空心微珠系由火山灰或粉煤灰提取出来的铝硅酸类无机粉体材料，其主要成份为Si2、Al23，外观为自由流动的浅灰、灰、黄褐色，镜下呈透明的中空玻璃球体；质轻、耐磨、反光、防辐射、耐高温、耐酸碱、自润滑等，其分散性、流变性及化学稳定性好。

　　作为功能性填料，可应用于热塑性和热固性高分子基材料制品中。笔者进行了改性空心微珠复合材料填充橡胶的试验研究，结果表明：在天然橡胶中填充100份空心微珠（总量为191份），在不影响橡胶其它机械力学性能的同时，抗老化性、磁化性、回弹性能很好；合成橡胶（丁苯橡胶、顺丁橡胶、绿丁橡胶）及轮胎胎面胶中，替代10~20份N234炭黑（炭黑总份数60份），在保持其它力学性能基本不变的同时，胎面胶的动态生热明显降低，有利于车辆行驶过程中降低能耗。改性空心微珠复合材料填充橡胶，补强性能较好，可作为橡胶的一种半补强剂使用。

　　1复合空心微珠制备1.1空心微珠分级提纯空心微珠作为橡胶有机高分子材料的功能性填料，除其自身的球形颗粒所具有的单位体积*大填充率外，还应具有超细的粒度级配、较窄的粒级分布及较高的微珠含量，这样才能在橡胶体系中充分分散，和大与橡胶分子的接触面积，以避免在外力作用下，受力不均的现象。本试验对电厂粉煤灰（原料含空心微珠65%~70%）进行了微细分级及除铁、碳的提纯试验。提纯前后空心微珠的化学成份、粒径及纯度，见表1.分级提纯采用三级高速气流分级、一次静电除碳、一次磁选除铁工艺方式，分级产品平均粒径为3Mm，*大颗粒10rtn，球形颗粒（微珠）占99%（空心微珠纯度达99%）分级总效率为67%，在一次分级后进行静电除碳，三次分级后进行磁选除铁。

　　*终产品中，Fe2O3、TiO2、SO3等杂质明显减少。1250目的空心微珠产品中，残余的Fe2O3、TiO2、SO3、P25等成份，均以微珠玻璃体的整体形式存在，Fe、P、Ti、Mn、S等并非以游离状态存在，故对橡胶体系的抗老化性能没有负面影响。

　　表1空心微珠的理化性能（国家地质实验测试中心检测结果）样品粒径/Mm纯度/%原料产品1.2空心微珠表面改性试验采用的空心微珠，由电厂超细粉煤灰提得。其形成过程为：煤粉燃烧时所含粘土矿物微粉在高温（1500 C）气流中悬浮熔融，随着炉内气流流出并在逐步冷凝过程中形成。微珠内部含有CO2气体因而保持了完整珠状外形。完全冷却后，CO2气体体积减小，形成了中空微珠。该空心微珠的扫描电镜、X射线衍射检测表明：其物相为非晶质玻璃体，表面性质稳定。作为橡胶制品的功能填料（橡胶的补强剂），除对空心微珠的粒径及外形有特殊要求外，还要求有一定的表面活性，即要求微珠粒子表面，具有可与橡胶长链分子发生交联或缠绕的活性基团。这种活性基团，一方面和补强剂粒子结合，另一方面同橡胶分子发生物化作用而结为一体，从而起到补强作用。由于该空心微珠表面较为稳定（不活泼），在橡胶中直接或大量添加时，存在着空心微珠（无机填料）和橡胶（有机高分子基团）界面状况不同、相容性差、且在橡胶中难以分散的问题，因此需对空心微珠进行表面改性。空心微珠表面虽不存在活性基团，但存在羟基或游离质子，这种成份能与偶联剂的极性基团键合，而键合后的空心微珠复合体中偶联剂的非极性极，可较好地与橡胶分子交联或缠绕。改性空心微珠疏水性较好，与橡胶体系混合均匀，结合牢固。而作为橡胶补强剂的空心微珠的表面改性，主要关键因素为：所用偶联剂的种类、复配、用量等。单一的硅烷偶联剂（KH-560）改性，效果较好，但费用较高；采用铝酸酯、钛酸酯、铬酸酯等偶联剂单一改性，效果较差；采用非硅烷偶联剂的复合改性，合理的比例及用量，可获得改性效果好、费用低的空心微珠复合材料。

　　2橡胶填充应用试验21粒度对橡胶体系力学性能的影响作为橡胶体系的功能性填料，填料本身粒度（比表面积）大小直接影响其补强性，因此进行了不同粒度组成的空心微珠对NR橡胶的填充试验。为便于比较，同时进行了1250目高岭土填充橡胶的对比试验。试验结果，见表2.由表2可知，未改性的空心微珠1250目（细级品补强效果要好于粗级产品，但较相同细度的高岭土要差。

　　表2空心微珠及高岭土填充的NR橡胶的性能样品拉伸强度MPa扯断伸长率撕裂强度kN/m磨耗体积cm3/1.61m 325目微珠1250目微珠1250目高岭土22空心微珠改性复合对橡胶体系性能的影响上述NR橡胶填充试验中，细粒级空心微珠的性能虽然好于粗级微珠，但未达到橡胶补强剂所要求的性能。即使其细度再进一步变细，其补强能力的强也有限。因此，进行了空心微珠表面改性应用试验。由于微珠表面的惰性较强，一般表面改性剂较难有所作为。这里选取了作用能力较好的硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂及铝酸酯和钛酸酯混合使用，对空心微珠进行改性处理。为便于比较，进行了纯炭黑N234填充橡胶的平行试验（表3）。

　　表3复合空心微珠填充的橡胶的力学性能样品拉伸强度/MPa扯断伸长率/%撕裂强度kN/m磨耗体积cm3/1.61m备注1250目未改性取代硅烷改性铝酸酯改性炭黑铝、钛复合改性纯炭黑N234橡胶配法为：NR40份，E-SBR60份。

　　由表3可知，空心微珠经表面改性后，用于橡胶中可使其力学性能指标有较大幅度的提高，其补强性能大为加。取代30%的炭黑N234补强效果比较理想，接近纯炭黑N234的性能指标。单一偶联剂改性，以硅烷偶联剂为*好，其中含环氧基团的KH-560好于其它硅烷偶联剂；铝酸酯、钛酸酯偶联剂单一改性效果较差，铝酸酯好于钛酸酯（但指标改善不显著，表中未列入）铝酸酯、钛酸酯偶联剂混合使用对空心微珠改性，改性效果较为理想，比例及用量适当，可得到活化指数接近硅烷偶联剂的空心微珠复合材料。但偶联剂的混用，不能简单地理解为单一效果的叠加，偶联剂的作用存在着协同效应。至于如何恰当选取偶联剂的组合（种类、比例、用量等），以使偶联剂的协同效应达到*佳，但同橡胶分子的作用机理，尚待进一步研究。

　　2.3空心微珠复合材料对不同橡胶的填充试验为使本试验研究的空心微珠复合材料有较好的适应性，进行了该复合材料填充不同种类橡胶的应用试验；空心微珠平均粒径3m，经硅烷偶联剂改性。试验结果见表4.由表4可知，改性空心微珠填充橡胶，使其力学性能得以提高，补强效果明显，依次为：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。

　　表4复合空心微珠填充的橡胶的性能样品拉伸强度/MPa扯断伸长率/%撕裂强度kN/m磨耗体积cm3/1.61m备注天然橡胶可取代苯橡胶顺橡胶3结论采用电厂粉煤灰制备的超细改性空心微珠（微珠占99%，平均粒径3m），作为橡胶的功能性填料，可获得较好的机械力学性能。空心微珠采用单一偶联剂改性，以硅烷偶联剂KH-560效果*好；采用铝酸酯、钛酸酯偶联剂联合改性可取得较理想的活化效果，*佳配合比为1.5：1，合理的偶联剂用量，可达到硅烷偶联剂的相应的指标。填充试验表明：该空心微珠复合材料所适用的橡胶种类依次为：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。该空心微珠复合材料轮胎胎面试验表明：替代30%的炭黑N234胶的定伸应力、抗张强度、撕裂强度略有下降；扯断伸长率、冲击弹性高；老化率数不变，磨耗变化不大；动态生热降低。