一般而言，造紙行業(yè)使用的填料多為無(wú)機(jī)礦物材料如碳酸鈣、滑石粉等，與這些傳統(tǒng)的造紙?zhí)盍舷啾冉?，硅灰石是一種比較獨(dú)特的造紙?zhí)盍?，該礦物是自然界中一種天然具有纖維狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)礦物材料，具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)、白度較高、耐酸堿、無(wú)毒環(huán)保。從造紙行業(yè)的使用效果來(lái)看，在造紙系統(tǒng)中添加硅灰石礦物纖維，可以較好地保留紙張的強(qiáng)度，提高紙張的挺度、環(huán)壓強(qiáng)度，節(jié)省抄紙生產(chǎn)成本。

硅灰石礦石經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎后，如果不對(duì)其進(jìn)行任何處理而直接填加于紙張中，則該礦物纖維的留著率相對(duì)較低，另外，礦物纖維的大量流失也導(dǎo)致紙機(jī)成型網(wǎng)的磨損加快。為了更好地提高硅灰石在紙頁(yè)中的留著率以降低紙張生產(chǎn)成本、減輕成型網(wǎng)的磨耗，我們采用硫酸鋁或硫酸鋁／聚丙烯酰胺對(duì)硅灰石粉料進(jìn)行改性處理并研究改性對(duì)硅灰石填料留著率的影響。

l硅灰石填料形態(tài)、Zeta電對(duì)填料留著的影響

本研究所采用的硅灰石填料外觀為白色粉末狀，采用掃描電鏡對(duì)硅灰石填料進(jìn)行形貌分析（如圖1所示），可以看出，硅灰石填料大顆粒主要呈針狀，具有較大長(zhǎng)徑比：對(duì)于較小的顆粒，針狀形態(tài)消失，長(zhǎng)徑比很小，這些細(xì)小部分將影響著填料的留著率。另外，從圖l可以看出該填料表面棱角分明，加之該填料硬度較大，可能是造成紙機(jī)脫水元件磨損嚴(yán)重的主要原因。

    圖1硅灰石填料電子顯微鏡照片

    實(shí)驗(yàn)測(cè)定硅灰石填料懸浮液pH值為7.42，此時(shí)其Zeta電位為- 12. 36mv，本研究探討了pH值對(duì)硅灰石顆粒Zeta電位的影響（如圖2所示），可以看出：pH值對(duì)硅灰石表面的Zeta電位影響很大，隨著pH值的增加，硅灰石表面的Zeta電位由正變負(fù)，且{jd1}值逐漸增加。還可以看出，在一般的造紙?bào)w系pH值(4.58.5)范圍內(nèi)硅灰右表面一直呈負(fù)電性，這種電負(fù)性與紙漿懸浮液中的纖維表面電荷相似，相互的排斥作用不利于填料在紙漿中的留著，所以為了提高填料的留著效果，有必要對(duì)該填料進(jìn)行改性處理，本研究綜合考慮以硫酸鋁為改性劑，探討改性對(duì)硅灰石填料留著等性能的影響。2硫酸鋁改性硅灰石在不同漿種中的留著效果

    2.1不同硫酸鋁用量改性硅灰石在化學(xué)漿留著率的影響

    由圖3可知，隨著硫酸鋁用量的增加，改性硅灰石的留著率呈先上升后下降趨勢(shì)，當(dāng)硫酸鋁用量為6%時(shí)，硅灰石的留著率從64.12%提高到72. 06%，提高幅度為7. 94q%。

2.2硫酸鋁改性對(duì)硅灰石加填高得率漿留著率影響

圖4不同硫酸鋁用量改性硅灰石在高得率漿留著率的影響

圖4表明，硫酸鋁改性可以提高硅灰石在離得率漿中的留著率，當(dāng)硫酸鋁用量為4%左右時(shí)，改性硅灰石的留著率為53.98%，比未改性硅灰石留著率提高了5. 76%。

 對(duì)比圖3改性硅灰石在化學(xué)漿中的加填效果，表明單獨(dú)采用硫酸鋁改性硅灰石對(duì)加填化學(xué)漿留著率提升更加明顯。

3硫酸鋁/CPAM改性硅灰石對(duì)加填留著的影響

3.1硫酸鋁/CPAM二元改性對(duì)硅灰右加填化學(xué)漿影響

  實(shí)驗(yàn)在CPAM用量為0.02%和0.04%兩種用量下，探討不同用量硫酸鋁用量與這兩種CPAM配比改性硅灰石對(duì)留著率提升效果比較，如圖5所示。

對(duì)改性硅灰石加填化學(xué)漿留著率影響。

  從圖5可以看出，CPAM用量為0.04%時(shí)，硫酸鋁用量為0.5%對(duì)，硅灰石留著率可以達(dá)到91. 98%。如不用硫酸鋁，則硅灰石留著率僅為86. 25%。對(duì)比圖3，表明在CPAM存在下，硫酸鋁提高硅灰石留著率效果更明顯。而當(dāng)CPAM用量為0.02%時(shí)，硫酸鋁用量為1.5%時(shí)，硅灰石留著率為87. 96%，比僅僅采用CPAM改性時(shí)83. 97qc留著率提高了3.99%。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)CPAM/硫酸鋁分別為0.02 010與1.5%時(shí)改性硅灰石的留著率(87.96%)比CPAM用量為0.04%時(shí)(86.25%)要高，因此硫酸鋁/CPAM二元改性能夠節(jié)約CPAM的用量，從經(jīng)濟(jì)角度考慮更為可行。

3.2硫酸鋁/CPAM二元改性硅灰石加填高得率漿效果比較

 實(shí)驗(yàn)采用的CPAM用量為0.04%，探討不同硫酸鋁用量對(duì)改性硅灰石留著率的影響，如圖6所示。期j}選紙

  圖6硫酸鋁用量對(duì)硫酸鋁

/CPAM二元改性硅灰石加填高得率漿影響

 從圖6可以看出，改性硅灰石留著率隨著硫酸鋁用量的增加呈現(xiàn)先增加后減小趨勢(shì)，當(dāng)硫酸鋁用量為1. 5qo時(shí)，改性硅灰石留著率達(dá)到{zd0}值為92. 27%，相比較與硫酸鋁／CPAM分別為0.5qo和0.04%時(shí)改性加填化學(xué)漿留著率的91. 98%要高。這表明改性硅灰石在高得率漿留著效果更好，而且相比較與硫酸鋁用量為0%時(shí)硅灰石的留著率82. 57 010，留著率提高9.7 010，比化學(xué)漿5.73%提升效果明顯，這表明，對(duì)于

陰離子垃圾比較多的高得率漿而言，提高硫酸鋁用量中和部分陰離子垃圾，使得硅灰石留著率提高，相比較與化學(xué)漿更具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

4硫酸鋁／CPAM改性系統(tǒng)與硫酸鋁改性+CPAM助留系統(tǒng)應(yīng)用效果比較

實(shí)驗(yàn)對(duì)比了硫酸鋁／CPAM硅灰石加填和硫酸鋁改性硅灰石而后采用0. 04%用量CPAM系統(tǒng)對(duì)硅灰石留著效果比較，比較了在化學(xué)漿和高得率漿應(yīng)用效果。

對(duì)與化學(xué)漿來(lái)說(shuō)，硫酸鋁／CPAM改性效果比單純采用硫酸鋁改性 CPAM助留系統(tǒng)對(duì)硅灰石留著率提升效果更明顯。而且采用CPAM助留系統(tǒng)時(shí)，硫酸鋁用量對(duì)改性硅灰石留著率提升不明顯，硫酸鋁用量為1. 5%時(shí)，留著率為84. 3%。比硫酸鋁用量為0%留著率83. 36%提高了0.94%，這表明，當(dāng)采用CPAM助留系統(tǒng)時(shí)，對(duì)硅灰石留著率的貢獻(xiàn)主要是CPAM。而當(dāng)采用硫酸鋁/CPAM二元改性硅灰石時(shí)，相比較于硫酸鋁用量為0%的86. 25%，硫酸鋁用量為0.5%時(shí)，留著率為91. 98%，留著率提高了5.73%。而且硫酸鋁用量為0%時(shí)，采用CPAM加入漿中的助留系統(tǒng)留著率83. 36%比CPAM改性86.25%要低，這可能是因?yàn)镃PAM改性后，硅灰石離子絮聚在一起，使得硅灰右粒徑增大，從而使單純采用助留系統(tǒng)時(shí)留著率要高。因此綜合比較硫酸鋁／CPAM二元改性硅灰石留著率效果好。

對(duì)于高得率漿而言，硫酸鋁／CPAM改性效果比單純采用硫酸鋁改性+ CPAM助留系統(tǒng)對(duì)硅灰石留著率提升效果更明顯，相比較與CPAM助留系統(tǒng)，即硫酸鋁用量為1%，CPAM用量為0.04 qo時(shí)的90. 84%，硫酸鋁／CPAM二元改性，在硫酸鋁與CPAM用量分別為1.5%和0.04%時(shí)留著率為92.27%，露著率更高。硫酸鋁為0%時(shí)，CPAM加填填料中改性比加在漿中留著率高。

對(duì)比硫酸鋁/CPAM二元改性加填化學(xué)漿和高得率漿留著率發(fā)現(xiàn)，高得率漿留著率可以達(dá)到92.27%，化學(xué)漿只能達(dá)到91. 98%，而且硫酸鋁用量對(duì)高得率漿留著率增加幅度比化學(xué)漿更明顯，在化學(xué)漿中，硫酸鋁，CPAM用量分別為0.5%和0.04%時(shí)留著率91. 98%，比硫酸鋁/CPAM用量分別為0%和0.04%時(shí)留著率86.25%提高了5.73%。而在高得率漿中，92. 27%，比硫酸鋁／CPAM用量分別為0%和0.04%時(shí)的留著率82. 57%，留著率提高了9.7%，因此硫酸鋁/CPAM二元改性在高得率漿應(yīng)用效果更好。

5結(jié)論

(1)硅灰石填料顆粒形態(tài)、Zeta電位是影響其在造紙加填過(guò)程中的留著率、網(wǎng)部磨損的主要因素：

   (2)單純采用硫酸率對(duì)硅灰石進(jìn)行表面改性時(shí)，{zj0}的用量為4% -6%，填料留著率可以提高約6% - 8%：

 (3)硫酸鋁/CPAM二元改性硅灰石具有更好的留著效果

    聚四氟乙烯( PTFE)是一種含氟塑料，由于其具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高低溫、極低的摩擦因數(shù)及自潤(rùn)滑等性能，在摩擦學(xué)領(lǐng)域一直是研究的熱點(diǎn)田。但是純PTFE存在耐磨性差、蠕變明顯的缺點(diǎn)，限制了其更寬范圍的應(yīng)用腳。為了提高PTFE的綜合性能，需對(duì)其進(jìn)行改性，而采用各種纖維、顆粒、納米粒子對(duì)PTFE進(jìn)行增強(qiáng)、耐磨改性的研究已經(jīng)比較多。

    硅灰石是一種含鈣的偏硅酸鹽類(lèi)礦物，因其具有無(wú)毒、耐化學(xué)腐蝕、熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性良好、力學(xué)性能及電性能優(yōu)良且廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用作高聚物基復(fù)合材料的增強(qiáng)填料陸-。天然針狀硅灰石由于具有較高的長(zhǎng)徑比，可明顯改善基體的機(jī)械和摩擦學(xué)性能，因而廣泛用于聚合物的增殛改性圃。然而，目前關(guān)于硅灰石填充PTFE復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱(chēng)WF/PT-FE)摩擦學(xué)性能的研究報(bào)道很少嘲。

    本文作者研究了WF的含量、尺寸對(duì)PTFE復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響，并與經(jīng)典的炭纖維(CF)填充PTFE復(fù)合材料的耐磨性能進(jìn)行對(duì)比。目的是為硅灰石在PTFE增強(qiáng)改性中的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為高性能低成本減摩耐磨PTFE復(fù)合材料的制備和應(yīng)用提供參考。am），美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)：硅灰石(80、200、325及600目)，江西新余硅灰石實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)：硅烷偶聯(lián)劑KH - 550，南京曙光化工廠生產(chǎn)。

    為改善硅灰石填料在聚合物中的分散效果，填料經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑KH-550表面處理，方法同文獻(xiàn)[10]。根據(jù)需要稱(chēng)取不同含量的處理后的硅灰石加入PTFE粉末中，機(jī)械攪拌混合均勻，經(jīng)冷壓燒結(jié)(380℃，保溫2h)成型。加工后的樣品(外徑26mm.內(nèi)徑22 mm)和對(duì)偶面在實(shí)驗(yàn)前用900砂紙打磨到粗糙度Ra=0.15一0.3Wni，用丙酮清洗后干燥

備用。

1.2性能測(cè)試與評(píng)價(jià)

    采用MPX．2000型磨損試驗(yàn)機(jī)，在室溫下考察WF/PTFE復(fù)合材料的摩擦磨損性能。實(shí)驗(yàn)采用雙環(huán)端面接觸方式。實(shí)驗(yàn)條件為：載荷100、200、300 N,滑動(dòng)速度1.4 m/s，實(shí)驗(yàn)周期2h。磨損量用精度為0.1 mg電子天平稱(chēng)量，磨損率的計(jì)算同文獻(xiàn)[11]：

摩擦因數(shù)取穩(wěn)定期的平均值。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果均取3次實(shí)驗(yàn)的平均值。利用日本FEI公司生產(chǎn)的QUANTA-200型掃描電子顯微鏡分析磨損表面形貌。

2結(jié)果與討論

2.1    WF含量對(duì)復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響

圖l，2分別給出了不同載荷下改性硅灰石(325曰)含量對(duì)WF/PTFE復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響。從圖1可以看出，較低載荷(100 N)下，摩擦因數(shù)隨WF含量增加變化幅度較大：較高載荷(200和300 N)下，摩擦因數(shù)隨WF含量變化的幅度不大，總體穩(wěn)定在較低值：隨著載荷增大WF/PTFE復(fù)合材料的摩擦因數(shù)明顯降低。

在較寬范圍內(nèi)震蕩，摩擦學(xué)性能不穩(wěn)定：較低載荷(100 N)下，3% WF填充PTFE復(fù)合材料具有{zd1}的磨損率：而較高載荷（200和300 N）下，10% WF填充PTFE復(fù)合材料的耐磨性能{zj0}。從圖2中可看出，200 N載荷下，10% WF填充PTFE復(fù)合材料的磨

損率為1. 58 x10-9 crn3，(N．m)，相比純PTFE的磨損率286.5×10。9 cm3，(N．m)，提高了181.3倍。

圖2不同載荷下硅灰石含量與磨損量的關(guān)系Fig 2  Effect of WF conLent on the wear rate ofWF/PrFE composite under different loads

2.2    WF尺寸對(duì)復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響 表1給出載荷200 N下，不同目數(shù)的10% WF填充PTFE復(fù)合材料的摩擦磨損性能?？梢钥闯?25目和600目的硅灰石，相比80目和200目的硅灰石填充改性PTFE復(fù)合材料的耐磨性提高得很明顯，其中600目WF/PTFE復(fù)合材料磨損率{zd1}：此外，尺寸較細(xì)的WF改性填充的PTFE的摩擦因數(shù)也相對(duì)比較低。因此，用尺寸較細(xì)的WF改性填充PTFE，復(fù)合材料耐磨性提高明顯。

2.3   WF/PTFE復(fù)合材料的摩擦磨損性能 以上研究表明，較高載荷下，10% WF填充PT-FE復(fù)合材料的耐磨性能{zj0}：325目的硅灰石填充改性PTFE復(fù)合材料的耐磨性提高得很明顯。因此，作者考察了10%的硅灰石(325目)填充PTFE復(fù)合材料在不同載荷下的摩擦因數(shù)及磨損量，并與10%CF填充IrfFE復(fù)合材料的性能進(jìn)行了比較，結(jié)果如

圖3所示?？梢钥闯?，各載荷下硅灰石填充PTFE復(fù)合材料具有比相同含量CF填充PTFE復(fù)合材料更低的摩擦因數(shù)和磨損量，表現(xiàn)出更好的減摩和耐磨性，尤其是低載荷時(shí)效果更為明顯。在載荷為200 N時(shí)，10% WF／PTFE復(fù)合材料具有{zh0}的耐磨性，其磨損率只有相同含量CF/PTFE復(fù)合材料的81%：在載荷為100 N時(shí)，WF/PTFE復(fù)合材料的磨損率只有CF，PTFE復(fù)合材料的22. 7%，耐磨性高出4.4倍。

2.4摩擦磨損機(jī)制分析

圖4，5分別是為10% WF/PTFE、10% CF/PTFE復(fù)合材料在200 N載荷下磨損面的SEM圖片。由圖4可看出，600霹硅灰石填充PTFE復(fù)合材料的磨損面較平整，存在輕微黏著磨損，這可能是由于較細(xì)(600目)的硅灰石纖維與基體之間形成了較強(qiáng)的界面作用，從而降低了磨損率。由圖5可看出，磨損面有許多裸露和碎斷的CF，同時(shí)磨損面上存在較多微觀裂紋，犁削和磨粒磨損是主要的磨損形式。

貌，可起到微區(qū)增強(qiáng)、顯微耐磨作用。同時(shí)由于粒徑較小，可以有效降低對(duì)偶面和磨損面的表面粗糙度，有利于轉(zhuǎn)移膜的形成。而平整均一的轉(zhuǎn)移膜對(duì)提高聚合物耐磨性具有重要的作用‘閣。而CF/PTFE復(fù)合材料的對(duì)摩面上存在明顯的犁溝和劃痕，結(jié)構(gòu)粗糙，未見(jiàn)轉(zhuǎn)移膜生成，這可能是CF增強(qiáng)PTFE復(fù)合材料磨損率偏高的主要原因。

3結(jié)論

(1)在較高載荷(200和300 N)下，復(fù)合材料摩擦因數(shù)隨WF含量變化的幅度不大，摩擦因數(shù)穩(wěn)定在較低值，在較低載荷(100 N)下，摩擦因數(shù)隨WF含量增加變化幅度較大。

(2)硅灰石填充PTFE復(fù)合材料的摩擦因數(shù)隨著載荷增大明顯降低。細(xì)小尺寸WF填充PTFE復(fù)合材料的耐磨性能較好。

(3)硅灰石填充PTFE復(fù)合材料具有比相同含量CF填充PTFE復(fù)合材料更低的摩擦因數(shù)和磨損量，表現(xiàn)出更好的減摩和耐磨性，尤其是低載荷時(shí)效果更為明顯。

 (4) 600目WF填充PTFE復(fù)合材料的磨損面比較平整，對(duì)偶面轉(zhuǎn)移膜平整光滑，結(jié)構(gòu)致密，輕微的黏著磨損是其主要的磨損形式：而CF/PTFE復(fù)合材料磨損面存在許多裸露和碎斷的CF，犁削和磨粒磨損是主要的磨損形式。