Вуглярод тэхнічны, яго атрыманне

Тэхнічны вуглярод (ДАСТ 7885-86) - від прамысловых вугляродных прадуктаў, які выкарыстоўваецца ў асноўным пры вытворчасці гумы як напаўняльнік, які ўзмацняе яе карысныя эксплуатацыйныя ўласцівасці. У адрозненне ад коксу і пека, складаецца амаль з аднаго вугляроду, па выглядзе нагадвае сажу.

вобласць прымянення

Прыкладна 70% выпускаецца техуглерода выкарыстоўваюць для вырабу шын, 20% - для вытворчасці гума-тэхнічных вырабаў. Таксама вуглярод тэхнічны знаходзіць прымяненне ў лакафарбавай вытворчасці і атрыманні друкаваных фарбаў, дзе ён выконвае ролю чорнага пігмента.

Яшчэ адна вобласць прымянення - вытворчасць пластмас і абалонак кабеляў. Тут прадукт дадаюць у якасці напаўняльніка і надання вырабам спецыяльных уласцівасцяў. У невялікіх аб'ёмах ўжываецца техуглерод і ў іншых галінах прамысловасці.

характарыстыка

Тэхнічны вуглярод - прадукт працэсу, які ўключае найноўшыя інжынерныя тэхналогіі і метады кантролю. Дзякуючы сваёй чысціні і строга вызначанага набору фізічных і хімічных уласцівасцяў, ён не мае нічога агульнага з сажай, якая ўтвараецца як забруджанае пабочны прадукт у выніку спальвання вугалю і мазуту, або пры працы неотрегулированных рухавікоў унутранага згарання. Па агульнапрынятай міжнароднай класіфікацыі техуглерод пазначаецца Carbon Black (чорны вуглярод у перакладзе з англійскай мовы), сажа па-ангельску - soot. Гэта значыць, гэтыя паняцці ў цяперашні час, ніякім чынам не змешваюцца.

Эфект узмацнення за кошт напаўнення каўчук техуглеродом меў для развіцця гумавай прамысловасці не меншае значэнне, чым адкрыццё з'явы вулканізацыі каўчуку шэрай. У гумовых сумесях вуглярод з вялікай колькасці ужывальных інгрэдыентаў па масе займае другое месца пасля каўчук. Уплыў жа якасных паказчыкаў техуглерода на ўласцівасці гумовых вырабаў значна больш, чым якасных паказчыкаў асноўнага інгрэдыента - каўчук.

ўзмацняюць ўласцівасці

Паляпшэнне фізічных уласцівасцяў матэрыялу за кошт увядзення напаўняльніка называецца узмацненнем (армаваннем), а такія напаўняльнікі называюцца ўзмацняльнікамі (техуглерод, абложаная вокіс крэмнія). Сярод усіх узмацняльнікаў сапраўды ўнікальнымі характарыстыкамі валодае вуглярод тэхнічны. Нават да вулканізацыі ён звязваецца з каучукам, і гэтую сумесь немагчыма цалкам падзяліць на carbon black і каўчук пры дапамозе растваральнікаў.

Трываласць гум, атрыманых на аснове найважнейшых эластамераў:

У табліцы паказаны ўласцівасці вулканизатов, атрыманых з розных відаў каўчук без напаўнення і напоўненых техуглеродом. З прыведзеных дадзеных відаць, як істотна ўплывае напаўненне вугляродам на паказчык трываласці гум пры расцяжэнні. Дарэчы, іншыя дысперсныя парашкі, якія ўжываюцца ў гумовых сумесях для надання патрэбнай афарбоўкі або патаннення сумесі - мел, каалін, тальк, вокіс жалеза і іншыя не валодаюць ўзмацняюць ўласцівасцямі.

структура

Чыстыя прыродныя вугляроды - гэта алмазы і графіт. Яны маюць крышталічную структуру, значна адрозную адна ад іншай. Метадам дыфракцыі рэнтгенаўскіх прамянёў ўстаноўлена падабенства ў структуры натуральнага графіту і штучнага матэрыялу carbon black. Атамы вугляроду ў графе ўтвараюць вялікія пласты сконденсированных араматычных кольцеобразно сістэм, з межатомные адлегласцю 0,142 нм. Гэтыя графітавыя пласты сконденсированных араматычных сістэм прынята называць базіснымі плоскасцямі. Адлегласць паміж плоскасцямі строга вызначаны і складае 0,335 нм. Усе пласты размешчаны паралельна адносна адзін аднаго. Шчыльнасць графіту складае 2,26 г / см ^3.

У адрозненне ад графіту, які валодае трохмернай упарадкаваных, вуглярод тэхнічны характарызуецца толькі двухмернай ўпарадкаванасць. Складаецца ён з добра развітых графітавых плоскасцяў, размешчаных прыблізна паралельна адзін аднаму, але зрушаным ў адносінах да сумежных слаям - гэта значыць, плоскасці адвольна арыентаваны ў дачыненні да нармалі.

Вобразна структуру графіту параўноўваюць з акуратна складзенай калодай карт, а структуру техуглерода з калодай карт у якой карты ссунутыя. У ім межплоскостное адлегласць больш, чым у графіту і складае 0,350-0,365 нм. Таму шчыльнасць техуглерода ніжэй шчыльнасці графіту і знаходзіцца ў межах 1,76-1,9 г / см ^3, у залежнасці ад маркі (часцей за ўсё 1,8 г / см ^3).

афарбоўванне

Пігментныя (якія афарбоўваюць) маркі тэхнічнага вугляроду выкарыстоўваюцца ў вытворчасці друкарскіх фарбаў, пакрыццяў, пластмас, валокнаў, паперы і будаўнічых матэрыялаў. Іх класіфікуюць на:

• высокоокрашивающий техуглерод (НС);
• среднеокрашивающий (МС);
• нормальноокрашивающий (RC);
• низкоокрашивающий (LC).

Трэцяя літара пазначае спосаб атрымання - печкавай (F) або канальны (С). Прыклад абазначэння: HCF - высокоокрашивающий печкавай техуглерод (Hiqh Colour Furnace).

Афарбоўвацца здольнасць прадукту звязаная з памерам яго часціц. У залежнасці ад іх памеру вуглярод тэхнічны падзяляецца па групах:

класіфікацыя

Тэхнічны вуглярод для гум па ступені ўзмацняе эфекту падпадзяляюць на:

• Высокоусиливающий (протекторных, цвёрды). Вылучаецца падвышанай трываласцю і супраціўляльнасцю ізаляцыі. Памер часціц дробны (18-30 нм). Ўжываюць у транспарцёрная стужках, пратэктары шын.
• Полуусиливающий (каркасны, мяккі). Памер часціц сярэдні (40-60 нм). Ўжываюць у рознапланавых гуматэхнічных вырабах, каркасах шын.
• Низкоусиливающий. Памер часціц буйны (звыш 60 нм). У шыннай прамысловасці выкарыстоўваецца абмежавана. Забяспечвае неабходную трываласць пры захаванні высокай эластычнасці ў гуматэхнічных вырабах.

Поўная класіфікацыя техуглерода дадзена ў стандарце ASTM D1765-03, прынятым усімі сусветнымі вытворцамі прадукту і яго спажыўцамі. У ім класіфікацыя, у прыватнасці, вядзецца па дыяпазоне удзельнай плошчы паверхні часціц:

Вытворчасць тэхнічнага вугляроду

Адрозніваюць тры тэхналогіі атрымання прамысловага техуглерода, у якіх выкарыстоўваецца цыкл няпоўнага спальвання вуглевадародаў:

• печкавай;
• канальны;
• лямпавы;
• плазменны.

Таксама існуе тэрмічны метад, пры якім пры высокіх тэмпературах адбываецца раскладанне ацэтылену або прыроднага газу.

Шматлікія маркі, якія атрымлівае за кошт розных тэхналогій, валодаюць разнастайнымі характарыстыкамі.

тэхналогія вырабу

Тэарэтычна магчыма атрыманне тэхнічнага вугляроду усімі пералічанымі спосабамі, аднак больш за 96% вырабленага прадукту атрымліваюць пячным спосабам з вадкага сыравіны. Метад дазваляе атрымліваць разнастайныя маркі техуглерода з пэўным наборам уласцівасцяў. Напрыклад, на Омскам заводзе тэхнічнага вугляроду па дадзенай тэхналогіі вырабляецца больш за 20 марак техуглерода.

Агульная тэхналогія такая. У рэактар, футерованный высокоогнеупорными матэрыяламі, падаецца прыродны газ і нагрэты да 800 ° С паветра. За кошт спальвання прыроднага газу ўтвараюцца прадукты поўнага згарання з тэмпературай 1820-1900 ° С, якія змяшчаюць пэўную колькасць вольнага кіслароду. У высокатэмпературныя прадукты поўнага згарання ўпырскваецца вадкае вуглевадародную сыравіну, папярэдне старанна перамешанае і нагрэтае да 200-300 ° С. Піроліз сыравіны адбываецца пры строга кантраляванай тэмпературы, якая ў залежнасці ад маркі выпускаецца техуглерода мае розныя значэнні ад 1400 да 1750 ° С.

На пэўным адлегласці ад месца падачы сыравіны термоокислительная рэакцыя спыняецца з дапамогай ўпырску вады. Якія ўтварыліся ў выніку піролізу тэхнічны вуглярод і газы рэакцыі паступаюць у воздухоподогреватель, у якім яны аддаюць частку свайго цяпла паветры, якім карыстаецца ў працэсе, пры гэтым тэмпература углеродогазовой сумесі паніжаецца ад 950-1000 ° С да 500-600 ° С.

Пасля астуджэння да 260-280 ° С за кошт дадатковага ўпырску вады сумесь тэхнічнага вугляроду і газаў накіроўваецца ў рукаўны фільтр, дзе тэхнічны вуглярод аддзяляецца ад газаў і паступае ў бункер фільтра. Выдзелены тэхнічны вуглярод з бункера фільтра па трубаправодзе газотранспорта падаецца вентылятарам (турбовоздуходувкой) у аддзяленне гранулявання.

Вытворцы тэхнічнага вугляроду

Сусветная вытворчасць техуглерода перавышае 10 млн тон. Такая вялікая патрэба ў прадукце тлумачыцца, перш за ўсё, яго унікальнымі ўзмацняюць ўласцівасцямі. Лакаматывамі галіны з'яўляюцца:

• Aditya Birla Group (Індыя) - каля 15% рынку.
• Cabot Corporation (ЗША) - 14% рынку.
• Orion Engineered Carbons (Люксембург) - 9%.

Найбуйнейшыя расійскія вытворцы вугляроду:

• ТАА «Омсктехуглерод» - 40% расійскага рынку. Заводы ў Омску, Валгаградзе, Магілёве.
• ААТ "Яраслаўскі тэхнічны вуглярод» - 32%.
• ААТ «Нижнекамсктехуглерод» - 17%.