本文以煤矸石作原料,通过将煤矸石分选、破碎、超细粉碎、表 面改性等辅助手段,介绍了一种制备煤矸石粉橡胶补强填充剂的方 法。通过煤矸石粉的物化性质表征及对制备的橡胶填充剂的性能研 究,表明这种填充剂能够广泛用于各种天然橡胶,可以基本取代半补 强炭黑,部分取代高耐磨炭黑或其他炭黑补强填充剂。报告的研究内 容和结果主要有以下几个方面:(1)对煤矸石的物化性质进行了系统 的基础性分析。结果表明煤矸石挥发分为15.49%,固定炭含量为 30.12%,煤矸石无机物质成分主要是Si02和A1203;通过对煤矸石的 岩相组成、X射线衍射及差热曲线分析,发现所分析样品煤矸石的矿 物组成主要是高岭石,还有部分有机凝胶化物资。并且发现,高岭石 微晶是独立存在的,d值主要分布在12pm,有机质炭以类石墨结构存 在。另外通过对煤矸石样品的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油值测定发 现,吸油值为0.450.50ml/g,表明该样品是一种中等结构填料。(2) 将煤矸石破碎和超细粉碎后,对粉碎过程中煤矸石颗粒的力化学变化 和粒度进行分析,所得数据为破碎和超细粉碎的设备选型提供了理论 依据。分析结果表明经超细粉碎处理后的煤矸石粉,在极性溶剂中的 接触角值升高,而在非极性溶剂中的接触角值降低。表面改性剂能够 降低煤矸石粉表面能,使其疏水性增强,吸附性降低。另外通过红外 I 太原理工大学硕士研究生学位报告 光谱表征发现煤矸石表面有-OH、CH2=CH2等官能团,并且发现超细 粉碎处理后,有机官能团的活性增强。(3)利用硅烷偶联剂KH550和 钛酸酯偶联剂NDZ130对煤矸石粉进行了改性处理。改性后的煤矸石 粉分散性大幅度提高,能够被橡胶良好浸润,这是由于煤矸石粉中所 含的有机物质起到软化剂的作用,使煤矸石粉能够更好的被橡胶浸 润。(4)依据SEM数据,对煤矸石粉填充硫化胶的分散性、力学性 能、撕裂磨耗机理进行了研究。结果表明,起到补强作用的是煤矸石 粉中所含的陶土类无机物质,陶土类无机物质的硅氧羟基官能团能够 结合橡胶大分子链。在橡胶母体中具有填充和分散作用的是煤矸石粉 中所含的类炭黑凝胶物质。如果煤矸石粉粒子足够细,在力化学作用 下形成的表面缺陷足够多,就能够表现出类似于炭黑的补强作用。但 是在一般橡胶中(如NR橡胶,丁苯胶),由于煤矸石粉粒子基本上 没有炭黑的那种二次结构,加上平均粒度也比炭黑粒子大,导致煤矸 石粉粒子和橡胶大分子链的结合强度不及炭黑补强剂。可是煤矸石粉 中所含的一小部分有机挥发分,可以作为橡胶制品的软化剂从而改善 胶料性质。煤矸石粉用作硫化胶的填充剂时呈现出很好的补强作用, 另外经煤矸石粉填充的硫化胶,其拉伸强度和抗撕裂强度都能达到质 量要求。