guò)丁苯膠在體系中的混合分散來(lái)實(shí)現(xiàn)白炭黑的分散，充分發(fā)揮白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性、耐磨性和觸變作用。

該技術(shù)得到胎面膠測(cè)試性能指標(biāo)如表2：

最終獲得新型的高性能胎面膠，能夠充分適應(yīng)大型設(shè)備井下惡劣作業(yè)環(huán)境，有效提高了大型工程輪胎的使用壽命和使用性能，同時(shí)具有非常好的耐切割、耐刺扎和高耐磨性能。

通過(guò)該項(xiàng)目技術(shù)得到的翻新產(chǎn)品性能指標(biāo)均優(yōu)于“工程機(jī)械翻新輪胎”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其使用壽命可達(dá)到新輪胎同等作業(yè)環(huán)境下使用壽命的95%以上，此項(xiàng)技術(shù)的推廣使用，必將帶動(dòng)整個(gè)翻新行業(yè)特別是大型工程輪胎翻新行業(yè)的發(fā)展。質(zhì)量完全符合要求，我公司根據(jù)多年來(lái)研發(fā)生產(chǎn)翻新輪胎的經(jīng)驗(yàn)，充分利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化而開(kāi)發(fā)的新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品。該生產(chǎn)工藝、技術(shù)一方面改善了產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面大幅度降低了產(chǎn)品成本，為我公司占有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、創(chuàng)造最大的財(cái)富提供了有力的保障。

3 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展情況

針對(duì)引進(jìn)專利，公司組織技術(shù)人員進(jìn)行成果消化、吸收研究，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證表明利用該技術(shù)新研制的胎面（胎冠）膠性能達(dá)到專利技術(shù)指標(biāo)，能夠滿足公司對(duì)翻新輪胎胎面（胎冠）膠的性能要求。下一步，我公司將針對(duì)目前已試制樣品檢測(cè)情況，進(jìn)一步優(yōu)化配方與生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)指標(biāo)：拉伸強(qiáng)度mpa>21.5；扯斷伸長(zhǎng)率%>480；硬度（紹爾A）度>70；磨耗量（阿克?。ヽm3<0.3；粘合強(qiáng)度KN/m：胎面膠/緩沖膠與緩沖布層>10.5，緩沖簾布層間>9，緩沖層與簾布層>7.8，簾布層間>6，胎側(cè)與簾布層>7.4。

首先完成產(chǎn)品定型樣品的研制，然后進(jìn)行推廣應(yīng)用，進(jìn)而完善項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編寫(xiě)和批量化生產(chǎn)線的建設(shè)，首先實(shí)現(xiàn)年翻新30000條工程輪胎的生產(chǎn)能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)年翻新40000條各類輪胎的生產(chǎn)能力。未來(lái)3-5年內(nèi)，計(jì)劃將該產(chǎn)品推廣到全國(guó)重點(diǎn)礦山機(jī)械產(chǎn)業(yè)地區(qū)。

我公司擁有各類專業(yè)技術(shù)人員12人，并與北京化工大學(xué)、青島科技大學(xué)、玲瓏輪胎國(guó)家技術(shù)中心、中國(guó)兵器53所等多家高校和科研院所有長(zhǎng)期合作，常年特聘數(shù)名業(yè)內(nèi)專家作為技術(shù)顧問(wèn)指導(dǎo)我公司的研發(fā)、生產(chǎn)工作。公司建有專門的研發(fā)中心，配備了先進(jìn)的研發(fā)檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，已具備較強(qiáng)的研發(fā)、試驗(yàn)、生產(chǎn)能力。

目前，我公司是省內(nèi)輪胎翻新行業(yè)家取得發(fā)明專利授權(quán)企業(yè)、省內(nèi)唯一獲“山東名牌”企業(yè)，并且是省橡膠協(xié)會(huì)成員企業(yè)、中國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量協(xié)會(huì)成員單位，先后榮獲中國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量信用AAA等級(jí)企業(yè)、山東省資源綜合利用企業(yè)、煙臺(tái)市守合同重信用企業(yè)，獲得了質(zhì)量管理體系、環(huán)境管理體系、職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證。

公司積極進(jìn)行科研技術(shù)投入，建立起企業(yè)與高?？蒲性核L(zhǎng)期、穩(wěn)定的合作關(guān)系，力爭(zhēng)建立煙臺(tái)市廢舊輪胎環(huán)保資源化綜合利用工程技術(shù)研究中心。形成企業(yè)-高校密切結(jié)合的產(chǎn)學(xué)研研發(fā)體系，開(kāi)發(fā)更多適用于大型礦山用工程輪胎產(chǎn)品，推動(dòng)企業(yè)科技創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，為企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步服務(wù)，為企業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代和生產(chǎn)技術(shù)水平提升提供技術(shù)支持和技術(shù)儲(chǔ)備，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

以擬建設(shè)的工程技術(shù)研究中心和工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室為企業(yè)創(chuàng)新平臺(tái)，加強(qiáng)自主創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開(kāi)發(fā)，形成穩(wěn)固的以企業(yè)為主體，高校、科研院所為依托，自主創(chuàng)新與引進(jìn)消化相結(jié)合的企業(yè)科技創(chuàng)新體系。

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