煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中排出的废弃物。这些废弃物不仅占用大量土地,而且还对土壤、植被、水和大气造成污染,危害人体健康,如何实现煤矸石废弃物的资源化利用,是我国煤矿生产中伴生矿物资源综合利用的主要研究课题。利用煤矸石作为聚合物制品的填料,既能使煤矸石得到利用,又能降低聚合物材料的成本,如果能进一步改善聚合物材料的性能,将是利用煤矸石的一种很好方式。实验表明,适宜作为聚合物填料使用的煤矸石原料,其主要成分应该是粘土类矿物和碳质有机化合物。 本文选择山西某煤矿的煤矸石作为主要原料,通过分选,破碎,超细粉碎及表面改性等得到三种煤矸石样品,对其成分、粒度及活化指数等进行了表征。采用熔融共混方法制备出了尼龙6/煤矸石复合材料,并对复合材料的力学性能、熔融和结晶行为及非等温结晶动力学、晶体结构、微观相结构及流变性能进行了系统研究,并探讨了表面改性剂成分及用量、煤矸石的组分、粒径及填充量等对尼龙6结构与性能的影响,主要得到以下结果。 1.三种煤矸石由于其组成的差别,对尼龙6的填充效果有所不同。煤矸石的加入均能使尼龙6的拉伸性能的弯曲性能均有不同程度的增加,其中M2的综合性能较好,强度提高的同时,冲击韧性基本保持。 2.在所使用的四种偶联剂中,以KH550和NDZ101对煤矸石进行表面处理,得到的尼龙6/煤矸石复合材料的综合性能较好,偶联剂的适宜含量为1.0%。 3.煤矸石颗粒粒径越细,其填充效果越好。 4.随着煤矸石填充量的增加,拉伸和弯曲性能先增加后降低,缺口冲击强度先下降后上升,最佳含量是25%。 5.DSC和WAXD测定结果表明,煤矸石的存在促进了尼龙6γ-晶的生成,提高了尼龙6结晶温度,加快了尼龙6的结晶速度,煤矸石粒子在尼龙6结晶过程中起到异相成核的作用。非等温结晶动力学研究表明,煤矸石显著影响了尼龙6的成核机理和晶体生长方式。