靜電現(xiàn)象在應(yīng)用高電阻率橡膠材料領(lǐng)域中非常廣泛，解決其問(wèn)題常用辦法是向橡膠中添加導(dǎo)電粉體。常用導(dǎo)電粉體為金屬系粉體、金屬氧化物導(dǎo)電粉體和碳系粉體。它們存在價(jià)格昂貴、易爆炸、易氧化、顏色單一、穩(wěn)定性差且補(bǔ)jx果差等不足，因此迫切需要開(kāi)發(fā)導(dǎo)電性好、安全可靠且補(bǔ)強(qiáng)性能優(yōu)越的導(dǎo)電粉體。本實(shí)驗(yàn)旨在利用硅灰石棒狀、纖維狀結(jié)構(gòu)，及其具有提高橡膠基體的強(qiáng)度和耐磨性，減少收縮變形性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、與樹(shù)脂基料和表面改性劑作用好等特點(diǎn)，在其表面包覆一層導(dǎo)電性良好的碳，得到具有橡膠補(bǔ)強(qiáng)功能與良好導(dǎo)電性能的復(fù)合粉體，在一定程度上替代目前常用的導(dǎo)電粉體，成本低性能優(yōu)異具有廣泛的前景。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料、試劑及儀器設(shè)備硅灰石粉體，江西上高華杰泰礦纖科技有限公司，白度為91.5%，D50為14.95 μm，D97為51.28 μm，比表面積為3.2 m2/g，電阻率為10.68k C2/cm；硅灰石中S102質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.89%，Ca0為44.13%。E51型環(huán)氧樹(shù)脂；丙酮，分析純；鹽酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%～38%，分析純；聚乙二醇，平均分子量1900—2200，分析純。WSB-3A型白度儀；BT-9300H激光粒度分布儀；BT-1600型圖像顆粒分析儀：SZT-2A四探針電阻率測(cè)試儀；XD-3型X射線衍射儀，北京普析通用儀器公司；Spectruml00傅里葉紅外光譜儀、JEM-6460LV掃描電子顯微鏡，日本島津公司：CMT4304型拉伸性能測(cè)試機(jī)、RC2000E無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，北京友深電子儀器有限公司；X(S)K-160開(kāi)放式煉膠塑機(jī)、QLB-2.5D/Q平板硫化機(jī)，上海雙翼橡塑

機(jī)械有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法將100g硅灰石和500 mL蒸餾水混合，并加入1.5 g聚乙二醇，在80℃恒溫水浴鍋攪拌均勻，備用；在硅灰石懸濁液中緩慢滴加20%的鹽酸溶液，控制pH值為2~3，靜置，反應(yīng)3h，水洗3次，經(jīng)120℃干燥，得到表面經(jīng)過(guò)酸處理的硅灰石。取5g環(huán)氧樹(shù)脂于150 g丙酮中，在50℃恒溫水浴鍋中攪拌均勻，倒入盛有50g酸處理過(guò)的硅灰石燒杯中，覆蓋硅灰石粉體，靜置，反應(yīng)一段時(shí)間，經(jīng)120℃干燥，在500t管式爐中，氮?dú)鈿夥障绿蓟?h，即得到碳／硅灰石復(fù)合粉體材料。實(shí)驗(yàn)中涉及的化學(xué)方程式如下：

1.3丁苯橡膠硫化膠片制備實(shí)驗(yàn)室配方（份）為：丁苯橡膠，100；碳／硅灰石復(fù)合粉體，0、5、10、15、20、25、30：硫化劑，2;促進(jìn)劑，2;氧化鋅，5；硬脂酸，3.先將丁苯橡膠在開(kāi)放式煉膠塑機(jī)上煉成薄片，然后依次添加氧化鋅、硬脂酸、促進(jìn)劑CZ，混煉3min，再加入碳／硅灰石復(fù)合粉體，混煉5 min，{zh1}加入硫磺，混煉l min，薄通3次后下片，在無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀上測(cè)出正硫化時(shí)間f為14 min，{zh1}置于平板硫化機(jī)在45℃、10 MPa下硫化14 min，得到樣品。1.4分析測(cè)試方法采用CMT4304型拉伸性能測(cè)試機(jī)測(cè)試橡膠的拉伸性能，執(zhí)行GB/T 528-1998(啞鈴形試樣)。采用SZT-2A四探針電阻率測(cè)試儀測(cè)試電阻：用分析天平稱取0.5 g粉體置于瑪瑙研缽中，滴入l mL工業(yè)酒精研磨均勻，用液壓成型機(jī)將樣品壓成直徑10 mm、厚2mm的圓片，將壓制好的樣品置于四探針電阻率測(cè)試儀上，確定測(cè)試類別，輸入基本參數(shù)后選取不同點(diǎn)測(cè)定電阻，取平均值。

2結(jié)果與討論

2.1硅灰石預(yù)處理未經(jīng)處理的硅灰石原料顆粒表面光滑，不容易包覆碳顆粒。用一走量鹽酸預(yù)處理硅灰石，使其表面與鹽酸反應(yīng)，在表面形成通道，有利于碳顆粒的包覆，形成導(dǎo)電通路。

2.1.1 X射線衍射(XRD)分析：硅灰石與酸處理過(guò)的硅灰石XRD圖，見(jiàn)圖l。

   從圖l可知，硅灰石原料硅灰石含量較高，主要雜質(zhì)為石英，含量很小；表面經(jīng)鹽酸處理過(guò)的硅灰石主要峰沒(méi)有發(fā)生變化，衍射峰2Q為26.760、28.74。處{jd1}峰值略有增加，積分半寬高顯著增大，此處是a-小石英衍射峰，同時(shí)XRD圖譜中出現(xiàn)許多微小的新峰，由XRD峰半峰寬與晶格粒徑成反比，與晶格變形程度成正比，可知，硅灰石表面經(jīng)過(guò)酸處理后，晶格粒徑變小，發(fā)生畸變，出現(xiàn)缺陷和無(wú)定型化，從而導(dǎo)致鹽酸處理過(guò)的硅灰石XRD峰發(fā)生右移和出現(xiàn)雜峰。這構(gòu)，表面能變大，活性更高，電阻率減少。2.1.2掃描電子顯微鏡(SEM)分析：鹽酸處理過(guò)的硅灰石比表面積由原料的3.2 m2/g提高到4.5 m2/g，電阻率從10.68 k Q/cm下降到6.34 k Q/cm。硅灰石、表面經(jīng)鹽酸處理過(guò)的硅灰石SEM照片，見(jiàn)圖2。由圖2a、圖2b可看出，硅灰石呈棒狀、纖維狀，具有非常大的長(zhǎng)徑比。與圖2a相比，圖2b表面更加粗糙不平，妖徑比變小，由原料的14.95 ml減少到9.35 m1。對(duì)圖2a、圖2b進(jìn)行能譜測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表l。由表l可知，經(jīng)過(guò)鹽酸處理過(guò)的硅灰石表面包覆無(wú)定型Si0。硅灰石晶體結(jié)構(gòu)是由2層[Si04]四面體鏈夾l層[Ca06]八面體鏈構(gòu)成的三鏈型結(jié)構(gòu)單元3-4]，在對(duì)硅灰石表面進(jìn)行鹽酸處理過(guò)程中，絕大部分硅氧四面體鏈因非橋氧被全部羥基化而脫離Ca2t的電性束縛，被轉(zhuǎn)變?yōu)镾i02，nH，0，晶粒主要沿垂直(100)帶軸方向侵蝕，隨著酸解時(shí)間的延長(zhǎng)，Si02單四面體與[Ca06]八面體共棱連接方向成為主要侵蝕方向，使得硅灰石表面出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象

圖2硅灰石(a)和鹽酸處理過(guò)的硅灰石(b)SEM照片2.1.3傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析：硅灰石與酸處理過(guò)的硅灰石FTIR圖，見(jiàn)圖3。由圖3可知，硅灰石原料3442,0 crr.1處為O-H伸縮振動(dòng)特征峰，1425.4 cm．1處為O-H的彎曲振動(dòng)特征吸收峰，說(shuō)明原料硅灰石表面存在很多羥基；1100～850 cd收區(qū)是Si-O-Si非對(duì)稱伸縮振動(dòng)和O-Si-o伸縮振動(dòng)吸收帶，1062.4 cm．1處是Si-O-Si非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，898.0 cm-  1是O-Si-0非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，470.6 cm．1是Ca-0伸縮振動(dòng)吸收峰。根據(jù)新沉淀硅膠的FfIR譜中970—950 cm.1吸收區(qū)是Si-OH基團(tuán)Si-0伸縮振動(dòng)所致的觀點(diǎn)，可以證明硅灰石表面存在硅羥基，同時(shí)可得出965.6 cm。1處是由O-Si-0對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起問(wèn)。鹽酸處理過(guò)的硅灰石965.6 cm.l處-O吸收峰移至965.9 cm．1處，3442,0 cm.l處O-H伸縮振動(dòng)特征峰移至3449.6 cm_  1處，70.6 cm- l處Ca-0伸縮振動(dòng)吸收峰移至472.6 cm_11425.4 cm．1處O-H彎曲振動(dòng)特征吸收峰移至1383.4 cm．1處，且其振動(dòng)強(qiáng)度明顯減弱。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)鹽酸處理后，硅灰石的晶體自由能增加，表面羥基減少。

    圖3硅灰石、預(yù)處理過(guò)的硅灰石F flR圖譜2.2碳／硅灰石復(fù)合粉體材料表征  碳／硅灰石復(fù)合粉體材料的XRD分析見(jiàn)圖4，SEM照片見(jiàn)圖5，F(xiàn)T-IR分析見(jiàn)圖6。經(jīng)包覆碳后，復(fù)合粉體比表面積為5.6 m2/g，電阻率為344.11 Q/cm，D50為24.97m。

    從圖4可看出，復(fù)合粉體XRD圖中29為26.88。處峰值明顯增強(qiáng)，與圖l對(duì)比可知此為a-葉石英衍射峰，說(shuō)明經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，部分無(wú)定形Si0，結(jié)晶。此外在20為29.42。處衍射峰突然消失．是方解石型碳酸鈣在高溫下分解消失造成。由圖4中XRD圖可知，

復(fù)合材料衍射峰雜亂，在20為20。~30。出現(xiàn)1個(gè)彌散峰，說(shuō)明復(fù)合材料表面包覆了l層非晶態(tài)碳。從圖5可看出，經(jīng)鹽酸處理過(guò)的硅灰石表面均勻包覆了l層碳顆粒，粒度適中。

    由圖6可知，3438.2 cm-1附近吸收峰是碳黑表面羥基的伸縮振動(dòng)及KBr吸水造，1740.1 cm-l吸收峰附近是碳黑表面羧基中C=O伸縮振動(dòng)峰，1587.2 cm-l處吸收峰附近是C暑C伸縮振動(dòng)峰。碳黑包覆層與硅灰石表面發(fā)生鍵合作用沒(méi)有對(duì)應(yīng)的吸收峰存在，說(shuō)明碳黑與硅灰石之間主要是通過(guò)范德華力、靜電引力等物理作用結(jié)合。

    碳黑具有良好的導(dǎo)電性，其內(nèi)部碳原子以類似六元環(huán)的方式連接，在c軸上重復(fù)堆疊，與石墨結(jié)構(gòu)類似。碳原子的電子除與周圍原子共成鍵，還剩余1個(gè)電子作為自由電子，使其具有導(dǎo)電性。碳黑粒子在硅灰石表面均勻包覆，使得硅灰石電阻率顯著下降。

3橡膠補(bǔ)強(qiáng)及導(dǎo)電性能應(yīng)用探究 將碳／硅灰石復(fù)合粉體材料加入到丁苯橡膠中，經(jīng)硫化后得到膠片，對(duì)其拉伸性能、電阻率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2丁苯硫化橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能與體積電阻率由表2可知，該種型號(hào)的丁苯橡膠拉伸強(qiáng)度為1.03 MPa，隨著復(fù)合粉體比例的增加，橡膠拉伸強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，在20%處達(dá)到{zd0}強(qiáng)度，為2.13 MPa，之后拉伸性能反而下降。碳／硅灰石復(fù)合材料具有棒狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)徑比很大，在橡膠基體中起支撐、補(bǔ)強(qiáng)作用。當(dāng)復(fù)合材料填充比例超過(guò)一定量后，橡膠分子含量相對(duì)減少，影響了橡膠基體的整體性、粘結(jié)性和流動(dòng)性。過(guò)量復(fù)合粉體不能與橡膠形成良好。      

力不變，以礦粒偏轉(zhuǎn)落入接礦槽4、5中的礦粒作為磷精礦，其品位和回收率結(jié)果見(jiàn)表l。由表l可知，采用分選礦物作內(nèi)襯材料，分選效果得到較明顯改善，以純石英為內(nèi)襯材料時(shí)，磷礦回收率{zg}，磷灰石與石英混合作內(nèi)襯材料，品位和回收率綜合指標(biāo)較好。當(dāng)磷灰石與石英按質(zhì)量比1：1混合作內(nèi)襯材料，磷精礦P205品位為31.34%，回收率為71.85%，品位和回收率指標(biāo)均較高。

3結(jié)論

    1．采用空氣旋流器進(jìn)行的荷電研究表明，適當(dāng)增大給礦壓力，可提高磷灰石、石英荷電，而增大給礦速度，則會(huì)降低兩者荷電。

    2．加熱溫度對(duì)磷灰石和石英的荷電有明顯影響，磷灰石和石英的荷電溫度為120℃時(shí){zj0}。

    3．隨著給礦粒度變細(xì)，磷灰石與石英的荷電均變得困難，適當(dāng)提高給礦氣流壓力有利于改善細(xì)粒荷電。

    4．不同的內(nèi)襯材料對(duì)磷灰石和石英荷電有明顯影響，其中以分選礦物作內(nèi)襯材料分選效果較好。