摘要：以經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性的信陽珍珠巖為填料，從填充橡膠的拉伸強度，彎曲強度和沖擊強度等表征出發(fā)，證實珍珠巖經(jīng)過硅烷偶聯(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，價格低廉，目前我國珍珠巖礦砂年產(chǎn)量在60萬噸左右，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，但市場價格低廉，企業(yè)效益差。所以搞好產(chǎn)品深加工，開拓新的市場成為當務(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），牌號為PE-LA-50D012，蘭州化學(xué)工業(yè)公司石油化工長生產(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、實驗設(shè)備。GH-10DY高速捏合機，北京塑料廠；X（S）K-160雙輥開煉機，無錫第一橡膠機械廠；YX-25型0.25兆半自動壓力成型機，上海西瑪偉力機械設(shè)備廠。
　　二、實驗配方及工藝流程
　　1、實驗配方：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：
　

　　先將各種助劑和填料在高速混合機中混合均勻，在開煉機上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冷卻至室溫，開模取樣。
　　三、填料應(yīng)用性能測試表征
　　影響高聚物材料性能測試結(jié)果的因素很多，主要分為兩類：一類是內(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。另一類是外在因素，如試樣制備過程中應(yīng)力集中的狀態(tài)，加工成型條件的差異，實驗過程中溫度，濕度的變化等。因此，本實驗嚴格按照國際制樣及測試，把誤差盡可能的降低。
　　（一）拉伸實驗
　　按照GB1040-79測試【4】
　　試樣尺寸：啞鈴形試樣，總長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。
　　實驗條件：實驗速度為10±5mm/min.
　　實驗設(shè)備：WE-50液壓式萬能實驗機,濟南試金集團有限公司.
　　結(jié)果的計算:拉伸強度按下式計算：ót=P/bdMpa
　　式中：P---斷裂負荷,N;b—試樣寬度，mm;d—試樣厚度，mm。
　　（二）彎曲實驗
　　參照GB1042-79測試.
　　試樣尺寸:試樣為模塑材料大試樣,長×寬×高=120±2×15±0.2×10±0.2mm
　　實驗條件：實驗跨度為L0=10d±0.5mm,實驗速度為1～3dmm/min,壓頭半徑為r1=5±0.1,規(guī)定撓度值為8.0mm,實驗環(huán)境及預(yù)處理條件按GD2918-82.
　　實驗設(shè)備：WE-50液壓式萬能實驗機,濟南試金集團有限公司.
　　結(jié)果計算：彎曲強度按下式計算:óf=3PL0/2bd2MPa
　　式中：P—試樣所承受的規(guī)定撓度時的負荷,N;L0—試樣跨度,mm；b—試樣寬度,mm;d—試樣厚度,mm.。
　　（三）沖擊實驗
　　按照GB1043-79《塑料簡支梁實驗方法》測試.
　　試樣尺寸:缺口大試樣,總長(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.
　　實驗條件:塑料大試樣試樣跨度為70mm,擺錘式簡支梁沖擊實驗機總的能量損耗應(yīng)小于1%,實驗應(yīng)在擺錘總能量的10%～80%范圍內(nèi)使用.
　　實驗設(shè)備:J•B-5沖擊實驗機，吳忠材料實驗機廠。
　　結(jié)果的計算：缺口沖擊強度按下式計算：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、實驗結(jié)果及分析
　　選擇拉伸強度，彎曲強度和沖擊強度作為指標分析。
　　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后的測試結(jié)果如圖1、圖2，圖3所示：

　　圖1珍珠巖填充體系拉伸強度與填充量的關(guān)系                       圖2珍珠巖填充體系沖擊強度與填充量的關(guān)系
　　
　　
　　圖3珍珠巖填充體系抗彎強度與填充量的關(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，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的珍珠巖粉體填充HDPE體系的拉伸強度，彎曲強度和沖擊強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，有峰值出現(xiàn)，并且在填充量達到30%時，拉伸強度和沖擊強度仍可達到純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個可水解基團X及一個反應(yīng)性基團R，可水解基團能與填料表面的羥基發(fā)生水解縮合，而反應(yīng)性基團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，從而提高高分子對珍珠巖粉的“潤濕性”，增強微粉珍珠巖填料的補強性〔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、填料細度的影響。從對高聚物基材料的增強作用來說，填料的粒徑越小越好，因為填料的粒徑越小，粒子的比表面積增大，粒子與基體之間接觸界面增大，相互間的作用力就越大，同時也越容易均勻分散，其增強作用也越大。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
　　綜合以上改性珍珠巖在橡膠中的應(yīng)用實驗和結(jié)果分析，得出如下結(jié)論：經(jīng)過表面改性后的珍珠巖粉填充在橡膠后，橡膠的主要機械力學(xué)性能得到了改善，說明經(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
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　　【2】戚學(xué)祥，河南信陽珍珠巖礦床特征及應(yīng)用〔J〕，礦物巖石地球化學(xué)通報，1997，16（增刊）：101～1.3
　　【3】喻樂華、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〔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