粉煤灰微珠填料在鋼絲液壓膠管外膠中的應(yīng)用

張曉芳，劉吉超，鄧 濤

（青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042）

粉煤灰（FA）微珠填料是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國燃煤電廠粉煤灰的主要化學(xué)組成為氧化硅、三氧化二鋁、氧化鐵、氧化亞鐵、氧化鈣、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、三氧化硫、二氧化錳等，此外還有五氧化二磷等[1]。

鋼絲液壓膠管外膠在耐高低溫、耐屈撓疲勞、耐特殊介質(zhì)和增大流量等方面具有較高的要求，其配方中最常用的補(bǔ)強(qiáng)填料為炭黑，炭黑因為原材料緊張、能耗高、工藝復(fù)雜等因素，價格相對較高。粉煤灰具有煤焦油和炭黑的性質(zhì)，可用于制作橡膠填料，其細(xì)小粒子進(jìn)入橡膠分子鏈與煤粒毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，可起到補(bǔ)強(qiáng)作用[2]。

橡塑合金NV7030為丁腈橡膠與聚氯乙烯在特定配方和工藝條件下融合的共融體。

本研究分別采用不同并用比的碳酸鈣/FA和炭黑N774/FA為填料，考察FA對橡塑合金性能的影響，以期得出滿足鋼絲液壓膠管外膠性能要求的配方，降低生產(chǎn)成本。

1 實(shí)驗

1.1 主要原材料

橡塑合金NV7030，上海賽可德橡膠有限公司產(chǎn)品；FA，北京低碳清潔能源研究所產(chǎn)品；炭黑N774，上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品，碳酸鈣，市售品。

1.2 試驗配方

碳酸鈣/FA并用和炭黑N774/FA并用試驗配方分別如表1和2所示。

表1 碳酸鈣/FA并用試驗配方 份

表2 炭黑N774/FA并用試驗配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）K-160型開煉機(jī)，上海雙翼橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；HS100T-FTMO-907型平板硫化機(jī)，佳鑫電子設(shè)備科技有限公司產(chǎn)品；AI-7000M型拉力試驗機(jī)和DIN磨耗機(jī)，高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；邵爾A型硬度計，上海險峰電影機(jī)械廠產(chǎn)品；401A型老化試驗箱，上海實(shí)驗儀器廠有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

開煉機(jī)輥距凋至1 mm，將NV7030薄通5次，待用。開煉機(jī)輥距調(diào)至2 mm，將塑煉后的NV7030放入開煉機(jī)，待包輥后，依次加入填料、防老劑等小料，最后加入硫化劑，分別打三角包、打卷各5次，然后出片。膠料停放16 h后硫化，硫化條件為150℃t90。

1.5 性能測試

各項性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 碳酸鈣/FA并用比對橡塑合金物理性能的影響

碳酸鈣/FA并用比對橡塑合金物理性能的影響如表3所示。

表3 碳酸鈣/FA并用比對橡塑合金物理性能的影響

從表3可以看出：合金的拉伸強(qiáng)度老化后與老化前相比有所提高，但隨碳酸鈣/FA并用比改變無明顯變化；隨著碳酸鈣/FA并用比的減小，合金的撕裂強(qiáng)度老化前基本保持不變，老化后呈上升趨勢，且總體低于老化前。這說明以FA作為填料，老化后合金的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)于老化前，但網(wǎng)絡(luò)均勻程度低于老化前。

從表3還可以看出，合金老化前后的邵爾A型硬度、200%定伸應(yīng)力、拉斷伸長率和拉斷永久變形隨碳酸鈣/FA并用比的變化基本保持不變，其中老化后邵爾A型硬度和200%定伸應(yīng)力高于老化前、拉斷伸長率和拉斷永久變形均低于老化前。這可能是由于在老化過程中橡塑合金進(jìn)一步硫化，使得交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加密集。

此外，隨著碳酸鈣/FA并用比的減小，橡塑合金的DIN磨耗量略有降低，說明FA用作填料耐磨性優(yōu)于碳酸鈣。

2.2 炭黑N774/FA并用比對橡塑合金物理性能的影響

炭黑N774/FA并用比對橡塑合金物理性能的影響如表4所示。

表4 炭黑N774/FA并用比對橡塑合金物理性能的影響

從表4可以看出：隨著炭黑N774/FA并用比的減小，合金老化后拉伸強(qiáng)度略呈下降趨勢，但略高于老化前；撕裂強(qiáng)度老化前略有下降，但總體高于老化后，老化后撕裂強(qiáng)度則隨炭黑N774/FA并用比的減小呈增大趨勢。這說明老化過程中交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加密集，但網(wǎng)絡(luò)均勻程度下降，對于老化后的硫化膠，F(xiàn)A作為填料所形成的網(wǎng)絡(luò)均勻程度高于炭黑N774。

從表4還可以看出：隨著炭黑N774/FA并用比的減小，老化前后合金的邵爾A型硬度和200%定伸應(yīng)力均出現(xiàn)下降，且老化后高于老化前；老化前后合金的拉斷伸長率和拉斷永久變形均呈上升趨勢，且老化后明顯低于老化前。這可能是由于老化過程中合金進(jìn)一步硫化，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加完善所致。

此外，隨著炭黑N774/FA并用比的減小，合金的DIN磨耗量呈上升趨勢，說明合金耐磨性能下降。

2.3 在鋼絲液壓膠管外膠中的應(yīng)用

鋼絲液壓膠管半成品性能指標(biāo)（工廠經(jīng)驗值）為邵爾A型硬度 （75 2）度，200%定伸應(yīng)力≥5 MPa，拉伸強(qiáng)度 ＞8 MPa，拉斷伸長率≥300%，撕裂強(qiáng)度 ≥30 kN m-1，DIN磨耗量≤285 mm。

結(jié)合表3和4可以看出，當(dāng)碳酸鈣/FA并用比為24/8或0/32、炭黑N774/FA并用比為24/8時，合金的性能滿足企業(yè)對鋼絲液壓膠管半成品的要求。

3 結(jié)論

（1）以FA為填料，老化后橡塑合金的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)于老化前，但網(wǎng)絡(luò)均勻程度低于老化前。

（2）當(dāng)碳酸鈣/FA并用比為24/8或0/32、炭黑N774/FA并用比為24/8時，合金性能滿足鋼絲液壓膠管半成品要求。