粉煤灰特性及作橡胶补强填料研究

Ｔ ｅｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｐ ｌ ｏ ｔ ｔ ｎ ｔｅ ｆ ｈ ｒ ｄ ｃ ｒ ｉｈ ｒｔａ ｅＧＢ ａ ｄ ｅ ｔｒ ｒ ｅｓ ｎ ａｄ ， ｎ ｅｄ ｎ ｉ ｆ ｉ ｗ ｒ ｈ ｅ ｈ ｅｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｕｌ ｕ ｒ ｇｈ ｓｏ ｅｐｏ ｕ ｔ ｗｅｅｈｇ ｅ ｎｔ ｎ ｎ ｅｐｉ ｔ ｄ ｒ ｓ ａ ｄｔ ｅ ｓ ｏ ｃ ｉ ｌ ｅ ａ ｔ ｓ ｈ — ｓｅ ｔ ｓ ｈ ｈ ｓ ａ ｈ ｙ ｔ ｗｈ ｈ ｓ ｏ ｔｎ ｈ
面 活 性 和 较 大 的 比表 面 积 ［］因 此 ， 煤 灰作 为 塑 ３， － ５ 粉 料、 胶 工 业 中填 料 的研究 ， 橡 是粉 煤 灰 高 附加值 利 用 的重要 研究 方 向之 一 。粉 煤灰通 过表 面活性 处理 ， 可 作 为橡 胶 的补强 材料 ， 橡胶制 品的生产成本 。 降低
１ 粉煤 灰性质 研究
１ ０ ０ ２ ０ ０ ３０ ０ ４ ０ ０ ｂ０ ０
温度／Ｃ ＇
图１ 粉 煤灰Ｔ Ｇ曲 线
１１ 粉煤 灰 的化 学成分及 基本 性质 ．
本试验 所 用粉
从 图 １ 看 出 ， １０ ２ 可 在 ０ ～１０℃之 间 ， 煤灰 热 失 粉 重较大 ， 从开始到 １０℃ ， 失重接近 ０ ％， ２ 热 ． 这部分为 ３ 粉煤 灰 表 面 的吸 附水 。而在 １０℃左右 热 失重 大约 ０
本研
对粉 煤灰进行测 试 ， 结果见 图 ３ 。从 图 ３ 看 出 ， 煤 可 粉
究 的技 术 关键是 确定 体系 “ 矿物 ／ 改性药 剂 ／ 胶基 橡 质材料 ”的三相 界面 性质 ， 使之 具有 与 白炭 黑相 近 的 性能 。 丝绳芯输送 带的关键技 术是橡 胶与镀铜 （ 钢 锌） 钢丝 的粘合 强度 ， 实现 的方法 之一是使 用 以环烷 酸钴 与 白炭 黑为其主要 组分 的钴 盐粘合体系 。 由粉 煤 灰 的性 质 和 ｘ射 线 衍 射 分析 结 果 ， 以 可 推断： ①粉煤 灰 的玻璃 体是 由于 煤粉高温 燃烧 后迅 速
据不 同粉煤 灰 的红外 特性 曲线 ， 以判定该粉 煤灰 为 可 烟煤 粉煤灰 。
２
１ ００ １ ０ ８ ６０ １ ００ ２ ８ ００ ４ ０ ０
２ ５
ｌ－ １３
４０ ５
６ ２
１２ ５ ．８
９ ４
１４ ２
波数／ ｍ ｅ
３
４
２ Ｏ
２ ５
ｌ． １１
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４１ ０
５ ８
６ ０
１２１ ． ５
１２ｌ ． ５
ｌ６ １
１６ １
ｌ４ １
１４ １
图２ 粉 煤灰 的红外光谱
１ 粉煤灰 电镜 实验 ． ４
利 用岛津 Ｓ Ｍ—Ｓ５ 型 电镜 Ｅ Ｓ ５０
２３ 改性粉 煤灰代 替 白炭 黑 的作 用机理 分析 ．
∞ ｇ ；∞ ∞ ｇ ｝ｇ ｝ｇ ； 昀 ｝ｇ
近年 来 国内外 竞相 开展 利 用无 机 非金 属矿 物和 发工作 。 采 用 多矿 物 复 合、 面 改性 等 高新 技 术 １， 分 利 用 表 ”充
成包括 Ｃ Ｏ Ｍｇ 、 Ｏ等。该灰属于 硅铝型粉煤 ａ 、 Ｏ 灰［ ６ ］ 。该粉煤 灰 的真密度 为 ２１ ／ ， Ｈ值 为 ６７ ． ｇ ｍ３ ｐ ４ ｃ ．，
输 带抽 出力 指 标达 到 １０ ／ 以上 ， 过 国家标 准 １ ｍｍ Ｎ 超
（５ ｒｍ）和 阜 新 橡 胶 集 团 内 定标 准 （０ Ｎ／ ９ Ｎ／ ａ １０ ｍｍ） ， 符 合使 用要求 ， 且制 品密 度低于 用 白炭 黑 的制 品密 而 度， 达到 了降低 密度 的 目的 。 表１ 改性粉煤 灰代替 白炭 黑作橡胶填 料性能
Ｋ２ ２２ ； 水 量 ，． ； 它 ，． 。 主 要 化 学 组 成 Ｏ，． 含 ０ ００ 其 ８ ２９ ３ 有 ＳＯ２Ａ１ Ｆ 约 占总 量 的 ９％， 要化 学 组 ｉ、 ２ 、ｅ ， ０ Ｏ ０ 次
收 稿 日期 ：２ １ ． ５ １ ０ ２０ ．７
升高 ， 失重 变化 不 明显 ， 明该粉 煤 灰热 稳定 性较 热 说
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Ｋｅ ｒ ｓ ｆｙ ａ ｈ ｍｏ ｉ ｃ ｔｏ ｒ ｉ ｆ ｒ ｅｆｌ ｒ Ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｌ ｓ ｄｆ ａｉｎ ｉ ｅ ｎ ｏ ｃ ｌ Ｇ ｗｈ ｔ ｉｉａ ｉ ｅ ｉｅｓｌｃ
第３ 卷 第４ ５ 期
２ １年７ ０２ 月
非 金 属 矿
Ｎ Ｏｑ Ｍ ｅ ａ 】ｃ Ｍ ｉ ｅ ｌ — ｔ ｌｉ ｎ ｓ
ＶＯ１３５ Ｎ Ｏ． ． ４
Ｊ ｙ ０１ ｕｌ ，２ ２
粉煤灰特性及作橡 胶补强填料研究
李彩 霞 刘 健 任瑞 晨
１３０ ） ２０ ０ （ 辽宁工程技术 大学 矿业学院，辽宁 阜新
为 ０ ％， 吸 附水 的测 定结 果 基 本相 符 。温 度继 续 ． 与 ２
煤 灰 为 阜 新 发 电厂 干法 电除尘 排 灰 的收 集尘 ， 色 颜 为 暗灰 色 ， 化 学成 分 （ 其 ％）为 ： ｉ，６． ； ＳＯ ，１ ６ Ａ１ ， ３ Ｏ
２ ． ６ Ｆ ２ ， ． ５ Ｍ ｇ ， ．０ Ｃａ ， ．９； ２ ， ．７； ０ １ ； ｅ Ｏ ７９ ； Ｏ ２ ５ ； Ｏ １ ６ Ｎａ Ｏ １ ６
中 图分 类 号 ： ７ ３Ｔ ３ ０ 文 献 标识 码 ： Ｘ ７ ； Ｑ ３￣８ Ａ
Ｓ ｕ ｙｏ ｈｅＣｈａ ａ ｔ ｒｏ ｙＡｓ ｎｄＲｅｎ ｏ ｃ － ｅ ｇ ｎ ｅ ｎＲｕ ｂｅ ｔ ｄ ｎｔ ｒ ｃｅ ｆ Ｆｌ ｈ ａ ｉ ｆ ｒ ｅ ｒ ａ ｅ ｔＵｓ ｄ ｉ ｂ ｒ
ｆ ｍｍ） Ｎ 胶 料 硫 化 时 扯 断 强 扯 断 伸 长 邵 氏 密度 抽 出力 ／ ／ 硬 度 （ （／ｍ３ 老化 前 老 化 后 Ａ）／ ｃ ） ｇ 序 号 问 ／ ｎ 度 ／Ｉａ 率 ｍｉ ／Ｐ Ｖ
ｌ ２ Ｕ ｌ ３ ２． ５ ０ ０ ６ Ｏ １２ ５ ．８ ９ ４ ｌ４ ２
好 。但在 ４ ￣ ０℃之 间有一质量 增加 的过程 ， ０５ 可能是
氮气 吸附到粉煤灰 的孔洞之 间 。
基金 项 目： 宁省科技 厅计 划项 目（０ ９ ０ ０ ８ ； 宁省教 育厅 重 辽 ２０４２０）辽 点 实验 室基金 资助 项 目（ ｓ０ ０ ７）。 Ｌ ２ １０ ２
Ｊ
．．
１ 粉 煤 灰 的 红 外 实验 ． ３
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂｙ ｃ ｍｉ ａ ｎ ｌ ｉ ， ｒ ｙ ｄ ｆｒ ｃｉ ｎ ｈ ｒ ｏ ｒ ｖｉ ｔｉ ｎ ｌ ｉ，ｉ ｆ ａ ｅ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ Ｏ ｏ ｔ ｙ ａ ｈ ｐ ｏ ｅ ｅ ｒ ｓｒ ｃ ｈｅ ｃ ｌａ ａｙｓ ｓ Ｘ— ａ ｉｆ ａ ｔｏ ，ｔ ｅ ｍ ｇ ａ ｍｅ ｒｃ ａ ａ ｙｓｓ ｎ ｒ ｒ ｄ ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎｄ Ｓ ｎ， ｈｅ ｆ ｓ ｒ ｐ ￣ｉ ｓｗｅ ｅ ｌ ａ ａ ｙ ｅ Ｃｈ ｍ ｉ ａ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ｓｓ ｗｅ ｅｃ ｒ ｉ ｄ ｆ ｒｆｙ ａ ｈ Ａｃ ｉ ｅ ｆ ｓ ｓｕ ｅ ｒｒ ｂ ｅ ｅ ｎ ｏ ｃ ｍｅ ｔ ａｅ ｉ ｌｉ ｓｅ ｄ ｏ ｉ ａ ｂ ｎ ｂ ａ ｋ ｎ ｌ ｚ ｄ． ｅ ｃ ｌ ｍ ｄ ｆ ａ ｉ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ｒｅ ｏ ｓ ． ｔ ｙ ａ ｈ ｗａ ｓ ｄ ｆ ｕ ｂ ｒｒ ｉ ｆ ｒ ｅ ｎ ｔ ｒａ ｎ ｔ ａ ｆｗｈ ｔ ｃ ｒ ｏ ｌ ｃ ． ｉ ｅ ｌ ｖ ｌ ｏ ｍ ｅ
２ 粉煤灰改性试验 ． １
本试验中所用的改性药剂均
为 市售 产 品。硅 烷偶 联剂 Ａ， Ｈ－４４， Ｋ ８５ 南京 曙 光化 工 集 团有 限 公 司 ； 烷偶 联剂 Ｂ， Ｈ一９ ， 硅 Ｋ ５０ 南京 曙 光 化 工集 团有限公 司 ； 钛酸 脂偶联剂 Ｃ， ＤＺ３ １山东 Ｎ 一０ ，
吸 附水 含 量 为 ０ ％。通 过 Ｂ ９０ 光粒 度 分 析仪 ． ２ Ｔ ３０激 测 定 粉 煤 灰 粒 度 ， 中位 径 Ｊ 为 １． ／ 其 ［。 ０８ ａ ） ５ ｍ，
３ ． ａ Ｄ ， ４ ． ａ 约 为 ３ ５目。 ０２ ｍ， ９为 ４ ２／ ８／ ７ ｍ， ２
矿物的物理化学性质， 针对不同应用对象， 开发使用 性能 良好、 价格相对低廉 的功能性补强材料 ， 解决炭 黑、 自炭黑成本较高 ， 工艺复杂， 以及 自炭黑在橡胶制 品中难以分散和炭黑颜色深等缺陷， 从而发挥功能性
近 的结构性 ②粉煤灰是一种较典型的硅铝质火山 灰材料 ， 主要成分为 ｓ Ａｚ 因而亦具有与 白 ｉ 和 ｌ ， ０ Ｏ
炭黑 相 近 的硅 醇 基、 氧烷 基性 质 ， 硅 而这 种特 性 是保 持橡 胶制 品在 硫 化过 程 中 ， 定合 适 的反 应 时 间， 选 进 而保 证橡 胶 高分 子链 能有 效形 成立 体 网状 结 构 的主 要 内在 因素 。
矿物 补强 助剂 的独特 优势 。但是 ， 胶工业 使 用的矿 橡
为
１ 粉煤灰 Ｔ ＿ ２ Ｇ实验
所用试验装 备是德 国 Ｓ Ａ４９ Ｔ －４
型热 重分 析仪 ， 验在 氮气 做保 护气 的气氛 中进 行 ， 实 以 ２ Ｃｍｉ速 度加热 。实验结果见 图 １ ０￣／ ｎ 。
物填料助剂材料的密度较高 ， 制约了无机矿物补强材 料在橡 胶 中的使用 口 】 。 由于粉煤灰具有孔洞结构、 密度低、 有较高的表
摘 要
关键词
通过化学成分分析 、 一 ｘ 射线衍射 、 热重分析 、 红外光谱分析 等方 法， 分析 了 粉煤灰的性质， 对粉煤灰进行化学改性 ， 改性粉煤灰代替
粉煤灰 改性 补强填料 热重 白炭黑
白炭 黑 作 橡 胶补 强材 料 ， 品 的抽 出力 均 高 于 国标 和 企 业标 准 ， 且制 品 的密 度低 于 用 白炭 黑 的制 品 密 度 。 制 而
Ｌｉ ｉ ｉ Ｌｉ ｉ ｎ Ｒｅ ｉ ｈ ｎ Ｃａ ｘ ａ ｕＪａ ｎ Ｒｕ ｃ ｅ
（ ｏｌ ｅｏ ＭｉｉｇＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｌ ａｎｎ ｅｈ ｉａＵｎｖ ｒｉ ， ｕ ｉ， ｉｏ ｉｇ １３ ０ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｎｎ ｎ ｉｅｒ ， ｉｏ ｉｇＴ ｃ ｎｃｌ ｉｅｓｙ Ｆ ｘｎ Ｌａ ｎｎ ２ ０ ０ ｅ ｎ ｔ
利 用布 鲁 克 Ｔ ＮＳ Ｎ２ Ｅ Ｏ ７
型红外光谱仪对粉煤灰进行了红外光谱测试 ， 结果
４ ． ７．
第３卷第４ ５ 期
非 金 属 矿
２ １年７ ０２ 月
见图２ 。从 图 ２可看 出， 该粉 煤 灰 的红外 光谱谱 带为
４ １ ｍ－ ５ ３ ｍ ￣ ９ 、 ０ ８ ｍ－ １３ ｃ ６ １ ５ ｑ ７７ｃ ｃ ￣ ｃ ｍ １８ ６ ２ ｍ－ 根 ｃ 、 。
淬灭 和 Ｓ— 网架 的阳离子 改性及 同晶形 替换而 引起 ｉ Ｏ
灰主要由球形玻璃微珠和少量不规则块状颗粒组成， 球 形微 珠表 面光滑 ， 颗粒大 小不等 。
的结 构 无序 ［］这种 无 序结 构使 之 具 有与 自炭 黑相 ７ － ８
图３ 粉 煤灰扫描 电镜 图片 ２ 粉煤灰 作橡 胶补 强助剂
淄博 易丰化工厂 。
由于改性后粉煤灰填充料含水量很低 ， 且能够发
挥 助剂效 用 ， 因此 可以推 断 ， 其硅醇 基、 硅氧 烷基 等呈 偏 酸性 ， 因而 具 有 平衡硫 化 过程 ， 使链 状橡 胶 大 分子