废旧轮胎超高压水射流破碎与断硫机理研究

       传统机械破碎依靠刀具挤压、摩擦粉碎橡胶，加工过程产生大量摩擦热，易造成橡胶分子氧化老化，且仅破坏橡胶宏观形貌，难以断裂交联S-S、S-C化学键，胶粉凝胶含量高、界面活性差，再生制品力学性能衰减明显。热裂解虽可深度断硫，但高温会彻底破坏橡胶碳链，产生二噁英、多环芳烃等污染物，环保运维成本居高不下。相较两类主流工艺，超高压水射流依托150–400MPa高速水流冲击、空泡溃灭产生瞬时强剪切应力，实现常温破碎与同步断硫双重效果，相关试验数据已在《橡胶工业》期刊发表验证。

       从断硫机理来看，超高压水射流属于典型机械力化学过程。研究指出，射流冲击带来的压缩剪切失效是橡胶交联网络断裂的核心诱因，空泡溃灭产生的脉冲压力集中作用于键能更低的硫桥键，优先打断S-S交联键，保留橡胶主链C-C长链结构，实现可控局部断硫，而非完全降解橡胶基体。国内硕士论文通过FLUENT空化仿真与SEM、红外光谱表征进一步证实：水射流冲击使橡胶局部发生冲击脆化，交联网络解离并生成巯基活性基团，大幅降低胶粉凝胶含量，最优工艺参数180MPa、靶距21mm、移动速度1500mm/min条件下，胶粉凝胶质量分数降至0.828，断硫效果最优。

       高能南京环保产业化应用数据与学术结论高度吻合。整套设备全程水冷无热积累，不存在橡胶热老化问题；水射流一次性完成橡胶、钢丝、纤维分离，同步完成机械力断硫，产出80–500目高活性精细胶粉，胶粉比表面积更大，与原生橡胶基体界面结合力显著优于机械破碎胶粉。全过程无化学助剂添加，无有毒废气、危废渣产生，生产废水简单沉淀后循环回用，相较化学脱硫工艺大幅降低环保投入，符合固废低碳循环政策要求。

       该技术现阶段仍存在局限：成套超高压设备初期建设投入较高，射流压力、靶距、行进速度等参数需精准匹配不同规格轮胎，工艺调控门槛高于常规破碎设备；断硫程度受水压限制，仅可实现局部可控脱硫，无法达到深度全断硫效果。

       综合文献理论与产业化实践，超高压水射流依靠机械力化学效应同步完成废旧轮胎破碎与可控断硫，兼顾产品性能、绿色生产两大核心优势，弥补传统机械破碎无脱硫、热裂解产物低质污染严重的短板。后续可通过多因素耦合优化射流工艺参数，配套分级筛分系统，进一步提升断硫均匀度与胶粉品质，推动废旧轮胎高端再生材料产业化普及。

参考文献标注（文中对应引用）

[1] 超高压水射流脱硫轮胎胶粉的研究[J].橡胶工业,2015.
[2]Mechanochemical devulcanization of waste tire rubber in high pressure water jet pulverization[J].Plastics, Rubber and Composites,2021.
[3] 超高压水射流破碎子午线轮胎的空化效应及胶粉脱硫机理[D].硕士学位论文,2015.
[4] 唐帆.水射流分离与表面脱硫技术在废轮胎回收中的应用[J].橡塑装备,2024.