Tegniese koolstof, die produksie daarvan

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2024-01-17 18:38

Carbon black (GOST 7885-86) is 'n tipe industriële koolstofprodukte wat hoofsaaklik gebruik word in die vervaardiging van rubber as 'n vuller wat sy bruikbare werkverrigting-eienskappe verbeter. Anders as koks en pik, bestaan dit uit amper een koolstof, dit lyk soos roet.

Omvang van toepassing

Ongeveer 70% van die vervaardigde koolstofswart word vir die vervaardiging van bande gebruik, 20% - vir die vervaardiging van rubberprodukte. Tegniese koolstof word ook gebruik in verf- en vernisproduksie en in die vervaardiging van drukink, waar dit as 'n swart pigment optree.

Nog 'n toepassingsgebied is die vervaardiging van plastiek en kabelmantels. Hier word die produk bygevoeg as 'n vuller en om produkte spesiale eienskappe te gee. Koolstofswart word ook in klein volumes in ander bedrywe gebruik.

Kenmerk

Koolstofswart is die produk van 'n proses wat die nuutste ingenieurs- en beheertegnieke insluit. As gevolg van sy suiwerheid en streng gedefinieerde stelfisiese en chemiese eienskappe, het dit niks te doen met die roet wat geproduseer word as 'n besoedelde neweproduk van die verbranding van steenkool en brandstofolie, of van die werking van ongereguleerde binnebrandenjins nie. Volgens die algemeen aanvaarde internasionale klassifikasie word koolstofswart aangewys as Carbon Black (swartkoolstof uit Engels vertaal), roet in Engels is soot. Dit wil sê, hierdie konsepte word tans op geen manier gemeng nie.

Die effek van versterking as gevolg van die vul van rubbers met koolstofswart was nie minder belangrik vir die ontwikkeling van die rubberbedryf as die ontdekking van die verskynsel van vulkanisering van rubber met swael nie. In rubberverbindings neem koolstof van 'n groot aantal bestanddele wat volgens gewig gebruik word die tweede plek na rubber in. Die invloed van die kwaliteit-aanwysers van koolstofswart op die eienskappe van rubberprodukte is baie groter as die kwaliteit-aanwysers van die hoofbestanddeel - rubber.

Versterking van eiendomme

Om die fisiese eienskappe van 'n materiaal te verbeter deur 'n vulstof in te voer, word versterking (versterking) genoem, en sulke vullers word versterkers (koolswart, neergeslag silikonoksied) genoem. Onder alle versterkers het tegniese koolstof werklik unieke eienskappe. Selfs voor vulkanisering bind dit aan rubber, en hierdie mengsel kan nie heeltemal in koolstofswart en rubber met oplosmiddels geskei word nie.

Die sterkte van rubbers gebaseer op die belangrikste elastomere:

Elastomeer	Treksterkte, MPa
	Ongevulde vulkaniseer	Vulkanisaat gevul met koolstofswart
Stirene Butadieen Rubber	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
poliakrilaatrubber	2, 1	17, 6
Polybutadieen rubber	5, 6	21, 1

Die tabel toon die eienskappe van vulkanisate wat verkry word van verskeie soorte rubber sonder vulsel en gevul met koolstofswart. Uit die bogenoemde data kan gesien word hoe koolstofvulling die treksterkte van rubber aansienlik beïnvloed. Terloops, ander verspreide poeiers wat in rubberverbindings gebruik word om die gewenste kleur te gee of die koste van die mengsel te verminder - kryt, kaolien, talk, ysteroksied en ander het nie versterkende eienskappe nie.

Struktuur

Suiwer natuurlike koolstof is diamante en grafiet. Hulle het 'n kristallyne struktuur wat aansienlik van mekaar verskil. Die ooreenkoms in die struktuur van natuurlike grafiet en kunsmatige materiaal koolstofswart is vasgestel deur X-straaldiffraksie. Koolstofatome in grafiet vorm groot lae van gekondenseerde aromatiese ringstelsels, met 'n interatomiese afstand van 0,142 nm. Hierdie grafiet laegekondenseerde aromatiese sisteme word basale vlakke genoem. Die afstand tussen die vlakke is streng gedefinieer en is 0,335 nm. Alle lae is parallel aan mekaar. Die digtheid van grafiet is 2.26g/cm3.

Anders as grafiet, wat 'n driedimensionele orde het, word tegniese koolstof slegs deur 'n tweedimensionele orde gekenmerk. Dit bestaan uit goed ontwikkelde grafietvlakke, ongeveer parallel aan mekaar geleë, maar verskuif ten opsigte van aangrensende lae - dit wil sê, die vlakke is arbitrêr gerig met betrekking tot die normaal.

Die grafietstruktuur word figuurlik vergelyk met 'n netjies gevoude pak kaarte, en die koolstofswartstruktuur word vergelyk met 'n pak kaarte waarin die kaarte verskuif word. Daarin is die interplanêre afstand groter as dié van grafiet en is 0,350-0,365 nm. Daarom is die digtheid van koolstofswart laer as die digtheid van grafiet en is dit in die reeks van 1,76-1,9 g/cm³, afhangende van die handelsmerk (meestal 1,8 g/cm) ^3).

Inkleur

Gepigmenteerde (kleur) grade koolstofswart word gebruik in die vervaardiging van drukink, bedekkings, plastiek, vesels, papier en boumateriaal. Hulle word geklassifiseer in:

• hoë kleur koolstofswart (HC);
• medium (MS);
• normale kleur (RC);
• lae kleur (LC).

Die derde letter dui die metode van verkryging aan - oond (F) of kanaal (C). Benamingsvoorbeeld: HCF - High Colour Furnace Black (Hiqh Colour Furnace).

Die kleurkrag van 'n produk hou verband met sy deeltjiegrootte. Afhangende van hul grootte, word tegniese koolstof in groepe verdeel:

Gemiddelde deeltjiegrootte, nm	Oond swart graad
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Klassifikasie

Tegniese koolstof vir rubber volgens die graad van versterkende effek word verdeel in:

• Hoogs versterkend (trap, hard). Dit word toegeken met die verhoogde duursaamheid en veerkragtigheid teen slytasie. Die deeltjiegrootte is klein (18-30 nm). Gebruik in vervoerbande, bandloopvlakke.
• Semi-versterkend (raamwerk, sag). Die deeltjiegrootte is gemiddeld (40-60 nm). Hulle word gebruik in diverse rubberprodukte, bandkarkasse.
• Lae wins. Die deeltjiegrootte is groot (meer as 60 nm). Beperkte gebruik in die bandbedryf. Verskaf die nodige sterkte terwyl hoë elastisiteit in rubberprodukte behou word.

Volledige klassifikasie van koolstofswart word gegee in ASTM D1765-03, aanvaar deur alle wêreldwye produkvervaardigers en gebruikers. Daarin word die klassifikasie veral uitgevoer volgens die omvang van die spesifieke oppervlakarea van deeltjies:

Groep	Gemiddelde spesifieke areaoppervlak deur stikstofadsorpsie, m2/g
0	>150
1	121-150
2	100-120
3	70-99
4	50-69
5	40-49
6	33-39
7	21-32
8	11-20
9	0-10

Produksie van koolstofswart

Daar is drie tegnologieë vir die vervaardiging van industriële koolstofswart wat 'n onvolledige verbrandingsiklus van koolwaterstowwe gebruik:

• oond;
• kanaal;
• buis;
• plasma.

Daar is ook 'n termiese metode wat asetileen of aardgas by hoë temperature ontbind.

Verskeie grade wat deur verskillende tegnologieë vervaardig word, het verskillende eienskappe.

Produksietegnologie

Teoreties is dit moontlik om koolstofswart te verkry deur al die bogenoemde metodes, maar meer as 96% van die produk wat geproduseer word, word deur die oondmetode verkry uit vloeibare grondstowwe. Die metode maak dit moontlik om verskeie grade koolstofswart met 'n sekere stel eienskappe te verkry. Byvoorbeeld, die Omsk Carbon Black Plant produseer meer as 20 grade koolstofswart deur hierdie tegnologie te gebruik.

Die algemene tegnologie is dit. Die reaktor, gevoer met hoogs vuurvaste materiale, word gevoed met aardgas en lug wat tot 800°C verhit word. As gevolg van die verbranding van aardgas, word produkte van volledige verbranding gevorm met 'n temperatuur van 1820-1900 ° C, wat 'n sekere hoeveelheid vrye suurstof bevat. Vloeibare koolwaterstofgrondstowwe word in die hoëtemperatuurprodukte van volledige verbranding ingespuit, vooraf deeglik gemeng en tot 200-300 °C verhit. Die pirolise van grondstowwe vind plaas by 'n streng beheerde temperatuur, wat, afhangende van die handelsmerk van vervaardigde koolstofswart, verskillende waardes van 1400 tot 1750 ° С het.

Op 'n sekere afstand van die plek van toevoer van grondstowwe word die termo-oksidatiewe reaksie deur die inspuiting van water gestop. Die koolstofswart en reaksiegasse wat as gevolg van pirolise gevorm word, gaan die lugverwarmer binne, waar hulle 'n deel van hul hitte aan die lug wat in die proses gebruik word afgee, terwyl die temperatuur van die koolstof-gasmengsel daal van 950-1000 °С tot 500-600 °С.

Na afkoeling tot 260-280 °C as gevolg van bykomende waterinspuiting, word die mengsel van koolstofswart en gasse na die sakfilter gestuur, waar koolstofswart van die gasse geskei word en die filterbak binnegaan. Die geskeide koolstofswart van die filterbak word deur die gaspypleiding gevoer deur 'n waaier (turboblaser) na die granulasiegedeelte.

koolstofswartprodusente

Globale produksie van koolstofswart oorskry 10 miljoen ton. So 'n groot vraag na die produk word eerstens verklaar deur sy unieke versterkende eienskappe. Die lokomotiewe van die bedryf is:

• Aditya Birla Group (Indië) - ongeveer 15% van die mark.
• Cabot Corporation (VSA) - 14% van die mark.
• Orion Engineered Carbons (Luxemburg) - 9%.

Grootste Russiese koolstofprodusente:

• Omsktehuglerod LLC – 40% van die Russiese mark. Fabrieke in Omsk, Volgograd, Mogilev.
• JSC Yaroslavl Tegniese Koolstof – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.