摘要以硅灰石為原料，E51型環氧樹脂為包覆劑，采用原位碳化法，使碳包覆在硅灰石表面，制備具有導電性和橡膠補強功能的碳，硅灰石復合粉體。采用白度儀、粒度儀、光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、紅外光譜儀對復合粉體進行表征，并對其導電性和橡膠補強功能的機理進行探究。   

靜電現象在應用高電阻率橡膠材料領域中非常廣泛，解決其問題常用辦法是向橡膠中添加導電粉體。常用導電粉體為金屬系粉體、金屬氧化物導電粉體和碳系粉體。它們存在價格昂貴、易爆炸、易氧化、顏色單一、穩定性差且補強效果差等不足，因此迫切需要開發導電性好、安全可靠且補強性能優越的導電粉體。本實驗旨在利用硅灰石棒狀、纖維狀結構，及其具有提高橡膠基體的強度和耐磨性，減少收縮變形性，化學性質穩定、與樹脂基料和表面改性劑作用好等特點，在其表面包覆一層導電性良好的碳，得到具有橡膠補強功能與良好導電性能的復合粉體，在一定程度上替代目前常用的導電粉體，成本低性能優異具有廣泛的前景。

1實驗部分

1.1原料、試劑及儀器設備硅灰石粉體，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質量分數為49.89%，Ca0為44.13%。E51型環氧樹脂；丙酮，分析純；鹽酸，質量分數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型拉伸性能測試機、RC2000E無轉子硫化儀，北京友深電子儀器有限公司；X(S)K-160開放式煉膠塑機、QLB-2.5D/Q平板硫化機，上海雙翼橡塑機械有限公司。

1.2實驗方法將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3h，水洗3次，經120℃干燥，得到表面經過酸處理的硅灰石。取5g環氧樹脂于150 g丙酮中，在50℃恒溫水浴鍋中攪拌均勻，倒入盛有50g酸處理過的硅灰石燒杯中，覆蓋硅灰石粉體，靜置，反應一段時間，經120℃干燥，在500t管式爐中，氮氣氣氛下碳化3h，即得到碳／硅灰石復合粉體材料。實驗中涉及的化學方程式如下：

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

2結果與討論

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

2.1.1 X射線衍射(XRD)分析：硅灰石與酸處理過的硅灰石XRD圖

硅灰石原料硅灰石含量較高，主要雜質為石英，含量很??；表面經鹽酸處理過的硅灰石主要峰沒有發生變化，衍射峰2Q為26.760、28.74。處絕對峰值略有增加，積分半寬高顯著增大，此處是a-小石英衍射峰，同時XRD圖譜中出現許多微小的新峰，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，硅灰石表面經過酸處理后，晶格粒徑變小，發生畸變，出現缺陷和無定型化，從而導致鹽酸處理過的硅灰石XRD峰發生右移和出現雜峰。這構，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、表面經鹽酸處理過的硅灰石SEM照片，硅灰石呈棒狀、纖維狀，具有非常大的長徑比。與圖2a相比，b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。a、圖2b進行能譜測試，經過鹽酸處理過的硅灰石表面包覆無定型Si0。硅灰石晶體結構是由2層[Si04]四面體鏈夾l層[Ca06]八面體鏈構成的三鏈型結構單元3-4]，在對硅灰石表面進行鹽酸處理過程中，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，被轉變為Si02，nH，0，晶粒主要沿垂直(100)帶軸方向侵蝕，隨著酸解時間的延長，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凹凸不平的現象

硅灰石(a)和鹽酸處理過的硅灰石(b)SEM照片2.1.3傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析：硅灰石與酸處理過的硅灰石FTIR圖，硅灰石原料3442,0 crr.1處為O-H伸縮振動特征峰，1425.4 cm．1處為O-H的彎曲振動特征吸收峰，說明原料硅灰石表面存在很多羥基；1100～850 cd收區是Si-O-Si非對稱伸縮振動和O-Si-o伸縮振動吸收帶，1062.4 cm．1處是Si-O-Si非對稱伸縮振動吸收峰，898.0 cm-  1是O-Si-0非對稱伸縮振動吸收峰，470.6 cm．1是Ca-0伸縮振動吸收峰。根據新沉淀硅膠的FfIR譜中970—950 cm.1吸收區是Si-OH基團Si-0伸縮振動所致的觀點，可以證明硅灰石表面存在硅羥基，同時可得出965.6 cm。1處是由O-Si-0對稱伸縮振動引起問。鹽酸處理過的硅灰石965.6 cm.l處-O吸收峰移至965.9 cm．1處，3442,0 cm.l處O-H伸縮振動特征峰移至3449.6 cm_  1處，70.6 cm- l處Ca-0伸縮振動吸收峰移至472.6 cm_11425.4 cm．1處O-H彎曲振動特征吸收峰移至1383.4 cm．1處，且其振動強度明顯減弱。這說明經過鹽酸處理后，硅灰石的晶體自由能增加，表面羥基減少。

硅灰石、預處理過的硅灰石F flR圖譜2.2碳／硅灰石復合粉體材料表征  碳／硅灰石復合粉體材料的XRD分析見圖4，SEM照片見圖5，FT-IR分析見。經包覆碳后，復合粉體比表面積為5.6 m2/g，電阻率為344.11 Q/cm，D50為24.97m。

復合粉體XRD圖中29為26.88。處峰值明顯增強，與圖l對比可知此為a-葉石英衍射峰，說明經過高溫燒結，部分無定形Si0，結晶。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。

復合材料衍射峰雜亂，在20為20。~30。出現1個彌散峰，說明復合材料表面包覆了l層非晶態碳。從圖5可看出，經鹽酸處理過的硅灰石表面均勻包覆了l層碳顆粒，粒度適中。

3438.2 cm-1附近吸收峰是碳黑表面羥基的伸縮振動及KBr吸水造，1740.1 cm-l吸收峰附近是碳黑表面羧基中C=O伸縮振動峰，1587.2 cm-l處吸收峰附近是C暑C伸縮振動峰。碳黑包覆層與硅灰石表面發生鍵合作用沒有對應的吸收峰存在，說明碳黑與硅灰石之間主要是通過范德華力、靜電引力等物理作用結合。

碳黑具有良好的導電性，其內部碳原子以類似六元環的方式連接，在c軸上重復堆疊，與石墨結構類似。碳原子的電子除與周圍原子共成鍵，還剩余1個電子作為自由電子，使其具有導電性。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橡膠補強及導電性能應用探究 將碳／硅灰石復合粉體材料加入到丁苯橡膠中，經硫化后得到膠片，對其拉伸性能、電阻率進行測試

丁苯硫化橡膠拉伸應力應變性能與體積電阻率由表2可知，該種型號的丁苯橡膠拉伸強度為1.03 MPa，隨著復合粉體比例的增加，橡膠拉伸強度顯著增強，在20%處達到最大強度，為2.13 MPa，之后拉伸性能反而下降。碳／硅灰石復合材料具有棒狀結構，長徑比很大，在橡膠基體中起支撐、補強作用。當復合材料填充比例超過一定量后，橡膠分子含量相對減少，影響了橡膠基體的整體性、粘結性和流動性。過量復合粉體不能與橡膠形成良好。      

力不變，以礦粒偏轉落入接礦槽4、5中的礦粒作為磷精礦，其品位和回收率結果見表l。由表l可知，采用分選礦物作內襯材料，分選效果得到較明顯改善，以純石英為內襯材料時，磷礦回收率最高，磷灰石與石英混合作內襯材料，品位和回收率綜合指標較好。當磷灰石與石英按質量比1：1混合作內襯材料，磷精礦P205品位為31.34%，回收率為71.85%，品位和回收率指標均較高。

3結論

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

2．加熱溫度對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℃時最佳。

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

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