浅谈沉淀法白炭黑在砻谷胶辊中的应用

浅谈沉淀法白炭黑在砻谷胶辊中的应用

一、砻谷胶辊的工作原理与性能要求

1.工作原理：砻谷胶辊通过一对反向不等速旋转的胶辊 (线速差约 2.6-3.3 米 / 秒)，对稻谷施加挤压和搓撕作用，使稻壳与糙米分离，脱壳率要求达到粳稻 80-90%、籼稻 75-85%，碎米率控制在 5% 以内。

2.核心性能要求：

（1）高耐磨性：长期高速摩擦下保持稳定形状，减少更换频率

（2）适度硬度(邵氏 85-95 度)：保证脱壳效率同时降低碎米率

（3）优异弹性：提供足够搓撕力，确保脱壳效果

（4）抗老化性：适应潮湿、粉尘环境，延长使用寿命

 

二、沉淀法白炭黑的特性与作用机理

1、基本特性：

白色无定形粉末，胶辊级白炭黑比表面积可达 205-235m?/g，能赋予胶辊 90-95 邵尔硬度

2、三大核心作用：

作用	效果	对砻谷胶辊的意义
补强增强	形成填充网络，提高拉伸强度 (+30-50%)、撕裂强度和模量	减少工作中的变形和破损，延长使用寿命
耐磨强化	显著提升耐磨性能 (磨耗减量可低至 0.05cm?/1.61km)	降低胶耗，减少更换频率，提高经济性
硬度调控	精确调节硬度 (80-95 邵氏度)，满足不同稻谷品种需求	针对籼稻 (低硬度) 和粳稻 (高硬度) 调整，优化脱壳率和碎米率平衡

3.辅助功能：

①提高胶料与金属辊芯的粘着力，防止脱胶现象

②改善胶辊表面光洁度，减少稻谷沾附

③增强耐老化性，延长使用寿命

三、最佳添加量与配方设计

1、最佳添加范围

以 100 份生胶为基准，沉淀法白炭黑的最佳添加量为 60-90 份，显著高于一般工业胶辊 (15-25 份) 的用量，这是砻谷胶辊高耐磨需求决定的。

具体用量参考：

①标准配方：白炭黑 (ZQ356 型) 65-85 份，适用于一般稻谷加工

②高耐磨配方：白炭黑 (ZQ356JG 型) 80-100 份，适用于高强度作业环境

③白色砻谷胶辊：白炭黑 60-75 份，添加钛白粉 (约 5 份) 提高白度

2、配方设计要点

基础配方示例(以 100 份丁腈橡胶计)：

组分	用量 (phr)	作用
丁腈橡胶 (NBR)	100	基体，提供弹性和韧性
沉淀法白炭黑 (ZQ356JG)	60-90	补强、耐磨、增硬
氧化锌	5-10	硫化活性剂
硬脂酸	1-3	加工助剂，改善分散性
硫磺	1-2	硫化剂，形成交联结构
促进剂 (DM/CZ)	0.5-2	硫化促进，缩短硫化时间
防老剂 (MB/RD)	1-3	抗老化，延长使用寿命
增塑剂 (机油 / 二甘醇)	3-10	调节硬度和加工性能

关键平衡原则：

硬度 vs 弹性：白炭黑增加硬度但降低弹性，需通过增塑剂调整，确保胶辊既有足够刚性又保持必要弹性

脱壳率 vs 碎米率：

高硬度 (添加量偏上限) 提高脱壳率但增加碎米率，适合粳稻

低硬度 (添加量偏下限) 降低碎米率但可能降低脱壳率，适合籼稻和高水分稻谷

四、应用注意事项与优化方案

1、针对不同稻谷品种的调整策略

①籼稻加工：硬度宜 80-85 邵氏度，白炭黑用量 60-70 份，减少碎米率

②粳稻加工：硬度宜 90-95 邵氏度，白炭黑用量 80-90 份，提高脱壳效率

③新粮 (高水分)：硬度宜降低 5 度，白炭黑用量减少 5-10 份，防止过度破碎

2、季节性调整

冬季 (低温环境)：硬度 85 邵氏度，白炭黑用量减少 5 份，防止胶辊过硬

夏季 (高温环境)：硬度 90 邵氏度，白炭黑用量增加 5 份，补偿高温导致的硬度下降

3、加工工艺优化要点

①分散均匀性：白炭黑必须充分分散，建议采用二段混炼法，添加分散剂 (如聚乙二醇) 改善分散性

②硫化控制：

●温度：150-160℃

●时间：根据制品厚度调整，确保充分交联但不过硫 (过硫会导致胶辊变脆)

③表面处理：硫化后进行表面处理 (如涂覆防粘剂)，减少稻谷粘连，提高工作效率

五、实用配方案例详解

案例 1：通用型砻谷胶辊 (适合大多数稻谷)

配方组成(phr)：

· NBR 33：100

· 白炭黑 (ZQ356JG)：70

· 氧化锌：6

· 硬脂酸：1.5

· 硫磺：2

· 促进剂 DM：1 + CZ：0.8

· 防老剂 MB：1 + RD：0.5

· 二甘醇：5

制备工艺：

1. 密炼机一段混炼：橡胶 + 白炭黑，45℃×30min，排胶冷却 4h

2. 密炼机二段混炼：加入氧化锌、硬脂酸，50℃×15min，排胶冷却

3. 开炼机加入硫磺、促进剂、防老剂、二甘醇，50℃×10min，打三角包 5 次

4. 滤胶→挤出包胶→硫化 (150℃×90min，0.6MPa)

性能测试：

· 硬度：88 邵氏 A

· 拉伸强度：24.5MPa

· 扯断伸长率：560%

· 磨耗：0.038cm?/1.61km

· 脱壳率：87%(粳稻)，82%(籼稻)

· 碎米率：<5%

· 使用寿命：≥800 小时

案例 2：高耐磨型砻谷胶辊 (山区梯田稻谷专用)

配方组成(phr)：

· NBR 40：100

· 白炭黑 (ZQ356JG)：85

· 氧化锌：7

· 硬脂酸：2

· 硫磺：2.2

· 促进剂 DM：1.2 + CZ：1

· 防老剂 RD：1.5

· 硅烷偶联剂 Si-69：2

· 二甘醇：3

关键工艺改进：

· 三阶段密炼：增加白炭黑分散时间，提高界面结合

· 硫化条件：155℃×120min，0.7MPa

性能测试：

· 硬度：92 邵氏 A

· 拉伸强度：30MPa (提高 22%)

· 磨耗：0.029cm?/1.61km (降低 24%)

· 使用寿命：1200 小时 (提升 50%)

· 特别适合山区硬质稻谷，脱壳率达 92%，碎米率控制在 5% 以内

五、总结与应用建议

沉淀法白炭黑是砻谷胶辊配方中的核心补强剂，通过精确控制添加量 (60-90 份)，可显著提升胶辊的耐磨性、硬度和抗撕裂性，满足砻谷作业的严苛要求。

实用建议：

1.根据稻谷品种选择白炭黑用量：籼稻 60-70 份，粳稻 80-90 份

2.季节性微调：夏季 + 5 份，冬季 - 5 份

3.确保充分分散，必要时添加分散助剂

4.硫化工艺严格控制，避免欠硫或过硫

5.针对特殊需求 (如低碎米率)，可考虑白炭黑与少量炭黑并用，平衡性能与成本