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改性珍珠巖微粉在橡膠制品中的應(yīng)用研究

所屬欄目:化工論文 發(fā)布日期:2010-12-05 08:24 熱度:

  摘要:以經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑改性的信陽(yáng)珍珠巖為填料,從填充橡膠的拉伸強(qiáng)度,彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度等表征出發(fā),證實(shí)珍珠巖經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑的表面改性工藝處理后,作為橡膠填料,不僅僅能降低橡膠產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)成本,而且的確可以改善橡膠制品的性能。
  關(guān)鍵詞:珍珠巖粉,填料,橡膠
  在橡膠、塑料制品中添加非金屬礦填料,已經(jīng)成為這類(lèi)制品降低成本,改善和調(diào)節(jié)其性能的重要手段之一【1】。珍珠巖是一種火山噴出的酸性玻璃質(zhì)熔巖,而且資源豐富,價(jià)格低廉,目前我國(guó)珍珠巖礦砂年產(chǎn)量在60萬(wàn)噸左右,工業(yè)上利用是由天然珍珠巖經(jīng)膨脹處理的產(chǎn)物,作為一種輕質(zhì)高效絕緣材料【2】【3】,一般投入原料和產(chǎn)出量較大,但市場(chǎng)價(jià)格低廉,企業(yè)效益差。所以搞好產(chǎn)品深加工,開(kāi)拓新的市場(chǎng)成為當(dāng)務(wù)之急。本文旨在從礦物表面改性角度出發(fā),著重研究改性珍珠巖作為填料在橡膠制品的應(yīng)用,為珍珠巖行業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟新的途徑。
  一、原材料及設(shè)備
  1、原料。高密度聚乙烯(HDPE),牌號(hào)為PE-LA-50D012,蘭州化學(xué)工業(yè)公司石油化工長(zhǎng)生產(chǎn)活性礦物填料,改性珍珠巖粉(改性工藝:珍珠巖粉——加熱攪拌——改性助劑——干燥——硅烷偶聯(lián)劑——篩分除粒——改性珍珠巖粉),自制
  2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備。GH-10DY高速捏合機(jī),北京塑料廠;X(S)K-160雙輥開(kāi)煉機(jī),無(wú)錫第一橡膠機(jī)械廠;YX-25型0.25兆半自動(dòng)壓力成型機(jī),上海西瑪偉力機(jī)械設(shè)備廠。
  二、實(shí)驗(yàn)配方及工藝流程
  1、實(shí)驗(yàn)配方:HDPE100防老劑H0.3~0.35,二硫化四乙基秋蘭姆0.15,填料10~50。
  2、工藝流程:
 1.jpg

  先將各種助劑和填料在高速混合機(jī)中混合均勻,在開(kāi)煉機(jī)上130℃下與高密度聚乙烯混煉均勻,薄通若干次,充分混合后裝模,放在壓力成型機(jī)上,在150℃左右,15Mpa壓力下先預(yù)熱5分鐘,然后保溫保壓5分鐘,隨后在保壓條件下通風(fēng)冷卻至室溫,開(kāi)模取樣。
  三、填料應(yīng)用性能測(cè)試表征
  影響高聚物材料性能測(cè)試結(jié)果的因素很多,主要分為兩類(lèi):一類(lèi)是內(nèi)在因素,諸如高聚物本身分子量大小不一、結(jié)構(gòu)規(guī)整性和取向程度各異、內(nèi)部存在的缺陷的多寡等等。另一類(lèi)是外在因素,如試樣制備過(guò)程中應(yīng)力集中的狀態(tài),加工成型條件的差異,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度,濕度的變化等。因此,本實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格按照國(guó)際制樣及測(cè)試,把誤差盡可能的降低。
  (一)拉伸實(shí)驗(yàn)
  按照GB1040-79測(cè)試【4】
  試樣尺寸:?jiǎn)♀徯卧嚇樱傞L(zhǎng)170mm,厚度4mm,端部寬度20±0.2mm平行部分寬度10±0.2mm,夾具間距離110mm。
  實(shí)驗(yàn)條件:實(shí)驗(yàn)速度為10±5mm/min.
  實(shí)驗(yàn)設(shè)備:WE-50液壓式萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī),濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司.
  結(jié)果的計(jì)算:拉伸強(qiáng)度按下式計(jì)算:ót=P/bdMpa
  式中:P---斷裂負(fù)荷,N;b—試樣寬度,mm;d—試樣厚度,mm。
  (二)彎曲實(shí)驗(yàn)
  參照GB1042-79測(cè)試.
  試樣尺寸:試樣為模塑材料大試樣,長(zhǎng)×寬×高=120±2×15±0.2×10±0.2mm
  實(shí)驗(yàn)條件:實(shí)驗(yàn)跨度為L(zhǎng)0=10d±0.5mm,實(shí)驗(yàn)速度為1~3dmm/min,壓頭半徑為r1=5±0.1,規(guī)定撓度值為8.0mm,實(shí)驗(yàn)環(huán)境及預(yù)處理?xiàng)l件按GD2918-82.
  實(shí)驗(yàn)設(shè)備:WE-50液壓式萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī),濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司.
  結(jié)果計(jì)算:彎曲強(qiáng)度按下式計(jì)算:óf=3PL0/2bd2MPa
  式中:P—試樣所承受的規(guī)定撓度時(shí)的負(fù)荷,N;L0—試樣跨度,mm;b—試樣寬度,mm;d—試樣厚度,mm.。
  (三)沖擊實(shí)驗(yàn)
  按照GB1043-79《塑料簡(jiǎn)支梁實(shí)驗(yàn)方法》測(cè)試.
  試樣尺寸:缺口大試樣,總長(zhǎng)(L)120±2mm,厚度(d)10±0.2mm,寬度(b)15±0.2mm,缺口寬度(bk)2±0.2mm,缺口深度(di)1/3dmm.
  實(shí)驗(yàn)條件:塑料大試樣試樣跨度為70mm,擺錘式簡(jiǎn)支梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)總的能量損耗應(yīng)小于1%,實(shí)驗(yàn)應(yīng)在擺錘總能量的10%~80%范圍內(nèi)使用.
  實(shí)驗(yàn)設(shè)備:J•B-5沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī),吳忠材料實(shí)驗(yàn)機(jī)廠。
  結(jié)果的計(jì)算:缺口沖擊強(qiáng)度按下式計(jì)算:ak=Ak/bdkJ/m2
  式中Ak–缺口試樣破裂所消耗的功,J;b—試樣寬度,m;dk--缺口試樣缺口處剩余厚度,m。
  四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
  選擇拉伸強(qiáng)度,彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度作為指標(biāo)分析。
  1、填料表面處理的影響。由于珍珠巖粉體與聚合物之間的化學(xué)性能不同,兩者之間相容性較差,直接填充,填充量小,填充材料性能差,經(jīng)表面改性后,可改善粉體與基體間的相容性。經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后的珍珠巖粉體填充HDPE后的測(cè)試結(jié)果如圖1、圖2,圖3所示:
2.jpg

  圖1珍珠巖填充體系拉伸強(qiáng)度與填充量的關(guān)系                       圖2珍珠巖填充體系沖擊強(qiáng)度與填充量的關(guān)系
  
  3.jpg
  圖3珍珠巖填充體系抗彎強(qiáng)度與填充量的關(guān)系圖4珍珠巖粒度與填充體系力學(xué)性能的關(guān)系
  由圖1,圖2和圖3可見(jiàn),經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的珍珠巖粉體填充HDPE體系的拉伸強(qiáng)度,彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均明顯高于未處理珍珠巖填充HDPE體系的力學(xué)性能參數(shù)。在填充量為10%時(shí),有峰值出現(xiàn),并且在填充量達(dá)到30%時(shí),拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度仍可達(dá)到純HDPE的水平。表明珍珠巖經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后,可提高其填充量。有機(jī)硅烷分子通式可表示為:RSiX4-x。偶聯(lián)劑分子中一般都含有3個(gè)可水解基團(tuán)X及一個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)R,可水解基團(tuán)能與填料表面的羥基發(fā)生水解縮合,而反應(yīng)性基團(tuán)R則與橡膠及其他高聚物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而結(jié)合,起著一種“橋梁”的作用,把珍珠巖粉與高分子材料結(jié)合起來(lái),從而提高高分子對(duì)珍珠巖粉的“潤(rùn)濕性”,增強(qiáng)微粉珍珠巖填料的補(bǔ)強(qiáng)性〔5〕。顯然由于硅烷偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用,可有效改善體系的分散狀態(tài),增加珍珠巖與聚合物的相界面和親和力,因而有利于力學(xué)性能的改善。
  2、填料細(xì)度的影響。從對(duì)高聚物基材料的增強(qiáng)作用來(lái)說(shuō),填料的粒徑越小越好,因?yàn)樘盍系牧皆叫。W拥谋缺砻娣e增大,粒子與基體之間接觸界面增大,相互間的作用力就越大,同時(shí)也越容易均勻分散,其增強(qiáng)作用也越大。本文研究了不同粒度的珍珠巖作為填料在HDPE中的應(yīng)用(見(jiàn)圖4),結(jié)果發(fā)現(xiàn),在不大幅提高生產(chǎn)成本的情況下,作為填料,珍珠巖的粒度應(yīng)該越小越好。
  五、結(jié)束語(yǔ)
  綜合以上改性珍珠巖在橡膠中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析,得出如下結(jié)論:經(jīng)過(guò)表面改性后的珍珠巖粉填充在橡膠后,橡膠的主要機(jī)械力學(xué)性能得到了改善,說(shuō)明經(jīng)改性后的珍珠巖粉作為橡膠填料,不僅僅能降低橡膠產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)成本,而且的確可以改善橡膠制品的性能。在不大幅提高生產(chǎn)成本的情況下,作為填料,珍珠巖的粒度應(yīng)該越小越好。
  參考文獻(xiàn)
  【1】鄭水林,中國(guó)非金屬礦深加工技術(shù)現(xiàn)狀、機(jī)遇、挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)〔J〕,中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2000(50):1~8
  【2】戚學(xué)祥,河南信陽(yáng)珍珠巖礦床特征及應(yīng)用〔J〕,礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),1997,16(增刊):101~1.3
  【3】喻樂(lè)華、歐輝等,珍珠巖用作高性能混凝土摻合料研究〔J〕.非金屬礦,2001,24(3):24~26
  【4】羅河勝,新編塑料材料手冊(cè)〔M〕.廣州:廣東科技出版社,1998:22~46
  【5】聶素青,淺談硅烷偶聯(lián)劑在淺色填料中的應(yīng)用〔J〕.炭黑工業(yè),2001,(2):36~38

文章標(biāo)題:改性珍珠巖微粉在橡膠制品中的應(yīng)用研究

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