任 涛1 刘卉昇2 范恒瑞2 黄德馨2 杨真骁2 魏存弟1* 张学建2
（1：吉林大学，吉林 长春 130012；2：吉林建筑大学，吉林 长春 130118）
摘要：油页岩是一种新型的能源材料，可以通过低温干馏制备相关化工产品，也可以采用直接燃烧进行发电。但由于油页岩中含油量仅为8%～13%左右，导致使用后产生大量的废渣，而目前对废渣的使用率较低，使得许多矿化度较高的废渣堆积于大气环境中，不但污染环境，而且也是一种资源浪费。本文基于以上原因，采用混炼硫化法，以油页岩渣为填料，以橡胶为基质材料，制备了油页岩渣/橡胶复合材料，并探讨了油页岩渣的颗粒粒径和填充量对复合材料相关性能的影响。结果表明：当粒度为2.005μm（球磨2h），填充量为10份时，复合材料拉伸强度最大为8.960MPa，效果最佳。
关键词：油页岩渣；橡胶；拉伸强度
油页岩渣全部都是在油页岩工业开发以及工业利用的过程中产生的废弃物[1]。我国是世界上油页岩储量第二的国家，但由于技术的限制，目前对油页岩的开发利用率不高。主要采用油页岩的低温干馏以及用来燃烧发电这两种主要的利用方式，导致产生大量的油页岩渣。而绝大多数的油页岩渣依旧是处于露天堆积的状态，油页岩渣的堆积占据了大量的土地资源，易导致滚石、滑坡、泥石流等地质灾害，并且油页岩渣会污染地下水资源以及污染空气，所以长期的堆放会对环境造成破坏以及对人们健康造成影响[2-4]。
本文以油页岩渣为原料，以橡胶为基质材料，用油页岩渣替代部分炭黑作为橡胶填料，通过多次实验，研究了颗粒粒径和填充量对油页岩渣/橡胶复合材料相关性能的影响，找出最佳实验条件，优化实现方案，使油页岩渣得到有效利用，从而实现变废为宝的目的。
20世纪70年代末，中国大地吹响了改革开放的号角。应时代发展之要求，中国共产党直面现代化发展的困境，敢于破除思想禁锢和思维定势，坚持一切从实际出发，以独立自信的姿态走出一条独特的中国社会主义现代化之路，体现了党和人民实现中华民族伟大复兴的道路自觉。
1.1.1 胶料配方
设定油页岩渣/橡胶复合材料总质量30g，各配比份数见表1。
做法：1.金钱肚处理干净，放入加有料酒、老抽、姜片、葱段、八角、桂皮的沸水锅中汆水后捞出，稍凉后切条。
1.1.2 制备流程
先将油页岩渣进行表面改性，具体步骤为：粉碎→600℃煅烧2h→乙醇溶液与渣灰混合→烘箱烘80min→表面改性的渣灰。将橡胶、渣灰、小料、液体石蜡依次放入85℃的混炼机中混炼20min，按照图1的流程制备油页岩渣/橡胶复合材料，测试其力学性能，结果取平均值。
若y3+rx-C>y3，即rx>C,上市公司股东被经理人欺骗时，起诉获得的赔偿大于司法成本，上市公司股东会起诉。
表1 油页岩渣/橡胶复合材料中各组分的配比
橡胶 炭黑 油页岩渣 ZnO 硫磺 硬脂酸 液体石蜡 DCP TMTD MBT 100 50 10 5 1.5 1.5 50 6 1.5 1 100 45 15 5 1.5 1.5 50 6 1.5 1 100 40 20 5 1.5 1.5 50 6 1.5 1 100 30 30 5 1.5 1.5 50 6 1.5 1
图1 油页岩渣制备橡胶复合材料工艺流程图
采用JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜对样品测试分析，仪器工作电压为8kV，电流10μA。采用JL-2000型激光粒度分析仪进行粒度分析。采用CSS-1102C型全电子万能试验机测量样品的拉伸强度。
无论采用哪种方式，航运业的低硫化、环保化、清洁化趋势已经成为潮流，航运公司正在积极加大节能减排和清洁能源技术的研发投入，一方面会通过降速航行、安装节能设备、强化燃油管理等方式降低燃油消耗，另一方面会在清洁能源技术方面加大投入，液化天然气、液化石油气、甲醇、氢能源、太阳能等清洁能源的应用会大大加速。国际海事组织低硫新政策将进一步加快推动全球航运业的绿色发展。
在进行拉伸强度测试前，将油页岩渣盘磨和球磨时间设为4个等级，分别为3min和6min（盘磨），1h和2h（球磨），4个时间下粒度的大小分别为：8.688μm，6.116μm，2.067μm，2.005μm，变化曲线如图2所示。从图中可以看出，研磨时间与复合材料的粒度成反比，时间为3min时最大，当时间为2h时，为最小，但是随着时间的不断增加，复合材料的粒度变化不大，这可能是因为在复合材料内部，部分颗粒发生了团聚。
当填充量为10份，15份，20份，30份时，研究不同粒度的原料制得的复合材料力学性能，当球磨时间为2 h（此时复合材料的粒度为2.005μm），渣灰的填充量为10份时，复合材料的拉伸强度达到最大，等于8.960 MPa。与纯炭黑填充橡胶相比（强度为8.50 MP），油页岩渣/橡胶复合材料的强度要大得多。不同粒度油页岩渣的拉伸强度变化曲线图如图3所示，从图中可以看出，拉伸强度随着粒径的增大而减小。
图2 不同研磨条件下的粒度变化曲线
为了研究油页岩渣/橡胶复合材料在拉伸过程中微观结构变化规律，对复合材料的拉伸断面进行了SEM分析，如图4所示，从图中可以看出，在图4(a)中，复合材料中的渣灰与橡胶混合较好，两者之间没有明显的界面，说明它们之间紧密结合，拉伸强度较大，只有在较大的外力作用下才能使其断裂，而图4（b）中，复合材料的拉伸断面是无规则的、凹凸不平的形貌特征，渣灰与橡胶的结合程度不如（a），两者之间存在很小的界面，在（c）和（d）中，随着粒度的增大，在复合材料的拉伸断面中出现了孔洞，说明两者之间的结合力较小，强度较低，在很小的外力作用下就会开裂。
图3 不同粒度对油页岩渣/橡胶复合材料的拉伸强度的影响
图4 不同粒度油页岩渣/橡胶复合材料拉伸断面SEM图
为研究不同填充量对油页岩渣/橡胶复合材料的拉伸强度的影响，填充量分别为10份，15份，20份，30份，不同填充量与拉伸强度之间的关系如图5所示，由图可知，当渣灰的粒度相同时，复合材料的拉伸强度与填充量成反比，当填充量为30份时，所有曲线的拉伸强度达到最小。
复合材料的拉伸断面在相同粒度下的扫描电镜图片如图6所示，（a）代表填充量为10份，（b）代表填充量为15份，（c）代表填充量为20份，（d）代表填充量为30份。从图中看出，当粒度相同时，填充量与渣灰和橡胶之间的结合力成反比，当填充量为10份时，灰渣与橡胶之间的结合力较强，当填充量达到30份时，从图中可以明显看出，渣灰与橡胶之间明显存在微裂纹和细孔，此时复合材料的拉伸强度最低。
图5 不同填充量油页岩渣/橡胶复合材料的拉伸强度变化曲线
图6 不同填充量油页岩渣/橡胶复合材料拉伸断面SEM图
通过对油页岩渣/橡胶复合材料的制备和性能测试，探讨了粒度大小、填充量对复合材料力学性能的影响，得出了如下结论。
（1）页岩渣/橡胶复合材料中渣灰粒度大小与拉伸强度成反比，拉伸强度随着粒度减小逐渐增大，当球磨时间为2h，粒度为2.005μm时，复合材料的拉伸强度最大；
（2）油页岩渣/橡胶复合材料中渣灰填充量与拉伸强度成反比，当粒度相同时，拉伸强度随着填充量增大逐渐减小，当填充量为10份时，拉伸强度最大，填充量为30份时，拉伸强度最低。
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