摘要：以经过硅烷偶联剂改性的信阳珍珠岩为填料，从填充橡胶的拉伸强度，弯曲强度和冲击强度等表征出发，证实珍珠岩经过硅烷偶联剂的表面改性工艺处理后，作为橡胶填料，不仅仅能降低橡胶产业的生产成本，而且的确可以改善橡胶制品的性能。
关键词：珍珠岩粉，填料，橡胶
在橡胶、塑料制品中添加非金属矿填料，已经成为这类制品降低成本，改善和调节其性能的重要手段之一【1】。珍珠岩是一种火山喷出的酸性玻璃质熔岩，而且资源丰富，价格低廉，目前我国珍珠岩矿砂年产量在60万吨左右，工业上利用是由天然珍珠岩经膨胀处理的产物，作为一种轻质高效绝缘材料【2】【3】，一般投入原料和产出量较大，但市场价格低廉，企业效益差。所以搞好产品深加工，开拓新的市场成为当务之急。本文旨在从矿物表面改性角度出发，着重研究改性珍珠岩作为填料在橡胶制品的应用，为珍珠岩行业的发展开辟新的途径。
一、原材料及设备
1、原料。高密度聚乙烯（HDPE），牌号为PE-LA-50D012，兰州化学工业公司石油化工长生产活性矿物填料，改性珍珠岩粉（改性工艺：珍珠岩粉——加热搅拌——改性助剂——干燥——硅烷偶联剂——筛分除粒——改性珍珠岩粉），自制
2、实验设备。GH-10DY高速捏合机，北京塑料厂；X（S）K-160双辊开炼机，无锡第一橡胶机械厂；YX-25型0.25兆半自动压力成型机，上海西玛伟力机械设备厂。
二、实验配方及工艺流程
1、实验配方：HDPE100防老剂H0.3～0.35，二硫化四乙基秋兰姆0.15，填料10～50。
2、工艺流程：
先将各种助剂和填料在高速混合机中混合均匀，在开炼机上130℃下与高密度聚乙烯混炼均匀，薄通若干次，充分混合后装模，放在压力成型机上，在150℃左右，15Mpa压力下先预热5分钟，然后保温保压5分钟，随后在保压条件下通风冷却至室温，开模取样。
三、填料应用性能测试表征
影响高聚物材料性能测试结果的因素很多，主要分为两类：一类是内在因素，诸如高聚物本身分子量大小不一、结构规整性和取向程度各异、内部存在的缺陷的多寡等等。另一类是外在因素，如试样制备过程中应力集中的状态，加工成型条件的差异，实验过程中温度，湿度的变化等。因此，本实验严格按照国际制样及测试，把误差尽可能的降低。
（一）拉伸实验
按照GB1040-79测试【4】
试样尺寸：哑铃形试样，总长170mm,厚度4mm,端部宽度20±0.2mm平行部分宽度10±0.2mm，夹具间距离110mm。
实验条件：实验速度为10±5mm/min.
实验设备：WE-50液压式万能实验机,济南试金集团有限公司.
结果的计算:拉伸强度按下式计算：ót=P/bdMpa
式中：P---断裂负荷,N;b—试样宽度，mm;d—试样厚度，mm。
（二）弯曲实验
参照GB1042-79测试.
试样尺寸:试样为模塑材料大试样,长×宽×高=120±2×15±0.2×10±0.2mm
实验条件：实验跨度为L0=10d±0.5mm,实验速度为1～3dmm/min,压头半径为r1=5±0.1,规定挠度值为8.0mm,实验环境及预处理条件按GD2918-82.
实验设备：WE-50液压式万能实验机,济南试金集团有限公司.
结果计算：弯曲强度按下式计算:óf=3PL0/2bd2MPa
式中：P—试样所承受的规定挠度时的负荷,N;L0—试样跨度,mm；b—试样宽度,mm;d—试样厚度,mm.。
（三）冲击实验
按照GB1043-79《塑料简支梁实验方法》测试.
试样尺寸:缺口大试样,总长(L)120±2mm,厚度(d)10±0.2mm,宽度(b)15±0.2mm,缺口宽度(bk)2±0.2mm,缺口深度(di)1/3dmm.
实验条件:塑料大试样试样跨度为70mm,摆锤式简支梁冲击实验机总的能量损耗应小于1%,实验应在摆锤总能量的10%～80%范围内使用.
实验设备:J•B-5冲击实验机，吴忠材料实验机厂。
结果的计算：缺口冲击强度按下式计算：ａk=Ak/bdkJ/m2
式中Ak–缺口试样破裂所消耗的功，J；b—试样宽度，m；dk--缺口试样缺口处剩余厚度，m。
四、实验结果及分析
选择拉伸强度，弯曲强度和冲击强度作为指标分析。
1、填料表面处理的影响。由于珍珠岩粉体与聚合物之间的化学性能不同，两者之间相容性较差，直接填充，填充量小，填充材料性能差，经表面改性后，可改善粉体与基体间的相容性。经硅烷偶联剂处理后的珍珠岩粉体填充HDPE后的测试结果如图1、图2，图3所示：
图1珍珠岩填充体系拉伸强度与填充量的关系 图2珍珠岩填充体系冲击强度与填充量的关系
图3珍珠岩填充体系抗弯强度与填充量的关系图4珍珠岩粒度与填充体系力学性能的关系
由图1，图2和图3可见，经硅烷偶联剂处理的珍珠岩粉体填充HDPE体系的拉伸强度，弯曲强度和冲击强度均明显高于未处理珍珠岩填充HDPE体系的力学性能参数。在填充量为10%时，有峰值出现，并且在填充量达到30%时，拉伸强度和冲击强度仍可达到纯HDPE的水平。表明珍珠岩经硅烷偶联剂处理后，可提高其填充量。有机硅烷分子通式可表示为：RSiX4-x。偶联剂分子中一般都含有3个可水解基团X及一个反应性基团R，可水解基团能与填料表面的羟基发生水解缩合，而反应性基团R则与橡胶及其他高聚物发生化学反应而结合，起着一种“桥梁”的作用，把珍珠岩粉与高分子材料结合起来，从而提高高分子对珍珠岩粉的“润湿性”，增强微粉珍珠岩填料的补强性〔5〕。显然由于硅烷偶联剂的偶联作用，可有效改善体系的分散状态，增加珍珠岩与聚合物的相界面和亲和力，因而有利于力学性能的改善。
2、填料细度的影响。从对高聚物基材料的增强作用来说，填料的粒径越小越好，因为填料的粒径越小，粒子的比表面积增大，粒子与基体之间接触界面增大，相互间的作用力就越大，同时也越容易均匀分散，其增强作用也越大。本文研究了不同粒度的珍珠岩作为填料在HDPE中的应用（见图4），结果发现，在不大幅提高生产成本的情况下，作为填料，珍珠岩的粒度应该越小越好。
五、结束语
综合以上改性珍珠岩在橡胶中的应用实验和结果分析，得出如下结论：经过表面改性后的珍珠岩粉填充在橡胶后，橡胶的主要机械力学性能得到了改善，说明经改性后的珍珠岩粉作为橡胶填料，不仅仅能降低橡胶产业的生产成本，而且的确可以改善橡胶制品的性能。在不大幅提高生产成本的情况下，作为填料，珍珠岩的粒度应该越小越好。
参考文献
【1】郑水林，中国非金属矿深加工技术现状、机遇、挑战和发展趋势〔J〕，中国非金属矿工业导刊，2000（50）：1～8
【2】戚学祥，河南信阳珍珠岩矿床特征及应用〔J〕，矿物岩石地球化学通报，1997，16（增刊）：101～1.3
【3】喻乐华、欧辉等，珍珠岩用作高性能混凝土掺合料研究〔J〕.非金属矿，2001，24（3）：24～26
【4】罗河胜，新编塑料材料手册〔M〕.广州：广东科技出版社，1998：22～46
【5】聂素青，浅谈硅烷偶联剂在浅色填料中的应用〔J〕.炭黑工业，2001，（2）：36～38
