粉煤灰微珠填料在钢丝液压胶管外胶中的应用

2016-07-25张晓芳刘吉超

橡胶工业 2016年5期

张晓芳，刘吉超，邓涛

（青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛 266042）

粉煤灰（FA）微珠填料是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国燃煤电厂粉煤灰的主要化学组成为氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化亚铁、氧化钙、二氧化钛、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫、二氧化锰等，此外还有五氧化二磷等[1]。

钢丝液压胶管外胶在耐高低温、耐屈挠疲劳、耐特殊介质和增大流量等方面具有较高的要求，其配方中最常用的补强填料为炭黑，炭黑因为原材料紧张、能耗高、工艺复杂等因素，价格相对较高。粉煤灰具有煤焦油和炭黑的性质，可用于制作橡胶填料，其细小粒子进入橡胶分子链与煤粒毛细孔结构，可起到补强作用[2]。

橡塑合金NV7030为丁腈橡胶与聚氯乙烯在特定配方和工艺条件下融合的共融体。

本研究分别采用不同并用比的碳酸钙/FA和炭黑N774/FA为填料，考察FA对橡塑合金性能的影响，以期得出满足钢丝液压胶管外胶性能要求的配方，降低生产成本。

1 实验

1.1 主要原材料

橡塑合金NV7030，上海赛可德橡胶有限公司产品；FA，北京低碳清洁能源研究所产品；炭黑N774，上海卡博特化工有限公司产品，碳酸钙，市售品。

1.2 试验配方

碳酸钙/FA并用和炭黑N774/FA并用试验配方分别如表1和2所示。

表1 碳酸钙/FA并用试验配方份

表2 炭黑N774/FA并用试验配方份

1.3 主要设备和仪器

X（S）K-160型开炼机，上海双翼橡塑机械有限公司产品；HS100T-FTMO-907型平板硫化机，佳鑫电子设备科技有限公司产品；AI-7000M型拉力试验机和DIN磨耗机，高铁科技股份有限公司产品；邵尔A型硬度计，上海险峰电影机械厂产品；401A型老化试验箱，上海实验仪器厂有限公司产品。

1.4 试样制备

开炼机辊距凋至1 mm，将NV7030薄通5次，待用。开炼机辊距调至2 mm，将塑炼后的NV7030放入开炼机，待包辊后，依次加入填料、防老剂等小料，最后加入硫化剂，分别打三角包、打卷各5次，然后出片。胶料停放16 h后硫化，硫化条件为150℃t90。

1.5 性能测试

各项性能均按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 碳酸钙/FA并用比对橡塑合金物理性能的影响

碳酸钙/FA并用比对橡塑合金物理性能的影响如表3所示。

表3 碳酸钙/FA并用比对橡塑合金物理性能的影响

从表3可以看出：合金的拉伸强度老化后与老化前相比有所提高，但随碳酸钙/FA并用比改变无明显变化；随着碳酸钙/FA并用比的减小，合金的撕裂强度老化前基本保持不变，老化后呈上升趋势，且总体低于老化前。这说明以FA作为填料，老化后合金的交联网络强于老化前，但网络均匀程度低于老化前。

从表3还可以看出，合金老化前后的邵尔A型硬度、200%定伸应力、拉断伸长率和拉断永久变形随碳酸钙/FA并用比的变化基本保持不变，其中老化后邵尔A型硬度和200%定伸应力高于老化前、拉断伸长率和拉断永久变形均低于老化前。这可能是由于在老化过程中橡塑合金进一步硫化，使得交联网络更加密集。

此外，随着碳酸钙/FA并用比的减小，橡塑合金的DIN磨耗量略有降低，说明FA用作填料耐磨性优于碳酸钙。

2.2 炭黑N774/FA并用比对橡塑合金物理性能的影响

炭黑N774/FA并用比对橡塑合金物理性能的影响如表4所示。

表4 炭黑N774/FA并用比对橡塑合金物理性能的影响

从表4可以看出：随着炭黑N774/FA并用比的减小，合金老化后拉伸强度略呈下降趋势，但略高于老化前；撕裂强度老化前略有下降，但总体高于老化后，老化后撕裂强度则随炭黑N774/FA并用比的减小呈增大趋势。这说明老化过程中交联网络更加密集，但网络均匀程度下降，对于老化后的硫化胶，FA作为填料所形成的网络均匀程度高于炭黑N774。

从表4还可以看出：随着炭黑N774/FA并用比的减小，老化前后合金的邵尔A型硬度和200%定伸应力均出现下降，且老化后高于老化前；老化前后合金的拉断伸长率和拉断永久变形均呈上升趋势，且老化后明显低于老化前。这可能是由于老化过程中合金进一步硫化，交联网络更加完善所致。

此外，随着炭黑N774/FA并用比的减小，合金的DIN磨耗量呈上升趋势，说明合金耐磨性能下降。