本文以煤矸石作原料，通过将煤矸石分选、破碎、超细粉碎、表面改性等辅助手段，介绍了一种制备煤矸石粉橡胶补强填充剂的方法。通过煤矸石粉的物化性质表征及对制备的橡胶填充剂的性能研究，表明这种填充剂能够广泛用于各种天然橡胶，可以基本取代半补强炭黑，部分取代高耐磨炭黑或其他炭黑补强填充剂。论文的研究内容和结果主要有以下几个方面:(1)对煤矸石的物化性质进行了系统的基础性分析。结果表明煤矸石挥发分为15.49％，固定炭含量为30.12％，煤矸石无机物质成分主要是SiO2和Al2O3,通过对煤矸石的岩相组成、X射线衍射及差热曲线分析，发现所分析样品煤矸石的矿物组成主要是高岭石，还有部分有机凝胶化物资。并且发现，高岭石微晶是独立存在的，d值主要分布在1～2μm，有机质炭以类石墨结构存在。另外通过对煤矸石样品的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油值测定发现，吸油值为0.45～0.50ml/g，表明该样品是一种中等结构填料。(2)将煤矸石破碎和超细粉碎后，对粉碎过程中煤矸石颗粒的力化学变化和粒度进行分析，所得数据为破碎和超细粉碎的设备选型提供了理论依据。分析结果表明经超细粉碎处理后的煤矸石粉，在极性溶剂中的接触角值升高，而在非极性溶剂中的接触角值降低。表面改性剂能够降低煤矸石粉表面能，使其疏水性增强，吸附性降低。另外通过红外光谱表征发现煤矸石表面有-OH、CH2=CH2等官能团，并且发现超细粉碎处理后，有机官能团的活性增强。(3)利用硅烷偶联剂KH550和钛酸酯偶联剂NDZ130对煤矸石粉进行了改性处理。改性后的煤矸石粉分散性大幅度提高，能够被橡胶良好浸润，这是由于煤矸石粉中所含的有机物质起到软化剂的作用，使煤矸石粉能够更好的被橡胶浸润。(4)依据SEM数据，对煤矸石粉填充硫化胶的分散性、力学性能、撕裂磨耗机理进行了研究。结果表明，起到补强作用的是煤矸石粉中所含的陶土类无机物质，陶土类无机物质的硅氧羟基官能团能够结合橡胶大分子链。在橡胶母体中具有填充和分散作用的是煤矸石粉中所含的类炭黑凝胶物质。如果煤矸石粉粒子足够细，在力化学作用下形成的表面缺陷足够多，就能够表现出类似于炭黑的补强作用。但是在一般橡胶中（如NR橡胶，丁苯胶），由于煤矸石粉粒子基本上没有炭黑的那种二次结构，加上平均粒度也比炭黑粒子大，导致煤矸石粉粒子和橡胶大分子链的结合强度不及炭黑补强剂。可是煤矸石粉中所含的一小部分有机挥发分，可以作为橡胶制品的软化剂从而改善胶料性质。煤矸石粉用作硫化胶的填充剂时呈现出很好的补强作用，另外经煤矸石粉填充的硫化胶，其拉伸强度和抗撕裂强度都能达到质量要求。

    关键词：
    煤矸石粉 补强填充剂 表面改性 力学性能 物化性质
    作者：
    山相朋
    学位授予单位：
    太原理工大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    矿物加工工程
    导师姓名：
    赵鸣
    学位年度：
    2014
    语种：
    中文
    分类号：
    TD849.5 TQ330.38
    在线出版日期：
    2015年04月20日