方 明，李 莉，張 琪，胡 冬，靳偉強(qiáng)，田 清，常 欣

（山東弘興白炭黑有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277000）

我國(guó)粉煤灰數(shù)量巨大，并且增長(zhǎng)速度快，對(duì)粉煤灰的治理和綜合利用已經(jīng)引起人們的高度關(guān)注。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在粉煤灰的應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的研究，李寶智研究了粉煤灰的顯微結(jié)構(gòu)、分離加工以及表面改性，發(fā)現(xiàn)粉煤灰可基本達(dá)到功能性填料的作用[1]。張鴻波用改性后的粉煤灰添加到橡膠制品中，發(fā)現(xiàn)隨著改性粉煤灰添加量的增大，橡膠的拉伸強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)均有所下降[2]。劉俊紅等介紹了摻有粉煤灰的高分子復(fù)合材料的應(yīng)用研究狀況，發(fā)現(xiàn)粉煤灰的粒度、表面吸附性是影響粉煤灰作為補(bǔ)強(qiáng)材料的關(guān)鍵因素[3]。李啟坤等研究了超細(xì)粉煤灰在氯化聚乙烯膠管中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)1 250 目超細(xì)粉煤灰可以應(yīng)用在氯化聚乙烯膠料和膠管中，其各項(xiàng)物理性能指標(biāo)優(yōu)于同比例使用碳酸鈣的測(cè)試數(shù)據(jù)[4]。鄧名煊等用未超細(xì)的粉煤灰原灰與炭黑在丁苯橡膠復(fù)合體系中進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)性能的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，粉煤灰原灰僅用作增容填料，可大量用于一些要求較低的橡膠制品中，如果將粉煤灰超細(xì)粉碎至納米級(jí)，再經(jīng)表面活化處理，可提高粉煤灰在橡膠中的補(bǔ)強(qiáng)性能[5]。

本文以粉煤灰為原材料，利用蒸汽動(dòng)能磨對(duì)粉煤灰進(jìn)行超細(xì)加工，最終可以實(shí)現(xiàn)粉煤灰的高附加值利用。將超細(xì)后的粉煤灰替代重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣，作為無(wú)機(jī)填料應(yīng)用于橡膠行業(yè)，不僅提升了粉煤灰的附加值，而且符合國(guó)家對(duì)粉煤灰的相關(guān)利用政策，為粉煤灰的再利用提供了新出路，對(duì)保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)資源綜合利用具有良好的示范意義。

1 粉煤灰的性質(zhì)

1.1 粉煤灰的化學(xué)組成

粉煤灰是燃煤電廠的排放物，粉煤灰的排放造成資源的浪費(fèi)，污染環(huán)境[6]。粉煤灰呈灰白色，主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 粉煤灰常見(jiàn)化學(xué)組成

由表1 可見(jiàn)，粉煤灰的主要組分為SiO2和Al2O3， 其中SiO2在橡膠中起增量補(bǔ)強(qiáng)作用，可部分替代炭黑和白炭黑；Al2O3和CaO 在橡膠中起增量作用，可替代特種碳酸鈣；SO3起加硫作用，還有未燃盡的可燃物起炭黑作用[4]。粉煤灰中各種成分的分子結(jié)構(gòu)和狀態(tài)不是獨(dú)立存在的，因而粉煤灰中的C 和SiO2并未起到補(bǔ)強(qiáng)作用[5]。張季爽等研究了活化粉煤灰填充橡膠的表面形貌、表面成分等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，橡膠橫斷面上的硅和鋁含量比外表面高，但是硫的含量較低，粉煤灰中的多面體顆粒與橡膠結(jié)合 緊密[7]。

1.2 粉煤灰的粒徑

圖1 超細(xì)粉煤灰的粒徑分布

由圖1 可以看出，經(jīng)粉碎后的粉煤灰粒徑小，并且粒度分布窄，這說(shuō)明用過(guò)熱蒸汽作為動(dòng)力源的氣流粉碎系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)粉煤灰的超細(xì)粉碎，并且得到的粉體均勻性好。

粉煤灰粒徑的大小對(duì)橡塑制品的補(bǔ)強(qiáng)性有很大影響，粒徑越小，限制橡塑大分子運(yùn)動(dòng)的能力和承載效率也越高，因而對(duì)橡塑制品的補(bǔ)強(qiáng)性提高越大。經(jīng)過(guò)超細(xì)粉碎后的粉煤灰，其粒徑達(dá)到一定細(xì)度以下，可實(shí)現(xiàn)在橡塑中作為功能填料的應(yīng)用。

2 試驗(yàn)

2.1 原材料及產(chǎn)地

超細(xì)粉煤灰粉（1 250 目），山東棗莊某公司生產(chǎn)；輕質(zhì)碳酸鈣（1 250 目），河北石家莊某鈣粉廠；其他原材料均為市售產(chǎn)品。

2.2 主要儀器和設(shè)備

XK-160 型煉膠機(jī)，無(wú)錫明達(dá)橡塑機(jī)械有限公司；M200E 橡膠門尼黏度儀，北京友深電子儀器有限公司；MZ-4010B1 無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司；T2000E 非金屬拉力試驗(yàn)機(jī)，北京友深電子儀器有限公司。

2.3 試驗(yàn)配方

超細(xì)粉煤灰在EPDM、橡膠輸送帶和SBR 中的試驗(yàn)配方分別如表2、表3 和表4所示。

表2 超細(xì)粉煤灰在EPDM 中的試驗(yàn)配方

表3 超細(xì)粉煤灰在橡膠輸送帶中的試驗(yàn)配方

表4 超細(xì)粉煤灰在SBR 中的試驗(yàn)配方

2.4 性能測(cè)試

硫化膠的拉伸性能按參照《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 528-2009）進(jìn)行測(cè)定，其中拉伸速度為500 mm/min。

3 結(jié)果與分析

3.1 在EPDM 橡膠制品中的物理性能測(cè)試

表5 超細(xì)粉煤灰在EPDM 中的物理性能對(duì)比分析

由表5 可以看出，超細(xì)粉煤灰作為無(wú)機(jī)填料添加到EPDM 制品的配方中，與同粒徑的碳酸鈣數(shù)值差別不大，但是前者扯斷強(qiáng)度為9.5 MPa，遠(yuǎn)高于后者的6.0 MPa，因而將超細(xì)粉煤灰用于生產(chǎn)EPDM 制品，優(yōu)勢(shì)較為明顯。同時(shí)，門尼黏度略高，這是由于超細(xì)粉煤灰粒徑較細(xì)，混煉時(shí)生熱大，黏度稍高。粉煤灰用于三元乙丙橡膠中，硫化速度稍快，這可能是由于粉煤灰的pH 呈堿性且高于碳酸鈣。

3.2 在橡膠輸送帶中的物理性能測(cè)試

表6 超細(xì)粉煤灰用于橡膠輸送帶中的物理性能對(duì)比分析

在橡膠輸送帶配方試驗(yàn)中，添加相同份數(shù)的超細(xì)粉煤灰和碳酸鈣，結(jié)果表明，兩者物理性能差異不大，同時(shí)，膠帶表層均無(wú)裂隙和膠剝現(xiàn)象，但前者耐磨性大大提高，抗應(yīng)力膠剝裂縫最強(qiáng)，如表6所示。

3.3 在丁苯橡膠中的物理性能測(cè)試

表7 超細(xì)粉煤灰用于SBR 中的物理性能對(duì)比分析

由于丁苯橡膠為非自補(bǔ)強(qiáng)橡膠，在沒(méi)有補(bǔ)強(qiáng)材料的情況下，混煉膠的拉伸強(qiáng)度等物理指標(biāo)會(huì)很低，因而在丁苯橡膠體系中更能表征出填充材料補(bǔ)強(qiáng)性能的強(qiáng)弱。由表7 可以看出，將相同量超細(xì)粉煤灰與碳酸鈣用于丁苯橡膠體系中，各項(xiàng)物理指標(biāo)相差不大，其中前者的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都高于后者，但是強(qiáng)度均較低，這說(shuō)明超細(xì)粉煤灰可以用作填料添加到橡膠制品中，但是補(bǔ)強(qiáng)性能較弱。

4 結(jié)論

超細(xì)粉煤灰作為填料用于EPDM 和輸送帶等橡膠制品中，各項(xiàng)性能均符合指標(biāo)，并且優(yōu)于使用碳酸鈣的測(cè)試數(shù)據(jù)。粉煤灰是一種優(yōu)良的填充劑，可在橡膠制品中大力推廣使用。但是，超細(xì)粉煤灰粒徑小，混煉生熱大，分散困難，因此計(jì)劃繼續(xù)在超細(xì)粉煤灰的改性上做研究，以提高其在橡膠中的分散性，以期其更好地發(fā)揮作用。