橡胶用石煤超细粉碎及改性技术应用开发

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石煤是一种含碳量少、发热量低、灰分高的多金属共生矿,我国有丰富的石煤资源,总储量640亿吨。目前,石煤的应用领域主要在以下几个方面:(1)燃料动力;(2)建筑材料;(3)提取稀有金属;(4)农肥。石煤的煤质性质给石煤在其它领域的应用增添了障碍,本文出于考虑橡胶填料市场对橡胶补强填充剂需求量的不断上升,所以设想将石煤通过超细粉碎及表面改性制备补强填充材料替代橡胶制品中的炭黑。本文研究了将石煤超细粉碎后,使用5种改性剂改性石煤,探讨了不同改性剂改性石煤对天然橡胶补强性能的影响,发现石煤经过改性后对天然橡胶的补强效果增强,其中改性剂B、D、E三种改性剂对石煤改性后用于补强天然橡胶的力学性能较好。同时,进一步探讨了改性剂B、D、E的使用量对改性石煤补强效果的影响,发现改性剂B、D、E对4.5μm石煤改性效果较好的使用量分别是1.5%、2.0%、2.0%。此外,还探讨了改性剂E的使用量对不同粒径石煤改性补强效果的影响,发现改性剂E对3.5μm、4.5μm、5.5μm石煤改性效果较好的使用量分别为2.5%、2.0%、1.5%,说明石煤粒径越小,达到较好的改性效果需要改性剂的使用量越大。在中试成果转化方面,我们进行了一系列的研究探索及工艺技改,通过参数优化主进料1.1-1.2A/27Hz、分级机90A/40-42Hz、风机电流170-175A/45-47Hz时,4.5μm产品的产量可由原来的1.3T/h提高到3T/h。产品对天然橡胶的拉伸强度由技改前的18.76MPa提高到20.10MPa,撕裂强度由24.19KN/m提高到27.59KN/m,超过实验室改性后石煤的补强性能。技改后的4.5μm产品与N330炭黑并用后补强天然橡胶,随着N330炭黑添加比例的增加,硫化胶的力学性能有一定程度的提高。经验证,在对天然橡胶力学性能要求的合适范围内,可以使用改性的石煤粉部分替代N330炭黑,降低产品的生产成本,也可使用改性石煤与N330并用比例为2:3替代N660炭黑。通过对石煤生产成本及用户配方成本对比分析,添加和使用石煤超细粉体可以为用户带来显著的经济效益。
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