煤矸石性質(zhì)分析及用作橡膠補強填充劑的可行性研究.pdf

1、本文以煤矸石作原料，通過將煤矸石分選、破碎、超細粉碎、表面改性等輔助手段，介紹了一種制備煤矸石粉橡膠補強填充劑的方法。通過煤矸石粉的物化性質(zhì)表征及對制備的橡膠填充劑的性能研究，表明這種填充劑能夠廣泛用于各種天然橡膠，可以基本取代半補強炭黑，部分取代高耐磨炭黑或其他炭黑補強填充劑。論文的研究內(nèi)容和結(jié)果主要有以下幾個方面:(1)對煤矸石的物化性質(zhì)進行了系統(tǒng)的基礎(chǔ)性分析。結(jié)果表明煤矸石揮發(fā)分為15.49％，固定炭含量為30.12％，煤矸石無機

2、物質(zhì)成分主要是SiO2和Al2O3,通過對煤矸石的巖相組成、X射線衍射及差熱曲線分析，發(fā)現(xiàn)所分析樣品煤矸石的礦物組成主要是高嶺石，還有部分有機凝膠化物資。并且發(fā)現(xiàn)，高嶺石微晶是獨立存在的，d值主要分布在1～2μm，有機質(zhì)炭以類石墨結(jié)構(gòu)存在。另外通過對煤矸石樣品的鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油值測定發(fā)現(xiàn)，吸油值為0.45～0.50ml/g，表明該樣品是一種中等結(jié)構(gòu)填料。(2)將煤矸石破碎和超細粉碎后，對粉碎過程中煤矸石顆粒的力化學(xué)變化和粒

3、度進行分析，所得數(shù)據(jù)為破碎和超細粉碎的設(shè)備選型提供了理論依據(jù)。分析結(jié)果表明經(jīng)超細粉碎處理后的煤矸石粉，在極性溶劑中的接觸角值升高，而在非極性溶劑中的接觸角值降低。表面改性劑能夠降低煤矸石粉表面能，使其疏水性增強，吸附性降低。另外通過紅外光譜表征發(fā)現(xiàn)煤矸石表面有-OH、CH2=CH2等官能團，并且發(fā)現(xiàn)超細粉碎處理后，有機官能團的活性增強。(3)利用硅烷偶聯(lián)劑KH550和鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ130對煤矸石粉進行了改性處理。改性后的煤矸石粉分散

4、性大幅度提高，能夠被橡膠良好浸潤，這是由于煤矸石粉中所含的有機物質(zhì)起到軟化劑的作用，使煤矸石粉能夠更好的被橡膠浸潤。(4)依據(jù)SEM數(shù)據(jù)，對煤矸石粉填充硫化膠的分散性、力學(xué)性能、撕裂磨耗機理進行了研究。結(jié)果表明，起到補強作用的是煤矸石粉中所含的陶土類無機物質(zhì)，陶土類無機物質(zhì)的硅氧羥基官能團能夠結(jié)合橡膠大分子鏈。在橡膠母體中具有填充和分散作用的是煤矸石粉中所含的類炭黑凝膠物質(zhì)。如果煤矸石粉粒子足夠細，在力化學(xué)作用下形成的表面缺陷足夠多，就